Les API industriels alimentent les variateurs de vitesse

Les variateurs de vitesse ont apporté un contrôle de mouvement précis et intelligent à une gamme d'applications industrielles. Le secteur manufacturier à lui seul dépend de machines qui tournent et transportent des matériaux, pompent des liquides, refroidissent ou chauffent l'air avec des ventilateurs, emballent et empilent des produits finis – et ce, dans le cadre d'un ensemble d'opérations interconnectées qui se déroule pour la plupart automatiquement.

Afin de fonctionner comme ils le font dans cet environnement, les variateurs dépendent complètement du pouvoir de contrôle et de coordination de l'API (automate programmable). Compte tenu, toutefois, que ce n'est en aucun cas une nouvelle technologie – les premiers modèles ont été fabriqués il y a presque exactement cinquante ans – la question se pose inévitablement : qu'est-ce qui rend l'API si bien adaptée à ce travail ?

Les API ont été développés pour substituer la puissance de l'ordinateur aux banques câblées en dur de relais de puissance autrefois utilisées pour contrôler les machines d'usine. Les difficultés de maintenance et de dépannage de ces anciens centres nerveux électromécaniques étaient légion : d'énormes enceintes présentaient au technicien des murs de relais, minuteurs, compteurs, fusibles et bornes au milieu de nappes de câblage point à point croisé. Remplacer une bobine défaillante ou un contact usé était déjà assez difficile ; modifier le but du système lui-même pourrait impliquer une reconstruction complète.

Il était inévitable que l'arrivée de la puce électronique balaie ces armoires de curiosités dans les annales de l'histoire de l'ingénierie. Tanto Odo Struger (1931-1998), ingénieur de recherche chez Allen-Bradley dans les années 1960, que Dick Morley (1932-2017), qui a répondu à un appel à idées lancé par General Motors en 1968, ont été appelés Pères de l'API. Tous deux ont vu que la séquence d'événements réalisée par les systèmes à relais pour contrôler les machines pouvait être traduite – et miniaturisée – sous la forme d'un programme informatique.

C'est un ordinateur, alors. Mais l'API est un type très spécifique d'ordinateur ; il a été conçu comme tel et le reste encore aujourd'hui. Mais de quelles manières ?

Pourquoi API plutôt que, disons, PC ?

Peut-être la réponse la plus évidente – en le regardant – est qu'un API est physiquement robuste ; la chose est durcie. Cela signifie que tous les aspects de sa conception (du choix des matériaux des composants aux caractéristiques telles que le contrôle de la température et le style de boîtier) sont destinés à protéger l'appareil de niveaux difficiles de poussière, d'humidité, de vibration, de température, etc.

La conception distinctive d'un API doit également accueillir des arrangements d'entrée/sortie significatifs – bien plus que la clé USB ou l'imprimante occasionnelle. La liste des signaux entrants de l'API (provenant de commutateurs, capteurs, disjoncteurs, etc.) combinée aux commandes sortantes (vers moteurs, lumières, vannes et autres) est aussi longue que les opérations qu'il contrôle sont complexes.

Mais la différence la plus fondamentale entre les API et les ordinateurs personnels est leur langage de programmation. La logique à contacts (ou Diagramme à contacts) encode les instructions opérationnelles séquentiellement, d'une manière directement modélisée sur le flux de travail à travers un schéma de relais électriques. Cela le rend extrêmement convivial pour les ingénieurs. Et aux côtés d'un petit nombre d'autres langages simples, notamment le Diagramme de Blocs Fonctionnels, il reste la méthode de programmation standard.

Les API communiquent avec les variateurs de vitesse soit par des signaux de contrôle directs soit par un protocole de communication numérique (Modbus est depuis longtemps le plus populaire) ou par les deux en combinaison. La gamme complète de commandes de dispositif peut ainsi être exécutée : de l'instruction au variateur de simplement faire tourner le moteur, et dans quel sens de rotation, au réglage en temps réel des paramètres d'accélération et de décélération.

Le potentiel des variateurs à faire fonctionner les moteurs à une vitesse optimale ne peut être pleinement réalisé que lorsqu'ils sont en communication bidirectionnelle en temps réel avec les API. C'est l'API qui surveille les performances du variateur, vérifiant continuellement les codes d'état et de défaut dérivés, par exemple, de la comparaison de la cible avec le courant de sortie réel. La manière dont cette surveillance de la sortie influence la nature des commandes du variateur est cruciale pour l'intelligence du système.

Impact des API sur l'industrie de l'automatisation

Les API ont eu un effet révolutionnaire sur l'industrie de l'automatisation, permettant un aperçu et un contrôle sur des systèmes mécaniques complexes, bien loin des jours où un seul « défaut » non identifié pourrait amener la meilleure partie d'une usine de fabrication à s'arrêter net. Et leur succès durable au fil des ans est dû en grande partie à leur simplicité essentielle – pour toute leur puissance de traitement.

Aucune technologie, cependant, ne reste intacte par le progrès indéfiniment. Et les API sont, en fin de compte, aussi liées que tout autre chose à refléter les développements clés dans la manière dont les machines et les dispositifs sont construits.

Développement continu

La miniaturisation en particulier – cette force même qui a vu l'activité électronique primitive transposée du mur de relais au circuit imprimé – continue de rendre les processeurs, les pièces de composants et les circuits imprimés eux-mêmes toujours plus compacts. Les API deviennent en conséquence plus puissants (plus rapides et avec une capacité de mémoire considérablement améliorée) même en diminuant de taille. Un seul API peut maintenant faire facilement le travail de plusieurs de ses prédécesseurs. Un tel progrès peut être vu dans leur capacité à accueillir simultanément plusieurs protocoles de communication ou le fait que leurs développeurs de logiciels puissent mélanger et assortir différents langages de programmation.

L'ironie ici, bien sûr, est que cet ordre de capacité n'est en fait pas nécessaire pour le contrôle de nombreux dispositifs, variateurs inclus. Lorsque la simple efficacité est la priorité, une capacité complexe peut être au mieux une irrelevance et au pire une responsabilité (par exemple en termes de cybersécurité). Pour cette raison, une nouvelle génération de contrôleurs de machines – des dispositifs compacts de type API – a évolué pour prendre en charge une partie du travail que les API haut de gamme ont dépassé.

Plus limités qu'un API en termes de mémoire et de capacité d'entrée/sortie, un contrôleur de ce type pour un variateur de vitesse, fourni à bord, programmé sur mesure et avec une interface graphique intuitive, est relativement peu coûteux, gain de temps et facile à utiliser (ainsi qu'à intégrer avec le réseau ou le système plus large).

API et variateurs, le couple parfait ?

La relation traditionnelle entre variateurs et API est donc en train de traverser une période de changement. C'est un bouleversement que seule l'ancienne architecture de système pourrait ne pas survivre. Le principe fondamental – des variateurs rendus intelligents par la puissance de programmation – est aussi pleinement chargé que jamais.