Automate programmable

Automate programmable industriel

On nommeAutomate Programmable Industriel (On nomme Automate (Un automate est un dispositif se comportant de manière automatique, c'est-à-dire sans intervention d'un humain. Ce...) Programmable Industriel (API) un dispositif électronique programmable destiné à la commande (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) de...) (API) un dispositif électronique programmable destiné à 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 (Un programme informatique est une liste d'ordres indiquant à un ordinateur ce qu'il doit faire. Il se présente sous la...). ...

Présentation

deux automates programmables Industriels & leurs périphériques

On nomme Automate Programmable Industriel, API (en anglais Programmable Logic Controller, PLC) un dispositif similaire à un ordinateur, utilisé pour automatiser des processus comme la commande des machines sur une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) de montage dans une usine. Là où les systèmes automatisés plus anciens emploieraient des centaines ou des milliers de relais et de cames, un simple automate suffit. On nomme 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:

• Des cartes d'entrées - sorties (en anglais Input - Output, I/O) numériques (Tout ou rien) ou analogiques
• Cartes d'entrées pour brancher des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable,...), boutons poussoirs, ...
• Cartes de sorties pour brancher des actionneurs, voyants, vannes, ...
• Des modules de communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique,interpersonnelle, groupale...) que l'animal...) Modbus (Modbus est un protocole de communication utilisé pour des réseaux d'automates programmables. Il fonctionne sur le mode...), Modbus Plus, Profibus, InterBus, DeviceNet, LonWorks, Ethernet (Ethernet est un protocole de réseau informatique à commutation de paquets implémentant la couche physique et la...), FIPIO, FIPWAY, RS232, RS-485, AS-i, CANopen (CANOpen est une couche applicative (couche 7 du modèle OSI) pour les bus de terrain du type CAN (Controller area...), pour dialoguer avec d'autres automates, des entrées/sorties déportées, des supervisions ou autres interfaces homme-machine (IHM, en anglais Human Machine Interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque...), HMI)), ...
• Des modules dédiés métiers, tels que de comptage rapide, de pesage...
• Des modules d'interface pour la commande de mouvement, dits modules Motion, tels que démarreurs progressifs, variateur de vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.), commande d'axes.

D'autres, plus anciens, étaient constitués d'une simple mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) dont l'adresse (Les adresses forment une notion importante en communication, elles permettent à une entité de s'adresser à une autre...) d'entrée était constituée d'une concaténation (Le terme concaténation est issu du latin cum (avec) et catena (chaîne), il désigne l'action de mettre bout à bout deux...) de données d'entrée (senseurs, horloge) et de l'état précédent. Beaucoup moins onéreux, ils se prétaient en revanche mal à une augmentation rapide du nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) d'états. Ils sont restés très utilisés pour des automatisations simples du style block-system ou feux de signalisation aux carrefours.

Les programmes des API sont traités selon un cycle précis: acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) de toutes les entrées (recopie dans une mémoire image) - traitement des données (calculs) - mise a jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...) des sorties. Le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) d'un cycle d'API varient selon la taille du programme, la complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en...) des calculs et de la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de l'API. Le temps de cycle est généralement de l'ordre d'une vingtaine de millisecondes et est protégé par un chien de garde (informatique).

Les API se caractérisent par rapport aux ordinateurs par leur fiabilité et leur facilité de maintenance. Les modules peuvent etre changés très facilement et le redémarrage des API est très rapide.

L'absence d'interface Homme-machine (IHM, HMI en anglais) pour visualiser l'action et le fonctionnement du programme sur la partie opérative (La partie opérative d'un automatisme est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques (deplacement, émission de...) font que les automates sont très souvent relié par une communication à un pupitre opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :), une interface graphique (écran d'affichage (L' affichage désigne l'application d'une surface de papier script dans un lieu public(et non du foyer)sur un support...) ou écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies...) tactile) ou un PC. Dans ce dernier cas, on parle de supervision.

Exemples

Un programme simple peut maintenir un niveau de liquide (La phase liquide est un état de la matière.) dans un réservoir entre deux niveaux (un mini (MINI est une marque automobile de BMW Group. L'ancien modèle Mini était construit par MG Rover.) et un maxi), en ouvrant et fermant une vanne électrique. Un arrangement (Voir aussi : Arrangement (musique)) légèrement plus complexe pourrait impliquer une balance sous le réservoir (comme entrée) et un contrôleur d'écoulement (comme résultat) permettant à l'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un...) de couler à un taux commandé. Une application industrielle typique pourrait commander plusieurs réservoirs dans un processus tel que le traitement d'eaux usées. Chaque réservoir pourrait être observé pour une variété de conditions telles que : être ni trop plein ou ni trop vide (Le vide est avant tout un concept philosophique. Il désigne l'absence de matière.), d'avoir le pH dans une certaine fourchette.

Différents langages de programmation (La programmation dans le domaine informatique est l'ensemble des activités qui permettent l'écriture des programmes...)

