Comment choisir un contrôleur d'automatisation industrielle

Lors du choix d'un contrôleur d'automatisation industrielle, il y a plusieurs termes importants à considérer, pas seulement ceux qui ont les mots PLC, PAC ou IPC qu'ils contiennent . Les exigences de l'application doivent être clairement définies, tandis que les besoins d'évolutivité doivent être pris en compte avant de faire un choix.

Pour commencer, diviser les besoins de fonctionnement de l'équipement est un bon point de départ, ce qui aidera les utilisateurs à évaluer la gamme de contrôleurs spécifiée par les constructeurs de machines. Le système d'automatisation peut fournir une solution complète ou un contrôle individuel, selon la façon dont il s'intègre dans le scénario de fabrication.

Un contrôleur logique programmable (PLC), un contrôleur d'automatisation programmable (PAC) ou un ordinateur personnel industriel (IPC) peut assurer le contrôle d'une seule station, d'une machine, d'une chaîne de montage ou même de l'ensemble de l'usine. Dans le cas d'un système de fabrication intégré, un seul grand contrôleur doté de bases d'entrée/sortie distantes, communiquant via Ethernet, peut être utilisé pour fournir un contrôle de bout en bout. Cependant, il peut y avoir des moments où l'application peut nécessiter une approche modulaire, où la décomposition du système d'automatisation en sections logiques serait plus appropriée. Dans de tels cas, l'automatisation est compartimentée et répartie sur des automates plus petits, en fonction de la charge de travail.

Certains experts en automatisation considèrent ces deux décisions à des kilomètres l'une de l'autre, concluant que les deux nécessitent des plates-formes différentes. Mais cela n'a pas à être vrai. Certains fabricants proposent des contrôleurs offrant différentes options de dimensionnement, tous compatibles avec le même logiciel de programmation. La présence d'un environnement de programmation unique signifie que la flexibilité peut être instillée dans le système, tandis que les coûts associés au développement de programmes peuvent être réduits, car les projets peuvent être portés d'un automate à l'autre.

La décision décourageante est cependant de décider si un grand API doit être utilisé pour un seul programme ou si une approche modulaire doit être utilisée. La décision est beaucoup plus complexe que de choisir un API , PAC ou contrôleur basé sur PC. Tenir compte des facteurs suivants peut vous aider à établir une bonne base :

• Système nouveau ou existant
• Appareils discrets
• Problèmes environnementaux
• Contrôle de boucle
• Appareils analogiques
• Modules spécialisés
• Emplacements d'E/S
• Communication
• Programmation

Que le système soit nouveau ou existant peut aider à dissiper de nombreuses confusions et influencer les autres facteurs de sélection. Si des produits sont déjà installés, la compatibilité devient d'une importance primordiale, neutralisant le nombre de produits qui ne sont d'aucune utilité.

Le choix du contrôleur dépend également des conditions environnementales. S'il existe des conditions extrêmes, telles que celles liées à la température, à l'humidité, à la poussière, etc., le contrôleur devra alors les respecter pour rester opérationnel.

Nombre, types et emplacement des E/S

Définir le nombre d'E/S et les types d'appareils de terrain sont les prochains sur la liste. Commencez par répertorier toutes les entrées et sorties discrètes sur une feuille de calcul, en définissant chaque type, par ex. capteur numérique, capteur analogique, actionneur, vanne de régulation, etc. Les paramètres à noter sont le protocole de communication, l'équivalent de puissance, etc.

Le type et le nombre de points d'E/S ont un impact important sur le choix de la plate-forme de contrôle. Les constructeurs de machines commettent souvent l'erreur de choisir des contrôleurs capables de répondre aux besoins immédiats sans laisser de place pour une expansion future. En incluant une marge d'expansion d'au moins 20 %, les E/S peuvent éviter des crises majeures à l'avenir. Certains contrôleurs ont également des types d'E/S limités, tels que des entrées analogiques, à grande vitesse, etc. Cela peut également devenir un problème plus tard.

