Le rôle des automates dans l’IoT industriel

Les API (automates programmables industriels) jouent un rôle crucial dans l’automatisation industrielle et le contrôle des processus. Les automates contrôlent des capteurs analogiques et numériques, une large gamme d’actionneurs, et communiquent par le biais d’interfaces complexes selon différents protocoles.

Les automates sont désormais populaires dans les applications numériques, grâce à l’Internet industriel des objets (IIoT). L’automate programmable industriel est couramment utilisé dans les industries pour exécuter des processus séquentiels et répétitifs. Les nouveaux automates jouent un rôle important dans l’industrie 4.0 et améliorent efficacement les installations des usines.

Les trois fonctions clés des automates programmables

Comme vous le savez déjà, un automate programmable, souvent abrégé en API (ou PLC en anglais), est un dispositif électronique qui contrôle le fonctionnement d’une machine ou d’un processus et qui est constitué de composants à l’état solide. Les automates programmables peuvent recevoir des données d’entrée et transmettre des instructions de fonctionnement via ses sorties. Ils sont généralement de petite taille et jouent un rôle clé dans l’automatisation de processus importants.

Les automates ont trois fonctions principales : 

  • la surveillance et le contrôle des processus d’automatisation industrielle ; 
  • effectuer des tâches de test et de mesure ; 
  • exécuter des fonctions de processus, comme ceux utilisés dans les systèmes CVC

Pour remplir ces fonctions, chaque automate est équipé de capteurs ou d’autres dispositifs d’entrée grâce auxquels il reçoit les données nécessaires pour prendre une décision basée sur la logique. Sur cette base, l’automate envoie des instructions de commande au système mécanique ou électrique connecté. 

Pour cette raison, un automate programmable peut être décrit comme un type de système intégré qui comprend à la fois une mémoire d’ordinateur et une capacité de traitement des données ainsi que des dispositifs d’entrée-sortie (E/S), ce qui le rend similaire à la fois à la logique basée sur des relais câblés et à la logique basée sur un PC. Les types d’automates les plus courants sont les automates programmables modulaires, compacts et à montage en rack.

Figure 1 : Le corps et l’intérieur de l’automate. Source : Omron

Applications des API

Les automates programmables sont des solutions populaires utilisées dans de nombreux secteurs industriels. Ils peuvent avoir des applications différentes selon l’endroit où ils seront utilisés – dans un environnement domestique ou professionnel. 

Les API dans l’automatisation industrielle

L’automatisation industrielle a pour mission de contrôler les dispositifs qui exécutent des fonctions avancées (notamment la connectivité IIoT et la reconfiguration des machines), tout en permettant au personnel de prendre plus facilement des décisions éclairées sur les machines ou les opérations.

L’objectif ultime d’un environnement industriel automatisé efficace est d’augmenter la productivité globale et la qualité du travail. L’automatisation industrielle moderne repose sur le retour d’information en temps réel des machines et des données opérationnelles, ainsi que sur des interactions avancées entre plusieurs dispositifs numériques. L’automate programmable joue donc ici un rôle clé.

L’automate programmable améliore le fonctionnement des usines au niveau du contrôle, en recevant des informations des équipements et en les renvoyant, et parfois en transmettant des données à des systèmes de niveau de supervision tels que SCADA et Historian. Les unités API avancées peuvent même effectuer elles-mêmes de telles opérations au niveau de la supervision.

Figure 2 : Automate programmable de haute précision pour la commande de machines ou de processus industriels dans l’industrie.

Où les automates programmables sont-ils le plus souvent utilisés ? 

Applications industrielles typiques des automates programmables :

  • Usines
  • Systèmes de contrôle du chauffage
  • Contrôle des feux de circulation
  • Systèmes de portes automatiques
  • Machines d’emballage
  • Applications médicales
  • Ascenseurs et escalators

Les automates dans les applications de test et de mesure

Les automates sont utilisés dans l’industrie pour le contrôle numérique, ainsi que sur les bancs d’essai (dans le cadre du processus de développement de produits) et pour les mesures en laboratoire. Grâce aux automates, les données de mesure peuvent être obtenues rapidement et avec précision. Pendant les opérations de test et de mesure, les automates traitent les données en temps réel, en mesurant le délai en millisecondes entre la mesure d’un appareil et l’obtention des données.

