Automate programmable industriel

Un automate programmable industriel est un système électronique programmable conçu pour la commande de processus industriels par un traitement séquentiel.

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Deux automates programmables Industriels & leurs périphériques, montés en volant, pour test et analyse

Un automate programmable industriel (API) est un système électronique programmable conçu pour la commande de processus industriels par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers les préactionneurs (partie opérative ou PO côté actionneur) à partir de données d'entrées (capteurs) (partie commande ou PC côté capteur), de consignes et d'un programme informatique.

Présentation

automate dans une armoire électrique

On appelle Automate Programmable Industriel, API (en anglais Programmable Logic Controller, PLC) un système comparable à un ordinateur, utilisé pour automatiser des processus comme la commande des machines sur une ligne de montage dans une usine. À l'endroit où les dispositifs automatisés plus anciens emploieraient des centaines ou des milliers de relais et de cames, un simple automate suffit. On appelle automaticiens les programmeurs de ces Automates Programmables Industriels.

L'API est structuré autour d'une unité de calcul ou processeur (en anglais Central Processing Unit, CPU), d'une alimentation (depuis des tensions AC ou DC) et , de modules suivant les besoins de l'application, tel que :

D'autres, plus anciens, étaient constitués d'une simple mémoire dont l'adresse d'entrée était constituée d'une concaténation de données d'entrée (senseurs, horloge) et de l'état précédent. Nettement moins onéreux, ils se prêtaient par contre mal à une augmentation rapide du nombre d'états. Ils sont restés particulièrement utilisés pour des automatisations simples du style Antiblockiersystem (ABS) ou feux de signalisation aux carrefours.

Les programmes des API sont traités selon un cycle précis : acquisition de l'ensemble des entrées (recopie dans une mémoire image) - traitement des données (calculs) - mise à jour des sorties. Le temps d'un cycle d'API fluctue selon la taille du programme, la complexité des calculs et de la puissance de l'API. Le temps de cycle est le plus souvent de l'ordre d'une vingtaine de millisecondes et est protégé par un chien de garde.

Les API se définissent comparé aux ordinateurs par leur fiabilité et leur facilité de maintenance (bien que les ordinateurs industriels atteignent aussi un très bon degré de fiabilité). Les modules peuvent être changés particulièrement aisément et le redémarrage des API est particulièrement rapide.

L'absence d'interface Homme-machine (IHM, HMI en anglais) pour visualiser l'action et le fonctionnement du programme sur la partie opérative font que les automates sont fréquemment reliés par une communication à un pupitre opérateur, une interface graphique (écran d'affichage ou écran tactile) ou un PC. Dans ce dernier cas, on parle de supervision (occasionnellemen, le PC peut d'ailleurs être utilisé seul en comprenant les fonctions de l'API et de la supervision, grâce à l'utilisation d'un softplc).

Exemples

Un automate pourvu d'un programme simple peut maintenir un niveau de liquide dans un réservoir entre deux niveaux (un mini et un maxi), en ouvrant et fermant une vanne. Un arrangement un peu plus complexe pourrait impliquer une balance sous le réservoir (comme entrée) et un contrôleur d'écoulement (comme résultat) permettant à l'eau de couler à un taux commandé. Un automatisme industriel typique pourrait commander plusieurs réservoirs dans un processus tel que le traitement des eaux usées. Chaque réservoir pourrait être observé pour une variété de conditions telles que : être ni trop plein ou ni trop vide, d'avoir le pH dans une certaine fourchette.

Différents langages de programmation

Il existe différents langages de programmation définis par la CEI 61131-3 :

Dans la programmation d'un automate, il est envisageable de choisir de programmer en SFC, de façon particulièrement proche du grafcet. Derrière chaque action est associé un programme rédigé en IL, ST, LD ou FBD.

Ancien

Il est enfin envisageable de réaliser de petits automates au moyen d'une simple mémoire morte (ROM), sans microprocesseur.

(Ces automates numériques sont des réseaux logiques câblés et non des automates programmables. )

Entrées tout ou rien

  1. Si on dispose de capteurs ne fournissant que des informations de type 1 ou 0 («porte fermée» (ou ouverte) ou «évènement attendu», par exemple), la juxtaposition des bits correspondants peut être envoyée à la ROM comme une adresse.
  2. La valeur de la donnée lue à cette adresse contiendra un 1 pour chaque effecteur à basculer ON (1) ou OFF (0)  : relais, moteurs, électrovannes, signaux, etc.
  3. Quand l'action de l'effecteur aura eu pour effet de changer l'un des signaux, le signal d'entrée pointera vers une adresse différente qui pourra par exemple entraîner l'arrêt de cet effecteur, ou le démarrage d'un autre, etc.

Entrées analogiques

On peut, si elles comportent peu de bits, les traiter par un convertisseur analogique-numérique. Dans la pratique, il est rare qu'on ait besoin des bits de poids faible, et l'unique chose qui sera prise en compte en entrée est la mise à 1 ou non d'un (ou plusieurs, par sécurité) bit (s) de poids fort.

Usage

Ces automates électroniques présentent des intérêts :

En contrepartie, ils sont bien plus chers que des solutions informatiques classiques mais restent à l'heure actuelle les seules plateformes d'exécution reconnues comme fiables en milieu industriel (avec les ordinateurs industriels). Qui plus est ils nécessitent la maîtrise de langages spécifiques conformes à la norme CEI 61131-3 qui reprennent dans leur forme la logique d'exécution interne de l'automate. Le prix est fréquemment dépendant de la mémoire dont on veut disposer pour réaliser un programme.

On produit généralement le contenu des ROM avec des programmes spécialisés dès que ce nombre d'états dépasse la dizaine. Une ROM de 2ˆN mots de N bits peut gérer 2ˆN états correspondants à p entrées et q sorties, avec p+q=N. Si certains de ces états ne peuvent être rencontrés dans la pratique, on peut simplifier le dispositif d'autant avec légèrement de circuiterie à bon marché (mécanisme de chip select).

Ils conviennent idéalement pour des dispositifs de sécurité ferroviaire, des machineries d'ascenseur, des commandes de chaînes de production ou tout autre type d'activité strict du réflexe plutôt que de la réflexion.

Pour la gestion des feux de circulation d'un carrefour, ce sont des automates spécifiques et complètement différents, qui sont utilisés et dédiés à cette tâche. Il s'agit de contrôleurs de carrefours, qui doivent respecter des normes de sécurités spécifiques au domaine.

Différentes marques et modèles

 (Crouzet Millinium est identique au MITSUBISHI ALPHA et THEBEN PHARAO.)

Voir aussi

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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 14/04/2009.
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