Le scanner industriel : principe de fonctionnement, intégration électrique et représentation dans les schémas

Dans les installations industrielles modernes, les systèmes d’identification automatique occupent une place centrale en assurant la traçabilité des produits, le suivi de la qualité, l’optimisation des opérations logistiques et l’automatisation efficace des processus de production.

Parmi les équipements utilisés, on retrouve les scanners industriels, également appelés selon les applications :

• lecteurs de codes-barres,

• lecteurs de codes 1D/2D,

• lecteurs Data Matrix,

• lecteurs d’identification automatique,

• Fixed-Mount Barcode Readers.

Ils sont largement utilisés dans les convoyeurs, les lignes d’assemblage, les systèmes de tri, les entrepôts automatisés et les installations de production.

Des fabricants spécialisés comme SICK, Cognex, Keyence et Datalogic proposent aujourd’hui différentes gammes de lecteurs industriels fixes destinés aux applications de production et de logistique. Cognex commercialise notamment la famille DataMan, Keyence les séries SR, tandis que Datalogic propose différentes familles de scanners industriels stationnaires. (Cognex)

1. Qu’est-ce qu’un scanner industriel ?

Un scanner industriel est un équipement électronique capable d’identifier automatiquement un objet à partir d’un code porté par celui-ci.

Il peut notamment lire :

Codes 1D

• Code 128,

• Code 39,

• EAN,

• UPC,

• GS1-128.

Codes 2D

• Data Matrix,

• QR Code,

• PDF417,

• autres codes matriciels selon le modèle.

Par exemple, la gamme SR de Keyence prend en charge de nombreux formats 1D et 2D, notamment QR Code et Data Matrix. (Keyence)

La donnée obtenue peut ensuite être transmise vers :

PLC / API
PC industriel
Serveur
Système MES
Système SCADA
Base de données
Système de traçabilité

Le scanner constitue donc généralement un équipement de :

Identification industrielle, automatisme et communication industrielle.

Il ne s’agit pas d’un équipement de puissance au même titre qu’un moteur, un variateur ou un disjoncteur.

2. Principe de fonctionnement

Le principe dépend principalement de la technologie utilisée.

Scanner laser

Dans un lecteur laser, un faisceau lumineux balaie le code-barres.

Les zones claires et sombres réfléchissent différemment la lumière.

Le système optique détecte ces variations puis les convertit en signal électrique.

Le traitement interne permet ensuite de reconstruire et décoder l’information.

Le principe peut être résumé ainsi :

Code-barres
      ↓
Émission du faisceau lumineux
      ↓
Réflexion sur les barres
      ↓
Réception optique
      ↓
Conversion en signal électrique
      ↓
Traitement numérique
      ↓
Décodage
      ↓
Transmission des données

Cette technologie reste utilisée dans certaines applications nécessitant notamment une lecture rapide ou à longue distance.

Lecteur basé sur l’image

De nombreux lecteurs industriels modernes fonctionnent plutôt comme des systèmes de vision compacts.

Une caméra capture l’image du code.

Le processeur interne :

1. localise le code dans l’image ;

2. corrige éventuellement l’orientation ou la perspective ;

3. analyse les motifs ;

4. décode les données ;

5. transmet le résultat au système de contrôle.

Cette technologie permet notamment la lecture :

• des codes-barres 1D,

• des Data Matrix,

• des QR Codes,

• parfois des marquages directs DPM.

Cognex propose par exemple des lecteurs DataMan à montage fixe basés sur l’imagerie, tandis que Datalogic commercialise également des scanners industriels 2D de type imager, comme certaines références de la famille Matrix. (Cognex)

3. Quelques fabricants connus

Parmi les fabricants fréquemment rencontrés dans l’industrie, on peut citer :

SICK

SICK est très présent dans les domaines de :

• l’identification automatique,

• les capteurs industriels,

• les lecteurs de codes,

• la sécurité machine,

• la logistique automatisée.