Grâce à des périphériques intelligents et à des unités d’entrée-sortie, la réception des signaux a été perfectionnée et améliorée grâce à des sources d’entrée analogiques et numériques. Les dispositifs d’E/S avec un automate intégré sont particulièrement utiles car ils sont compatibles avec les IHM fonctionnant avec les systèmes d’exploitation Windows ou Linux et offrent une connectivité Ethernet. Les dispositifs d’E/S peuvent également être utilisés avec les automates pour acquérir directement les données de leurs propres capteurs et dispositifs d’E/S à distance.

Figure 3 : Un automate programmable reçoit des signaux de dispositifs d’entrée et commande des dispositifs de sortie, en prenant des décisions sur la base de programmes spécialement conçus. Source : Omron 

Les automates modulaires sont une autre option pour les applications de test et de mesure. Ces types d’appareils sont généralement constitués de plusieurs modules, chacun remplissant une fonction différente, et d’une unité centrale qui contrôle le processeur et la mémoire. De nombreuses options de modules différents sont disponibles pour ces automates. Il peut y avoir un module d’alimentation séparé ou des modules supplémentaires pour les fonctions d’entrée/sortie ou pour faciliter la communication réseau. L’appareil lui-même peut être intégré avec tous les modules dans un seul boîtier. Cela permet d’obtenir une taille de dispositif plus compacte. D’autre part, les automates avec des modules non intégrés permettent des applications plus polyvalentes en offrant des connexions plus faciles entre plusieurs modules.

Distrelec propose des automates programmables de tous les fabricants réputés, notamment Siemens, Eaton, Crouzet, Schneider Electric et Omron, garantissant ainsi des produits de la plus haute qualité.

Automates modernes – une revue des principales marques

L’automate programmable a été conçu à l’origine pour remplacer la logique câblée basée sur des relais et des séquenceurs. Au fil du temps, les capacités des régulateurs se sont considérablement développées et les unités modernes offrent un contrôle PID (proportionnel-intégral-dérivé) et de nombreuses autres fonctions avancées. Les automates modernes peuvent effectuer des procédures complexes et adaptatives. Cela est dû en partie à la réduction constante de la taille et à la puissance croissante des puces à semi-conducteurs qui rendent ces ordinateurs miniatures de plus en plus intelligents.

Un automate moderne peut prendre la forme d’un simple dispositif à circuit intégré (CI) ou d’une unité simple à base de microcontrôleur qui nécessite peu d’énergie, jusqu’à une combinaison de composants de commande montée en rack. Les configurations d’automates les plus complexes rivalisent avec les ordinateurs d’usage général utilisés pour le contrôle industriel. Cependant, les automates sont plus fiables et fonctionnent en temps réel.

Les automates avancés d’aujourd’hui utilisent un éventail impressionnant de technologies telles que le contrôle intégré du mouvement, les systèmes de vision et les logiciels de communication. Ils sont également de plus en plus intégrés dans les IHM. Pour plus d’informations sur les IHM et la manière de les sélectionner pour des applications spécifiques, visitez notre plate-forme KnowHow.

Eaton

Eaton a développé le nano automate programmable le plus avancé du marché – easyE4. Il est livré avec 12 points d’E/S et peut être étendu à un réseau allant jusqu’à 188. L’automate compact XC300 utilise l’architecture d’E/S modulaire XN300, qui permet l’expansion. Il est idéal pour les applications à grande vitesse qui requièrent le plus grand degré de liberté de programmation. 

Eaton s’engage à améliorer l’environnement et à offrir des solutions durables pour la gestion de l’énergie, la connectivité sans fil, la détection, l’éclairage, la commande des moteurs et les écrans. Consultez la gamme complète d’automates programmables d’Eaton.

