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. En effet, il assure déjà, à minima, le contrôle-commande du cœur du réacteur industriel. Son potentiel grandira à l’avenir, car il n’a pas fini de gagner en intelligence et en capacité de communication.
L’automate (qui pourra prendre la forme physique d’un Automate Programmable industriel traditionnel API/PLC, d’un PC industriel, voire d’une PAC) est programmé pour piloter une fabrication. Il envoie des ordres aux actionneurs, qui les exécutent, en fonction de la concordance du scénario à exécuter et des données de production issues des capteurs et traitées par le logiciel de supervision.
L’automate qui a le double avantage d’un déploiement évolutif et modulaire – assure le contrôle commande d’applications toujours plus diverses. Il accroît la productivité de cellules de fabrication en améliorant, entre autres, leur flexibilité !
Après avoir fait une présentation des Protocoles de communication industriels, je vais vous présenter dans ces articles, les différents types de solution de contrôle et les critères de choix de ceci.
Les différents types de solutions d’automatisme
Systèmes de commande à relais : Les systèmes de commande à relais sont des systèmes câblés. Lorsqu’un courant traverse la bobine du relais, les contacts normalement fermes (NF) s’ouvrent et les contacts normalement ouverts (NO) se ferment. Ces contacts peuvent servir à commander un système. À partir d’une certaine complexité, les relais électromécaniques et les relais statiques deviennent lourds à mettre en œuvre et le cout de l’automatisation est difficile à estimer.
Systèmes de commande à microprocesseur : Au lieu de câbler un circuit de commande diffère pour chaque situation, une approche permet d’employer le même système de base dans tous les cas. Elle se fonde sur un système à base de microprocesseur et sur un programme qui explique à ce microprocesseur comment réagir aux signaux d’entrée, par exemple issu d’interrupteurs, et comment produire les sorties requises, par exemple sur des moteurs ou des vannes. Il faudra ajouter à ce microprocesseur (ASIC, un FPGA, un microcontrôleur), des éléments permettant la commande (relais) et la mesure (convertisseur analogique) et la sécurité (isolation galvanique). Nous retrouverons de nombreux projets « amateur » avec des Arduino permettant une initiation au monde de l’automatisme.
Les PLC/API : est une forme particulière de contrôleur à microprocesseur qui utilise une mémoire programmable pour stocker les instructions et qui implémente différentes fonctions, qu’elles soient logiques, de séquencement, de temporisation, de comptage ou arithmétiques, pour commander les machines et les processus. II est conçu pour être exploité par des électrotechniciens, dont les connaissances en informatique et langages de programmation peuvent être limitées. Les API sont comparables aux ordinateurs. Toutefois, alors que les ordinateurs sont optimisés pour les taches de calcul et d’affichage, les API le sont pour les taches de commande et les environnements industriels. Ils sont solides et conçus pour supporter les vibrations, les températures basses ou élevées, l’humidité, le bruit et des perturbations électromagnétiques. Les interfaces des entrées et des sorties sont intégrées à I » automate avec des protections dédiées et des fonctions dédiées. Les API modulaires peuvent être facilement étendus pour recevoir un plus grand nombre d’entrées-sorties. Ils sont d’une très bonne fiabilité et moins sujets aux dysfonctionnements que les ordinateurs personnels.
PAC: Le PAC (programmable automation controller) ou contrôleur d’automatisme programmable en français est un contrôleur spécial qui vient remplacer les automates programmables traditionnels dans les tâches d’automatisation les plus complexes. Les PLC et les PAC sont utilisés dans le même but, Les PAC étant pour beaucoup un PLC ultra-avancé. De plus les progrès de la technologie moderne ont réduit l’écart entre les deux.
La différence principale entre les PLC et les PAC est la façon dont ils sont programmés. Les PAC sont programmées en C et C++ ou Structured Text, ce qui les rend plus adaptables et plus efficaces. À l’opposé, les PLC sont programmés en utilisant le langage ladder, un langage de programmation qui utilise des symboles représentant des schémas électriques de relais.
