Automate programmable : Qu'est-ce qu'un automate programmable et comment fonctionne-t-il ?

L'interconnectivité est devenue une composante de plus en plus critique de l'entreprise moderne centre de fabrication. Alors que les fabricants continuent d'investir dans des dispositifs intelligents tels que Industrial IoT, des machines connectées en réseau et d'autres outils numériques similaires, ils doivent trouver un moyen de communiquer avec leur équipement et d'automatiser les processus avec un minimum d'intervention humaine.

Dans un environnement de fabrication plus traditionnel, les machines individuelles et les systèmes de contrôle sont directement connectés les uns aux autres. Cependant, ce type de configuration peut être plus complexe et plus difficile à gérer.

Les fabricants modernes contournent cet obstacle en installant et en utilisant des automates programmables. Au lieu de câbler physiquement chaque machine ou pièce d'équipement directement aux systèmes de contrôle appropriés, les fabricants connectent l'équipement aux API, ce qui permet un contrôle plus intégré du processus de production.

Dans cet article, nous verrons comment les automates programmables sont utilisés dans les usines, quels sont leurs avantages et comment Tulip peut être utilisé en tant qu'automate programmable pour automatiser le contrôle des processus à travers les machines et les outils numériques dans vos opérations.

Un automate programmable est un petit ordinateur programmé pour effectuer des actions ou des sorties spécifiques en fonction des entrées qu'il reçoit et d'un ensemble de règles spécifiques.

Les automates programmables sont utilisés dans un large éventail de contextes commerciaux et industriels, notamment dans les aéroports, les immeubles de bureaux, les chemins de fer et les installations de production. Dans ce billet, nous examinerons les implications des automates programmables dans le contexte de l'industrie manufacturière en particulier.

La connexion de vos équipements et systèmes à l'aide d'un automate programmable diffère de l'approche plus traditionnelle qui consiste à utiliser des systèmes logiques à relais. Si les relais électriques permettent de contrôler les processus industriels de la même manière qu'un API, ils présentent également des inconvénients importants en termes de configurabilité et de maintenance.

Les banques électriques étant constituées d'un système de câblage physique, si le fonctionnement du système devait être modifié, les connexions physiques devraient être entièrement refaites.

En outre, en cas de défaillance du système, le personnel responsable devra patrouiller l'ensemble du système pour identifier la cause du problème. En fonction de la complexité du système, cela peut prendre beaucoup de temps et de ressources. Voici un exemple de salle de relais électrique à titre de référence.

Avec l'introduction de l'électronique à semi-conducteurs et des micropuces, la logique de commande utilisée par les relais électriques est remplacée par une logique logicielle, ce qui rend les automates programmables beaucoup plus faciles à configurer et à entretenir.

En outre, les automates programmables sont conçus pour résister aux conditions plus difficiles que l'on rencontre souvent dans les environnements industriels, ce qui les rend particulièrement adaptés aux installations de fabrication.

Le travail d'un automate programmable est simple à décrire : exécuter la logique encore et encore sans perdre une miette. Pour ce faire, il utilise une poignée de modules qui gèrent chacun une tâche spécifique. Ensemble, ils fonctionnent dans ce que l'on appelle le cycle de balayage, une boucle dans laquelle l'automate lit ce qui se passe sur le terrain, exécute le programme, met à jour les sorties, puis recommence au début.

Cette boucle ne s'arrête jamais. Sur la plupart des systèmes, cela ne prend que quelques millisecondes, ce qui explique pourquoi un automate programmable peut réagir si rapidement lorsqu'un interrupteur est actionné ou qu'un capteur change d'état.

Unité centrale et mémoire
L'unité centrale est le décideur. C'est là que votre programme s'exécute et qu'il gère la communication avec le reste du système. À l'intérieur, vous trouverez généralement

• Le moteur du cycle de balayage (lecture → exécution → écriture)

• Stockage du programme de contrôle et du logiciel d'exploitation

• Diagnostics intégrés pour vous permettre de savoir si quelque chose ne va pas

• Une horloge pour l'ordonnancement ou la logique temporelle

La mémoire est divisée. Une partie est réservée à votre programme, l'autre aux données en temps réel, comme les minuteries, les compteurs et les valeurs variables qui changent à chaque balayage.

Entrées et sorties (E/S)
Les modules d'E/S constituent le lien entre l'automate et l'usine.

• Les entrées fournissent des signaux provenant de capteurs, d'interrupteurs de fin de course ou de transmetteurs de pression.

• Les sorties commandent des actionneurs, des démarreurs de moteurs, des vannes et tout ce qui a besoin d'une commande.