L’automate EasyE4 offre une solution système “simple” avec une connectivité au Cloud. Il est équipé de 12 entrées/sorties et peut être étendu à un réseau comptant jusqu’à 188 points. Il est donc idéal pour les applications d’éclairage, de gestion de l’énergie, de contrôle industriel, d’irrigation, de contrôle des pompes, de systèmes CVC et de domotique. L’automate 8DI dispose d’une interface de programmation facile à utiliser avec quatre langages de programmation, dont ST, FBD, LD et EDP. L’unité offre une flexibilité maximale avec la possibilité d’ajouter jusqu’à 11 modules d’extension locaux par unité de base.

Les solutions d’Eaton sont idéales pour un large éventail d’applications telles que : 

  • Internet des objets (IoT)
  • Automatisation industrielle
  • Transport
  • Energie alternative
  • Maintenance et sécurité
  • Robotique
  • Applications médicales

Eaton et l’IoT 

La connectivité à la surveillance IoT en temps réel est fondamentale pour garantir la productivité et des opérations ininterrompues. Comme le souligne Eaton, lorsqu’un défaut est détecté, la possibilité d’accéder au système à partir de l’appareil présente de nombreux avantages, tels que :

  • La capacité de diagnostiquer et de résoudre les problèmes à distance. L’accès au réseau à distance permet aux ingénieurs travaillant à distance de détecter les pannes ou de visualiser les données pour déterminer la source de l’événement
  • Accès au programme du nano automate de n’importe où pour modifier les valeurs et faire des économies
  • La garantie que les appareils fonctionnent avec les bonnes versions ; des informations spécifiques aux composants d’accès à distance, telles que le niveau du micrologiciel, sont disponibles.

Connectivité IoT pour les systèmes CVC 

La possibilité de connecter des machines à l’internet est l’un des aspects les plus importants de l’Internet des objets. Les données peuvent être échangées entre les appareils, visualisées à distance et utilisées par les applications. La série easyE4 d’Eaton, qui dispose d’un outil de serveur web intégré, rend cette tâche encore plus facile. L’utilisateur peut utiliser l’automate via un navigateur Web.

Figure 4 : Page d’accueil du site Web du nano automate programmable (API) easyE4. Source : Eaton

Le serveur web easyE4 est constitué de pages interactives qui permettent aux utilisateurs d’effectuer des opérations en cliquant sur des boutons à l’écran comme s’ils appuyaient sur des boutons de l’appareil lui-même. De même, lorsque l’appareil est en cours d’exécution, vous pouvez afficher et définir des arguments de fonctionnement utiles pour le dépannage des problèmes du système. Un autre outil de dépannage utile est l’onglet de diagnostic de la page d’accueil, qui affiche toutes les erreurs détectées par l’appareil.

Disponibilité des programmes de surveillance

Les nouveaux systèmes easyE4 d’Eaton permettent une interaction avec le site Web, ce qui permet de modifier les programmes et les valeurs en ligne. Lors du développement d’un programme d’automatisation des applications, le programmeur fait presque toujours des erreurs. L’utilisateur peut détecter à distance les erreurs du logiciel via Internet et apporter les modifications appropriées aux valeurs du programme. 

En outre, la possibilité pour des personnes certifiées ou des ingénieurs de se connecter à distance au système est très importante pour garantir la longévité des systèmes CVC. Lorsque les spécialistes ne sont pas présents sur le site, il peut y avoir des problèmes avec ce système. L’apparition des premiers problèmes dans un système plus ancien qui ne dispose pas d’un accès Internet peut entraîner des perturbations considérables dans la gestion du bâtiment. 

Crouzet 

Crouzet conçoit et fabrique des composants mécatroniques pour des applications exigeantes dans les secteurs de l’aérospatiale, du transport, de l’énergie, de la construction et de l’ingénierie. Cette marque propose une large gamme d’automates et de relais.

Gammes d’automates de Crouzet :

  • Télécontrôleurs
  • Nano-automates
  • Automates programmables communicants
  • Automates programmables industriels
  • Automates programmables industriels compactes

Vous trouverez des informations et des spécifications détaillées pour chacune de ces catégories dans la brochure Crouzet Automation & Control.

Crouzet propose entre autres l’automate Millennium 3 pour la commande et la surveillance d’installations comportant jusqu’à 50 entrées/sorties. Cet automate vous permet de surveiller les machines, de contrôler l’accès, de gérer l’éclairage et les pompes, de purifier l’eau, de suivre le rayonnement solaire et bien plus encore.

