L’automatisation industrielle complète est l’objectif visé depuis un certain temps déjà. Lentement mais sûrement, nous nous en rapprochons. En 1785, le moulin à farine automatique a été inventé, marquant le premier processus industriel entièrement automatisé. De 1968 à aujourd’hui, les automates programmables ont fait leur chemin dans tous les domaines, des simples thermostats aux machines lourdes complexes. Ils se sont révélés plus que capables d’automatiser un nombre important de processus industriels et de lignes de production. Quel est cet outil indispensable ? Voici tout ce que vous devez savoir.
Qu’est-ce qu’un automate programmable ?
Un automate programmable est un ordinateur industriel principalement utilisé dans les usines et les environnements industriels qui font largement appel à l’automatisation. Il s’agit d’une unité autonome qui contrôle, automatise et régule divers processus industriels, ainsi que tous les éléments qui entrent dans ces processus. En d’autres termes, il supervise et contrôle les dispositifs d’entrée afin de produire le résultat souhaité. Pour mieux comprendre ce qu’est un automate programmable, imaginons un thermostat – l’on pourrait le comparer à un automate simplifié, et voici pourquoi. Avec un thermostat, vous réglez la température à un degré spécifique (la sortie souhaitée). Le contrôleur utilise les données de son capteur de température (entrée) pour déterminer si l’unité de chauffage doit fonctionner ou non. Lorsque la température est inférieure à la sortie souhaitée, le contrôleur envoie un signal à l’unité de chauffage, qui fonctionne en réponse pour maintenir la température souhaitée. C’est ainsi que l’on obtient une pièce chaude en permanence.
Pour les automates industriels, le principe de base est le même, mais comme il est appliqué à grande échelle pour contrôler des équipements complexes, les contrôleurs sont équipés d’un grand nombre de fonctions spécialisées. En outre, en connectant un automate à d’autres unités, on peut facilement contrôler une chaîne de production entière sans avoir besoin d’autant de travailleurs que sans automate. Utilisés à grande échelle, les automates garantissent l’efficacité et permettent d’économiser beaucoup d’argent, de temps et de ressources. Pour ces raisons, l’automate et ses programmeurs sont très recherchés par les entreprises de fabrication.
Composants d’un PLC
Les entrées/sorties
La section E/S ou entrée/sortie d’un automate est la plaque tournante qui relie les machines/dispositifs externes au processeur pour recueillir les données d’entrée et contrôler les données de sortie. Cette section E/S est principalement chargée de traduire les variables du monde réel en signaux électroniques que le processeur peut comprendre. Cette section est également chargée de traduire les langages de programmation en commandes machine. En connectant des machines et des dispositifs, comme des capteurs de température, des capteurs de poids et des tachymètres, les automates enregistrent des variables qui sont utilisées par le logiciel pour gérer le processus de fabrication. Grâce à sa section E/S, un contrôleur peut commander des moteurs, des vannes et divers éléments de la machinerie. Si le PLC était un être humain, la section entrée/sortie serait le corps. Il détecte les stimuli externes, les envoie au cerveau et suit les ordres à mesure qu’ils arrivent.
Le processeur
En parlant du cerveau, son équivalent est l’unité centrale de traitement (CPU) ou processeur. C’est là que la magie opère. C’est le composant chargé d’analyser et de trier toutes les données provenant des entrées spécifiées afin de prendre les mesures appropriées (prédéterminées par le programme). Si certaines conditions sont remplies, l’unité centrale démarre, arrête, accélère, etc. le processus en cours. Vous pouvez voir cela dans un ascenseur. Pour que le moteur fonctionne (sortie), les portes doivent être fermées (entrée 1) et un bouton doit être pressé (entrée 2). Si l’unité centrale ne reçoit aucune des deux entrées, elle ne déclenche pas de sortie. Une fois que toutes les conditions sont réunies, le moteur démarre et l’ascenseur commence à fonctionner.
Dispositif de programmation
Tout comme un automate programmable, les humains fonctionnent selon un programme spécifique, sauf que nous ne l’appelons pas ainsi. Nous l’appelons instinct. Nous mangeons quand nous avons faim et dormons quand nous sommes fatigués. Imaginez que vous puissiez réécrire l’instinct. C’est ce que fait un appareil de programmation. Il s’agit d’un ordinateur, d’un portable ou d’un appareil de poche équipé d’un logiciel de programmation de PLC qui permet au programmeur de dicter la façon dont une machine pense et réagit. C’est là que vous écrivez les instructions, les entrées essentielles, les sorties souhaitées, etc. Une fois que le programmeur a écrit un programme, il le transfert dans la mémoire pour que l’unité centrale y accède.
La mémoire
Comme son nom l’indique, c’est là que toutes les données sont envoyées/écrites par un programmeur/dispositif d’entrée et stockées pour être lues par le CPU. Gardez à l’esprit que lorsque nous parlons de la mémoire du CPU, nous parlons de deux types : la RAM et la ROM. La ROM est une « mémoire morte ». C’est l’endroit où les données fixes, principalement le programme d’exploitation, sont stockées uniquement pour être lues et non modifiées par l’unité centrale. La RAM, quant à elle, est l’abréviation de « mémoire à accès aléatoire », et c’est là que tout peut être lu ou écrit. Les données qui y sont stockées sont de nature variable. Elles comprennent les programmes de logique ladder et les données des capteurs/commutateurs, comme les valeurs de température, la tension, le courant et la pression. Comme toute unité de mémoire, les unités de mémoire des automates programmables ont une capacité spécifique.
Plus votre programme est complexe, et plus vous avez d’entrées et de sorties, plus vous aurez besoin de mémoire.
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 50 ampères est considérée comme mieux adaptée aux productions à grande échelle.
Comment est-il programmé ?
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.
Les avantages
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.
En 2019, selon Mordor Intelligence, le marché des automates programmables valait un peu moins de 4 milliards de dollars. Cette même recherche a également montré que le marché devrait croître au cours des années à venir. Si vous êtes un programmeur ou un ingénieur électricien qui rumine l’idée d’une carrière dans la programmation d’automates, vous devriez sérieusement l’envisager. Si vous êtes un propriétaire d’entreprise qui hésite encore à acheter un système, qu’attendez-vous pour le faire ?
