PCs vs PLCs : Choisir le bon système de contrôle pour l'automatisation industrielle

Les années 1970 ont vu l'introduction des API ou Automates Programmables Industriels, qui allaient changer à jamais la façon dont l'automatisation est réalisée dans les environnements industriels. Connus pour leur conception robuste et leur implémentation scalable, les API ont été adoptés par tous les grands fabricants et à ce jour restent la norme pour l'automatisation industrielle. Allen-Bradley, Omron, Siemens, AEG, etc. sont devenus les leaders de la fabrication d'API, et bientôt les contrôleurs avaient la capacité de traitement d'un ordinateur tout en résistant aux conditions industrielles difficiles.

Ce n'est qu'au cours des années 1990 que l'intérêt renouvelé pour les Ordinateurs Personnels a commencé à prendre de l'ampleur. La raison principale était l'augmentation de la vitesse des processeurs, la réduction de la taille et une tendance à la baisse des coûts. Les industries ont également commencé à incorporer des PCs dans leurs usines en raison du niveau de contrôle de supervision qu'ils fournissaient sur d'autres machines y compris les API.

Cependant, aujourd'hui, tant les API que les PCs ont développé des fonctionnalités similaires ce qui a rendu assez difficile pour les ingénieurs de contrôle de décider quel produit utiliser. Examinons les fonctionnalités de base de ces deux produits.

Les API ont été conçus comme une alternative plus rationalisée, réduite, hautement flexible et robuste aux panneaux de relais et boîtes d'interrupteurs. Ils étaient généralement assignés à des tâches spécifiques, qui étaient pré-programmées et ensuite exécutées. Cependant, la personnalisation était un autre facteur que les API devaient fournir, donc un langage et une structure uniques ont été sélectionnés pour toutes les activités de programmation. Connus sous le nom de « logique à contacts », cela permettait une personnalisation rapide du code selon la situation. En plus de tout cela, les API devaient également supporter le rayonnement électromagnétique, les vibrations et la contamination. Avec le temps, les API ont dû suivre le développement des technologies. Bientôt, les connexions ethernet, les contrôles de processus PID et la sécurité intégrée sont devenus partie des API, ajoutant à leur longue liste de fonctionnalités.

Les PCs ont éventuellement développé des fonctionnalités qui les mettaient en ligne avec les API en termes de fonctionnalité. En plus, ils ont conservé leur robustesse ainsi que la personnalisation due à la disponibilité des slots de cartes et ports. La puissance de traitement des PCs était souvent supérieure aux API car ils contenaient un noyau temps réel, leur permettant d'effectuer des tâches critiques en temps et d'implémenter des algorithmes de contrôle.

L'objectif final est un contrôle robuste, efficace et fiable sur les actifs industriels, et donc chaque créance des API et PCs doit être mise face à face pour obtenir une meilleure compréhension et une conclusion logique.

Fonctionnement

Les API standards sont embarqués avec un système d'exploitation temps réel qui utilise un processeur dédié pour assurer un haut degré de fiabilité pendant les opérations de contrôle. L'OS d'un API est conçu spécifiquement pour effectuer des tâches liées au contrôle et donc il n'y a pas besoin d'utilitaires tels que programmes antivirus ou nettoyeurs de registre. Cela a pour effet d'augmenter le débit de traitement du système, s'assurant que plus de cycles de traitement sont utilisés pour surveiller les paramètres cruciaux.

Les PCs sont également conçus avec un noyau temps réel et un système d'exploitation associé, les mettant au coude-à-coude avec les API en termes de capacités de traitement. La fiabilité des PCs était troublée car les expériences antérieures avec les plantages système étaient assez courantes. Cependant, cette limitation a été rapidement éliminée avec des OS plus simples spécialement conçus pour l'usage industriel.

Par conséquent, les API et PCs sont actuellement au même niveau en termes de fonctionnement.

Intégration Matérielle

Les exigences industrielles d'aujourd'hui ne sont plus similaires aux exigences d'il y a 20 ans. Tant les API que les PCs sont requis pour contrôler une multitude de dispositifs pour la communication, la surveillance et le contrôle, et devraient donc avoir des capacités d'extension suffisantes. Les protocoles de communication industriels bien connus incluent Profbus, CANbus, Modbus, EtherCAT, EtherNET/IP, etc.