Le Millennium 3 est facile à utiliser avec une programmation intuitive et un mode simulation pour un accès rapide et facile. Le dispositif est basé sur des fonctions de base et des fonctions étendues, telles que la pression, le suivi solaire, la rotation de la pompe, etc. L’automate est disponible en cinq langues : anglais, allemand, français, italien et espagnol.

Distrelec propose un kit de démarrage Millenium 3 comprenant un Millenium 3 extensible (XD26), un câble de liaison USB : PC →Millenium 3 et un CD ROM interactif comprenant l’atelier logiciel, la bibliothèque d’applications et les brochures techniques, 1 CD-ROM comprenant la bibliothèque de fonctions spécifiques.

Toutes les applications d’automatisation à petite échelle bénéficieront de l’automate de communication Millennium Evo. Le panneau de commande frontal de l’automate Evo est accessible via un PC, un ordinateur portable ou un appareil mobile.

L’un des automates Millennium Evo est l’automate programmable Crouzet 16DI (8D/A) 8DO 28,8VDC. Ses principales caractéristiques sont les suivantes : 44 E/S, 16 modules DI (4 High Speed / 8 AI), 8 modules DO, programmation et contrôle sans fil via l’interface bluetooth et le logiciel Crouzet Virtual Display, réseau Modbus TRU (Slave), gestion locale des données, jusqu’à 1000 blocs de programme avec le logiciel intuitif Crouzet Soft pour vous emmener des applications simples aux plus complexes.

La troisième série comprend le Millenium Slim – le plus petit automate programmable jamais réalisé. Avec un boîtier de 17,5 mm qui s’intègre à n’importe quel panneau ou machine, cet automate répondra aux exigences des utilisateurs à la recherche d’un produit peu encombrant. De plus, il est hautement personnalisable, peut être connecté sans fil via Bluetooth et dispose d’un écran virtuel pratique.

Consultez l’avis de Crouzet et découvrez les exigences et les avantages du plus petit des automates Millenium Slim.

Crouzet propose une option de personnalisation de ses appareils, permettant aux utilisateurs de concevoir leur propre contrôleur. Les clients peuvent concevoir entièrement leur appareil, en choisissant sa couleur et ses marquages et en ajoutant des logos afin qu’il s’adapte à l’application tant sur le plan esthétique que fonctionnel. Plus d’informations ici.

Figure 5 : Exemple d’un automate conçu par un client de Crouzet. Source: Crouzet

Siemens

Siemens propose des automates des séries SIMATIC S7-1200, SIMATIC S7-1500 et LOGO ! 8.3 ainsi que la série ET 200SP. 

Les automates SIMATIC S7-1200 sont des systèmes d’automatisation compacts offrant des possibilités de connexion étendues et des solutions technologiques intégrées. Ils excellent dans les gammes de performances faibles à moyennes.

Avantages des automates programmables SIMATIC S7-1200 de Siemens :

  • Flexibilité
  • Sécurité intégrée
  • Technologie intégrée
  • Intégration Edge
  • Évolutivité
  • Ingénierie dans le portail TIA
  • Sauvegardes intégrées
  • Fonctionnalités dédiées

Les automates SIMATIC S7-1500 offrent les plus hautes performances et une extensibilité future. Avec les automates SIMATIC S7-1500, vous pouvez réaliser les projets de machine les plus complexes grâce à leur conception modulaire. Comme le souligne Siemens : “La technologie innovante des automates continuera à être le cœur de l’usine numérique”. Les automates Siemens d’aujourd’hui sont parfaits pour l’automatisation des usines, ainsi que pour les machines moyennes et haut de gamme.

Comme l’écrit Siemens, le “cœur” des automates SIMATIC S7-1500 est l’unité centrale de traitement (CPU), qui exécute le programme de l’utilisateur et relie l’automate aux autres composants d’automatisation.

Figure 6 : Processeurs SIMATIC S7-1500 (CPU) Source : Siemens

Siemens permet d’intégrer le SIMATIC S7-1500 Technology-CPU (T-CPU) dans le portail TIA (voir Figure 7). Les utilisateurs peuvent configurer le T-CPU dans le portail TIA sans aucune connaissance du mouvement. Vous pouvez en savoir plus à ce sujet ici.