La feuille de calcul mentionnée précédemment doit intégrer les fonctions et le niveau de signal de tous les appareils analogiques, y compris les totaux individuels pour la boucle de courant/tension, les entrées des détecteurs de température à résistance, les thermocouples, etc. Les spécifications des contrôleurs doivent correspondre à ces exigences afin que toutes les entrées analogiques et les sorties sont prises en charge, ainsi que leurs types de signaux.

De plus, les E/S spécialisées doivent également être répertoriées dans la feuille de calcul. Ceux-ci peuvent inclure, mais sans s'y limiter, des entrées/sorties à grande vitesse, des compteurs, des horloges en temps réel et des servomoteurs/moteurs pas à pas. Il se peut que certains contrôleurs n'aient pas de fonctionnalités spécialisées, alors assurez-vous d'effectuer une analyse approfondie avant de prendre votre décision. Il est essentiel de comprendre les capacités du contrôleur et les exigences de l'application.

L'emplacement physique des bornes d'E/S doit également être défini, par rapport aux appareils de terrain, et noté dans la feuille de calcul. La décomposition de ces exigences en modules plus petits aidera à comprendre les besoins d'E/S locales et distantes, ce qui aidera à son tour à déterminer quels protocoles de communication en temps réel sont nécessaires. Il existe certaines installations où la localité est préférée tandis que d'autres dépendent fortement des E/S distantes.

Si la distance entre les contrôleurs et les sous-systèmes est considérable, les E/S distantes seraient un bon choix au lieu de passer par l'épreuve du câblage de chaque appareil de terrain. De plus, les méthodes et les vitesses de communication doivent être prises en charge, qu'il s'agisse d'E/S série ou Ethernet. Dans le contexte industriel d'aujourd'hui, les protocoles Ethernet tels que EtherNet/IP sont de plus en plus populaires, tout comme les versions spécifiquement développées de protocoles open source tels que Modbus.

Communication

Les communications entre les périphériques, les E/S distribuées, les API et les systèmes d'entreprise peuvent être une nécessité pour certains ateliers. La portée de ceux-ci doit être définie dès le début, en tenant compte du fait que les choses deviendront plus complexes au fur et à mesure que vous avancerez. Certains contrôleurs peuvent n'offrir que 1 à 2 ports, dont l'un sera réservé à la programmation, tandis que d'autres peuvent ne pas prendre en charge les protocoles spécifiques requis pour les applications critiques.

Les communications qui auront lieu entre le contrôleur et les IHM ou les appareils de terrain doivent également être spécifiées. L'avènement de l'Internet des objets a rendu essentielle l'ouverture d'options de communication. Par conséquent, il faut s'assurer que des ports Ethernet, série et USB supplémentaires sont disponibles dans le contrôleur.

La spécification des protocoles Ethernet tels que Modbus TCP, Ethernet/IP, Profibus, etc. doit être effectuée, tant pour les besoins actuels que pour l'expansion future.

Matériel

Les considérations matérielles courantes à prendre en compte incluent la vitesse d'analyse, la quantité de mémoire et la batterie de secours. Le contrôleur doit disposer de suffisamment de mémoire système pour prendre en charge à la fois les exigences du programme et les données. Ces estimations peuvent être faites en déterminant le nombre d'appareils dans le système. La mémoire de données est utilisée à la fois pour la manipulation dynamique des données et le stockage des variables, des exemples étant des points de consigne prédéfinis, des indicateurs internes dans les minuteries et le temps/comptage accumulé.

La taille de la table de données peut augmenter s'il est nécessaire de stocker les données historiques sur le contrôleur. Le besoin d'enregistrement de données, interfaces vers IHM/SCADA , les méthodes d'accès et les bases de données historiques doivent toutes être clairement spécifiées, tandis que dans un scénario IIoT, la mise en réseau, la définition de protocole et les besoins en mémoire deviennent également importants.