L’autre différence est que Les PAC utilisent généralement plusieurs processeurs et intègrent diverses applications informatiques, ce qui rend leur programmation plus flexible, mais plus complexe. le PAC a plusieurs cycle de scrutation ce qui permet de gagner en rapidité et en puissance d’exécution. Étant multicœur, le PAC permet de gérer les tâches de manière asynchrone permettant au système d’avoir un temps d’exécution optimal.
PC industriel (IPC) : Avec l’évolution technologique, les frontières entre automatisme et informatique se sont floutées, poussant certains constructeurs, à proposer des solutions à base de PC.
Ces PC ont l’avantage d’avoir une grande puissance de calcul, et un environnement riche (souvent Linux ou Windows), tout en gardant un prix correct, car standard. Le marché historique reste perplexe et craint une obsolescence accélérée des API et une gestion des sécurités moins efficace.
SOFTPLC : Le SoftPLC se distingue des systèmes de développement classiques sur PC par son utilisation de langages propres au monde de l’automatisme (généralement il s’agit des langages définis par la norme CEI 61131-3, mais il peut s’agir d’autres langages propriétaires plus ou moins adaptés), et son type de fonctionnement en boucle, comme sur les automates. Il est donc conçu de manière à ne pas nécessiter de connaissance approfondie en programmation sur PC, et à simplement transposer le fonctionnement de l’automate vers le PC lui-même.
Critère de choix d’une solution d’automatisme
Critère non technique
La première question que l’on doit se poser lors de la définition du cahier des charges, préalable à toute réalisation, n’est pas de nature technique ou matérielle, mais plutôt d’ordre économique et juridique.
Il est important avant de commencer tout projet d’avoir une expression du besoin clair et partager par les différents intervenants du projet. En effet selon qu’il s’agit d’une proposition interne à votre organisation ou répondant à une demande extérieure précise, ou au contraire relativement imprécise, votre marge de manœuvre sera sensiblement différente. Il est donc important de connaitre son commanditaire, mais aussi de connaitre l’utilisateur final. Il faut que vous examiniez avec soin qui sera le réel servant de cet appareil, quel niveau réel de compétence il aura, dans quel contexte le matériel sera généralement utilisé.
Pour les clients externes, une contrainte majeure sera le respect d’un délai de fourniture et d’une complexité (ou simplicité) de mode d’emploi autant que d’un coût.
Il ne faut pas oublier les contraintes normatives et règlementaires, qui ne sont pas toujours présentes dans les cahiers des charges, mais sont des obligations légales. Ces contraintes peuvent impacter très fortement la complexité d’un projet.
Il est indispensable d’avoir analysé l’ensemble de ces aspects avant toute autre démarche et d’en avoir fait une synthèse écrite, approuvée par l’ensemble des contractants, avant même d’établir le cahier des charges de la réalisation technique dont nous allons examiner certains aspects dans les paragraphes suivants.
Les critères techniques
Pour choisir un contrôleur adapté aux besoins d’une société, il sera nécessaire de s’interroger sur les caractéristiques attendues de l’automate : le nombre d’entrée et sorties nécessaires, le type de processeur (notamment la taille de la mémoire et la vitesse de traitement), les fonctions ou modules spéciaux souhaités, les fonctions de communication compatibles avec les autres systèmes de commande. Voici une liste non exhaustive des critères à prendre en compte :
Vitesse : certains automates ont des temps de cycle plus rapides face à d’autres, ce qui peut être important pour des systèmes nécessitant une certaine réactivité ou un fonctionnement en temps réel.
Ergonomie : L’intuitivité de l’environnement de développement ; certains automates ont des logiciels de programmation plus aboutis comparés à d’autres. Cela permet un gain de temps énorme lors des développements.
L’adaptation du produit : certains contrôleurs auront besoin d’ajout de matériel pour fonctionner correctement dans l’environnement désiré, ce qui augmentera le temps de développement. Par exemple pour un microcontrôleur, il sera nécessaire d’ajouter une interface de commande (comme des relais) pour pouvoir fonctionner, votre microcontrôleur ne vous coutera pas grand-chose, mais le temps consacré au projet sera très important. Cette solution est seulement viable pour les produits de grande série (comme les voitures).
