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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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
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 :
- Des cartes d'entrées - sorties (en anglais Input - Output, I/O) numériques (Tout ou rien) ou analogiques
- Cartes d'entrées pour brancher des capteurs, boutons poussoirs, ...
- Cartes de sorties pour brancher des actionneurs, voyants, vannes, ...
- Des modules de communication Modbus, Modbus Plus, Profibus, InterBus, DeviceNet, LonWorks, Ethernet, FIPIO, FIPWAY, RS232, RS-485, AS-i, CANopen, pour dialoguer avec d'autres automates, des entrées/sorties déportées, des supervisions ou autres interfaces homme-machine (IHM, en anglais Human Machine Interface, 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, variateurs de vitesse, commande d'axes.
- Des modules de dialogue (homme-machine) tel que le pupitre (tactile ou avec clavier) dialoguant avec l'automate par réseau industriel propriétaire ou non et affichant des messages ou une représentation du procédé.
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 :
- IL (Instruction List), le langage List est particulièrement proche du langage assembleur on travaille au plus près du processeur en utilisant l'unité arithmétique 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, sert à transformer rapidement un ancien programme fait de relais électromécaniques, cette façon de programmer permet une approche visuelle du problème (Le plus habituel en industrie). On parle aussi de langage à contacts ou de schéma à contacts pour désigner le langage Ladder.
- FBD (Function Block Diagram), le FBD se présente sous forme diagramme : suite de blocs, reliables entre eux, réalisant des opérations, simples ou particulièrement très élaborées.
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
- 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.
- 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.
- 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.
- Détails dans algèbre 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 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 :
- Les éléments qui les composent sont spécifiquement robustes (absence de mécanique tournante pour le refroidissement et le stockage des données, matériaux renforcés) leur servant à fonctionner dans des environnements spécifiquement hostiles (poussière environnante, perturbations électromagnétiques, vibrations des supports, variations de température, ... )
- Ils possèdent des circuits électroniques optimisés pour s'interfacer avec les entrées et les sorties physiques du dispositif, les envois et réceptions de signaux se font particulièrement rapidement avec l'environnement. Avec qui plus est une exécution séquentielle cyclique sans modification de mémoire, ils permettent d'assurer un temps d'exécution maximal, respectant un déterminisme temporel et logique, garantissant un temps réel effectif (le dispositif réagit nécessairement dans le délai fixé).
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
- Allen Bradley - Rockwell Automation : Modèles ControlLogix, CompactLogix, FlexLogix, DriveLogix, GuardPLC, Micrologix, PLC5, SLC500
- SMC - filiale de Renault Automation : Modèles SMC 500, SMC50, SMC600
- 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
- B&R : gammes X20 (automates conventionnels ou base PC, contrôleurs de bus, E/S décentralisées) et X67 (idem en version IP67), gamme X20 Safe (automates et E/S de sécurité)
- ClassicLadder : Automate logiciel disponible comme logiciel libre sous licence LGPL (utilisable entre autres à-titre éducatif).
- Crouzet : Modèles Millenium, Millenium II+ et Millenium III (programmation par icons)
(Crouzet Millinium est identique au MITSUBISHI ALPHA et THEBEN PHARAO.)
- Crouzet Syrelec : Modèles (obsolètes) µRPX10, µRPX15, RPX10, RPX20, RPX30, RPX40.
- CoDeSys : outil 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 PACSystems RX3i et RX7i, 90-70, 90-30, VersaMax
- Hima : Modèles A1, H41, H51
- Honeywell FSC
- ISaGRAF : Logiciels IEC 61131 and IEC 61499
- Johnson Controls
- 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
- Mœller : Modèles PS4, PS416, X-System
- Omron : Modèles CPM1A, CPM2A, CPM2C, CQM1, C200H, CJ1, CS1, CP1L
- Optimalog : Logiciels d'automatisme sur PC IEC 61131-3 (Optima PLC, Optima View, Optima Tracks, Optim'Alarm)
- Perax : Automates programmables et de Télégestion : P400xi (En savoir plus... ), P16xt (En savoir plus... ) - Supervision : Arlequin (en savoir plus... )
- Panasonic : Modèles FP serie
- Phœnix Contact : Modèles RFC450/430 ETH, ILC 350 ETH, ILC 200-Serie, S-MAX
- Pro-Face : Automates tactiles Modèles : AGP 3000 FN; LT 3000;LT3000 CAN open;AGP 3000 CAN open
- Samson : Modèles TROVIS 5171
- Siemens : Modèles SIMATIC S5 & S7, LOGO!
- Schneider Electric : April
- SAIA-Burgess : Modèles PCDx
- Sigmatek
- Straton Logiciel IEC61131-3
- Télémécanique Modicon (marques de Schneider Electric) : Modèles Twido, M340, TSX Micro, Premium, Quantum, Atrium, Momentum, zelio.
- Unitronics Automates avec afficheurs intégrés : M90, Jazz, Vision : 120, 130; 350... Logiciel Visilogic. (lien : http ://www. unitronics. com/)
- Vipa Automates :100V, 200V, 300S, 500S - Afficheurs : TOUCH PANEL, OP03, TD03
- Multiprog : Logiciels
- WAGO : Automates série 750
Voir aussi
- Automaticien
- Automatisme (organe)
- Automatique
- Grafcet
- PLCopen
- PROFINET
- SERCOS III
- Ethernet Powerlink
- réseaux de terrain répandus
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La version présentée ici à été extraite depuis cette source le 14/04/2009.
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