Figure 7 : Connexion des contrôleurs avancés Siemens SIMATIC, performance du système et complexité des applications. Source : Siemens

En outre, une excellente interopérabilité entre les contrôleurs SIMATIC S7-1500 et SIMATIC ET 200MP est possible. SIMATIC ET 200MP est conçu pour les processeurs S7-1500 et est certifié selon la norme EN 61508. Les systèmes d’E/S sont faciles à intégrer, conçus pour un fonctionnement à long terme, fiable et rentable. En plus d’être configurables avec le S7-1500, ils peuvent également être connectés à PROFINET ou PROFIBUS.

L’ET 200SP est le système d’E/S compact parfait pour l’armoire de commande, offrant des performances maximales dans une configuration centrale. Il s’agit d’une solution exemplaire pour une station modulaire et évolutive avec des modules d’E/S SIMATIC S7-1500. L’appareil permet également une communication sécurisée.

Les derniers automates programmables de Siemens – la série LOGO ! – sont des solutions d’automatisation qui vous permettent de contrôler rapidement des tâches de base. Cependant, il ne s’agit pas d’un simple automate. La série LOGO ! permet la connectivité au cloud (regardez la vidéo ci-dessous), et avec la version LOGO ! 8.3, les données peuvent être envoyées au cloud dans leur intégralité. La série LOGO ! vous donne accès à l’Internet des objets (IoT).

Avec les microcontrôleurs intelligents LOGO ! 8.3, vous pouvez désormais contrôler en temps réel les systèmes industriels les plus complexes avec une programmation simple et des données dans le nuage à l’aide d’AWS ou du logiciel LOGO ! Soft Comfort. Jamais auparavant on n’avait tenté de surveiller à distance les performances d’une machine de cette manière, indépendamment du lieu et en temps réel. La série Siemens LOGO ! 8.3 avec connectivité au cloud est conçue pour l’analyse des données, la messagerie, les notifications et les alarmes. Pour en savoir plus sur ses capacités, consultez le site Web de Siemens.

APC de Schneider Electric

Schneider Electric a développé une large gamme d’automates pour les machines industrielles. Ces solutions innovantes offrent un éventail complet de solutions pour répondre aux besoins d’automatisation. L’une des séries disponibles – Modicon PLC et PAC (automate programmable) – vous permet de personnaliser les automates et de réguler et surveiller les processus industriels de manière durable, efficace et sûre.

L’automate Modicon M221 est le meilleur contrôleur de sa catégorie. Il est disponible sous forme de brique ou de livre, ne nécessite aucune configuration complexe et offre une grande flexibilité. Un simple panneau de commande à distance peut être connecté à l’automate pour une visualisation et une utilisation rapides de la machine. Distrelec propose un kit de démarrage avec le logiciel SoMachine V1.1 de Schneider et le dispositif IHM THM2GDB.

Technologie Edge et Big Data

Les automates et PAC de Schneider Electric utilisent la technologie Edge, qui est améliorée par une connectivité Ethernet, une cybersécurité intégrée et des capacités de traitement des données pour prendre en charge les analyses Big Data et se protéger contre les nouvelles vulnérabilités des actifs industriels connectés, des appareils et du cloud.

Schneider Electric propose le logiciel EcoStruxure Machine Expert, qui permet de configurer, développer et mettre en service l’ensemble de la machine dans un seul environnement logiciel. Il s’agit d’un environnement logiciel unique pour la configuration des machines, y compris la logique, le contrôle du mouvement, la robotique/mécatronique, la simulation, les diagnostics, la gestion intelligente des moteurs et des charges et entraînements, l’IHM (Vijeo Designer), l’IIoT et les fonctions d’automatisation de réseau connexes.

Figure 8 : Architecture du système EcoStruxure. Source : Schneider Electric

Le logiciel est compatible avec les modules Modicon M221, Modicon TM2, TM3 et les modules d’entrée/sortie. Vous trouverez de plus amples informations sur EcoStructure Machine Expert ici.

