Les automates programmables (PLC) font partie intégrante de l’automatisation industrielle et du contrôle des processus industriels. Les PLC gèrent divers actionneurs, capteurs analogiques et numériques et communiquent des interfaces complexes dans des protocoles changeants.

Outre les fonctions de contrôle, les PLC exécutent la conversion des données et le traitement du signal. Les PLC, entraînés par les développements de l’Internet industriel des objets (IIoT), offrent des solutions sécurisées et évolutives, à hautes performances, à faible consommation et à faible encombrement.

De nos jours, les PLC sont largement utilisés dans les applications du monde numérique. Les opérations séquentielles et répétées dans les industries sont normalement effectuées à l’aide de PLC. Ils sont prêts pour l’Industrie 4.0. Cet article met en lumière la conception des PLC et ses enjeux dans les applications industrielles.

Qu’est-ce qu’un automate programmable (PLC) ?

Un automate programmable, communément appelé PLC, est un ordinateur industriel, numérique et à semi-conducteurs qui utilise des circuits intégrés au lieu de dispositifs électromécaniques pour mettre en œuvre des fonctions de contrôle.

Selon NEMA, les PLC sont définis comme des dispositifs électroniques numériques qui utilisent une mémoire programmable pour mettre en œuvre des fonctions particulières et stocker des instructions. La liste des fonctions particulières comprend la logique, le séquençage arithmétique, le chronométrage et le comptage, ainsi que le contrôle des processus et des machines.

Les PLC ont subi des changements de facteur de forme notables au fil des ans – des PC industriels et des contrôleurs d’automatisation programmables (PAC) dans des facteurs de forme de type PC aux boîtiers compacts et aux mini-PLC. Les fonctionnalités des PLC ont également évolués. Outre les fonctions de contrôle discret, les PLC sont désormais dotés de fonctionnalités telles que des interfaces homme-machine (IHM), de l’Ethernet industriel temps réel, le contrôle de mouvement et les passerelles de communication de données. Plusieurs industries contemporaines mettent en œuvre une fabrication intelligente, où les systèmes connectés sont exploités pour les entreprises et l’interaction Machine-to-Machine (M2M). Les PPLC sont repensés pour un travail fiable et sans faille, et avec une immunité contre les environnements hostiles, bruyants et poussiéreux, mais également pour être résistants à l’eau. Une disponibilité en temps réel et une capacité opérationnelle sur une large plage de températures environnementales sont également nécessaires. element14 s’est associé à de nombreux fournisseurs différents qui offrent une large gamme de produits PLC. (Pour en savoir plus sur les PLC, cliquez ici)

Classification des PLC

Il existe trois types de PLC, en fonction de la sortie : les PLC à sortie transistor, à sortie Triac et à sortie relais. Le type à sortie relais est idéal pour les dispositifs avec des sorties AC et DC. Les PLC de type sortie transistor utilisent des opérations de commutation et sont utilisés dans les microprocesseurs.

Les PLC sont conçus pour être robustes, capables de résister à des températures extrêmes, au bruit électrique, à l’humidité et aux vibrations. Les contrôleurs logiques contrôlent et surveillent une vaste population d’actionneurs et de capteurs et se distinguent donc des autres systèmes informatiques par leur présentation considérable d’entrées/sorties (E/S).

Anatomie d’un PLC

Les PLC sont des appareils modulaires compacts avec plusieurs entrées et sorties (E/S) dans un boîtier intégré avec le processeur. La gamme peut aller jusqu’à de gros appareils modulaires montés en rack où des milliers d’E/S sont connectées en réseau aux systèmes SCADA. Les automates programmables (PLC), à l’intérieur du système de contrôle industriel (ICS), servent de pont utile entre les protocoles de communication physique et cellulaire tels que PROFIBUS, BACnet, DNP3, OPC, EtherCAT et CIP.

Trois modules composent chaque système CPL : un module CPU, de nombreux modules d’entrée/sortie (E/S) et un module d’alimentation.

