23 Novembre 2015  |  Productique
Publié dans La Revue POLYTECHNIQUE 09/2015

Communication efficace pour techniques d’impression

Les solutions techniques EtherCAT et XFC servent de base pour une électronique de commande destinée à l’impression numérique à jet d’encre industrielle en réalisant une communication de données rapide et précise pour les applications d’impression avancées.

L’industrie de l’impression est confrontée à une mutation technique spectaculaire dans le monde entier. Tous les constructeurs de machines d’impression industrielles s’efforcent de se profiler dans le monde de l’impression numérique à jet d’encre. La société suisse Wifag-Polytype Technologies AG a développé «Calmar», une électronique de commande industrielle destinée à un vaste ensemble de têtes d’impression à jet d’encre d’usage courant. Les solutions EtherCAT et eXtreme Fast Control (XFC) de Beckhoff constituent la base de la plate-forme de commande ouverte et rapide.
 
L’électronique de commande Calmar est également utilisée dans la machine d’impression numérique Techma 4. Illustration: Beckhoff Automation
 
L’impression à jet d’encre: une solution d’avenir
Les procédés d’impression traditionnels de grands tirages tels que la gravure et l’impression offset en ligne font face à des problèmes économiques et l’impression offset à feuilles ne peut aujourd’hui envisager l’avenir qu’avec avec un optimisme modéré. En revanche, de meilleures perspectives sont promises à l’impression numérique, l’impression à jet d’encre offrant le plus grand potentiel. Florian Fässler, chef de produit en impression numérique au Digital Competence Center (DCC) de Wifag-Polytype Technologies AG à Fribourg, en Suisse, le confirme. Selon lui: «L’ancienne usine de fabrication de machines Wifag, était l’un des trois principaux constructeurs les plus réputés au monde, à développer et fabriquer des machines d’impression de journaux. De nos jours, très peu d’entreprises achètent des machines d’impression de journaux. La société a donc pris la décision de ne plus développer de nouveaux modèles dans ce secteur. En fait, l’impression numérique à jet d’encre est sur le point de représenter l’avenir pour tous les départements de Wifag-Polytype Holding».
D’après Florian Fässler, les principaux défis en lien avec l’impression numérique sont d’une part la souplesse, et d’autre part la productivité de l’impression. C’est seulement en répondant à ces deux défis que les imprimeurs pourront aborder de manière rentable la tendance actuelle qui s’oriente vers l’individualisation et la personnalisation des matériaux. L’impression numérique à jet d’encre est une méthode d’impression matricielle qui génère une image imprimée constituée d’une nuée de points. Ces imprimantes matricielles sont couramment utilisées dans les environnements professionnels et privés, où elles sont largement utilisées comme imprimantes photo. Cependant, ces appareils se caractérisent par une vitesse d’impression lente, ce qui n’est pas acceptable pour l’impression industrielle.
 
Solution ultrarapide pour têtes d’impression sensibles
Le cœur d’une imprimante à jet d’encre est la tête d’impression, grâce à laquelle une image est générée par la projection ciblée de petites gouttelettes d’encre. «La tête d’impression est un système usuel, qui est relié à nos machines d’impression et à l’électronique Calmar spéciale», explique Florian Fässler. Les têtes d’impression ont une interface assez primaire. Par exemple, aucune tête d’impression ne comporte d’interface USB. L’équipe de projet Calmar a réalisé une électronique de commande qui est compatible et adaptée aux applications industrielles, qui est utilisable pour toutes les machines d’impression.
«Les systèmes disponibles sur le marché comportaient des systèmes électroniques très complexes», affirme Florian Fässler. «Ils étaient difficiles à adapter et la mise à niveau n’était pas un processus simple. Surtout, ils n’étaient pas nécessairement adaptés à une intégration industrielle».Toutefois, l’équipe de projet Calmar avait entrepris de développer un système de commande électronique robuste, qui pouvait être intégré dans un bus de terrain. Cet objectif était associé à celui de développer une plate-forme de produits flexibles et simples d’utilisation.
Pendant la phase d’évaluation, l’équipe de projet a décidé d’intégrer EtherCAT et eXtreme Fast Control (XFC) de Beckhoff. À ce propos, Florian Fässler explique: «La raison pour laquelle nous avons choisi Beckhoff et EtherCAT est l’ouverture du système. Lorsque nous avons commencé nos activités de développement il y a trois ans, il n’existait pas de solution comparable, à la fois ouverte, rapide et conçue de manière déterministe. Cette solution pouvait être mis en place dans un FPGA (réseau de portes programmables in-situ), et la communication EtherCAT était simple à intégrer et à exécuter».
 
