M241

Les contrôleurs logiques Modicon M241 de Schneider Electric sont destinés aux machines compactes performantes intégrant des fonctions de contrôle de vitesse et de positionnement.
Ils embarquent un port Ethernet, offrant les services FTP et web serveur, qui facilitent ainsi leur intégration dans les architectures d’automatisme, la surveillance et la maintenance à distance des machines au travers d’applications pour smartphone, tablettes et PC.

Ces contrôleurs intègrent un processeur double-cœur permettant de traiter les instructions en 22ns, pour plus de rapidité pour les machines.

Les fonctions embarquées permettent de minimiser le coût de la machine :
– Fonctions embarquées dans le contrôleur : liaison série modbus, port USB dédié à la programmation, bus de terrain CANopen pour architectures distribuées, fonctions de positionnement évoluées (compteurs rapides et sorties train d’impulsions pour commande de servomoteurs.)
– Fonctions embarquées dans les extensions Modicon TM3 : modules de sécurité fonctionnelle, module de contrôle de départs-moteurs et système d’extension déporté.
– Fonctions embarquées dans les modules de communication Modicon TM4.
La puissance de traitement et la taille mémoire des contrôleurs M241 permettent de cibler des applications performantes.

– L’application est réalisée grâce à au logiciel de programmation SoMachine.
Il permet aussi de récupérer les applications existantes des gammes Modicon M221, M238 et M258.

Les contrôleurs M241 font partie de la gamme MachineStruxure The Next Generation, tout comme les contrôleurs M221 et M251.

Applications
Applications typiques : machines répétitives
– Emballage : remplisseuse verticale ou horizontale, embouteilleuse, ensacheuse, doseuse, étiqueteuse, emballeuse, machine à wrapper, soudeuse de film, etc.
– Manutention : convoyeur, stockage et recherche automatisée.
– Usinage : machine à bois, machine à couper, ponceuse, machine à scier, etc.
– Autres machines : distributeur automatique, station de pompage, compresseur, machine à laver industrielle, machine pour agriculture et pisciculture, etc.

Fonctionnalités principales

Les contrôleurs logiques M241 se présentent sous deux formats :
– Contrôleurs à 24 entrées/sorties.
– Contrôleurs à 40 entrées/sorties.

Les entrées et les sorties embarquées dans le M241 sont raccordées sur des borniers débrochables à vis.
Un interrupteur Run/Stop est disponible sur chaque contrôleur M241.
Un emplacement pour carte mémoire de type SD (Secure Digital card) est disponible sur chaque contrôleur M241.
Un emplacement intégré à chaque contrôleur M241 permet de recevoir jusqu’à deux cartouches parmi les types suivants :
> Cartouches d’extension d’entrées ou de sorties analogiques.
> Cartouches applications : levage ou emballage.
Chaque contrôleur logique M241 possède un QR code procurant un accès direct à sa documentation technique.

Communication embarquée
Ils intègrent jusqu’à 5 ports de communication :
> Ethernet avec fonction serveur Web embarquée.
> CANopen (maître).
> 2 liaisons série.
> Port de programmation.

Communication sur réseau Ethernet
Les contrôleurs TM241CE… embarquent un port Ethernet de type RJ 45 (10/100 Mbit/s, MDI/MDIX) avec les protocoles Modbus TCP (Client/Serveur), Ethernet IP (adapter), UDP, TCP, SNMP et SoMachine.
Les contrôleurs M241 possèdent chacun un serveur web et un serveur FTP embarqués.
Outre l’adresse par défaut basée sur l’adresse MAC, il est possible d’assigner une adresse IP d’un contrôleur via un serveur DHCP ou via un serveur BOOTP.
Le port Ethernet offre également les mêmes fonctionnalités de chargement, de mise à jour et de mise au point que le port de programmation (USB mini-B) lorsque le contrôleur est alimenté.
Un pare-feu permet de filtrer les adresses IP autorisées à accéder au contrôleur et de verrouiller chaque protocole de communication.

Communication sur CANopen
Les contrôleurs TM241CEC… embarquent un port maître CANopen.
La liaison est configurable de 20 Kbits/s à 1 Mbits/s et supporte jusqu’à 63 esclaves.
Les architectures basées sur CANopen permettent de distribuer des modules d’entrées/sorties au plus près des capteurs et actionneurs, réduisant ainsi les coûts et les temps de câblage, de communiquer avec différents équipements tels que les variateurs de vitesses, les servo-variateurs, …
Le configurateur CANopen est intégré dans le logiciel SoMachine et permet aussi l’import des fichiers de description standard au format EDS.