Pour les utilisateurs qui recherchent des automates idéaux pour des systèmes d’automatisation simples, Schneider Electric propose Zelio Logic, une alternative facile à utiliser aux solutions basées sur la logique câblée ou les cartes dédiées. Les relais intelligents Zelio Logic sont disponibles en deux lignes de produits : des modèles compacts entièrement configurés et des modèles avec modules d’extension. Les relais intelligents sont équipés de la fonctionnalité PID pour les applications CVC et peuvent communiquer via des modems 2G/3G.

OMRON

Les nouveaux automates programmables sont disponibles avec le logiciel de support pour prendre en charge de manière flexible les applications allant des petits appareils aux lignes de production entières. Certains des automates avancés qui peuvent améliorer la production sont issus de la série SYSMAC, notamment les séries CP / CJ2 / NJ / NX.

Sysmac est une plateforme d’automatisation intégrée qui permet aux utilisateurs de contrôler et de gérer entièrement l’automatisation des usines. La série de contrôleurs de machines d’Omron est au cœur de cette plate-forme, fournissant un contrôle synchrone de tous les ensembles de machines, ainsi que des fonctions avancées telles que le mouvement, la robotique et la connectivité des bases de données. Cette approche multidisciplinaire permet de rationaliser l’architecture des solutions, de réduire le temps de programmation et d’augmenter la productivité.

Figure 9 : Licence de logiciel NJ/NX/NY, Omron Industrial Automation

Vous trouverez une très large gamme d’automates Omron chez Distrelec. La commande des machines modernes exige la synchronisation des axes de mouvement dans tout le système au niveau de la microseconde. Le système d’E/S NX fournit une synchronisation précise et répétable sur une large gamme d’entrées et de sorties. Son système de bus interne ultra-rapide est synchronisé à l’horloge distribuée EtherCAT, ce qui permet un fonctionnement déterministe des E/S dans tout le système.

Principaux paramètres : contrôle rapide et précis grâce à la synchronisation de tous les dispositifs de la machine avec l’API et les moteurs de mouvement, trois ports Ethernet industriel intégrés, fonctionnalité de serveur OPC UA, jusqu’à 12 axes de contrôle via EtherCAT, jusqu’à 32 modules E/S NX locaux, alimentation en courant continu sans batterie de secours, conformité totale avec la norme de programmation IEC 61131-3.

Un autre automate de la série NX est le NX1P, qui offre un contrôle avancé du mouvement et du réseau pour les applications IoT locales dans un modèle compact d’entrée de gamme.

Le contrôleur de machine NX1P complète la famille des contrôleurs de machine NX/NJ, en offrant la même capacité dans une conception plus petite. NX1P offre un contrôle synchronisé de tous les dispositifs de la machine, tels que le mouvement, les E/S, la sécurité et la vision, à partir d’un seul environnement de développement intégré.

Pour accroître la rentabilité, la communication Ethernet et les fonctions de positionnement à 4 axes sont intégrées au SYSMAC CP. Ces micro-API sont idéaux pour contrôler les petites machines.

Le CJ2 fait partie du module CPU de la série SYSMAC CJ, offrant de meilleures performances et fonctionnalités que le CJ1. Les unités centrales CJ2 offrent plus de mémoire de données, une interface Ethernet multifonctionnelle, un accès aux étiquettes et un port USB.

Les CPU NJ offrent l’intégration de la logique et du mouvement dans une seule unité centrale et un contrôle rapide et précis en synchronisant tous les dispositifs EtherCAT. Ils offrent également la vitesse sans sacrifier la fiabilité, la durabilité, la synchronisation électrique des engrenages et des cames.

Pour plus d’informations techniques, veuillez vous référer au guide API d’Omron, qui explique la terminologie utilisée dans les PLC SYSMAC.

Si les solutions décrites ci-dessus ne répondent pas aux exigences de votre application, Distrelec est un distributeur proposant des solutions alternatives d’autres marques telles que Mitsubishi Electric, Rockwell Automation et Jumo. Outre les automates, y compris les kits de démarrage utiles, nous proposons également des kits d’extension et des accessoires tels que des adaptateurs de bus, des câbles de programmation, des cartes mémoire dédiées aux automates et des batteries.

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