Même si tant l'API que le PC offrent ces options de bus de terrain, l'API a toutes ces capacités intégrées par défaut. En revanche, un PC peut nécessiter une carte d'extension pour supporter un protocole spécifique. Mais le plus grand nombre de slots d'extension dans les PCs signifie qu'une plus grande personnalisation est possible et une grande variété d'interfaces peut être utilisée pour l'opération.

Cela place les PCs devant les API quand il s'agit de gérer des tâches telles que l'imagerie haute résolution avancée ou autres avec des exigences de traitement multiples et inattendues. De plus, si des tâches exigeantes en mémoire doivent être accomplies en utilisant un API, alors un API industriel supplémentaire devrait être installé pour suivre les paramètres dynamiques et connexions.

Sécurité

L'espionnage cyber a toujours été en hausse en raison de la connectivité accrue entre les dispositifs. La sécurité industrielle est primordiale pour assurer un temps de fonctionnement continu et une productivité maximale. Il y a deux dimensions de base de sécurité qu'un API/PC devrait concerner :

• Bloquer l'accès non autorisé depuis les attaques externes
• Limiter l'accès utilisateur selon leurs droits/désignation

Traditionnellement, les API ont été considérés comme immunisés contre les attaques de logiciels malveillants et c'est vrai dans une certaine mesure. Les API ont un OS dédié et une fonctionnalité limitée, les mettant à moindre risque d'attaques comparé aux PCs. Cependant, des épisodes récents tels que celui avec « Stuxnet », un logiciel malveillant ciblant les API de Siemens ont égratigné la réputation des API comme étant immunisés aux virus. Néanmoins, les cas enregistrés de telles attaques sont extrêmement limités. En comparaison, les PCs sont extrêmement vulnérables aux attaques de logiciels malveillants, et nécessitent une protection antivirus de premier ordre et une surveillance.

Programmation

L'environnement et le langage de programmation sont cruciaux pour obtenir une efficacité optimale, que ce soit depuis un API ou PC. Une des différences majeures entre un API et PC est la façon dont les programmes sont développés et exécutés. Un API suit généralement une exécution de programme basée sur le balayage (scan-based), alors que les logiciels basés sur PC sont généralement pilotés par événements (event-driven). Les différents styles d'exécution se traduisent à leur tour en différentes philosophies de programmation.

Les API sont programmés en utilisant les langages spécifiés dans la norme IEC 61131-3, c'est-à-dire logique à contacts ou langage propriétaire du fournisseur. En comparaison, les programmes basés sur PC utilisent des langages tels que C/C++/.NET. Aucun langage ne peut être qualifié de meilleur que l'autre car cela dépend uniquement de l'expertise du programmeur. Mais en raison de la tendance accrue des solutions basées sur PC et des cours, un programmeur est plus susceptible de trouver C/C++/.NET plus flexible comparé à la logique à contacts.

Discussions sur les Coûts

Ceci peut être le dernier sujet en discussion, mais est l'un des plus importants. Les problèmes d'automatisation et de contrôle d'aujourd'hui sont multi-dimensionnels et peuvent être résolus de plus d'une manière. Les solutions basées sur PC ou basées sur API sont éligibles pour certaines applications, cependant la contrainte majeure qui s'avère néfaste est le coût associé à ces solutions.

• Performance vs Coût

Le coût initial d'une solution basée sur PC peut être plus élevé qu'une solution API mais chaque fois que des calculs exigeants et des charges de réseau complexes doivent être traités, un programme basé sur PC est plus rentable. 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 vs Coût

Les PCs ont un coût plus élevé que les API quand aucun périphérique externe n'a besoin d'être ajouté car les API supportent généralement l'équipement industriel standard. Cependant, quand une solution nécessite une pléthore de contrôles externes, une solution basée sur PC est beaucoup mieux adaptée qu'une basée sur API.

• Robustesse vs Coût

Les API ne nécessitent pas d'équipement de protection excessif pour augmenter leur robustesse et blindage. En comparaison, un PC peut nécessiter un investissement considérable pour le protéger des effets d'environnement difficiles afin que le temps de fonctionnement maximal puisse être garanti.

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