Liaisons série
Chaque contrôleur M241 embarque deux liaisons série.
La liaison série SL1 est configurable en RS 232 ou en RS 485.
De plus, une alimentation de 5 V/200 mA est disponible sur le connecteur RJ 45 permettant ainsi l’utilisation d’un IHM Magelis XBTN ou XBTRT, de l’adaptateur de communication Bluetooth TCSWAAC13FB, ou d’autres équipements.
La liaison série SL2 est configurée en RS 485.
Ces deux liaisons embarquent les deux protocoles principaux du marché :
– Modbus ASCII/RTU Maître ou Esclave.
– Chaîne de caractère (ASCII).

Port de programmation avec fonctionnalité de chargement hors tension
Le port de programmation, équipé d’un connecteur USB mini-B, est embarqué sur chaque contrôleur M241 ; il est dédié à la communication avec un PC équipé de SoMachine pour :
> La programmation.
> La mise au point.
> La maintenance.
En outre, il offre la capacité de charger un programme applicatif ou de mettre à jour le logiciel embarqué (firmware) sans que le contrôleur ne soit alimenté par ailleurs.

Fonctions embarquées
– Régulation PID.
– 8 entrées de comptage rapide (HSC), fréquence 200 kHz.
– 4 sorties positionnement pour :
> Train d’impulsions (PTO) P/D, CW et CCW avec profil trapézoïdal et courbe en S (S curve), fréquence 100 kHz.
> Modulation de largeur d’impulsions (PWM).
> Générateur de fréquences (FG).

Puissance de traitement
> Vitesse d’exécution : 22 ns / instruction booléenne.
> Programme : 128 K instructions booléennes.
> Processeur DualCore.
> Mémoire Ram : 64 Mo.
> Mémoire flash : 128 Mo.

Options pour contrôleurs Modicon M241

Carte mémoire
La carte mémoire SD TMASD1, capacité 256 Mo, est disponible pour :
> La sauvegarde et le transfert d’application.
> L’enregistrement des données (Data logging).
> La mise à jour du logiciel embarqué (firmware).

Cartouches pour contrôleur M241
Jusqu’à 2 cartouches (selon modèle de contrôleur) peuvent s’insérer en face avant du contrôleur M241 :

Cartouches d’entrées/sorties
– 3 cartouches d’entrées ou de sorties sont disponibles :
> Cartouche TMC4AI2 pour 2 entrées analogiques configurables en tension ou courant.
> Cartouche TMC4AQ2 pour 2 sorties analogiques configurables en tension ou courant.
> Cartouche TMC4TI2 pour 2 entrées configurables pour sondes de température.

Cartouches applications
– 2 cartouches sont disponibles :
> La cartouche Application Levage TMC4HOIS01 possède deux entrées analogiques dédiées pour contrôle de cellule de charge.
> La cartouche Application Emballage TMC4PACK01 possède deux entrées analogiques dédiées pour contrôle de température sur machine d’emballage.
L’utilisation d’une cartouche application donne un accès direct aux Blocs Fonction applications via le logiciel SoMachine.

Modèles de la gamme M241

– TM241C24R : 24 I/O Relais.
– TM241C24T : 24 I/O Transistor PNP.
– TM241C24U : 24 I/O Transistor NPN.
– TM241C40R : 40 I/O Relais.
– TM241C40T : 40 I/O Transistor PNP.
– TM241C40U : 40 I/O Transistor NPN.
– TM241CE24R : 24 I/O Relais Ethernet.
– TM241CE24T : 24 I/O Transistor PNP Ethernet.
– TM241CE24U : 24 I/O Transistor NPN Ethernet.
– TM241CE40R : 40 I/O Relais Ethernet.
– TM241CE40T : 40 I/O Transistor PNP Ethernet.
– TM241CE40U : 40 I/O Transistor NPN Ethernet.
– TM241CEC24R : 24 I/O Relais Ethernet CAN master.
– TM241CEC24T : 24 I/O Transistor PNP Ethernet CAN master.
– TM241CEC24U : 24 I/O Transistor NPN Ethernet CAN master.