Schéma fonctionnel du module PLC
Figure 1 : Schéma fonctionnel du module PLC
  • Module CPU : Ce module contient un processeur central ainsi que sa partie mémoire. Ce processeur exécute tous les traitements et calculs de données nécessaires en recevant les entrées appropriées et en produisant les sorties correspondantes
  • Module d’alimentation : Une sortie 5V DC est nécessaire pour faire fonctionner les circuits informatiques du PLC, qui sont dûment alimentés par le module d’alimentation. Il s’agit fondamentalement du module en charge de la mise sous tension du système. Il accepte le courant AC, puis le convertit en courant DC utilisé par les deux modules restants (modules d’entrée/sortie et CPU).
  • Modules d’E/S : Les modules d’entrée/sortie supervisent la connexion des capteurs et de l’actionneur au système PLC pour détecter différents paramètres tels que la pression, le débit et la température. Les modules d’E/S sont soit analogiques, soit numériques

La programmation PLC permet à l’utilisateur de configurer le système de contrôle à l’aide d’une syntaxe établie. Ladder, Boolean et Grafcet sont différents types de langages de programmation utilisés. Les langages Ladder et Boolean implémentent les opérations de la même manière, mais il existe une différence dans la façon dont leurs instructions sont représentées et comment elles sont saisies dans le PLC. Le langage Grafcet contrôle les instructions différemment, selon les actions et les étapes d’un programme orienté graphiquement. Plusieurs langages de programmation différents sont utilisés aujourd’hui, chacun fournissant au PLC ses spécifications de programmation basées sur la norme IEC 61131-3. Pour en savoir plus sur les produits de programmation de PLC, cliquez ici.

Les PLC dans les applications industrielles

Les PLC sont utilisés dans diverses applications dans les centrales électriques, les systèmes de réseau intelligent, les unités de fabrication, la surveillance des machines-outils ou des équipements, la construction du système et les fonctions de contrôle des processus. Nous discuterons de quelques-uns des cas d’utilisation des PLC utilisés dans l’automatisation industrielle.

a) Système automatique de mélange et de remplissage de bouteilles utilisant des PLC dans l’industrie des boissons et des jus

Dans un système automatique de mélange et de remplissage de bouteilles, dans un premier temps, deux liquides, à savoir l’eau et le liquide protéiné, provenant de deux récipients différents doivent être mélangés dans un récipient de mélange, comme illustré dans la figure 2 suivante. La solution mélangée doit être versée dans les bouteilles les unes après les autres. Le bouton de démarrage lance l’ensemble du fonctionnement du système. Ici, la sortie du capteur est saisie dans le PLC, et les sorties du PLC contrôlent les vannes, le mélangeur et la bande transporteuse. Le premier liquide (eau) s’écoule dans le récipient de mélange pendant 10 secondes. Le deuxième liquide s’écoule ensuite dans le récipient de mélange pendant 15 secondes. L’opération de mélange dure 20 secondes. Le bouton d’arrêt contrôle l’opération. Veuillez cliquer ici pour en savoir plus sur les contrôleurs de processus.

b) Pour traiter les verres plats et contrôler le rapport des matériaux à l’aide du contrôleur PLC dans l’industrie du verre

Les PLC sont utilisés dans l’industrie du verre pour contrôler le rapport des matériaux et traiter les verres plats. Cette technologie en constante évolution a progressé au fil des ans et a ainsi créé une demande en constante augmentation pour le mode de contrôle par PLC dans l’industrie du verre. La production de verre est un processus sophistiqué. Les entreprises concernées utilisent fréquemment des PLC avec la technologie de bus comme mode de contrôle. Le PLC enregistre des données analogiques dans la production de verre et un contrôle de position de qualité numérique dans le processus.

c) Mélange de matières premières à l’aide de PLC dans l’industrie de fabrication du ciment

La fabrication du ciment implique le mélange de différentes matières premières à l’intérieur d’un four. La qualité du produit final est impactée par ces matières premières et leurs proportions respectives. Les données doivent être exactes pour garantir l’utilisation de la quantité et de la qualité correctes des matières premières. Un système de contrôle distribué se compose d’un PLC en mode utilisateur et d’un logiciel de configuration utilisé dans les processus de gestion et de production. Les PLC, pour être précis, contrôlent le four à charbon, le four vertical et le broyage à boulets.

Système automatique de mélange et de remplissage de bouteilles
Figure 2 : Système automatique de mélange et de remplissage de bouteilles

Conclusions

Une bonne automatisation et un bon contrôle des processus sont essentiels pour rester compétitif. Les travaux d’automatisation basés sur un PLC rendent les activités de production rentables. Les PLC peuvent simplifier les opérations complexes et réduire le temps de configuration. Les travaux dans les domaines de la céramique, du ciment, de l’emballage, de la chimie, de la transformation des aliments, etc. ont fortement besoin de systèmes PLC pour d’excellentes performances et rentabilité.

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