Vous verrez deux types de signaux principaux :

• Numérique - simple marche/arrêt (un bouton-poussoir, un relais)

• Analogique - plages variables (température, niveau, vitesse)

La plupart des systèmes sont conçus pour être étendus. Si vous avez besoin de plus d'E/S, vous glissez un autre module.

Alimentation
On n'en parle pas beaucoup, mais l'alimentation est essentielle. Elle convertit le courant alternatif entrant en tension continue dont l'automate a besoin. Certaines unités comprennent des batteries de secours ou une redondance afin que vous ne perdiez pas les données d'état en cas de coupure de courant.

Communication
De nos jours, très peu d'automates sont isolés. Ils doivent communiquer avec l'interface homme-machine (IHM), le système SCADA, d'autres automates ou des systèmes de niveau supérieur. Les protocoles industriels courants sont Ethernet/IP, Modbus et Profinet. Ces protocoles ne servent pas uniquement à la commande : ils permettent également le diagnostic, la journalisation et, dans de nombreuses usines, l'accès à distance. Certains systèmes récents sont même dotés d'une intégration sans fil ou en nuage.

Mettez tout cela ensemble et vous obtiendrez un système à la fois modulaire et fiable. Que vous gériez une seule presse ou une ligne de production complète, l'architecture sous-jacente reste la même : lecture du champ, traitement de la logique, mise à jour des sorties et répétition suffisamment rapide pour s'adapter au monde réel.

Avec la prolifération des machines sur le site centre de fabrication, les entreprises ont cherché de nouveaux moyens d'automatiser les processus et de rationaliser la production. L'automatisation accrue a conduit à l'adoption d'automates programmables pour connecter et contrôler les différentes machines, dispositifs, capteurs, etc. Voici quelques-uns des avantages que les automates programmables offrent aux fabricants :

Programmation plus facile : Comme nous l'avons vu, les systèmes à relais obligent les fabricants à gérer des séquences logiques compliquées, ce qui rend l'ensemble de l'opération plus difficile. Les automates programmables, en revanche, peuvent être programmés dans des langages de programmation de base pour contrôler diverses applications industrielles.

Plus de flexibilité : Si les fabricants ont besoin d'adapter leurs processus de production, ils peuvent facilement le faire à l'aide d'un automate programmable. En effet, le programme logique peut être facilement modifié via l'ordinateur connecté, ce qui diffère considérablement de la nécessité de déconnecter et de recâbler un circuit de relais entier. Cela facilite le dépannage et la maintenance au fil du temps.

Fiabilité accrue : La réduction des exigences en matière de câblage dans les systèmes d'automatisation centrés sur les automates programmables réduit les risques de connexions physiques non fiables. Les processus de fabrication peuvent donc se dérouler de manière plus fiable.

Temps de réponse rapide : Les fabricants modernes ont besoin de réponses instantanées aux événements survenant dans l'usine. Les automates programmables contrôlent les machines en temps réel, ce qui leur permet de réagir immédiatement aux entrées.

Par exemple, si la température d'une machine commence à monter en flèche, l'automate peut arrêter la machine presque instantanément pour éviter un événement plus catastrophique.

Robustesse physique : Les automates sont conçus pour être robustes, ce qui les rend résistants aux conditions potentiellement extrêmes de l'usine, telles que la chaleur, la poussière et les débris.

Lorsqu'ils se tournent vers les automates programmables pour automatiser leur production, les fabricants doivent tenir compte de certains facteurs clés avant d'acquérir un automate.

Il s'agit notamment de

• Compatibilité des systèmes : Les fabricants doivent savoir si l'automate qu'ils ont choisi est compatible avec leurs systèmes de fabrication actuels. En outre, l'automate doit également être compatible avec la tension des prises de courant de l'usine.

• Vitesse de traitement : l'unité centrale de l'automate doit posséder une vitesse de traitement suffisante pour gérer les différents processus et fonctions d'une installation donnée.

• Le nombre de ports : Il est judicieux de s'assurer que l'automate dispose d'un nombre suffisant de ports d'entrée et de sortie pour répondre aux besoins de l'usine.

• Capacité d'E/S analogiques : Certains automates programmables ne peuvent gérer que des processus simples de type marche/arrêt, c'est-à-dire des fonctions discrètes. Cependant, certaines opérations de fabrication ont des processus analogiques, ce qui nécessite un automate programmable capable de gérer des variables continues.

