Et si le choix de l'automate programmable idéal pouvait transformer l'efficacité de votre production ? Cet article aborde les principes essentiels du choix d'un bon automate programmable (API), en couvrant des facteurs tels que la fiabilité du fabricant, les points d'entrée/sortie et les fonctions de contrôle essentielles. En comprenant ces aspects clés, vous serez en mesure de prendre des décisions éclairées susceptibles d'améliorer considérablement les performances et la fiabilité de votre système. Lisez la suite pour découvrir comment le bon automate peut rationaliser vos opérations et stimuler la productivité.
Avant de choisir un automate, il est important de déterminer le schéma du système. Une fois le schéma du système déterminé, vous pouvez choisir le fabricant et le modèle qui répondent le mieux à vos besoins.
Cet article fournit des informations détaillées sur les fabricants, les modèles, le nombre de points d'entrée/sortie (E/S), les fonctions de contrôle, etc., afin de vous aider à sélectionner l'automate le mieux adapté à vos besoins.
Lors de la sélection d'un fabricant pour votre automate, il est important de prendre en compte des facteurs tels que les exigences des utilisateurs de l'équipement, la familiarité du concepteur avec les automates et les habitudes de conception des différents fabricants, la cohérence des produits compatibles et les services techniques.
Du point de vue de la fiabilité de l'automate lui-même, il ne devrait en principe y avoir aucun problème avec la fiabilité des produits des grandes sociétés étrangères. D'une manière générale, pour le contrôle d'équipements indépendants ou de systèmes de contrôle plus simples, les produits PLC japonais présentent certains avantages en termes de coûts.
Pour les systèmes de contrôle distribués à plus grande échelle ayant des exigences élevées en matière de communication réseau et d'ouverture, les automates européens et américains présentent des avantages en termes de fonctionnalité de communication réseau.
En outre, pour certaines industries spéciales (telles que la métallurgie et le tabac), il convient de sélectionner des systèmes PLC dont les performances opérationnelles sont matures et fiables dans le domaine industriel concerné.
Le nombre de points d'E/S d'un automate est l'un de ses paramètres de base. La détermination du nombre de points d'E/S doit être basée sur le nombre total de points d'E/S requis pour l'équipement de contrôle.
En général, les automates doivent avoir des marges appropriées pour les points d'entrée/sortie. Généralement, après avoir ajouté 10% à 20% de marges extensibles basées sur les statistiques calculées des points d'entrée/sortie, ces données peuvent être utilisées comme estimation du nombre de points d'entrée/sortie.
Lors des commandes réelles, le nombre de points d'entrée/sortie doit être ajusté en fonction des caractéristiques spécifiques du produit PLC du fabricant.
La capacité de stockage fait référence à la taille de l'unité de stockage matérielle que l'automate programmable peut fournir, tandis que la capacité du programme fait référence à la taille de l'unité de stockage utilisée par le projet d'application de l'utilisateur dans la mémoire.
Par conséquent, la capacité du programme est inférieure à la capacité de stockage. Pendant la phase de conception, le programme d'application utilisateur n'ayant pas encore été compilé, la capacité du programme est inconnue et ne peut être déterminée qu'après le débogage du programme.
Afin d'estimer la capacité du programme au cours du processus de sélection de la conception, la capacité de stockage estimée est généralement utilisée comme substitut. Il n'existe pas de formule fixe pour estimer la capacité de mémoire de l'automate, et de nombreuses sources documentaires fournissent des formules différentes.
En général, le nombre total de mots en mémoire est estimé à 10-15 fois le nombre de points d'E/S numériques plus 100 fois le nombre de points d'E/S analogiques (chaque mot est composé de 16 bits), et une marge supplémentaire de 25% doit également être prise en compte.
Cette sélection comprend le choix des caractéristiques opérationnelles, de contrôle, de communication, de programmation, de diagnostic et de vitesse de traitement.
Les fonctions opérationnelles d'un automate simple comprennent des opérations logiques, des fonctions de temporisation et de comptage. Les fonctions opérationnelles d'un automate classique comprennent également le décalage des données, la comparaison et d'autres fonctions opérationnelles.
