Sélectionner le bon contrôleur d'automatisation industrielle : guide complet

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

Pour commencer, diviser les besoins d'opération de l'équipement est un bon point de départ, ce qui aidera les utilisateurs à évaluer la gamme de contrôleurs spécifiés 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), Contrôleur d'Automatisation Programmable (PAC) ou Ordinateur Personnel Industriel (IPC) peut fournir le contrôle pour une seule station, machine, ligne d'assemblage ou même tout le plancher d'usine. Dans le cas d'un système de fabrication intégré, un seul contrôleur large avec des 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 décomposer le système d'automatisation en sections logiques serait plus approprié. Dans de tels cas, l'automatisation est compartimentée et répartie entre de plus petits PLC, selon la charge de travail.

Certains experts en automatisation voient ces deux décisions comme étant à des kilomètres l'une de l'autre, concluant que les deux nécessitent des plateformes différentes. Mais ce n'est pas nécessairement vrai. Il y a des fabricants qui ont des contrôleurs offrant différentes options de taille, tous compatibles avec le même logiciel de programmation. La présence d'un seul environnement de programmation 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 PLC à l'autre.

La décision intimidante cependant est de décider si un grand PLC doit être employé pour un seul programme ou si une approche modulaire doit être utilisée. La décision est bien plus complexe que de simplement choisir un PLC, PAC ou contrôleur basé sur PC. Considérer les facteurs suivants peut aider à construire une bonne base :

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

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

Le choix du contrôleur dépend aussi des conditions environnementales. S'il y a des conditions extrêmes, comme celles liées à la température, l'humidité, la poussière, etc., alors le contrôleur devrait les rencontrer pour rester opérationnel.

Nombre, types et emplacement des E/S

Définir le nombre d'E/S et les types de dispositifs de terrain est le prochain sur la liste. Commencez par lister toutes les entrées et sorties discrètes sur un tableur, en définissant chaque type, ex: capteur numérique, capteur analogique, actionneur, vanne de contrôle, etc. Les paramètres qui doivent être notés incluent le protocole de communication, l'équivalent de puissance, etc.

Le type et le nombre de points E/S ont un grand impact sur la sélection de la plateforme de contrôle. Les constructeurs de machines font souvent l'erreur de choisir des contrôleurs qui peuvent répondre aux besoins immédiats sans laisser de place pour l'expansion future. En incluant de la place pour l'expansion, d'au moins 20 %, les E/S peuvent éviter des crises majeures à l'avenir. Il y a aussi certains contrôleurs qui ont des types d'E/S limités, comme analogique, entrées haute vitesse, etc. Cela peut aussi devenir un problème plus tard.

Le tableur mentionné plus tôt devrait incorporer les fonctions et le niveau de signal de tous les dispositifs analogiques, y compris les totaux individuels pour boucle courant/tension, entrées détecteur de température par résistance, thermocouples, etc. Les spécifications des contrôleurs doivent être correspondues avec ces exigences pour que toutes les entrées et sorties analogiques soient supportées, ainsi que leurs types de signaux.

De plus, les E/S spécialisées doivent aussi être listées dans le tableur. Celles-ci peuvent inclure mais ne sont pas limitées aux entrées/sorties haute vitesse, compteurs, horloges temps réel et moteurs pas-à-pas/servo. Il peut y avoir des contrôleurs qui n'ont pas de fonctionnalités spécialisées, alors assurez-vous d'effectuer une analyse approfondie avant de prendre votre décision. Comprendre les capacités du contrôleur et les exigences de l'application est essentiel.

L'emplacement physique des terminaux E/S doit aussi être défini, par rapport aux dispositifs de terrain, et noté dans le tableur. Décomposer ces exigences en modules plus petits aidera à comprendre les besoins locaux et distants en E/S, ce qui aidera à son tour à déterminer quels protocoles de communication temps réel sont nécessaires. Il y a 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 de câbler chaque dispositif de terrain. De plus, les méthodes et vitesses de communication doivent être supportées, que ce soit en Série ou en E/S basées sur Ethernet. Dans le contexte industriel d'aujourd'hui, les protocoles Ethernet comme EtherNet/IP deviennent populaires avec des versions spécifiquement développées de protocoles open-source comme Modbus.