On rencontre notamment des familles de lecteurs laser et image-based dans les installations de convoyage et de tri.

Cognex

Cognex est particulièrement connu pour :

• les lecteurs de codes industriels,

• la vision industrielle,

• les systèmes d’inspection par caméra.

La gamme DataMan comprend des lecteurs fixes destinés à la traçabilité, aux lignes de convoyage, au tri et à l’automatisation industrielle. (Cognex)

Keyence

Keyence propose notamment :

• des lecteurs 1D/2D,

• des systèmes de vision,

• des capteurs,

• des instruments de mesure.

Les séries SR comprennent des lecteurs industriels capables de lire différents codes sur des produits en déplacement sur des lignes de production ou de logistique. (Keyence)

Datalogic

Datalogic est historiquement spécialisé dans :

• la lecture de codes-barres,

• l’identification automatique,

• les scanners industriels,

• la logistique,

• les systèmes de vision.

Son catalogue comprend des lecteurs laser et image-based destinés notamment à la production, au transport et au tri automatique. (Datalogic)

On peut également rencontrer, selon les applications et les marchés :

Omron, Zebra Technologies, Siemens ou d’autres fabricants spécialisés dans l’identification, la vision et l’automatisation.

Il convient toutefois de distinguer les véritables lecteurs industriels fixes des scanners portables destinés au commerce ou à la bureautique.

4. Où classer le scanner dans une installation électrique ?

Il serait réducteur de classer systématiquement le scanner comme un simple équipement de « courant faible ».

Dans un environnement industriel, une classification plus pertinente est :

Instrumentation – Automatisme – Identification industrielle – Communication industrielle

Le scanner peut effectivement être alimenté en basse tension continue, souvent via une alimentation de commande, mais sa fonction principale reste l’acquisition et la transmission d’informations.

On peut donc le placer fonctionnellement dans cette architecture :

                 INSTALLATION INDUSTRIELLE

       ┌──────────────┬───────────────┬────────────────┐
       │              │               │                │
    PUISSANCE      COMMANDE      INSTRUMENTATION   COMMUNICATION
       │              │               │                │
    Moteurs           PLC          Capteurs          Ethernet
    VFD               Relais       Scanner           PROFINET
    Chauffage         HMI          Encodeur           TCP/IP

Le scanner se situe généralement à l’interface entre :

instrumentation + automatisme + communication industrielle.

5. Comment raccorder électriquement un scanner industriel ?

Le raccordement dépend toujours du modèle choisi.

Un scanner industriel peut comporter plusieurs catégories de connexions.

Alimentation

Un exemple classique peut être :

Alimentation 24 VDC
       │
      FU1
       │
       ├──────── +24 V
       │
       └──────── Scanner BCR1

0 V ───────────────── 0 V

La tension exacte, la consommation et le dispositif de protection doivent toujours être vérifiés dans la documentation du fabricant.

Communication

Selon le modèle, le scanner peut communiquer par :

Ethernet
PROFINET
EtherNet/IP
TCP/IP
RS-232
RS-422
RS-485

Tous les modèles ne disposent évidemment pas de toutes ces interfaces.

La bonne pratique consiste donc à ne jamais représenter une interface sur un schéma sans avoir vérifié la référence exacte de l’équipement.

Entrées et sorties

Certains scanners peuvent également disposer d’entrées/sorties numériques.

Exemple :

DI : Trigger
DI : Enable

DO : Good Read
DO : No Read
DO : Error

Dans une application automatisée, un capteur peut détecter l’arrivée de l’objet puis déclencher la lecture.

Capteur de présence
        │
        ▼
       PLC
        │
     Trigger
        │
        ▼
     Scanner
        │
        ├── Donnée lue
        │
        └── Statut lecture

Le résultat peut ensuite être utilisé par le PLC ou par un système informatique.

6. Scanner et capteur : quelle différence ?

Il ne faut pas confondre un scanner avec un simple capteur de présence.

