Automates programmables (API) : Libérer l'efficacité dans l'automatisation industrielle

L'automate programmable (API) dévoilé

Les automates programmables, ou API (PLC en anglais), sont des ordinateurs numériques utilisés pour automatiser des tâches ou processus spécifiques pour diverses applications. Ils pilotent des machines sur lignes d'assemblage, des montagnes russes dans les parcs d'attractions, ou des éclairages. Aujourd'hui, l'automatisation industrielle est en demande croissante dans les usines du monde entier. L'automatisation devient centrale dans la fabrication face à des marges bénéficiaires minces et aux méthodes de production juste-à-temps. Les entreprises comprennent que pour répondre à ces processus, elles doivent satisfaire la demande client tout en opérant à coûts réduits, en production de masse, personnalisable et flexible. L'objectif principal de cet article est d'aider les installations à comprendre les bénéfices du passage de lignes de production manuelles à l'automatisation de tâches spécifiques avec des API.

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Les API sont devenus un pilier de l'automatisation industrielle, servant souvent de lien entre machines et humains. En tant que contrôleurs universels, ils peuvent être programmés pour effectuer une variété de tâches, des opérations pneumatiques au calcul mathématique. Avec la puissance de traitement, le stockage de données et les capacités de communication des ordinateurs modernes, les API offrent un tout autre niveau de contrôle d'application. Ils sont conçus pour fournir un fonctionnement fiable dans les situations les plus difficiles : hautes températures, bruit électrique, chocs et vibrations.

Les API interagissent par connexion directe avec les équipements d'entrée et de sortie. Les signaux des capteurs, interrupteurs et autres dispositifs de contrôle fournissent des données physiques externes sur les opérations ambiantes de l'API. Conçus à l'origine par logique à contacts (ladder logic), les API modernes ne s'y limitent plus, et leurs sorties fournissent un retour pour déterminer la meilleure décision pour modifier le processus ou l'environnement.

Avantages des API

• Flexibilité
  • Un seul API peut facilement piloter plusieurs types de machines.
• Correction d'erreurs
  • Avant les API, les panneaux à relais devaient être physiquement modifiés pour un nouveau circuit. Avec un API, un changement de conception se fait simplement en reprogrammant le contrôleur. La correction d'erreurs est extrêmement courte et rentable.
• Efficacité spatiale
  • Avec le développement de la mémoire des API, l'utilisation de contacts, bobines, minuteurs, séquenceurs et compteurs sur un seul contrôleur a grandement augmenté. Des milliers d'instruments peuvent être connectés à un seul contrôleur, réduisant le besoin de plusieurs coffrets pour multiples systèmes.
• Faible coût
  • Le coût d'un API varie de quelques centaines à quelques milliers d'euros. Réduire le nombre de composants externes en achetant un seul API économise sur les coûts directs et d'installation.
• Test
  • Les API peuvent être testés et évalués en laboratoire sécurisé. Le programme peut être testé, validé et corrigé, économisant un temps précieux.

L'implémentation d'API offre de nombreux avantages de performance : réduction des besoins matériels, augmentation des efficacités, moins de gaspillage produit. Les API modernes sont hautement personnalisables et peuvent être conçus pour des applications de contrôle individuelles tout en réduisant fortement l'utilisation de l'espace au sol de production.

Avec des contrôleurs intégrés, les API facilitent l'installation car ils nécessitent moins d'espace. Les afficheurs API améliorent l'interaction opérateur, augmentant l'efficacité de production.

La maintenance, le dépannage et les réparations sont réduits grâce aux composants enfichables et au remplacement de modules. Les risques de pannes API et le temps pour corriger les erreurs sont significativement réduits, éliminant complètement le recâblage des panneaux à relais et composants accessoires. De plus, les circuits de détection de pannes et l'intégration d'indicateurs de diagnostic dans les composants majeurs permettent de surveiller le bon fonctionnement.

Comment fonctionnent les API

Un automate programmable est un ordinateur spécial qui contrôle machines et processus. Il partage donc un socle commun avec les PC : unité centrale, mémoire, logiciel, communications. Contrairement aux PC, l'API est conçu pour survivre en environnements industriels difficiles et offre une grande flexibilité d'interfaçage avec les entrées/sorties.

Les API comprennent typiquement :

• Alimentation et rack
• Unité centrale (CPU)
• Système Entrées/Sorties

Les API existent en de nombreuses formes et tailles. Certains tiennent dans une poche, tandis que les grands systèmes de contrôle nécessitent de grands racks.

• Alimentation et Rack
  • Le rack maintient tout ensemble. Il peut être conçu pour accueillir plusieurs modules. Il porte les cartes pour communiquer avec le CPU. L'alimentation régule l'alimentation continue vers chaque module du rack.
• CPU
  • C'est le cerveau de l'API. Le CPU se trouve généralement derrière l'alimentation. Il comprend un microprocesseur, une puce mémoire et d'autres circuits logiques pour la surveillance et la communication. C'est là que le programme logique est implémenté et exécuté pour opérer le processus.
• Système Entrées/Sorties
  • C'est où les connexions physiques entre équipements et API se font. Une bande de bornes est utilisée pour les cartes E/S pour les connexions des dispositifs.