Communications

Les communications entre dispositifs périphériques, E/S distribuées, PLCs et systèmes d'entreprise peuvent être une nécessité pour certains planchers d'usine. La portée de celles-ci doit être définie tôt, avec la considération que les choses deviendront plus complexes à mesure que vous avancez. Certains contrôleurs peuvent offrir seulement 1 à 2 ports, dont un sera réservé pour la programmation, tandis que d'autres peuvent ne pas supporter des protocoles spécifiques requis pour des applications critiques.

Les communications qui auront lieu entre le contrôleur et les IHM ou dispositifs de terrain doivent aussi être spécifiées. L'avènement de l'Internet des Objets a rendu essentiel d'avoir des options de communication ouvertes. Par conséquent, il doit être assuré qu'il y a des ports Ethernet, série, USB additionnels disponibles dans le contrôleur.

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

Matériel

Les considérations matérielles communes qui doivent être faites incluent la vitesse de balayage (scan-time), la quantité de mémoire et la sauvegarde batterie. Le contrôleur doit avoir assez de mémoire système pour supporter tanto les exigences du programme que les données. Ces estimations peuvent être faites en calculant le nombre de dispositifs dans le système. La mémoire de données est utilisée pour tanto la manipulation dynamique de données que le stockage de variables, exemples étant les points de consigne prédéfinis, drapeaux internes dans les minuteurs et temps/comptes accumulés.

La taille de la table de données peut enfler s'il y a un besoin de stocker les données historiques sur le contrôleur. Le besoin de journalisation de données, interfaces vers IHM/SCADA, méthodes d'accès et bases de données historien doivent tous être clairement spécifiés, tandis que dans un scénario IIoT, la mise en réseau, la définition de protocole et les besoins de mémoire deviennent aussi importants.

Les types d'instructions et la taille du programme lui-même peuvent affecter les besoins en mémoire aussi. Si le programme a plusieurs séquences, fonctions de contrôle sophistiquées et logiques de défaut, alors cela peut appeler à une mémoire accrue. Les exigences peuvent être estimées basées sur les barres de programme et fichiers de données. Les spécifications du contrôleur doivent aussi être étudiées, car certains ont une programmation basée sur noms d'étiquettes (tag-name) tandis que d'autres ont des tables de données fixes mais extensibles.

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

Il peut y avoir des applications qui ont besoin d'un temps de balayage rapide, et la vitesse CPU du contrôleur et la vitesse d'exécution d'instruction sont les deux facteurs préjudiciables à cet égard.

Logiciel

Presque 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 faites lors de la sélection d'un logiciel de programmation de contrôleur :

• Facilité d'utilisation
• Préférences
• Investissement
• Ressources de formation
• Journalisation de données et accès distant

La plupart des contrôleurs incluent souvent un logiciel de programmation gratuit et facile à utiliser, contenant environ 20 instructions telles que minuteurs, bobines, contacts, 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 incorpore une pléthore de fonctions pour assister les programmeurs.

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

Quoi qu'il en soit, un contrôleur ne devrait pas être choisi s'il n'a pas de littérature abondante 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 créant des forums où les programmeurs peuvent échanger leurs requêtes. Cependant, tous n'ont pas embarqué dans ce train ; donc des vérifications de fond soigneuses devraient être faites avant de faire une sélection de PLC.

Le coût du support technique doit aussi être pris en compte car il peut y avoir des moments où la documentation peut ne pas aider à traverser un problème particulier. Il y a des fournisseurs qui offrent des services gratuits à durée limitée, ce qui peut être utile si une timeline est suivie concernant le développement de programme.

Une fois développé, le programme doit être testé en profondeur, et pour ce faire, le logiciel doit être visualisable sous la forme d'une réponse de boucle PID et profil de mouvement. Cela permettra à la simulation d'être effectuée à pleine mesure. Les logiciels de développement modernes sont incorporés avec des simulateurs qui permettent des tests complets sans susciter le besoin de se connecter au matériel.

En conclusion, vous devriez vous abstenir d'adopter une approche taille unique, que ce soit pour le logiciel, le matériel ou les communications. Le contrôleur sélectionné doit répondre pleinement aux exigences d'automatisation, tout en ayant de la place pour l'avancement alors que les designs changent.