Contrôleur logique programmable (PLC)

Les automates programmables industriels (API) font partie intégrante des systèmes industriels. Parce qu'ils ont été conçus pour être utilisés principalement par des travailleurs non ingénieurs, il suffit d'un peu d'effort pour comprendre à quel point les automates sont essentiels dans les applications et les nombreux avantages qu'ils apportent à l'atelier.

Qu'est-ce qu'un automate programmable (API) ?

Un automate programmable est un système de commande à semi-conducteurs (c'est-à-dire sans pièces mobiles actives) doté d'une mémoire programmable par l'utilisateur. Un automate programmable met en œuvre certaines fonctions cruciales de communication et d'exploitation dans une usine :

• Contrôle des entrées et sorties (E/S)
• Règles logiques et arithmétiques
• Chronométrage et comptage
• Contrôle PID à trois modes
• Traitement des données et des fichiers

Certains automates sont suffisamment petits pour être portatifs, tandis que d'autres sont si grands qu'ils doivent être installés dans une salle de contrôle séparée. Cela dépend bien sûr de la taille de l'opération industrielle en question.

Il existe deux options pour les automates programmables : Fixe E/S et Modulaire.

Un automate à E/S fixes peut également être appelé automate intégré ou compact. Ce type d'automate est utilisé lorsque les entrées et sorties générées par la machine sont entièrement intégrées dans le microcontrôleur interne. En d'autres termes, cet automate est une unité matérielle impénétrable qui ne permet aucune modification interne.

Un API modulaire peut être associé à d'autres modules pour créer des combinaisons de processeurs d'entrée/sortie. Cette possibilité est très utile de nos jours car elle permet de réduire les temps d'arrêt, de faciliter la détection des pannes, d'étendre le potentiel de la mémoire et de créer des solutions industrielles personnalisées. Certains automates modulaires sont souvent conservés comme systèmes de secours, au cas où une ou plusieurs unités devraient être remplacées inopinément.

Comment fonctionne un automate ?

Un automate programmable prend en compte à la fois les données et les données humaines. Les données comprennent les informations envoyées automatiquement par les capteurs, les encodeurs et les détecteurs. Les entrées humaines, quant à elles, sont des boutons, des interrupteurs, des claviers, des écrans tactiles, des télécommandes ou des lecteurs de cartes que les personnes utilisent pour interagir avec le système opérationnel.

L'automate prend ces données d'entrée et les convertit en sorties physiques ou visuelles. Il peut s'agir, par exemple, de démarrer des moteurs, de vidanger des vannes, d'envoyer des imprimés ou de surveiller la position GPS d'un équipement distant. Les données de sortie peuvent également prendre la forme d'un affichage visuel à l'aide d'une interface homme-machine (IHM).

Mais comment les API lisent-ils les entrées qu'ils reçoivent ?

Les automates programmables lisent les entrées via des signaux et traduisent les données en sorties. Il existe deux types de signaux : discrets et analogiques.

Les premiers automates programmables étaient programmés à l'aide de la logique Ladder, également connue sous le nom de langage Ladder Diagram (LD). Ce langage est appelé ainsi parce qu'il a été conçu pour être lu par des non-ingénieurs et qu'il utilise donc des diagrammes électriques qui ressemblent à des échelles où les opérations sont dessinées comme des barreaux.

L'idée est que tous les processus sont décrits visuellement afin que les travailleurs puissent rapidement comprendre l'ordre des opérations. En cas de changement ou d'arrêt dans le processus logique des commandes, il est possible d'accéder rapidement et efficacement à la bonne section de la programmation afin de réduire au maximum les temps d'arrêt.

En 2015, la CEI a imposé des normes pour les langages de programmation des automates. Bien que la plupart des automates utilisent encore la logique Ladder, ils peuvent désormais utiliser facilement des langages tels que :

• Texte structuré (ST)
• le diagramme fonctionnel séquentiel (SFC)
• Diagramme de bloc fonctionnel (FBD)
• Liste d'instructions (IL)

Bien entendu, le diagramme en échelle (LD) est la logique qui définit l'automate programmable. Cela s'explique par le fait que les opérations simples et de grand volume que les API contrôlent fonctionnent mieux avec peu de complications. En fait, si une usine utilise un système trop compliqué, les pannes risquent d'être fréquentes et il sera difficile de savoir à quels échelons de l'échelle ou à quelles étapes opérationnelles les pannes se produisent.

