Automate Programmable (PLC) : Fonctionnement, exemples et applications concrètes.
L’automatisation industrielle est au cœur de la modernisation des usines, des bâtiments intelligents et des infrastructures. Parmi les composants essentiels de cette révolution se trouve l’automate programmable, plus souvent connu sous le nom de PLC (Programmable Logic Controller).
Ce dispositif robuste et fiable permet de contrôler et d’automatiser des processus variés sans intervention humaine. Dans cet article, vous découvrirez ce qu’est un automate programmable, comment il fonctionne, ses composants, ses langages de programmation et les raisons de son adoption massive en milieu industriel.
Qu’est ce qu’un automate programmable (PLC)?
Définition simple
Un automate programmable est un ordinateur industriel conçu pour exécuter automatiquement des tâches de contrôle. Il reçoit des signaux d’entrée (capteurs, boutons), traite ces informations selon un programme défini, puis active des sorties (moteurs, voyants, relais, etc.).
Exemple de fonctionnement
Prenons l’exemple d’un thermostat : lorsqu’il détecte une température inférieure à un seuil, il active le chauffage. Un automate fonctionne de manière similaire, mais avec une logique beaucoup plus complexe et adaptable.
Les composants principaux d’un automate programmable
Les entrées/sorties
La section E/S relie les dispositifs externes au processeur et contrôle les actionneurs (moteurs, vannes, etc…). Les entrées captent des signaux (capteurs): elles convertissent les variables physiques en signaux électriques.
Les sorties activent les actionneurs (vannes, moteurs, voyants). On peut distinguer les E/S digitales (tout ou rien; 0 ou 1; vrai ou faux) et les E/S analogiques (habituellement : 0-10V; 0-20mA; 4-20mA). L’article les E/S analogiques et digitales donne plus de détails sur ce sujet.
Le processeur (CPU)
C’est le cœur de l’automate programmable. Il exécute le programme stocké en mémoire et prend les décisions logiques. En effet, le processeur (CPU) analyse les données des entrées et déclenche les sorties en fonction du programme chargé. Il agit comme le cerveau du système.
Dispositif de programmation
Un ordinateur ou appareil portable permet d’écrire et de transférer les programmes dans la mémoire du PLC, dictant son comportement.
La mémoire
La mémoire stocke les programmes et les données. Elle est divisée en ROM (lecture seule) et RAM (lecture/écriture) pour les données variables.
L’alimentation électrique
L’alimentation électrique est ce qui permet à l’automate de fonctionner. Selon l’ampleur de votre opération, vous devrez fournir suffisamment d’énergie pour que votre automate fonctionne correctement. L’alimentation fonctionne en convertissant 240 volts CA (courant alternatif) en 24 volts CC (courant continu).
Cela dit, il est important de noter que les blocs d’alimentation existent en différentes capacités. Si la tension reste la même, la capacité est évaluée en fonction du courant (mesuré en ampères). Une alimentation de 2 ampères est considérée comme adaptée à une utilisation à petite échelle, tandis qu’une alimentation de 5 ampères est considérée comme mieux adaptée aux productions à grande échelle.
Les langages de l’automate programmable
Pour écrire un programme d’automate, vous devez d’abord comprendre le projet que vous allez écrire. Une fois que vous avez compris le processus et déterminé la meilleure approche pour écrire le programme, l’étape suivante consiste à choisir un langage de programmation.
Il existe cinq langages officiellement reconnus, chacun ayant ses avantages et ses inconvénients. En tant que programmeur, vous n’avez pas besoin de les connaître tous, car la plupart des entreprises n’en utilisent qu’un seul, mais plus vous en saurez, plus vous serez à même de résoudre les problèmes.
Le Ladder (LD)
C’est de loin le langage le plus populaire car il est facile à lire et à modifier en ligne. Il est écrit sous la forme d’échelons horizontaux et se lit de gauche à droite. Les entrées/conditions qui doivent être satisfaites sont écrites sur le côté gauche, et les sorties souhaitées sur le côté droit.
Si vous êtes novice en matière de programmation d’automates, le Ladder (LD) est un excellent point de départ, notamment parce qu’il est facile à apprendre. Le seul inconvénient auquel vous devez faire attention est la limitation de ce langage. Bien que parfaits pour les projets de base, le Ladder peut se montrer limité pour certaines commandes comme les commandes de mouvement.
En résumé, c’est un excellent point de départ, mais vous devrez vous tourner vers d’autres langages si vous voulez vous distinguer dans ce domaine.
Liste d’instructions (IL)
Contrairement aux Ladder, le langage List d’instructions (IL) est un langage textuel, ce qui signifie que vous écrirez des lignes de code au lieu de dessiner votre programme. La nature textuelle du langage est également ce qui lui confère deux avantages cruciaux.
Tout d’abord, le texte prend moins de place que les graphiques, ce qui signifie que vous pouvez écrire un programme aussi volumineux que vous le souhaitez sans avoir à vous soucier de l’espace mémoire. Ensuite, le texte est plus facile à lire pour l’unité centrale, ce qui permet une exécution plus rapide.