La machine d’impression Techma 4 est équipée de têtes d’impression disposées de manière cubique par rapport au sens d’impression (de gauche à droite), et linéairement par rapport à la largeur d’impression (d’avant en arrière). L’électronique de commande est synchronisée via EtherCAT et XFC.
Illustration: Beckhoff Automation
 
De l’interface au module d’automatisation
L’une des principales raisons de l’intégration d’EtherCAT et de XFC dans l’électronique Calmar réside dans le fonctionnement très rapide du bus et du concept de commande. EtherCAT est en effet un bus fonctionnant de manière déterministe avec de brefs temps de cycle et des débits de données élevés. La technique XFC de Beckhoff ajoute à cette fonction les horloges distribuées pour une durée système synchronisée et un écart maximal inférieur à 100 ns, ainsi que des fonctions d’horodatage (Timestamp) très précises pour les données de traitement.
Selon Florian Fässler: «Pour la synchronisation des têtes d’impression, tous les contrôleurs associés doivent être démarrés en même temps. Autrement dit, toutes les tâches de chaque commande ont la même base temporelle et démarrent simultanément avec la séquence de commande. Le système d’horloges distribuées garantit que tous les appareils reçoivent l’horodatage au cours d’un cycle. Le temps de cycle de 2 ms est évalué par le système comme étant simultané».
Pour l’intégration du système électronique Calmar, l’équipe de projet a créé sa propre interface EtherCAT basée sur EtherCAT IP Core ET1810 ou ET1811. La communication EtherCAT et les fonctions spécifiques aux applications peuvent ainsi être mises en place sur un FPGA, de manière simple et pratique. Florian Fässler précise: «L’outil acquis a simplifié la mise en place de l’interface EtherCAT; il est très bien documenté». Le résultat est un franc succès, et Wifag-Polytype dispose désormais, avec l’électronique Calmar, d’un module d’automatisation flexible et robuste. À ce sujet, Florian Fässler explique: «Nous pouvons désormais concevoir plus facilement le système d’impression avec un configurateur, qu’il fonctionne avec deux ou quarante cartes Calmar, voire plus. Il est aujourd’hui plus simple de concevoir et d’automatiser les machines d’impression à jet d’encre. De plus, nous disposons d’options de diagnostic plus complètes. Enfin, nous avons un module d’automatisation qui est idéal pour les applications industrielles».
 
Sécurisé à l’intérieur, mais ouvert aux connexions externes
La solution de commande Calmar sert de module d’automatisation pour les machines d’impression numérique de Wifag-Polytype Technologies AG et est également commercialisée en tant qu’appareil individuel dans la structure d’un modèle d’affaires OEM (équipementier). Le savoir-faire de la société est également à la disposition des clients OEM sous la forme d’un service. À ce propos, Florian Fässler explique: «L’architecture PLC et le code source sont ouverts aux clients OEM; les bibliothèques spécifiques à Calmar ainsi que l’application de salle de commande pouvant être adaptées et étendues sur demande. Les connexions avec le monde extérieur sont également ouvertes, par exemple à l’ERP, au MES ou à d’autres bases de données».
Wifag-Polytype Technologies AG agit avec la même cohérence au sein de l’équipe de projet Calmar, cette dernière étant composée de spécialistes en matériel et logiciels, et travaillant avec .NET technology. La visualisation est basée sur Microsoft Visual Studio®, dans lequel TwinCAT 3 est intégré. «Visual Studio est peut-être considéré par certains comme une nouveauté ou une application spéciale pour l’automatisation standard, mais pour nous, elle fait partie de l’activité quotidienne. Nos machines communiquent sur TwinCAT avec l’application de salle de commande, qui a été développée dans .NET/Visual Studio. L’application de salle de commande prend en charge la visualisation», conclut Florian Fässler.

Beckhoff Automation SA
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