Les fonctions opérationnelles plus complexes comprennent les opérations algébriques, le transfert de données, etc. Les grands automates disposent également de fonctions opérationnelles avancées telles que le fonctionnement PID pour les signaux analogiques.
Avec l'émergence des systèmes ouverts, la plupart des automates programmables ont désormais des fonctions de communication, certains produits communiquent avec des machines de niveau inférieur, d'autres avec des ordinateurs homologues ou supérieurs, et certains ont même des fonctions de communication de données avec des réseaux d'usines ou d'entreprises.
Lors de la sélection de l'automate en fonction des besoins réels, il est important de sélectionner raisonnablement les fonctions opérationnelles nécessaires.
Dans la plupart des scénarios d'application, seules les opérations logiques et les fonctions de chronométrage et de comptage sont nécessaires.
Certaines applications nécessitent le transfert et la comparaison de données, et les opérations algébriques, la conversion numérique et les opérations PID ne sont utilisées que pour la détection et le contrôle des signaux analogiques. Certaines applications nécessitent également des opérations de décodage et d'encodage pour afficher les données.
Les fonctions de contrôle comprennent les opérations de contrôle PID, les opérations de contrôle de compensation en amont, les opérations de contrôle de ratio, etc. qui doivent être déterminées en fonction des exigences de contrôle. Étant donné que l'API est principalement utilisé pour le contrôle logique séquentiel, les contrôleurs à boucle unique ou à boucles multiples sont souvent utilisés pour résoudre le contrôle analogique dans la plupart des scénarios.
Parfois, des unités d'entrée/sortie intelligentes dédiées sont utilisées pour compléter les fonctions de contrôle requises, ce qui permet d'améliorer la vitesse de traitement de l'automate et d'économiser de la capacité de stockage. Par exemple, en utilisant des unités de contrôle PID, des compteurs à grande vitesse, des unités analogiques avec compensation de vitesse, des unités de conversion ASCII, etc.
Les systèmes PLC de taille moyenne à grande doivent prendre en charge plusieurs bus de terrain et des protocoles de communication standard (tels que TCP/IP), et doivent pouvoir se connecter à des réseaux de gestion d'usine (TCP/IP) si nécessaire.
Le protocole de communication doit être conforme aux normes de communication ISO/IEEE et doit être un réseau de communication ouvert.
L'interface de communication du système PLC doit comprendre des interfaces de communication série et parallèle (RS2232C/422A/423/485), des ports de communication RIO, l'Ethernet industriel, les interfaces DCS couramment utilisées, etc.
Le bus de communication des automates de moyenne et grande taille (y compris les dispositifs d'interface et les câbles) doit envisager une configuration redondante et le bus de communication doit être conforme aux normes internationales. La distance de communication doit répondre aux exigences réelles de l'appareil.
Dans le réseau de communication du système PLC, le taux de communication du réseau de niveau supérieur doit être supérieur à 1 Mbps, et la charge de communication ne doit pas dépasser 60%.
Le réseau de communication du système PLC se présente sous plusieurs formes :
Pour réduire la tâche de communication de l'unité centrale, différents processeurs de communication dotés de différentes fonctions de communication (telles que point à point, bus de terrain, Ethernet industriel) doivent être sélectionnés en fonction des besoins réels de la composition du réseau.
Programmation hors ligne :
L'automate et le programmateur partagent une unité centrale. En mode de programmation, l'unité centrale sert uniquement au programmateur et ne contrôle pas l'appareil de terrain. Une fois la programmation terminée, le programmateur passe en mode exécution et l'unité centrale contrôle l'appareil de terrain mais ne peut pas effectuer la programmation.
La programmation hors ligne réduit les coûts du système mais n'est pas pratique à utiliser et à déboguer.
Programmation en ligne :
L'unité centrale et le programmateur ont leurs propres unités centrales. L'unité centrale est responsable du contrôle du champ et échange des données avec le programmateur au cours d'un cycle de balayage. Le programmateur envoie le programme ou les données programmées en ligne à l'hôte, et l'hôte fonctionne selon le nouveau programme reçu dans le cycle de balayage suivant.
Cette méthode est plus coûteuse, mais le débogage et le fonctionnement du système sont pratiques et sont couramment utilisés dans les automates programmables de moyenne et grande taille.
