Architectures des Automates programmables industriels

Architectures des Automates programmable Industriel

Les automates programmables industriels, ou API (en anglais programmable logic controller, PLC) sont particulièrement appréciés dans le secteur industriel pour leur robustesse, leur réactivité et leur simplicité en ce qui concerne la maintenance. Il est souvent le choix de prédilection du contrôle d’automatisme industriel, car le même automate de base peut être employé avec une grande diversité de systèmes de commande. Pour modifier un système de commando et les régies appliquées, un opérateur doit simplement saisir une suite d’instructions différente. On obtient ainsi un système flexible et économique, utilisable avec des systèmes de commande dont la nature et la complexité peuvent varier énormément.

Composition interne d’un automate programmable industriel 

Afin de recevoir les informations concernant l’état du système et de commander les préactionneurs selon le programme inscrit dans sa mémoire,

De manière générale, l’automate programmable industriel est composé de plusieurs éléments de base décrite ci-dessous :

Composition interne d’un Automate programmable

Un processeur (ou Central Processing Unit, CPU) : Son rôle consiste à traiter les instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l’application, à gérer les entrées et sorties, à surveiller et diagnostiquer l’automate (par des tests lancés régulièrement), à mettre en place un dialogue avec le terminal de programmation.

Une mémoire : Elle permet le stockage des instructions constituant le programme de fonctionnement ainsi que diverses informations. Il peut s’agir de mémoire vive RAM (modifiable à volonté, mais perdue en cas de coupure de tension) ou de mémoire morte EEPROM (seule la lecture est possible).

Des interfaces entrées/sorties : Elles permettent au processeur de recevoir et d’envoyer des informations. Ces dispositifs d’entrée et sortie peuvent produire des signaux discrets, numériques (ce sont des sorties de type « tout ou rien ») ou analogiques. Les dispositifs qui génèrent des signaux discrets ou numériques sont ceux dont les sorties sont de type tout ou rien. Par conséquent, un interrupteur est un dispositif qui produit un signal discret : présence ou absence de tension. Les dispositifs numériques peuvent être vus comme des dispositifs discrets qui produisent une suite de signaux tout ou rien. Les dispositifs analogiques créent des signaux dont I » amplitude est proportionnelle à la grandeur de la variable surveillée.

L’alimentation : est indispensable puisqu’elle convertit une tension alternative en une basse tension continue (24V) nécessaire au processeur et aux modules d’entrées-sorties. L’alimentation ne fait pas toujours partie de l’automate qui sera donc directement alimenté par une base tension.

Interface de communication : est utilisée pour recevoir et transmettre des données sur des réseaux de communication qui relient l’АР 1 a d’autres API distants ou à des équipements en fonction des protocoles choisir (voir le chapitre Protocole de communication industriel). Elle est impliquée dans des opérations telles que la vérification d’un périphérique, I » acquisition de données, la synchronisation entres des applications et la gestion de la connexion.

Périphérique de programmation : est utilisé pour entrer le programme dans la mémoire du processeur. Ce programme est développé sur le périphérique, puis transfère dans la mémoire de l’API.

Architecture d’un automate programmable industriel modulaire

Les systèmes API sont principalement disponibles sous deux formes : en boitier unique et en version modulaire/rack. Les systèmes non modulaires ont un nombre d’entrées sorties fixe (entre 10 et 30 E/S), avec souvent des performances limitées, ce sont les gammes les moins onéreuses. La majorité des installations comporte une solution modulaire, permettant grâce à des extensions d’étendre les E/S de l’automate ainsi que les interfaces de communications.

Un API modulaire est constitué de modules séparés pour : I’alimentation, le processeur, les entrées/sortie, les interfaces de communication. Les modules sont branchés les uns à la suite des autres dans un rack. Il suffit d’insérer un module sur le rack et de le configurer dans le logiciel pour l’ajouter, le rack de fond fournit le bus de communication et l’alimentation du module.

Architecture d’un automate programmable industriel modulaire

Les différents sous-ensembles sont :

Le rack/Châssis : Certains châssis sont connus pour un montage en fond de panier, tandis que d’autres le sont pour un montage en rack. Il existe aussi des automates modulaires, sans châssis, ou les modules se connectent les uns aux autres.

Unité centrale : Les processeurs sont disponibles dans plusieurs variantes en termes de capacité d’E/S, de mémoires. Certaines unités peuvent comporter une ou plusieurs interfaces de communication, ainsi que quelque entrée/sortie. Un connecteur de communication permet la programmation de l’automate. L’unité centrale comporte régulièrement un mémoire externe (carte SD) et une pile pour garder la sauvegarde.

Entrées-sorties TOR : Modules d’entrés/sortie digitale (tout ou rien), il existe en version 8, 16, 32 ou 64 E/S. Il existe avec des variantes de tensions, ou de courant admissibles. Les sorties peuvent être à commande à relais (puissance), ou à transistors.

Entrées-sorties analogiques : Les modules d’entrées-sorties analogiques réalisent les conversions A/N et N/A, avec une résolution allant jusqu’à seize bits. Nous avons plusieurs gammes de tension/courant disponibles, les plus utilisés étant le 0-10V et le 4-20mA.

Modules de communication. Des modules de communication peuvent être utilisés pour augmenter le nombre de ports de communication du processeur ou utiliser d’autres protocoles de communications.

Module métier : les fabricants proposent des modules pour une utilisation plus spécifique ; comme le commande d’axe permettant d’assurer le positionnement avec précision d’élément mécanique selon un ou plusieurs axes, le comptage rapide permettant d’acquérir des informations de fréquences élevées incompatibles avec le temps de traitement de l’automate ; la mesure de température

Extensions : il est possible d’étendre son rack par un autre rack, des entrées/sortie déportées par un bus de communication, ou un autre automate en esclaves.

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Si, dans l’usine du futur, les machines communiquent intensément entre elles et garantissent leur propre surveillance, on peut affirmer sans conteste que l’automate continuera d’être un acteur de cet écosystème.

L’Automate grandit en fonction de communication, la gestion des objets connectés est souvent concentrée sur un automate qui s’occupera de centraliser toutes les informations pour guider les machines. L’automate devient un nœud informatif industriel, plus robuste et autonome qu’une solution PC.

L’augmentation des performances fait émerger des fonctions intelligentes dans les automates, permettant de réaliser des tâches complexes. Les fabricants proposent des librairies de plus en plus fournit et des fonctions d’auto génération, permettant d’accélérer les phases d’automatisation.   

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