Automate programmable industriel
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On nomme Automate Programmable Industriel (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 (Commande : terme utilisé dans de nombreux domaines, généralement il désigne un ordre ou un souhait impératif.) 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 forme d'une ou plusieurs séquences d'instructions, comportant souvent des données de base, devant...).

Présentation

deux automates programmables Industriels & leurs périphériques
deux automates programmables Industriels & leurs périphériques

On nomme Automate Programmable Industriel (On nomme Automate Programmable Industriel (API) un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres...), API (en anglais Programmable Logic Controller, PLC) un dispositif similaire à un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des...), 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 (Un automate est un dispositif se comportant de manière automatique, c'est-à-dire sans intervention d'un humain. Ce comportement peut être figé, le système fera toujours la même chose, ou bien peut s'adapter à son environnement.) suffit. On nomme automaticiens les programmeurs de ces Automates Programmables Industriels.

L'API est structuré autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d'une unité de calcul ou processeur (Le processeur, ou CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « Unité centrale de traitement »), est le composant de l'ordinateur qui exécute les programmes informatiques. Avec la mémoire notamment, c'est...) (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, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une aiguille…. On...), 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 (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications, nouvelles technologies...), ainsi que...) Modbus (Modbus est un protocole de communication utilisé pour des réseaux d'automates programmables. Il fonctionne sur le mode maître / esclave. Il est constitué de trame contenant l'adresse de...), Modbus Plus, Profibus, InterBus, DeviceNet, LonWorks, Ethernet (Ethernet est un protocole de réseau local à commutation de paquets. Bien qu'il implémente la couche physique (PHY) et la sous-couche Media Access Control (MAC) du modèle...), 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 network) fonctionnant en temps réel. Il est utilisé...), 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 élément a besoin de...), 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 (On distingue :), 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 parmi un ensemble d'entités. Pour qu'il n'y ait pas d'ambiguïté, chaque adresse doit correspondre à une unique...) 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 chaînes.) 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 (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) 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 nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à...) des sorties. Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) 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 physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), 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 (Le chien (Canis lupus familiaris) est un mammifère domestique de la famille des canidés, proche du loup et du renard. Autrefois regroupé...) de garde (informatique).

Les API se caractérisent par rapport aux ordinateurs par leur fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le...) 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 luminère...), mesure des grandeurs physiques...) 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 destiné à son émission, externe ou interne,...) ou écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent les informations saisies ou demandées par l'utilisateur et...) 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. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) 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 (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les dénombrements en analyse combinatoire.) 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 est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) 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 ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.), 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 informatiques. C'est une étape importante de la conception de logiciel (voire de...)

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 méthodes de la géométrie algébrique et de la théorie des groupes. On l'appelle plus...) et logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la fois raison, langage, et raisonnement) est dans une...) 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 (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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, d'une transaction d'affaire, d'un...) 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 exemple) en une énergie mécanique ou travail.[réf. nécessaire]), 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'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) d'entrée pointera vers une adresse différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie...) qui pourra par exemple entraîner l'arrêt de cet effecteur, ou le démarrage d'un autre, etc.
  • Détails dans algèbre (L'algèbre, mot d'origine arabe al-jabr (الجبر), est la branche des mathématiques qui étudie, d'une façon générale, les structures algébriques.) 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 classement des besoins humains en trois grandes catégories : les besoins primaires, les besoins secondaires et...) des bits de poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la...) 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 mobile assurant le déplacement des personnes (et des objets) en hauteur sur des niveaux définis d'une construction.), 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 commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques,...) 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 réflexe des activités musculaires en réponse...) 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 l'action. Cette augmentation se...) 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 automobiles et dans les systèmes de climatisation. Son siège est situé à Milwaukee dans le Wisconsin....)
  • 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 (En physique, un quantum (mot latin signifiant « combien » et qui s'écrit « quanta » au pluriel) représente la plus petite mesure...), 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 peuvent participer aux enquêtes par courrier, téléphone ou, de plus en plus souvent, via un site web conçu à cet effet....), OP03, TD03
  • Multiprog : Logiciels
  • Unitronics : Modèles M90, M91
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