Malgré ces avantages, il n’est pas aussi courant que d’autres langages car la plupart des gens préfèrent dépendre des graphiques, car ils permettent d’éviter le risque d’erreurs critiques.
Texte structuré (ST)
ST est un langage textuel de haut niveau qui signifie deux choses. Premièrement, il est beaucoup plus proche des langues humaines que les autres. Deuxièmement, il est extrêmement puissant et plus que capable d’exécuter des projets complexes.
En termes de polyvalence, pensez-y comme au C++ de l’automatisation industrielle. Bien sûr, pour les personnes inexpérimentées en langage C, ST ne sera pas aussi facile à apprendre, mais il est garanti de faire de vous un candidat solide pour n’importe quel emploi.
Qui plus est, il n’a pas de limitations, contrairement à LD et SFC. Les principaux inconvénients de ce langage sont qu’il est difficile à déboguer et à éditer en ligne.
Blocs fonctionnels (FB)
Les blocs fonctionnels sont le lieu où les programmeurs d’automates se divisent. Certains estiment que le langage graphique est extrêmement utile, d’autres pensent qu’il est plutôt trop compliqué.
Les diagrammes sont composés de cases d’entrée et de sortie numérotées reliées entre elles par des lignes. L’unité centrale parcourt ensuite les diagrammes pour déterminer l’ordre d’exécution. Le principal inconvénient est qu’il n’y a pas de structure ou d’ordre particulier pour les cases à placer. Cela peut être déroutant lorsqu’on s’attaque à un grand projet avec beaucoup de pièces mobiles.
Cependant, pour les petites tâches répétitives, FB s’est avéré être l’un des meilleurs outils pour le travail.
Diagrammes fonctionnels séquentiels (SFC)
Il s’agit d’un langage graphique assez similaire aux organigrammes. Lors de la rédaction, vous écrivez verticalement, en utilisant des étapes pour indiquer les actions à entreprendre (sorties).
Les entrées/conditions requises sont écrites sous forme de transitions. Le programme passe ensuite d’une étape à l’autre en répondant aux exigences de la transition. Comme vous pouvez l’imaginer, le langage est à écrire et à lire, ce qui aide beaucoup lorsqu’il s’agit d’éditer le programme ou de diagnostiquer une erreur.
Sur le terrain, la plupart des gens préfèrent utiliser le SFC lorsqu’ils programment plusieurs processus parallèles ou qu’ils dessinent une vue d’ensemble d’un programme.
Types d’automates programmables
Il existe deux grands types d’automates programmables : les PLC compacts ou monobloc et les PLC modulaires. Ils sont classés en fonction du nombre d’entrée/sortie disponibles. Les automates compacts sont fabriqués avec un nombre déterminé d’entrées et de sorties. Ce nombre est décidé par le fabricant. Quelques extensions demeurent possibles mais sont tout de même limitées.
Les automates modulaires, quant à eux, permettent d’ajouter des sections d’entrée/sortie supplémentaires et plus encore. Tout dépend de la façon dont ils sont structurés. Les composants d’un automate modulaire sont divisés en plusieurs modules qui, une fois connectés, forment le système PLC complet.
Pour augmenter le nombre d’entrées, il suffit d’ajouter des modules d’E/S supplémentaires. Cette caractéristique d’évolutivité fait des automates modulaires un choix hautement souhaitable pour les entreprises à croissance rapide.
Pourquoi utiliser un automate programmable?
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles il est nécessaire d’utiliser un automate programmable. Dans les productions à grande échelle où l’uniformité est une nécessité, les automates garantissent la production souhaitable et cohérente en supervisant et en contrôlant le processus de production.
Ils réduisent également la nécessité d’engager un trop grand nombre de travailleurs humains. Bien que l’entreprise doive toujours dépenser de l’argent pour le système et un technicien qualifié, elle économise de l’argent qui aurait autrement été dépensé en salaires, en assurances et en responsabilités liées à d’éventuelles erreurs humaines.
Ce qui est encore plus avantageux, c’est que les automates jouent un rôle dans la maintenance préventive. Lorsqu’une machine est surchargée, la qualité de ses performances diminue. Les automates programmables recueillant d’énormes quantités de données sur les machines auxquelles ils sont connectés, un technicien peut facilement programmer un automate pour qu’il soit à l’affût de tout signe de baisse de performance.
Lorsque la machine atteint un point spécifique défini par le technicien, le système affiche un message d’avertissement indiquant la nécessité d’une maintenance. Ainsi, il ne sera pas nécessaire d’arrêter la production en raison d’une panne soudaine ou d’une maintenance non planifiée.
En outre, avec une maintenance et une supervision constante, une entreprise peut garantir l’efficacité, ce qui se traduit par des marges bénéficiaires plus importantes, une production accrue et des coûts réduits.
Conclusion
L’automate programmable (PLC) est l’épine dorsale de l’automatisation moderne. Accessible, puissant et modulable, il est autant un outil d’apprentissage que la base de projets industriels avancés. Que vous soyez apprenant, technicien ou ingénieur, comprendre le fonctionnement d’un PLC est une compétence essentielle pour évoluer dans le monde de l’automatisation.
