06 Novembre 2019  |  Productique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 09/2019

Un centre d’usinage doté du concept Safety over IO-Link

Pour l’entreprise Burkhardt+Weber de Reutlingen, les avantages de l’interface de communication bidirectionnelle IO-Link sont indéniables. Ce constructeur de centres d’usinage de haute précision connaît et apprécie ses nombreux avantages pour l’installation, le paramétrage, le diagnostic et l’entretien. En intégrant le concept Safety over IO-Link de Balluff dans sa nouvelle gamme MCC, cette entreprise a ajouté une sécurité rigoureuse dans le standard IO-Link.

Avec son carénage peint en bleu, gris et noir, le centre d’usinage MCC 630, mesurant 8 m x 3 m et 3,5 m de hauteur, dégage élégance et puissance. On devine alors que derrière ses dimensions compactes se cachent performance, précision et fiabilité. Il s’agit d’un nouveau type de machine de production en série offrant un large éventail de possibilités d’application. Son carénage abrite un concept moderne de gestion et de sécurité de Balluff, basé sur le standard numérique IO-Link.
 
La série MCC 630 de Burkhardt+Weber installée en ligne.
 
 
Un concept de sécurité qui s’intègre aux systèmes existants
Avec le concept «Safety over IO-Link», ce centre d’usinage embarque un système de sécurité IO-Link qui s’installe et s’intègre facilement aux systèmes existants. Il permet de connecter à l’aide de câbles standard M12 au module d’E/S développé par Balluff, aussi bien les composants de sécurité de cette société, que les dispositifs de sécurité d’autres fabricants. Même des composants courants, tels que des capteurs binaires simples, peuvent être connectés sans erreur via le nouveau module d’E/S.
Cette solution fait également l’économie d’un répartiteur distinct. Elle crée les conditions nécessaires à des solutions de paramétrage et de diagnostic cohérentes, à des concepts de commande des machines flexibles et sûrs, ainsi qu’à des concepts d’industrie 4.0 innovants.
 
Le plateau d’usinage et la broche de la série MCC 630.
 
 
Un grand fabricant de machines-outils brésilien
L’entreprise Burkhardt+Weber (BW) sise à Reutlingen, au sud de Stuttgart, fait partie depuis 2012 d’Indústrias Romi S.A., le plus grand fabricant de machines-outils du Brésil. Avec quelque 250 employés, l’entreprise du Bade-Wurtemberg est aujourd’hui un constructeur axé sur le plan international, qui propose des centres d’usinage de haute qualité pour la production de pièces complexes en acier, en fonte et en titane.
Parmi ses clients, BW compte des constructeurs de l’industrie mécanique, mais aussi de l’industrie aérospatiale, ainsi que des constructeurs de moteurs diesel. Les centres d’usinage cinq axes flexibles et entièrement numérisés des séries MCC 630 et MCC 800 sont conçus pour l’usinage de pièces clé en main, avec seulement quelques opérations de serrage, en site isolé ou reliées entre elles. En règle générale, il s’agit d’usiner de grosses pièces pour des moteurs ou des boîtes de vitesse, qui réclament un nombre important d’opérations de fraisage, de perçage, de tournage et de mesure.
 
Le plateau est équipé d’un moteur à entraînement dynamique direct refroidi à l’eau.
 

Mise en œuvre d’IO-Link dans les centres d’usinage
La société Balluff accompagne Burkhardt+Weber depuis plus de 20 ans en qualité de fournisseur de technologie et de conseiller. «Notre coopération a été excellente tout au long de ces années et nous avons de l’estime pour Balluff comme partenaire fiable, créatif et innovant», déclare Benjamin Rother, chef du service Conception électrique. Il se souvient très bien de la première présentation de l’interface intelligente IO-Link par Nico Schmid, ingénieur commercial chez Balluff, il y a six ans. «À l’époque, nous voulions attendre de voir comment la nouvelle norme allait évoluer. Mais depuis 2014, nous mettons systématiquement en œuvre IO-Link dans nos centres d’usinage», ajoute Benjamin Rother.
BW avait appliqué précédemment les concepts de câblage classiques basés sur des systèmes de bus de terrain. Séparés des signaux normalisés dans une approche systémique, les signaux de sécurité étaient récupérés sur le terrain via le standard de communication PROFINET. Un câblage complexe et onéreux était monnaie courante, de même que la diversité des types de câbles, de capteurs, d’actionneurs et de longues procédures de réglage. Au-delà du signal de commutation proprement dit, seule une petite quantité d’informations était utilisables au niveau du processus ou du capteur.
 
Le répartiteur de sécurité Balluff IO-Link (en jaune) associé à un maître IO-Link et à des répartiteurs de capteurs.
 