Le système E/S travaille en tandem avec le CPU. Les dispositifs d'entrée enregistrent et mesurent les données reçues par les composants de surveillance et fournissent l'information au CPU pour déterminer ce que la machine ou le processus doit en faire. Le système de sortie relaie l'exécution du programme du CPU vers les machines et processus en fonctionnement. Généralement, l'API exécute un type d'exécution unique pour une tâche ou processus spécifique, permettant d'automatiser la tâche basée sur les capteurs de retour de l'API.

Quelles industries utilisent les API

Avec la conception et le développement d'API atteignant de nouveaux sommets chaque année, les applications industrielles potentielles continuent de croître. Voici quelques industries utilisant des API et leurs applications :

Industrie agroalimentaire (snacks)

• Systèmes de contrôle de fours
• Systèmes de dosage
• Systèmes de cuisson
• Systèmes d'extrusion et coupe
• Mélange et distribution de bouillies

Convoiage de matériaux

• Manutention de matériaux
• Entraînements à vitesse variable et systèmes
• Systèmes de centre de commande moteur
• Systèmes de séquençage de vannes
• Contrôles de contre-mesures lignes bouchées

Produits de construction

• Systèmes de contrôle de fours à chaux
• Systèmes de contrôle de coupe
• Systèmes de formage
• Mélange et distribution de gypse

Pharmaceutique

• Systèmes de contrôle d'autoclaves
• Machines de capsulage de flacons
• Rapports de validation
• Opérations R&D
• Lavage de flacons
• Étiquetage de flacons

Industrie sidérurgique

• Contrôle machines
• Systèmes de contrôle de fours

Emballage et étiquetage

• Positionnement matériaux
• Systèmes de contrôle d'inventaire
• Systèmes de convoyage produit

Les API sont-elles adaptées à votre industrie ?

1. Les API sont-elles nécessaires pour votre fabrication ?

C'est basique, mais comprendre les exigences de l'application aidera à déterminer si les API sont les meilleures pour votre système d'automatisation. Les applications typiques d'automatisation d'usine, pour lesquelles les API ont été conçues, impliquent la fabrication/assemblage d'articles spécifiques. Ces applications impliquent une ou plusieurs machines et beaucoup de mouvement de matériaux. Généralement surveillées par un opérateur qui observe la progression sur la ligne. Ces processus sont hautement pilotés par logique et requièrent des exigences de haute vitesse. Souvent contrôlés par combinaison API et Interface Homme-Machine (IHM).

2. Valeur du produit versus coût d'arrêt

Si la valeur du produit est relativement faible, et/ou l'arrêt entraîne une perte de production mais avec peu de coût additionnel ou dommage au processus, l'API est un bon choix. Pour la fabrication à la demande, non continue, où l'entreprise peut prévoir des arrêts pour maintenance, dépannage ou mises à jour avec peu d'impact sur la production, l'application API s'impose.

3. De quoi a besoin un opérateur performant ?

Typiquement dans un environnement API, l'opérateur gère principalement les exceptions. Les informations de statut et alarmes l'aident à rester conscient de ce que fait le processus. C'est essentiellement la définition de la "fabrication sans éclairage" (Lights Out Manufacturing). Si un opérateur n'est nécessaire que pour superviser, un système API pourrait vous convenir.

4. Quelle performance de fabrication est visée ?

Les API sont conçues pour applications haute vitesse nécessitant des taux de balayage élevés impliquant contrôle de mouvement, verrouillage haute vitesse, ou contrôle de moteurs et variateurs. Des taux de balayage rapides sont nécessaires pour contrôler efficacement ces dispositifs, ce qui les rend idéaux pour le marché de la production à la demande.

5. Y a-t-il un besoin de personnalisation ?

Les API sont conçues comme les reines de la personnalisation. Le développement de routines et fonctions personnalisées est requis pour satisfaire des besoins d'application uniques. Un intégrateur système peut passer d'un type de machine aujourd'hui à un système complètement différent demain. C'est la puissance des contrôles logiques programmables et leur capacité à basculer d'une application à l'autre en réécrivant le code.

6. Attentes en ingénierie ?

Les ingénieurs d'automatisation industrielle veulent des plateformes personnalisables où les composants individuels peuvent être reprogrammés pour accomplir la tâche désirée. Intégrateurs et ingénieurs décomposent les API et programment selon leurs besoins. Les outils fournis supportent généralement une approche "bottom-up" qui fonctionne à merveille pour les petites applications.

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Conclusion

Les API ont gagné leur place dans l'automatisation avec leurs taux de production élevés et leur flexibilité système. Elles existent depuis longtemps mais continuent d'évoluer en outils puissants pour toute application industrielle. La semaine prochaine, nous verrons comment sélectionner correctement un API pour votre application et comprendre la documentation API.

Un API aiderait-il votre installation ? Dites-nous ce que vous cherchez à automatiser dans les commentaires.

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