Cinq langages de programmation normalisés :
Graphique fonctionnel séquentiel (SFC), diagramme en échelle (LD), diagramme de bloc fonctionnel (FBD), trois langages graphiques, et liste d'instructions (IL) et texte structuré (ST), deux langages textuels.
Le langage de programmation choisi doit être conforme à sa norme (IEC6113123) et prendre en charge des formes de programmation en plusieurs langues, telles que C, Basic, Pascal, etc.
La fonction de diagnostic de l'automate comprend des diagnostics matériels et logiciels. Les diagnostics matériels déterminent l'emplacement des défauts matériels par le biais de jugements logiques, tandis que les diagnostics logiciels comprennent des diagnostics internes et externes.
Le diagnostic des performances et des fonctions de l'automate au moyen d'un logiciel est un diagnostic interne, tandis que le diagnostic de l'unité centrale et de la fonction d'échange d'informations des composants d'entrée/sortie externes au moyen d'un logiciel est un diagnostic externe.
La puissance de la fonction de diagnostic de l'automate programmable a une incidence directe sur les capacités techniques requises des opérateurs et du personnel de maintenance, ainsi que sur le temps de réparation moyen.
L'automate fonctionne en mode balayage. Du point de vue des exigences de temps réel, la vitesse de traitement doit être aussi rapide que possible. Si la durée du signal est inférieure au temps de balayage, l'automate ne pourra pas balayer le signal, ce qui entraînera une perte de données.
La vitesse de traitement est liée à la longueur du programme utilisateur, à la vitesse de traitement de l'unité centrale, à la qualité du logiciel, etc.
Actuellement, le temps de réponse et la vitesse des contacts PLC sont rapides, et le temps d'exécution de chaque instruction binaire est d'environ 0,2~0,4μs, ce qui peut répondre aux exigences des applications de contrôle élevé et de réponse rapide.
Le cycle de balayage (cycle de balayage du processeur) doit répondre aux critères suivants : le temps de balayage d'un petit automate ne doit pas dépasser 0,5 ms/K, et le temps de balayage d'un automate de taille moyenne à grande ne doit pas dépasser 0,2 ms/K.
Les automates programmables peuvent être classés en deux types : intégraux et modulaires, en fonction de leur structure.
Les API intégraux ont un nombre relativement fixe et restreint de points d'E/S, ce qui limite les choix des utilisateurs et est généralement utilisé dans les petits systèmes de contrôle. Parmi les exemples de ce type, citons la série Siemens S7-200, la série Mitsubishi FX et la série Omron CPM1A.
Les automates modulaires fournissent plusieurs modules d'E/S qui peuvent être branchés sur la carte de base de l'automate, ce qui permet aux utilisateurs de sélectionner et de configurer le nombre de points d'E/S en fonction de leurs besoins.
Cela rend les configurations d'automates modulaires plus flexibles et est couramment utilisé dans les systèmes de contrôle de taille moyenne à grande. Les séries Siemens S7-300 et S7-400, la série Mitsubishi Q et la série Omron CVM1 sont des exemples de ce type d'automates.
La sélection des modules d'entrée/sortie numériques doit tenir compte des exigences de l'application. Par exemple, pour les modules d'entrée, il faut tenir compte des niveaux de signal d'entrée, des distances de transmission, etc.
Il existe également de nombreux types de modules de sortie, tels que la sortie de contact de relais, la sortie thyristor bidirectionnelle AC120V/23V, le type d'entraînement à transistor DC24V, le type d'entraînement à transistor DC48V, etc.
En général, les modules de sortie à relais présentent les avantages d'un faible coût et d'une large plage de tension. Cependant, ils ont une durée de vie plus courte, un temps de réponse plus long et nécessitent des circuits d'absorption des surtensions lorsqu'ils sont utilisés avec des charges inductives.
Les modules de sortie à thyristor bidirectionnel ont un temps de réponse plus rapide et conviennent aux commutations fréquentes et aux charges à faible facteur de puissance, mais ils sont plus chers et ont une moins bonne capacité de surcharge.