 
Des objectif pouvant être réalisés par IO-Link
Quand ils ont commencé à développer la nouvelle série MCC, les ingénieurs de Burkhardt+Weber avaient en tête un objectif clair: en plus des caractéristiques spécifiques à BW, telles que puissance, précision et disponibilité, ils ont voulu des caractéristiques dont le constructeur autant que l’utilisateur devaient bénéficier. Il s’agissait de réduire la complexité du câblage, d’utiliser des connecteurs à la place de câbles sertis, de raccourcir la phase d’installation et de mise en service, d’améliorer la transparence et l’information sur les évènements sur le site, ainsi que d’alléger des tâches grâce à des concepts de paramétrage, de diagnostic et d’entretien modernes. Cet objectif pouvait être réalisé d’une manière simple avec l’interface de communication bidirectionnelle IO-Link.
Cette connexion point à point polyvalente dans la couche en-dessous du bus, certifiée selon la norme CEI 61131-9, est désormais largement pratiquée en construction mécanique et en ingénierie industrielle. Elle ouvre la voie à l’échange illimité de données entre le lieu d’exécution du processus et le niveau du bus ou de la commande, tout en offrant un remarquable niveau d’acquisition de connaissances. La surveillance, l’enregistrement et la visualisation en continu de l’état instantané de la machine, des seuils d’avertissement individuels, de l’assurance qualité, etc. peuvent être réalisés et documentés aisément avec l’IO-Link.
 
L’organisation des connecteurs IO-Link est homogène, cohérente et rangée.
 

Des dispositifs contribuent à la sécurité des hommes et des machines
Les nouveaux centres d’usinage MCC sont des équipements performants à base de fonte résistant bien à la torsion. Avec deux changeurs de plateau indépendants, une nouvelle pièce peut être serrée tandis que l’autre est usinée à l’aide d’une broche pivotante selon cinq axes, derrière une porte de sécurité. Le magasin à outils, qui contient plus de 100 outils, peut facilement être agrandi pour offrir 320 emplacements.
Les outils sont alimentés automatiquement et équipés des systèmes RFID industriels de Balluff. Des pièces à usiner pouvant atteindre un poids de 1,5 t (jusqu’à 2,5 t pour le centre MCC 800), des réducteurs offrant une avance de 17,5 kN et des broches sans engrenage atteignant un régime de 12’000 tr/min contribuent à la sécurité des hommes et des machines. Par exemple, des capteurs surveillent plusieurs fermetures de sécurité, des rideaux photoélectriques, tous les moteurs, les charges suspendues telles que la porte anti-copeaux ouverte ainsi que les boutons d’arrêt d’urgence obligatoires.
 
Le prolongement logique de la philosophie IO-Link
Le concept Safety over IO-Link de Balluff est le prolongement logique de la philosophie IO-Link; il exploite les avantages d’IO-Link et du profil PROFIsafe pour les signaux de sécurité. Tout comme IO-Link, le concept Safety over IO-Link permet de simplifier l’architecture système, d’économiser du temps et de coûts de câblage, de réduire le volume de l’armoire électrique et de concevoir des systèmes compacts. Les applications peuvent être facilement adaptées aux nouvelles exigences.
 
La broche orientable compatible avec les outils les plus modernes.
 
 
Le rôle des répartiteurs de capteurs
Une large gamme de produits et systèmes Balluff sont mis en œuvre dans tous les centres d’usinage de la série MCC. Dix répartiteurs de capteurs IO-Link, chacun doté de huit entrées/sorties, récupèrent les signaux des capteurs et actionneurs, dont de nombreux capteurs inductifs et optiques.
Les répartiteurs de capteurs sont paramétrés en fonction de la mission, c’est-à-dire que seize signaux peuvent être affectés librement, reliés typiquement pour IO-Link par des câbles à trois fils normalisés, au moyen de connecteurs M12.
Les répartiteurs de capteurs canalisent les signaux sur six maîtres PROFINET IO-Link installés. Un, deux ou trois répartiteurs de sécurité de Balluff assurent une fonction de barrière de sécurité. En plus des systèmes RFID industriels, des coupleurs inductifs sont utilisés en option, pour transmettre l’énergie et les signaux, sans contact, via un entrefer pouvant atteindre 5 mm. En règle générale, ils sont utilisés là où le câblage fixe des capteurs et des actionneurs est gênant, comme sur les plateaux rotatifs et les changeurs d’outil, par exemple.
Cette solution est réalisée sur la série des centres d’usinage MCC. Si les pièces à usiner sont placées directement dans la machine, l’unité de commande verrouille les axes à portique du système de chargement, jusqu’à ce que les dispositifs de serrage aient confirmé que la pièce à usiner est correctement positionnée dans les modules de couplage se faisant face.
 
La transmission des signaux de sécurité
La transmission des signaux de sécurité est à la fois sûre et simple, car le concept Safety over IO-Link utilise des éléments PROFIsafe. Le maître IO-Link lui-même reste un appareil standard non sécuritaire et fait partie du «canal noir»: les données transmises sont acheminées telles quelles en toute sécurité par le maître vers le niveau de commande où elles sont décompressées. La programmation finale est centralisée au niveau de l’interface de programmation du contrôleur, où elle s’effectue par glisser-déposer.
 
Burkhardt + Weber Fertigungssysteme GmbH
D-72760 Reutlingen
Tél. +49 7121 3150

Balluff AG
2564 Bellmund
Tél. 032 366 67 57
www.balluff.com


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