Configuration du matériel

Le système de commande M241 offre une solution tout-en-un avec des configurations optimisées et une architecture évolutive.
La figure suivante définit les configurations locale et distante :
(1) Configuration locale.
(2) Configuration distante.

Architecture de configuration locale
L’association des modules suivants offre une configuration locale et une flexibilité optimales :
– Modules d’extension TM4.
– M241 Logic Controller.
– Modules d’extension TM3.
– Modules d’extension TM2.

Les besoins de l’application déterminent l’architecture de la configuration M241.
La figure suivante présente les composants d’une configuration locale :
(A) Modules d’extension (3 au maximum).
(B) Modules d’extension (7 au maximum).

Architecture de configuration distante
L’association des modules suivants offre une configuration distante et une flexibilité optimales :
– Modules d’extension TM4.
– M241 Logic Controller.
– Modules d’extension TM3.
– Modules émetteur et récepteur TM3.

Les besoins de l’application déterminent l’architecture de la configuration M241.
NOTE : On ne peut pas utiliser de modules TM2 dans des configurations comprenant les modules émetteur et récepteur TM3.
La figure suivante présente les composants d’une configuration distante :
(1) Logic Controller et modules.
(C) Modules d’extension (7 au maximum).

Description

1 – Interrupteur Run/Stop.
2 – Emplacement de la carte SD.
3 – Logement de la batterie.
4 – Emplacement de cartouche 1 (modèle 40 E/S, emplacement de cartouche 2).
5 – Voyants indiquant l’état des E/S.
6 – Port de programmation USB mini-B.
7 – Système de verrouillage encliquetable pour rail oméga de 35 mm (rail DIN).
8 – Bornier de sorties.
9 – Commutateur de terminaison de ligne CANopen.
10 – Alimentation 24 V DC.
11 – Port CANopen.
12 – Port Ethernet.
13 – Voyants d’état.
14 – Port de ligne série 1.
15 – Bornier port 2 de ligne série.
16 – Bornier d’entrées.
17 – Capot de protection.
18 – Crochet de verrouillage.

Nota : Il faut placer le ou les modules TM2 à la fin de la configuration après le ou les modules TM3.

A: Alimentation.
B: Entrées numériques.
C: Sorties.

Modules d’extension TM4

La gamme des modules d’extension TM4 regroupe des modules de communication.
Les modules de communication Modicon TM4 s’assemblent par simple emboîtement sur le côté gauche des contrôleurs et un connecteur d’extension de bus permet la distribution de l’information et de l’alimentation.
3 modules de communication peuvent être ajoutés à gauche des contrôleurs.

Communication Ethernet : 4 connecteurs RJ45
Le module TM4ES4 est une interface Ethernet 4-ports (10/100 Mbit/s, MDI/MDIX) avec les protocoles :
> Ethernet Modbus TCP (Client/Serveur), Ethernet IP (adapter), UDP, TCP, SNMP et SoMachine.
> Le module TM4ES4 est prêt à l’utilisation dès sa connexion sur le bus de communication du M241.
> Ce module permet d’ajouter la fonction Ethernet aux contrôleurs TM241C24. et TM241C40. sans port Ethernet embarqué tout en offrant la fonctionnalité supplémentaire d’un switch Ethernet.
> Connecté sur les contrôleurs avec port Ethernet embarqué type TM241CE24… et TM241CE40…, il constitue un switch autonome à 4 ports : la communication entre le module TM4ES4 et le contrôleur Modicon M241 n’est pas réalisée automatiquement par le connecteur de bus.

Communication esclave PROFIBUS DP : Connecteur SUB-D femelle 9 broches
Le module de communication TM4PDPS1 permet de configurer une connexion esclave sur Profibus DP.

Communication pour liaison sans fil Bluetooth

La liaison sans fil Bluetooth permet une liberté de mouvements dans un rayon de 10 m autour du contrôleur.
Schneider Electric propose pour ses contrôleurs M241 l’adaptateur Bluetooth TCSWAAC13FB leur permettant de remplir les fonctions de :
> Mise en service.
> Surveillance.

Modules d’extension TM3

La gamme des modules d’extension TM3 regroupe :
– Des modules numériques, classés comme suit :
> Modules d’entrées : 120 V AC, 24 V DC.
> Modules de sorties : 24 V DC, 240 V AC (relais : 0,5 A, 2 A. Transistor : 0,5 A, 0,4 A, 0,1 A).
> Modules d’E/S mixtes.