Un capteur peut fournir une information binaire :

Objet présent : OUI / NON

Le scanner fournit une information d’identification :

Produit identifié : LOT-2026-45871

Ainsi :

Le capteur détecte. Le scanner identifie.

Cette distinction est importante lors de la conception des schémas de commande et de l’analyse fonctionnelle.

7. Existe-t-il un symbole électrique normalisé spécifique au scanner ?

C’est une question particulièrement intéressante pour les concepteurs de schémas électriques.

Pour un disjoncteur, un contacteur, un moteur ou un transformateur, il existe des représentations graphiques normalisées largement établies.

La référence internationale principale pour les symboles utilisés dans les schémas électrotechniques est la base IEC 60617 – Graphical Symbols for Diagrams. La CEI indique que cette base constitue la source officielle de ses symboles graphiques pour les diagrammes électrotechniques. (Webstore IEC)

Cependant, tous les équipements industriels modernes ne disposent pas nécessairement d’un pictogramme spécialisé et universel équivalent à celui d’un disjoncteur.

Pour un équipement complexe comme un lecteur industriel de codes, on utilise souvent une représentation fonctionnelle.

8. Qu’est-ce qu’un bloc fonctionnel ?

Un bloc fonctionnel, dans un schéma, représente un équipement par sa fonction et ses interfaces plutôt que par son apparence physique.

Par exemple :

       ┌─────────────────────────┐
       │                         │
+24V ──┤ +24 V                   │
 0V  ──┤ 0 V                     │
       │                         │
       │          BCR1           │
TRIG ──┤     CODE READER         │
       │                         │
ETH ───┤ Ethernet / PROFINET     │
       │                         │
       └─────────────────────────┘

Dans cet exemple :

BCR1 = Barcode / Code Reader

Le rectangle représente le dispositif complet.

Les connexions montrent :

• son alimentation ;

• ses entrées/sorties éventuelles ;

• son réseau de communication.

Le symbole devient donc immédiatement compréhensible même sans représenter physiquement le scanner.

9. Pourquoi utiliser un bloc fonctionnel ?

Un scanner contient en réalité plusieurs fonctions internes :

Optique
+
Éclairage
+
Capteur d’image
+
Processeur
+
Décodeur
+
Interfaces réseau
+
Entrées / sorties

Représenter tous ces éléments internes serait inutile dans la plupart des schémas électriques d’installation.

On représente donc l’équipement comme une boîte noire fonctionnelle :

ENTRÉES
   │
   ▼
┌───────────────┐
│     BCR1      │
│ CODE READER   │
└───────────────┘
   │
   ▼
SORTIES / DATA

La documentation du fabricant fournit ensuite le détail des connecteurs et des broches.

La CEI précise d’ailleurs que les symboles IEC 60617 peuvent être recherchés par fonction, forme ou application, et que des représentations plus spécialisées peuvent être construites à partir d’éléments graphiques existants. Lorsque aucun symbole adapté n’existe, la CEI prévoit également un processus pour proposer de nouveaux symboles. (Webstore IEC)

10. Représentation dans QElectroTech

Dans QElectroTech, on peut créer un élément personnalisé pour représenter le scanner.

Une représentation simple peut être :

       ┌───────────────────┐
       │       BCR1        │
       │ INDUSTRIAL CODE   │
       │      READER       │
       ├───────────────────┤
+24V ──┤ 1                 │
0V   ──┤ 2                 │
TRIG ──┤ 3                 │
OUT  ──┤ 4                 │
ETH  ──┤ X1                │
       └───────────────────┘

Le nombre de bornes et leur désignation doivent naturellement correspondre au manuel réel de l’équipement.

On peut également ajouter dans les propriétés :

Repère : BCR1
Désignation : Industrial Code Reader
Fabricant : SICK / Cognex / Keyence / Datalogic
Référence : XXXXX
Alimentation : selon datasheet
Communication : selon datasheet

Cette méthode rend le schéma beaucoup plus professionnel.