• Durabilité : De nombreux fabricants placent les automates programmables à proximité de l'équipement concerné. Il est donc important de s'assurer qu'ils peuvent supporter des facteurs environnementaux industriels tels que des températures élevées.

Aujourd'hui, la fabrication n'est plus aussi statique qu'auparavant. Les changements sont plus rapides, les gammes de produits évoluent et les systèmes doivent communiquer entre eux. C'est pourquoi de plus en plus d'équipes se demandent si les automates traditionnels sont toujours la bonne solution.

C'est là que les automates programmables entrent en jeu. Un automate programmable logiciel fait la même chose qu'un automate programmable matériel, exécute la logique, contrôle les machines, mais il vit dans un logiciel. Au lieu de racks de modules, la logique s'exécute sur un PC industriel ou un appareil périphérique. Comme il s'agit d'un logiciel, les mises à jour sont plus faciles, la mise à l'échelle est plus rapide et l'intégration avec les systèmes en nuage est prévue dès le départ.

Contrôleurs logiques programmables Tulip
Avec le constructeur logique sans code de Tulip, vous pouvez concevoir une logique de production sans toucher aux diagrammes en échelle ou au texte structuré. La logique vit à l'intérieur des applications Tulip et peut être déclenchée par les actions des opérateurs, les données des capteurs ou les entrées directes des machines. Vous définissez les règles à l'aide d'un éditeur par glisser-déposer qui est suffisamment simple pour que les ingénieurs, les superviseurs ou les propriétaires de processus puissent l'utiliser sans avoir recours à un programmeur d'automates. Et comme Tulip est conçu pour l'atelier, il n'est pas cloisonné. Il se connecte directement aux machines, au MES, à l'ERP et à l IoT dès sa sortie de l'emballage.

Au cours des derniers mois, Tulip a lancé l'application Edge IOun dispositif de périphérie compatible wifi, facile à mettre en œuvre et peu coûteux pour la collecte de données opérationnelles. Notre dispositif Edge IO intègre des données provenant de diverses machines, de capteurs et d'automates, avec des ports d'E/S industriels et une connectivité USB.

En utilisant Edge IO, les travailleurs peuvent modifier les programmes PLC à partir des applications Tulip , et notre dispositif Edge IO peut être transformé en PLC sans coût matériel supplémentaire.

Vous pouvez voir comment Tulip est utilisé dans ce contexte avec la démonstration ci-dessous :

Les automates programmables souples ne constituent pas une solution de remplacement universelle. Il y aura toujours des cas où un automate traditionnel sera l'outil adéquat. Mais pour de nombreux fabricants, le passage de la logique au logiciel rend les opérations plus adaptables et moins liées à des systèmes rigides et centrés sur le matériel.

Les automates programmables ne sont pas près de disparaître. Ils restent l'épine dorsale de l'automatisation, et le marché affiche une croissance régulière : le marché mondial des contrôleurs logiques programmables (PLC) était évalué à 13,9 milliards de dollars en 2024 et devrait atteindre 22,15 milliards de dollars d'ici à 2032 .

Ce qui change, c'est la manière dont les gens les utilisent. Les plantes sont aujourd'hui plus connectées, ce qui pousse les systèmes de contrôle à évoluer.

Quelques tendances se dégagent :

• Liens avec l'IoT . Plus de capteurs, plus de passerelles, plus de données. Les automates sont moins utilisés comme des boîtiers isolés et davantage comme des éléments d'un système connecté plus vaste.

• Edge et cloud. Les données et même certaines logiques de contrôle sont transférées de l'automate vers Appareils Edge ou le nuage. Cela facilite la mise à l'échelle et donne à la direction une visibilité en temps réel sur l'ensemble des sites.

• L'IA s'insinue. Certaines plateformes commencent à utiliser l'IA pour détecter les anomalies, prédire les défaillances ou même optimiser la logique à la volée. Il est encore tôt, mais c'est en train de se produire.

• Des automates souples et des configurations ouvertes. Les équipes sont fatiguées de l'enfermement. Il y a un intérêt croissant pour les commandes basées sur des logiciels qui ne dépendent pas d'un fournisseur et qui sont plus faciles à adapter, en particulier dans le cas de la production à haute teneur en eau.

Vue d'ensemble : Les automates programmables sont toujours des outils fiables, mais la définition du "contrôle" évolue. Il ne s'agit plus seulement de maintenir les machines en état de marche. Il s'agit d'adaptabilité, de données et de rapidité.

Si vous souhaitez savoir comment Tulip peut vous aider à automatiser vos processus d'automatisation industrielle, contactez un membre de notre équipe dès aujourd'hui!