– Des modules analogiques, classés comme suit :
> Modules d’entrées : 0 à 10 V DC, -10 à +10 V DC, 0 à 20 mA, 4 à 20 mA, Thermocouple PT100 / 1000 NI100/1000, Thermocouple NTC/PTC.
> Modules de sorties : à 10 V DC, -10 à +10 V DC, 0 à 20 mA, 4 à 20 mA.
> Modules d’E/S mixtes.
> Modules experts : Module TeSys, 4 connecteurs RJ-45.
> Modules de sécurité.
> Modules émetteur et récepteur de données pour les E/S distantes.

Modules d’extension TM2

Il est possible d’ augmenter le nombre d’E/S du M241 en ajoutant des modules d’extension d’E/S TM2.
Les modules électroniques suivants sont pris en charge :
– Modules d’extension d’E/S numériques TM2.
– Modules d’extension d’E/S analogiques TM2.

NOTE : Les modules TM2 ne peuvent être utilisés qu’en configuration locale, et uniquement si cette configuration n’inclut aucun module émetteur et récepteur TM3.
NOTE : Il est interdit de monter un module TM2 devant un module TM3. Les modules TM2 doivent être montés et configurés à la fin de la configuration locale.

Fonctions du M241

Horodateur (RTC)
Le M241 inclut un horodateur fournissant la date et l’heure système et prenant en charge les fonctions connexes nécessitant un horodateur. Une pile non rechargeable permet de conserver l’heure en cas de coupure d’alimentation. Le panneau avant du contrôleur présente un voyant dédié signalant si la pile est déchargée ou manquante.

Gestion des entrées
Le M241 dispose d’entrées numériques, dont 8 entrées rapides. Les fonctions configurables sont les suivantes : – Filtres (selon la fonction associée à l’entrée).
On peut utiliser n’importe quelle entrée pour la fonction Run/Stop.
On peut mémoriser ou utiliser 8 entrées rapides pour des événements (front montant, descendant ou les deux), et les associer à une tâche externe.

Principe du filtre intégrateur
Le filtre intégrateur est destiné à réduire l’effet de bruit.
La définition d’une valeur de filtre conduit le M241 à ignorer les changements soudains de niveaux d’entrée causés par le bruit.
Le chronogramme suivant illustre les effets du filtre intégrateur pour une valeur de 4 ms :

Principe du filtre de rebond
Le filtre de rebond est destiné à réduire l’effet de rebond sur les entrées.
La définition d’une valeur de filtre de rebond permet au contrôleur d’ignorer certains changements soudains des niveaux d’entrée causés par le bruit électrique. On ne peut utiliser ce filtre que sur les entrées rapides.
Le chronogramme suivant illustre les effets du filtre anti-rebond :

Mémorisation
La mémorisation est une fonction pouvant être affectée aux entrées rapides du M241.
Elle permet de mémoriser les impulsions dont la durée est inférieure au temps de scrutation du M241.
Lorsque la durée de l’impulsion est inférieure à celle d’une scrutation, le contrôleur mémorise l’impulsion qui est ensuite mise à jour lors de la scrutation suivante.
Ce mécanisme de mémorisation ne détecte que les fronts montants.
Les fronts descendants ne peuvent pas être mémorisés.
L’onglet Configuration d’E/S de SoMachine permet de définir les entrées à mémoriser.
Le chronogramme suivant illustre les effets de la mémorisation :

Gestion des sorties
Le M241 dispose de sorties transistor normales et rapides (PTO/PWM).
On peut configurer les fonctions de sortie suivantes sur les sorties transistor :

– Sortie d’alarme.

– HSC (fonctions réflexes sur seuil HSC).
Les fonctions HSC peuvent exécuter des comptages rapides d’impulsions émises par des capteurs, des commutateurs, etc. qui sont connectés aux entrées rapides.

– PTO (Pulse Train Output, sortie à train d’impulsions)
La fonction PTO fournit deux voies PTO pour un nombre d’impulsions et une vitesse (fréquence) spécifiés. Elle permet de contrôler le positionnement ou la vitesse de deux variateurs ou moteurs pas à pas linéaires mono axes indépendants, en mode boucle ouverte.