La standardisation : si on développe des standards de programme sur un type d’automate particulier, on a intérêt à se focaliser sur un type d’automate spécifique. Certaines tâches d’automatisation sont si simples et répétitives qu’il est clair qu’elles resteront les mêmes après des années.
L’obsolescence : Afin de bénéficier de tout le support dont vous avez besoin, il est important de choisir des équipements qui ne sont pas en fin de cycle. En effet, choisir un composant en fin de cycle rendra difficile la maintenance du système vu que les pièces de rechange seront plus difficiles à retrouver. Pourtant, les industriels veulent des API capables de durer jusqu’à 20 ans.
Le nombre d’entre sorties : Évaluez le nombre d’entrées/sorties à utiliser dans le projet. Lors du démarrage d’un projet, il est nécessaire d’évaluer le nombre d’entrées et de sorties (E/S) numériques et analogiques du projet. Cela nécessite une étude du projet et la définition de tous les éléments des parties opératives et parties commande du système. Les fabricants d’automates disposent dans leur portefeuille plusieurs gammes d’automates ayant des nombres d’E/S variés, certains sont modulaires, d’autres compacts. Il est conseillé de dimensionner avec une marge de sécurité, car il peut arriver qu’on ait le besoin d’ajouter des E/S supplémentaires.
La modularité : il existe des API monobloc, ou des API modulaires. Les API modulaires sont les plus répandus. Ils s’adaptent avec un maximum de souplesse à la machine ou au processus à automatiser. Puissants, ils embarquent jusqu’à quatre calculateurs. Leurs multiples emplacements (slots) acceptent une large variété de cartes : 256 cartes d’E/S, en entrée de gamme, 1 024 en milieu de gamme et au-delà de 8 192 en haut de gamme. Des cartes analogiques pour l’acquisition de mesures en entrée et des cartes de commande d’axes en sortie, pour le positionnement ou le respect des consignes, en sortie, peuvent aussi y être intégrées. Enfin, certains API modulaires disposent de la communication réseau directement sur la carte mère. Sinon, ils admettent des cartes spécialisées pour Ethernet IP, EtherCAT, Powerlink, CCLink, DeviceNet, ProfiNet… Configuré via un ordinateur, l’API est ensuite dirigé par l’opérateur depuis une interface homme-machine (HMI).
Les connectivités : Aujourd’hui, avec l’industrie 4.0, afin d’assurer que les usines bénéficient de tous les avantages de la digitalisation, nous devons de choisir le « bon contrôleur » en privilégiant les gammes d’automates, avec une grande variété de communication. Si on veut travailler sur un réseau de terrain spécifique, il faut choisir un automate qui supporte ce mode de communication en natif ce qui va empêcher d’acheter des modules supplémentaires.
La fiabilité/sécurité : Le niveau de fiabilités de l’installation est très important, et il faut choisir son contrôleur en adéquation de la normalisation. Certaines gammes d’automates sont spécialisées dans la sureté de fonctionnement.
Le coût : pour de petits projets d’automatisation, il est préférable de choisir des micros ou mini automates même si le critère de prix reste un critère important, il faudra tout de même que le contrôleur à choisir soit performant et adapté au besoin.
La renommée : certaines marques d’automates sont plus connues que d’autres ce qui témoigne de leur qualité de service. Si vous êtes un bureau d’étude et que vous faites souvent de l’export de machines. Il est préférable pour vous de choisir une marque d’automate reconnue mondialement. Une marque présente sur les 5 continents ou qui dispose d’un large portefeuille de distributeurs est synonyme de garantie. Tout incident peut être minimisé s’il y a une représentation de la marque dans le pays où se trouve votre client afin de faciliter les opérations de support.
Les services : La disponibilité en termes de SAV et de composants de rechange : certaines marques d’automates ont plus d’autorité ce qui leur permet d’offrir des services après-vente et d’accompagnement client meilleur. Pouvoir compter sur le soutien et le conseil d’une marque dans un nouveau projet de machine est un gage de réussite puisque les deux parties sont claires sur l’objectif final. De même, l’après-vente est cruciale pour développer des fonctionnalités, mettre en route un réseau Ethernet, configurer le logiciel, installer une maintenance préventive assortie d’une gestion des pièces de rechange, et bénéficier d’une formation.