En outre, les modules d'entrée/sortie peuvent être divisés en spécifications telles que 8 points, 16 points, 32 points, etc., en fonction du nombre d'entrées/sorties, et doivent être raisonnablement équipés en fonction des besoins réels.
Les modules d'entrée analogique peuvent être divisés en type d'entrée courant, type d'entrée tension, type d'entrée thermocouple, etc. en fonction du type de signaux d'entrée analogique.
Le niveau de signal d'un module d'entrée de courant est généralement de 4~20mA ou 0~20mA, tandis que celui d'un module d'entrée de tension est généralement de 0~10V, -5V~+5V, etc. Certains modules d'entrée analogique peuvent être compatibles avec les signaux d'entrée de tension et de courant.
Les modules de sortie analogique ont également un type de sortie en tension et un type de sortie en courant. La gamme de signaux de la sortie courant est généralement de 0~20mA, 4~20mA, tandis que celle des signaux de la sortie tension est généralement de 0~0V, -10V~+10V, etc.
Les modules d'entrée/sortie analogiques peuvent être divisés en spécifications telles que 2 canaux, 4 canaux, 8 canaux, etc., en fonction du nombre de canaux d'entrée/sortie.
Les modules de fonction comprennent des modules de communication, des modules de positionnement, des modules de sortie d'impulsion, des modules de comptage à grande vitesse, des modules de contrôle PID, des modules de contrôle de la température, etc.
Lors du choix d'un automate, il convient d'envisager la possibilité d'associer des modules fonctionnels, ce qui implique à la fois des aspects matériels et logiciels.
Une fois que le modèle et les spécifications de l'automate ont été grossièrement déterminés, les spécifications et paramètres de base de chaque composant de l'automate peuvent être déterminés un par un en fonction des exigences de contrôle, et les modèles de chaque module composant peuvent être sélectionnés.
Les principes suivants doivent être respectés lors de la sélection des modèles de modules :
Lors de la sélection d'un automate, il convient de tenir compte du rapport performance-prix. En ce qui concerne l'économie, des facteurs tels que l'évolutivité de l'application, l'opérabilité, le rapport entrée-sortie, etc. doivent être comparés et équilibrés afin de choisir un produit satisfaisant.
Le nombre de points d'entrée/sortie a un impact direct sur le prix. L'augmentation du nombre de cartes d'entrée/sortie entraîne des coûts supplémentaires. Lorsque le nombre de points augmente jusqu'à une certaine valeur, la capacité de mémoire correspondante, le rack, la carte mère, etc. doivent également être augmentés.
Par conséquent, l'augmentation du nombre de points a un impact sur la sélection de l'unité centrale, de la capacité de mémoire et de l'étendue de la fonction de contrôle. Il convient d'en tenir pleinement compte dans l'estimation et la sélection afin d'obtenir un rapport performance-prix plus raisonnable pour l'ensemble du système de contrôle.
En général, il existe de nombreux types de modules qui peuvent répondre aux exigences de contrôle d'un automate programmable. Lors de la sélection, il convient de suivre le principe de la simplification de la conception du circuit, de la commodité d'utilisation et de la minimisation des composants de contrôle externes.
Par exemple, pour les modules d'entrée, il convient de donner la priorité à la forme d'entrée qui peut être directement connectée à des éléments de détection externes afin d'éviter d'utiliser des circuits d'interface.
Pour les modules de sortie, il convient de donner la priorité aux modules de sortie qui peuvent directement piloter des charges, et de réduire au minimum les relais intermédiaires et autres composants.
Lors de la sélection, l'uniformité et la généralité de chaque module composant l'automate doivent être prises en compte afin d'éviter un trop grand nombre de types de modules.
Cela favorise non seulement l'approvisionnement, en réduisant le nombre de pièces de rechange, mais permet également d'accroître l'interchangeabilité des différents composants du système, ce qui facilite la conception, la mise en service et l'entretien.
Lors de la sélection de chaque module composant le système PLC, la compatibilité doit être pleinement prise en compte afin d'éviter les problèmes de compatibilité.
Les fabricants des principaux composants du système PLC ne doivent pas être trop nombreux. Dans la mesure du possible, les produits d'un même fabricant doivent être sélectionnés.
En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.
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