Comprendre les Automates Programmables Industriels (API/PLC)

Le Contrôleur Logique Programmable (PLC) : Définition et Histoire

Le terme PLC, largement répandu dans le milieu, signifie en anglais Programmable Logic Controller. Initialement appelé PC (Automate Programmable), l'acronyme PLC a été adopté pour éviter toute confusion avec l'arrivée de l'IBM PC. En Europe, le concept est souvent désigné par Contrôleur Logique Programmable.

La définition appropriée des Systèmes Industriels Automatiques (SIA) est qu'ils travaillent selon une séquence d'instructions logiques stockées dans la mémoire. Il s'agit d'un système complet, conçu pour fonctionner dans les environnements hostiles rencontrés dans l'industrie.

Présentation Historique du PLC

Les PLC ont été introduits pour la première fois dans l'industrie dans les années 1960. Leur apparition répondait à la nécessité d'éliminer le coût élevé engendré par le remplacement des systèmes de contrôle complexes basés sur des relais et des contacteurs.

Un automate programmable est un dispositif utilisé pour le contrôle, basé sur une logique définie par un programme.

Structure d'un Contrôleur Logique Programmable

Le PLC est un matériel industriel utilisé pour la collecte de données. Une fois collectées, ces données transitent via un bus (par exemple Ethernet) vers un serveur.

Son histoire remonte à la fin des années 1960, lorsque l'industrie a recherché des solutions électroniques efficaces pour remplacer les systèmes de contrôle basés sur des circuits à relais, des commutateurs et d'autres composants logiques combinatoires.

Évolution et Capacités Actuelles

Aujourd'hui, l'automate ne se contente plus de contrôler la logique de fonctionnement des machines, des usines et des procédés industriels. Il peut également effectuer des opérations arithmétiques et gérer des signaux analogiques pour des stratégies de contrôle avancées, telles que les contrôleurs proportionnels, intégraux et dérivés (PID).

Les PLC actuels peuvent communiquer avec d'autres contrôleurs et ordinateurs sur des réseaux locaux, devenant ainsi un élément fondamental des systèmes de contrôle distribué modernes.

Langages de Programmation

Il existe plusieurs langages de programmation. Les plus traditionnellement utilisés sont :

• Le Schéma Échelle (Ladder), préféré par les électriciens.
• La Liste d'Instructions et la programmation par états.

Un langage plus récent, privilégié par les informaticiens et électroniciens, est le FBD (Function Block Diagram), qui utilise des portes logiques et des blocs fonctionnels interdépendants, permettant de mettre en œuvre des algorithmes complexes via des diagrammes simples, faciles à interpréter et à maintenir.

Types d'Opérandes en Programmation

La programmation peut inclure différents types d'opérandes, allant des plus simples comme la logique booléenne, les compteurs, les temporisateurs, les contacts, les bobines et les opérateurs mathématiques, aux plus complexes comme la gestion des recettes (boards), les pointeurs, les algorithmes PID et les fonctions multimédia permettant l'interconnexion avec d'autres appareils.

Composition Matérielle du PLC

Un automate programmable est constitué d'un ensemble de cartes ou de circuits imprimés sur lesquels sont situés les composants électroniques.

L'automate programmable présente une structure matérielle typique de nombreux systèmes programmables, similaire à celle d'un micro-ordinateur. La structure de base du matériel d'une console de programmation comprend :

• L'Alimentation
• L'Unité Centrale de Traitement (CPU)
• Les Modules d'Interface d'Entrée/Sortie (E/S)
• Le Module de Mémoire
• L'Unité de Programmation

Dans certains cas, lorsque le travail à effectuer par le contrôleur est plus exigeant, un module intelligent est également inclus.

Unité Centrale (CPU)

C'est l'élément le plus complexe et indispensable du contrôleur. On pourrait la considérer comme le cerveau de l'unité. La CPU est conçue à base de microprocesseurs et de mémoires. Elle contient une unité de commande, la mémoire RAM du programme interne, des temporisateurs, des compteurs, des mémoires tampons internes pour les entrées/sorties, etc. Sa mission est de lire les états des signaux d'entrée, d'exécuter le contrôle et de régir les sorties, le tout à grande vitesse.

Alimentation

Le rôle de l'alimentation est de fournir l'énergie nécessaire au processeur et aux autres cartes en fonction de la configuration de l'automate. Elle fournit typiquement :

• +5 V pour alimenter toutes les cartes.
• +5,2 V pour alimenter le programmeur.
• +24 V pour les boucles de courant 20 mA.

Modules d'Interfaces Entrée et Sortie (I/O)

Ils assurent la liaison entre les appareils de terrain (capteurs, actionneurs) et le CPU du contrôleur. C'est par eux qu'a lieu l'échange d'informations, que ce soit pour l'acquisition de données ou pour le contrôle des commandes de la machine ou du processus.

Types de Modules d'Entrée et de Sortie

Étant donné la variété des périphériques externes, il existe différents types de modules E/S, chacun étant conçu pour traiter des types de signaux spécifiques (TOR ou analogiques) avec des valeurs de tension ou de courant en courant continu ou alternatif.

• Modules d'entrées TOR (Tout ou Rien)
• Modules de sorties TOR
• Modules d'entrée analogique
• Modules de sorties analogiques

Modules de Mémoire

Ce sont des dispositifs conçus pour stocker des informations temporairement ou définitivement. Il existe deux types de mémoire :

• Volatile (RAM)
• Non-volatile (EPROM et EEPROM)

Unité de Programmation

Les terminaux de programmation sont les moyens de communication entre l'opérateur humain et la machine. Ces dispositifs sont constitués de claviers et de périphériques d'affichage.

Il existe trois types principaux de programmeurs : le programmeur manuel (handheld) de type calcul, le type vidéo (PC), et l'ordinateur.