– PWM (Pulse Width Modulation)
La fonction de modulation de largeur d’impulsion ou PWM (Pulse Width Modulation) génère un signal d’onde programmable sur une sortie dédiée avec un cycle d’activité et une fréquence réglables.
La forme du signal dépend des paramètres d’entrée suivants :
> Fréquence configurable de 0,1 Hz à 20 KHz, avec une incrémentation par pas de 0,1 Hz.
> Cycle d’activité du signal de sortie de 0 à 100 %.

– FG (Frequency Generator)
La fonction Générateur de fréquence génère un signal d’onde carrée sur des voies de sortie dédiées avec un cycle de service constant (50 %).
Fréquence configurable de 0,1 Hz à 100 KHz, avec une incrémentation par pas de 0,1 Hz.

Carte SD

La carte mémoire SD est disponible pour :
– La sauvegarde et le transfert d’application.
– Le chargement de logiciel embarqué (firmware).
– La duplication d’application entre contrôleurs.

Voyants d’état

L’illustration suivante montre les voyants d’état :
(1) Voyants d’état du système.
(2) Voyants d’état de la cartouche.
(3) Voyants d’état des E/S.

– PWR Alimentation : Vert Allumé Indique que l’équipement est sous tension. Eteint Indique la mise hors tension.
– RUN Etat de la machine :
> Vert Allumé Indique que le contrôleur exécute une application valide.
> Clignotant Indique qu’une application valide du contrôleur s’est arrêtée.
> 1 éclair Indique que le contrôleur s’est arrêté au point d’arrêt (BREAKPOINT).
> Eteint Indique que le contrôleur n’est pas programmé.
– ERR Erreur :
> Rouge Allumé EXCEPTION .
> Clignotant INTERNAL ERROR.
> 1 seul éclair Erreur mineure détectée.
> 3 éclairs Aucune application.
– I/O Erreur d’E/S : Rouge Allumé Indique des erreurs matérielles sur la ligne série 1 ou 2, la carte SD, la cartouche, le bus TM4 ou le bus TM3.
– SD Accès en cours à la carte SD : Vert Allumé Indique un accès à la carte SD.
– BAT Pile : Rouge Allumé Indique que la pile doit être remplacée. Clignotant Indique que la charge de la batterie est faible.
– SL1 Ligne série 1 : Vert Allumé Indique l’état de la ligne série 1. Eteint Indique l’absence de communication série.
– SL2 Ligne série 2 : Vert Allumé Indique l’état de la ligne série 2. Eteint Indique l’absence de communication série.
– TM4 Erreur sur le bus TM4 : Rouge Allumé Indique qu’une erreur a été détectée sur le bus TM4. Eteint Indique qu’aucune erreur n’a été détectée sur le bus TM4.

Selon les modèles :

– ETH État du port Ethernet :
> Vert Allumé Indique que le port Ethernet est connecté et que l’adresse IP est définie.
> 3 éclairs Indique que le port Ethernet n’est pas connecté.
> 4 éclairs Indique que l’adresse IP est déjà utilisée.
> 5 éclairs Indique que le module attend une séquence BOOTP ou DHCP.
> 6 éclairs Indique que l’adresse IP configurée n’est pas valide.
– CAN R Etat d’exécution CANopen :
> Vert Allumé Indique que le bus CANopen est opérationnel.
> Eteint Indique que le maître CANopen est configuré.
> Clignotant Indique que le bus CANopen est en cours d’initialisation.
> 1 éclair par seconde Indique que le bus CANopen est arrêté.
– CAN E Erreur CANopen :
> Rouge Allumé Indique que le bus CANopen est arrêté (BUS OFF).
> Eteint Indique l’absence d’erreur CANopen.
> Clignotant Indique que le bus CANopen n’est pas valide.
> 1 éclair par seconde Indique que le contrôleur a détecté que le nombre maximal de trames erronées a été atteint ou dépassé.
> 2 éclairs par seconde Indique que le contrôleur a détecté un événement « Node Guarding » ou « Heartbeat ».

Voyants d’état des entrées numériques

L’illustration suivante explique l’état des voyants pour les contrôleurs TM241C..24. (les contrôleurs TM241C.40. sont similaires, avec 40 voyants) :
> Vert Allumé La voie est activée.
> Eteint La voie est désactivée.

Vidéo sur le contrôleur logique M241 (en anglais)

Voir aussi :
M221
M251
M258
Lexium 28
M238
M168