Les types d'instructions et la taille du programme lui-même peuvent également affecter les besoins en mémoire. Si le programme a plusieurs séquences, des fonctions de contrôle sophistiquées et des logiques de défaut, cela peut nécessiter une mémoire accrue. Les exigences peuvent être estimées sur la base des échelons du programme et des fichiers de données. Les spécifications du contrôleur doivent également être étudiées, car certains ont une programmation basée sur le nom des balises tandis que d'autres ont des tables de données fixes mais extensibles.

La quantité de mémoire consommée par les programmes et les tables de données dépend du modèle de contrôleur. Une bonne hypothèse est que chaque périphérique d'E/S discret utilise 5 à 100 mots de mémoire, tandis que les E/S analogiques utilisent 25 à 500 mots. Le large éventail peut rendre l'estimation difficile pour les programmes complexes. Une meilleure approche serait d'écrire des blocs de code et d'étudier l'utilisation de la mémoire.

Certaines applications peuvent nécessiter un temps de scrutation rapide, ainsi que la vitesse du processeur et la vitesse d'exécution des instructions du contrôleur, ainsi que les deux facteurs préjudiciables à cet égard.

Logiciel

Près de la moitié du projet dépend de la qualité de la programmation logicielle, qui à son tour dépend du logiciel fourni par le fabricant. Les considérations suivantes doivent être prises en compte lors de la sélection d'un logiciel de programmation de contrôleur :

• Facilité d'utilisation
• Préférences
• Investissement
• Ressources de formation
• Enregistrement des données et accès à distance

La plupart des contrôleurs incluent souvent un logiciel de programmation gratuit et facile à utiliser, contenant environ 20 instructions telles que des minuteries, des bobines, des contacts, des compteurs, etc. qui sont suffisantes pour de petites applications. Mais à mesure que la complexité des exigences augmente, les choses peuvent devenir problématiques. Les contrôleurs avancés incluent souvent un logiciel de programmation complet qui intègre une pléthore de fonctions pour aider les programmeurs.

Le choix du logiciel de programmation dépend largement de la zone de confort de l'utilisateur, ce qui en fait une décision subjective. Les programmeurs peuvent avoir leur propre opinion concernant la sélection des logiciels, mais celles-ci sont souvent rejetées par la haute direction qui applique un logiciel de programmation de contrôleur standard ainsi que des méthodes.

Quoi qu'il en soit, un contrôleur ne doit pas être choisi s'il ne dispose pas d'une documentation suffisante détaillant son logiciel de programmation. La plupart des fabricants se sont déjà adaptés à la tendance des ressources en ligne, offrant des documentations détaillées ainsi que la création de forums où les autres programmeurs peuvent échanger leurs questions. Cependant, tous ne sont pas montés à bord de ce train; des vérifications minutieuses des antécédents doivent donc être effectuées avant de faire une sélection d'API .

Le coût du support technique doit également être pris en compte car il peut arriver que les documentations ne permettent pas de résoudre un problème particulier. Certains fournisseurs offrent des services gratuits à durée limitée, ce qui peut être utile si un calendrier est respecté concernant le développement du programme.

Une fois développé, le programme doit être soigneusement testé, et pour ce faire, le logiciel doit être visible sous la forme d'une réponse de boucle PID et profil de mouvement. Cela permettra d'effectuer la simulation dans toute son étendue. Les logiciels de développement modernes sont intégrés à des simulateurs qui permettent d'effectuer des tests complets sans qu'il soit nécessaire de se connecter au matériel.

En conclusion, vous devez vous abstenir d'adopter une approche unique, que ce soit pour les logiciels, le matériel ou les communications. Le contrôleur sélectionné doit répondre pleinement aux exigences d'automatisation, tout en pouvant évoluer au fur et à mesure que les conceptions changent.

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