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

• IL (Instruction List), le langage List est très proche du langage assembleur on travaille au plus près du processeur en utilisant l'unité arithmétique (L'arithmétique est une branche des mathématiques qui comprend la partie de la théorie des nombres qui utilise des...) et logique ses registres et ses accumulateurs
• ST (Structured Text), Ce langage structuré ressemble au langage C utilisé pour les ordinateurs
• LD (Ladder Diagram), le langage Ladder (échelle en anglais) ressemble aux schémas électriques, permet de transformer rapidement un ancien programme fait de relais électromécaniques, cette façon de programmer permet une approche visuelle du problème (Le plus fréquent en industrie) .
• FBD (Function Block Diagram), le FBD se présente sous forme diagramme : suite de blocs, reliables entre eux, réalisant des opérations simples, voir très sophistiquées.

Dans la programmation d’un automate, il est possible de choisir de programmer en SFC, de façon très proche du grafcet. Derrière chaque action est associé un programme écrit en IL, ST, LD ou FBD.

Ancien

Il est enfin possible 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 par tout ou rien

1. Si l'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 (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) lue à cette adresse contiendra un 1 pour chaque effecteur à basculer ON (1) ou OFF (0) : relais, moteurs (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par...), électrovalves, signaux, etc.
3. Lorsque l'action de l'effecteur aura eu pour effet de changer l'un des signaux, le signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme...) d'entrée pointera vers une adresse différente qui pourra par exemple entraîner l'arrêt de cet effecteur, ou le démarrage d'un autre, etc.

• Détails dans algèbre (L'algèbre est la branche des mathématiques qui étudie les structures algébriques, indépendamment de la notion de limite...) de Boole

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 (Les besoins se situent au niveau de l'interaction entre l'individu et l'environnement. Il est souvent fait un...) des bits de poids (Le poids d'un corps nu ou force de pesanteur est la force exercée sur un corps (de masse m) immobile dans le...) faible, et la seule 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 (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.)

Ces automates électroniques présentent trois intérêts :

• ils ont une fiabilité extrême
• ils répondent instantanément (pas d'algorithme)
• leur prix de revient est très faible, surtout comparé à une solution à base de microprocesseur

En contrepartie, la complexité de leur programmation (ainsi que leur coût) monte presque exponentiellement avec leur nombre d'états, et on fabrique en général le contenu des ROM avec des programmes spécialisés dès que ce nombre d'états dépasse la dizaine. Une ROM de 2^N mots de N bits peut gérer 2^N 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 système d'autant avec un peu de circuiterie à bon marché (mécanisme de chip select).

Ils conviennent parfaitement pour des systèmes de sécurité ferroviaire, des machineries d'ascenseur (Un ascenseur est un dispositif assurant le déplacement en hauteur d'une charge. Il n'y a pas de distinction nette entre...), des commandes de feux de circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la...) ou tout autre type d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) exigeant du réflexe (Le réflexe d'une façon générale fait intervenir des propriétés intégratrices d'un centre nerveux. Il résulte d'un...) plutôt que de la réflexion.

Différentes marques et modèles

• Allen Bradley - Rockwell Automation : Modèles ControlLogix, CompactLogix, FlexLogix, GuardPLC, Micrologix, PLC5, SLC500
• Abb : Modèles AC500 et AC31
• Advantech : Modèles ADAM-5000, ADAM-8000
• Beck IPC GmbH
• Beckhoff : Gamme BC et BX, PLC virtuels (real time) sur PC industriels.
• BoschRexroth
• Bernecker&Rainer
• Crouzet (marque de Schneider Electric) : Modèle Millenium II+ et Millenium III (programmation par icons)
• CoDeSys : outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans...) de programmation IEC 61131
• Eckelmann
• Elau (marque de Schneider Electric) : PacDrive MAx-4
• Endress+Hauser : Logiciels: ControlCare Application Designer,FieldCare... Modèles: SFC162, SFC174...
• Festo
• Foxboro
• GE Fanuc : Modèles 90-70, 90-30, VersaMax
• Hima : Modèles A1, H41, H51
• Honeywell FSC
• ISaGRAF : Logiciels IEC 61131 and IEC 61499
• Johnson Controls (Johnson Controls, Inc. (NYSE Euronext : JCI) est une société américaine spécialisée dans les équipements pour...)
• Keba
• Matsushita : Modèles FP-Serie FP0/FP-Sigma/FP-M/FP1/FP2/FP10SH
• Mayr Systeme
• Mitsubishi automation : Modèles MELSEC F1, F2, FX1N, FX2N, AxN, AxS, QnA, QnAS, System Q
• Moeller : Modèles PS4, PS416, X-System
• Omron : Modèles CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1, CJ1
• Panasonic : Modèles FP serie
• Phoenix Contact : Modèles RFC450/430 ETH, ILC 350 ETH, ILC 200-Serie, S-MAX
• Samson : Modèles TROVIS 5171
• Siemens : Modèles SIMATIC S5 & S7
• SAIA-Burgess : Modèles PCDx
• Straton
• Télémécanique Modicon (marques de Schneider Electric): Modèles Twido, M340, TSX Micro, Premium, Quantum, Atrium, Momentum, Preventa XPS.
• Vipa Automates :100V, 200V, 300S, 500S - Afficheurs : TOUCH PANEL (Le panel est un groupe de personnes interrogées régulièrement sur leurs opinions ou leurs attitudes. Les personnes...), OP03, TD03
• Multiprog : Logiciels
• Unitronics : Modèles M90, M91