À l'intérieur des machines :PC et PLC - Comparaison des options de contrôle

T les années 1970 ont vu l'introduction des PLC ou contrôleurs logiques programmables , qui changerait à jamais la façon dont l'automatisation est réalisée dans les environnements industriels. Connu pour sa robustesse d'une conception et d'une implémentation évolutive, l'automate a été adapté par tous les grands constructeurs et reste à ce jour la norme en matière d'automatisation industrielle. Allen-Bradley, Omron, Siemens, AEG, etc. sont devenus les leaders du PLC fabrication, et bientôt les contrôleurs ont eu la capacité de traitement d'un ordinateur tout en résistant aux conditions industrielles difficiles.

Ce n'est que dans les années 1990 que le regain d'intérêt pour les ordinateurs personnels a commencé à gagner du terrain. La principale raison était l'augmentation de la vitesse du processeur, la réduction de la taille et une tendance à la baisse des coûts. Les industries ont également commencé à intégrer des PC dans leurs usines en raison du niveau de contrôle de supervision qu'ils fournissaient sur d'autres machines, y compris les automates programmables.

Cependant, aujourd'hui, les API et les PC ont développé des fonctionnalités similaires, ce qui a rendu assez difficile pour les ingénieurs de contrôle le choix du produit à utiliser. Examinons les fonctionnalités de base de ces deux produits.

PLC ont été conçus comme une alternative plus rationalisée, réduite, très flexible et robuste aux panneaux de relais et aux boîtiers de commutation. On lui assignait généralement des tâches précises, qui étaient préprogrammées puis exécutées. Cependant, la personnalisation était un autre facteur que les automates devaient fournir, c'est pourquoi un langage et une structure uniques ont été sélectionnés pour toutes les activités de programmation. Connu sous le nom de "logique à relais" , cela a permis une personnalisation rapide du code en fonction de la situation. En plus de tout cela, les automates devaient également supporter le poids des rayonnements électromagnétiques, des vibrations et de la contamination. Au fil du temps, les automates devaient également suivre le développement des technologies. Bientôt, connexions Ethernet, contrôles de processus PID et la sécurité intégrée est devenue une partie intégrante des automates, s'ajoutant à leur longue liste de fonctionnalités.

Les PC ont finalement développé des fonctionnalités qui les ont alignés sur les automates en termes de fonctionnalités. De plus, ils ont conservé leur robustesse ainsi que leur personnalisation grâce à la disponibilité des emplacements pour cartes et des ports. La puissance de traitement des PC était souvent supérieure à celle des automates car ils contenaient un noyau en temps réel, lui permettant d'effectuer des tâches urgentes et de mettre en œuvre des algorithmes de contrôle.

L'objectif final est un contrôle robuste, efficace et fiable des actifs industriels , et par conséquent, toutes les informations d'identification des automates et des PC doivent être confrontées pour obtenir une meilleure compréhension et une conclusion logique.

Fonctionnement

Les automates standard sont intégrés à un système d'exploitation en temps réel qui utilise un processeur dédié pour assurer un haut degré de fiabilité lors des opérations de contrôle. Le système d'exploitation d'un automate est conçu spécifiquement pour effectuer des tâches liées au contrôle et il n'est donc pas nécessaire d'utiliser des utilitaires tels que des programmes antivirus ou des nettoyeurs de registre. En effet, cela augmente le débit de traitement du système, garantissant que davantage de cycles de traitement sont utilisés pour surveiller les paramètres cruciaux.

Les PC sont également conçus avec un noyau temps réel et un système d'exploitation associé, le mettant au coude à coude avec les automates en termes de capacités de traitement. La fiabilité des PC a été troublée car les expériences antérieures de plantage du système étaient assez courantes. Cependant, cette limitation a été rapidement éliminée avec des systèmes d'exploitation plus simples spécialement conçus pour être utilisés dans les industries.

Par conséquent, les automates et les PC sont actuellement au même niveau en termes de fonctionnement.

Intégration matérielle

Les exigences industrielles d'aujourd'hui ne sont plus similaires à celles d'il y a 20 ans. Les automates programmables et les PC sont nécessaires pour contrôler une foule d'appareils de communication, de surveillance et de contrôle, et doivent donc avoir des capacités d'extension suffisantes. Les protocoles de communication industriels bien connus incluent Profbus, CANbus, Modbus, EtherCAT, EtherNET/IP, etc.

