La commande de mouvement intégrée sur EtherNet/IP

La commande de mouvement intégrée sur EtherNet/IP est une technologie innovante. Dans la vaste majorité des installations avec commande d'axes, elle offre une alternative très intéressante aux solutions de commande de mouvement dédiées.

Développée pour satisfaire la majorité des applications de machine/cellule de taille moyenne, y compris celles comprenant de la commande de mouvements, l'offre MidRange de Rockwell Automation s'appuie sur une architecture réseau EtherNet/IP qui gère la commande de mouvements, l'automatisation, la sécurité et le process. Par ailleurs, elle procure de gros avantages aux concepteurs, installateurs, opérateurs et ingénieurs techniques grâce à son utilisation d'un réseau unique ainsi que d'un environnement de programmation, d'un moteur automate et de commande d'axes évolutif communs. Pour ce qui est des capacités de commande de mouvement de l'offre compacte, l'utilisation du protocole Ethernet standard non modifié fait souvent froncer les sourcils.

Pour répondre à tous ceux qui font une fixation sur la vitesse... ce n'est pas parce que son fonctionnement est différent de celui des autres solutions de commande de mouvements qu'elle est moins performante. En effet, globalement, elle offre d'importants avantages par rapport à d'autres solutions fermées, non standard et non intégrées. On suppose généralement que la caractéristique principale de toute solution de commande de mouvements est sa vitesse de réponse et de fonctionnement, plus particulièrement sa capacité à envoyer et recevoir des signaux pour l'accélération, le mouvement et la décélération.

Toutefois, il suffit d'examiner la majorité des applications qui s'appuient sur une technologie de commande de mouvement pour constater que la vitesse n'est pas la priorité. La majorité des utilisateurs privilégient plus souvent la précision et la reproductibilité. Pour reprendre une expression bien connue, une chaîne ne peut pas être plus solide que son maillon le plus faible. Dans la majorité des solutions de commande de mouvements, les maillons faibles, c'est-à-dire ceux qui peuvent affecter la vitesse et l'inertie, sont les composants mécaniques couplés aux axes. La bande passante mécanique devient donc un facteur déterminant dans toutes les solutions de commande de mouvements, sauf les plus avancées et les plus rapides. Sachant que la plupart des installations de mouvement ne nécessitent pas des vitesses élevées, la précision et la reproductibilité deviennent des caractéristiques beaucoup plus attractives.

Comment fonctionne la commande de mouvement sur EtherNet/IP ?

La commande de mouvement multi-axe sur des réseaux fermés non standard utilise généralement une synchronisation événementielle, qui nécessite la distribution programmée et absolument fiable sur le réseau de données cycliques, dans un laps de temps critique. L'écart pour les données cycliques doit être inférieur à 1 ?s pour assurer un contrôle précis de la vitesse et/ou de la position.

Or, la couche de données CSMA/CD standard d'Ethernet n'est pas capable d'acheminer des données avec un écart inférieur à 1 µs, un fait souvent pointé du doigt par les fournisseurs de solutions de commande de mouvements basées sur des réseaux fermés non standards, qui prétendent que ce problème de déterminisme semble exclure le protocole Ethernet standard non modifié pour la commande de mouvement. Toutefois, la connectivité EtherNet/IP avec CIP Motion résout ce problème en changeant la stratégie de déterminisme. Elle supprime la nécessité d'un déterminisme strict de l'infrastructure de réseau et confie aux équipements les informations de temporelles nécessaires pour gérer les besoins de commande en temps réel de l'application.

La connectivité EtherNet/IP avec CIP Motion peut ainsi fournir la commande déterministe hautes performances qu'exige le fonctionnement d'un variateur en boucle fermée en utilisant le protocole Ethernet standard non modifié. Il est possible d'obtenir de synchroniser les horloges avec une précision supérieure à 200 ns, ce qui répond aux besoins des applications de commande de mouvement les plus exigeantes. Les horloges des dispositifs finaux étant synchronisées avec une très grande précision, un écart minime sur l'heure de réception du message n'est pas important, car les informations contenues dans ce message sont horodatées. La connectivité EtherNet/IP avec CIP Motion permet de coordonner 100 axes avec une mise à jour réseau de 1 ms vers tous les axes.

Les concurrents pourront certes objecter qu'ils peuvent offrir un temps de latence inférieur à 1 ms, mais dans les applications réelles, les contraintes et/ou l'inertie mécaniques engendrées par les éléments pilotés par la solution de mouvement ôtent toute pertinence à cet argument. Dans le cas probable d'une application finale de conditionnement ou d'étiquetage répétitif simple, un temps de latence de 1 ms est plus que nécessaire, comme dans la majorité des applications de commande de mouvements.

Observateur de charge : réglage à la volée

Un autre avantage de l'utilisation d'une solution de mouvement Rockwell Automation MidRange telle que le servovariateur Allen-Bradley Kinetix 5500, est la possibilité d'utiliser un "correcteur dynamique" (Load Observer). L'introduction dans ce correcteur de la référence d'accélération, ainsi que du signal de retour de la vitesse, a démontré son efficacité pour compenser des éléments perturbateurs comme le jeu mécanique, une rigidité insuffisante ou des variations de charges, de frottements.

Le correcteur dynamique fonctionne comme une boucle de retour interne intégrant le modèle du moteur. Les éléments pertubateurs tels que les frottements, les variations de charge, d'efforts, de tension sont dynamiquement compensés par le correcteur dynamique. Une modélisation dynamique permet d'assimiler les perturbations à des "inerties virtuelles" dynamiques qui sont alors ajoutées à l'inertie du moteur afin de rendre le système plus stable et plus réactif.

Plus que la vitesse bien souvent ce que désirent les ingénieurs en automatisation et mouvement, c'est une solution offrant une grande facilité de conception, d'installation, d'intégration, d'évolution et de maintenance. Ainsi ce n'est pas la vitesse qui prime, mais les performances globales. Pour les utilisateurs, la question fondamentale reste pleine de bon sens : déterminer ce pour quoi leur solution de mouvement a été conçue, puis prendre une décision fondée sur l'adéquation avec l'utilisation prévue et la rentabilité globale.