11. Exemple d’architecture industrielle

Voici un exemple générique :

              ┌────────────────┐
              │      PLC       │
              └───┬─────────┬──┘
                  │         │
             Digital I/O  Ethernet
                  │         │
                  │         ▼
             ┌────▼────┐ ┌─────────────┐
             │ Capteur │ │ Switch      │
             └─────────┘ │ industriel  │
                         └──────┬──────┘
                                │
                       ┌────────▼────────┐
                       │      BCR1       │
                       │ Industrial      │
                       │ Code Reader     │
                       └─────────────────┘

Le scanner peut transmettre les données directement :

• au PLC ;

• à un ordinateur industriel ;

• à un serveur ;

• à un système de traçabilité.

L’architecture exacte dépend du protocole et du fonctionnement demandé.

12. Critères de choix d’un scanner industriel

Avant de sélectionner une référence, l’ingénieur doit considérer plusieurs paramètres.

Type de code

1D ?
2D ?
QR Code ?
Data Matrix ?
DPM ?

Distance de lecture

La distance entre le scanner et l’objet influence fortement le choix de l’optique.

Champ de lecture

La zone dans laquelle le code peut se présenter doit être compatible avec le champ de vision du lecteur.

Vitesse de déplacement

Sur un convoyeur rapide, le temps disponible pour capturer et décoder le code peut être très court.

Orientation du code

Le code peut être :

• toujours au même endroit ;

• orienté aléatoirement ;

• placé sur plusieurs faces.

Certaines installations utilisent alors plusieurs lecteurs.

Keyence souligne notamment que plusieurs lecteurs peuvent être nécessaires lorsque les codes sont présents sur différentes faces ou lorsque les dimensions et positions des colis varient fortement. (Keyence)

Interface de communication

Le choix dépend de l’architecture :

Ethernet
PROFINET
EtherNet/IP
Serial
Digital I/O

Conditions environnementales

Il faut également vérifier :

• indice IP ;

• température ;

• vibrations ;

• poussières ;

• éclairage ambiant ;

• compatibilité électromagnétique.

13. Marques et exemples de familles de produits

À titre indicatif, on peut rencontrer notamment :

Fabricant	Exemples de familles
SICK	CLV, Lector
Cognex	DataMan
Keyence	SR Series
Datalogic	Matrix, DS/DX
Omron	Lecteurs et systèmes de vision/identification
Zebra Technologies	Fixed Industrial Scanners
Siemens	Systèmes d’identification et de vision industrielle selon application

Ces familles couvrent des besoins très différents.

Par exemple, Datalogic propose aussi bien des scanners laser longue portée pour des applications de tri de colis que des lecteurs image-based compacts. (Datalogic)

Le choix ne doit donc jamais être fait uniquement en fonction de la marque.

Il doit partir du cahier des charges fonctionnel.

Conclusion

Le scanner industriel est aujourd’hui un équipement essentiel des systèmes automatisés de production, d’identification et de logistique.

Pour l’ingénieur électricien, il doit être considéré comme un équipement situé à l’intersection de plusieurs domaines :

Instrumentation + Automatisme + Identification industrielle + Communication industrielle

Son intégration dans un schéma électrique nécessite de distinguer :

Alimentation
+
Entrées / Sorties
+
Communication

Contrairement à certains composants électrotechniques classiques, un lecteur de codes industriel n’est pas nécessairement représenté par un pictogramme unique et universel comparable au symbole d’un disjoncteur.

Dans de nombreux projets, la solution la plus claire consiste donc à utiliser un bloc fonctionnel correctement identifié, en représentant ses interfaces électriques réelles conformément à la documentation du fabricant.

La norme IEC 60617 reste la référence à consulter pour les symboles graphiques normalisés utilisés dans les schémas électrotechniques. (Webstore IEC)