Même si l'API et le PC offrent ces options de bus de terrain, l'API intègre par défaut toutes ces fonctionnalités. En revanche, un PC peut nécessiter une carte d'extension pour prendre en charge un protocole spécifique. Mais le plus grand nombre d'emplacements d'extension dans les PC signifie qu'une plus grande personnalisation est possible et qu'une grande variété d'interfaces peut être utilisée pour le fonctionnement.

Cela place les PC devant les API lorsqu'il s'agit de gérer des tâches telles que l'imagerie haute résolution avancée ou d'autres avec de multiples exigences de traitement inattendues. De plus, si des tâches gourmandes en mémoire doivent être accomplies à l'aide d'un API, un API industriel supplémentaire devra être installé pour suivre les paramètres dynamiques et les connexions.

Sécurité

Le cyberespionnage a toujours été en hausse en raison de la connectivité accrue entre les appareils. La sécurité industrielle est primordiale pour garantir une disponibilité continue et une productivité maximale. Il existe deux dimensions de base de la sécurité dont un API/PC doit se préoccuper :

• Blocage des accès non autorisés par des attaques externes
• Limitation de l'accès des utilisateurs selon leurs droits/désignation

Traditionnellement, les automates programmables sont considérés comme immunisés contre les attaques de logiciels malveillants et cela est vrai dans une certaine mesure. Les automates ont un système d'exploitation dédié et des fonctionnalités limitées, ce qui les expose moins aux attaques que les PC. Cependant, des épisodes récents comme celui avec « Stuxnet », un malware ciblant les automates de Siemens ont écorné la réputation de l'automate comme étant immunisé contre les virus. Pourtant, les cas enregistrés de telles attaques sont extrêmement limités. En comparaison, les PC sont extrêmement vulnérables aux attaques de logiciels malveillants et nécessitent une protection et une surveillance antivirus haut de gamme.

Programmation

L'environnement et le langage de programmation sont cruciaux pour obtenir une efficacité optimale, que ce soit à partir d'un automate ou d'un PC. L'une des principales différences entre un automate et un PC est la manière dont les programmes sont développés et exécutés. Un automate suit généralement une exécution de programme basée sur une scrutation, tandis que les logiciels PC sont généralement pilotés par des événements. Les différents styles d'exécution se traduisent à leur tour par une philosophie de programmation différente.

Les automates sont programmés à l'aide des langages spécifiés dans la norme CEI 61131-3 , c'est-à-dire une logique à relais ou un langage de fournisseur propriétaire. En comparaison, les programmes basés sur PC utilisent des langages tels que C/C++/.NET. Aucun langage ne peut être qualifié de meilleur qu'un autre car il dépend uniquement de l'expertise du programmeur. Mais en raison de la tendance croissante des solutions et des cours basés sur PC, un programmeur est plus susceptible de trouver C/C++/.NET plus flexible par rapport à la logique à relais.

Discussions sur les coûts

C'est peut-être le dernier sujet de discussion, mais c'est l'un des plus importants. Les problèmes d'automatisation et de contrôle d'aujourd'hui sont multidimensionnels et peuvent être résolus de plusieurs manières. Solutions basées sur PC ou API sont éligibles pour certaines applications, cependant la contrainte majeure qui s'avère préjudiciable est le coût associé à ces solutions.

• Performance par rapport au coût

Le coût initial d'une solution basée sur PC peut être plus élevé que celui d'un automate, mais chaque fois que des calculs exigeants et des charges réseau complexes doivent être traités, un programme basé sur PC est plus coûteux -efficace. En comparaison, les API peuvent être initialement bon marché, mais à mesure que la puissance de traitement augmente, leur coût suit une tendance exponentielle.

• Extensibilité par rapport au coût

Les PC ont un coût plus élevé que les automates lorsqu'aucun périphérique externe n'a besoin d'être ajouté, car les automates prennent généralement en charge les équipements industriels standard. Cependant, lorsqu'une solution nécessite une pléthore de commandes externes, une solution basée sur PC est bien mieux adaptée qu'une solution basée sur PLC.

• Robustesse par rapport au coût

Les automates ne nécessitent pas d'équipement de protection excessif pour augmenter leur robustesse et leur blindage. En comparaison, un PC peut nécessiter des investissements considérables pour le protéger des effets d'un environnement hostile afin de garantir une disponibilité maximale.

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