Le fait de laisser les processus compliqués pour l'équipement à un stade ultérieur de la production permet de rationaliser ce flux d'informations et de réduire la consommation d'énergie nécessaire pour les processus logiques initiaux.

À quoi peuvent servir les automates programmables ?

Les automates programmables sont des éléments importants de l'architecture des systèmes de contrôle tels que SCADA (contrôle de surveillance et acquisition de données) et communiquent facilement avec HMI (interface homme-machine) pour une meilleure compréhension de la part des travailleurs.

Les automates programmables effectuent également en permanence des tâches ménagères telles qu'une communication correcte au sein du système de contrôle et des contrôles de diagnostic internes.

Les automates de sécurité vont encore plus loin : ils sont programmés avec de nombreuses redondances, de sorte qu'en cas d'urgence, ils disposent de nombreux dispositifs de sécurité pour détecter les erreurs du système si les choses commencent vraiment à se dégrader.

Aujourd'hui, dans certains systèmes industriels IIoT entièrement optimisés, les travailleurs peuvent communiquer des données à un automate via le web, des bases de données SQL ou même le cloud pour les applications Smart Factory.

Avantages des automates programmables

Les automates programmables sont conçus pour des entrées et sorties simples, mais ils sont aussi extrêmement optimisés pour les usines. Ils sont conçus pour résister à la poussière, à la saleté et aux fluctuations de température. Les automates programmables comportent peu de composants, de sorte que les problèmes sont faciles à résoudre s'ils surviennent.

Les automates programmables sont beaucoup plus durables que les anciens systèmes de contrôle à base de relais qui étaient sujets à des pannes fréquentes. De nos jours, les automates modulaires peuvent être configurés ensemble ou échangés pour de meilleures performances.

Dans l'ensemble, ils consomment peu d'énergie et sont plus efficaces, plus faciles à programmer et à utiliser, ce qui en fait une technologie cruciale pour la production industrielle. La plupart des opérations industrielles s'appuient fortement sur l'organisation des E/S permise par la technologie des automates programmables.

Inconvénients des automates programmables

Il est utile de considérer la technologie des automates programmables comme un pas en avant par rapport aux capacités d'un système de contrôle distribué (DCS). Les automates programmables ne sont pas assez avancés pour synthétiser des entrées analogiques compliquées ; le système a besoin d'une mémoire un peu plus accessible et d'options d'annulation.

Par exemple, un automate programmable aurait du mal à comprendre les données en C++ et à afficher des données complexes à l'utilisateur avec suffisamment de détails pour être utiles.

Les automates programmables peuvent également être vulnérables aux interférences électromagnétiques (EMI). Afin d'éviter un arrêt électrique, les opérateurs doivent connaître la tolérance à la température de l'automate, la vitesse de l'unité centrale, l'espace RAM et la compatibilité potentielle avec d'autres équipements du système ou sources d'électricité.

Exemples d'automates industriels et tendances

D'accord, vous avez décrit les API, mais qu'est-ce que ce PAC dont j'entends toujours parler ?

Un PAC (Programmable Automated Controller) est à peu près la même chose qu'un API, mais avec un degré d'automatisation plus élevé. Le terme PAC a été introduit au début des années 2000 pour désigner les automates programmables plus modernes qui commençaient alors à être commercialisés et qui reposaient sur une automatisation légèrement plus complexe.

Les PAC d'aujourd'hui sont utiles parce qu'ils peuvent être programmés en BASIC ou en C, plutôt qu'en langage de diagramme en échelle.

À mesure que l'Internet industriel des objets progresse avec l'essor de l'industrie 4.0, les automates sont de plus en plus nécessaires dans l'informatique de périphérie, à l'extrémité des réseaux. En effet, les API communiquent à l'aide de la méthode cyclique poll-response. En d'autres termes, ils envoient constamment des données et doivent être connectés à internet pour être réceptifs aux signaux d'autres systèmes automatiques afin de recevoir les étapes suivantes.

Les relais logiques programmables (PLR) sont une autre forme de technologie PLC spécialement conçue pour les petites opérations nécessitant peu d'options de sorties discrètes. Ces systèmes PLR sont des ordinateurs d'E/S simples, tout-en-un, avec des IHM pour une installation et une utilisation faciles. Ils ne sont PAS modulaires ou extensibles, mais ils sont nettement moins chers et plus efficaces que les systèmes PLC ou PAC modulaires. Ils conviennent donc mieux aux petits systèmes d'exploitation.