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16/11/2018 - SAMMY SOETAERT

A CHAQUE ENTRAINEMENT SON PROPRE PLC?

Des alternatives à la commande centrale

Nos entreprises de production ont de plus en plus tendance à travailler avec des machines modulables dans des situations toujours plus variées. Une production flexible nécessite des installations facilement extensibles et modifiables. Une commande centrale sera moins intéressante pour les installations modulables. On assiste donc de plus en plus à un glissement en faveur des commandes 'de terrain', par le biais d'entrées et de sorties intelligentes et de régulateurs de fréquence. Mais est-ce vraiment une bonne idée? Et quelles sont les alternatives possibles?

La raison principale qui justifie la centrali­sation, c’est la réduc­tion des coûts et la facilité de modification de l’installation
La raison principale qui justifie la centrali­sation, c’est la réduc­tion des coûts et la facilité de modification de l’installation

POURQUOI DECENTRALISER?

L'époque d'un environnement de production qui restait inchangé pour trente ans, est définitivement révolue. La demande implique davantage de flexibilité et une structure modulable du parc des machines permet de s'adapter aux nouvelles situations et demandes de production. L'intégration de composants plus nombreux au sein d'un réseau toujours plus grand implique aussi un flux d'informations nettement plus important dans nos machines, qui communiquent par entrées et sorties avec les autres composants de l'installation. Ce serait une grosse erreur de ne pas exploiter toutes ces informations.

En général, les moteurs sont entraînés par un PLC central, qui commande les modules esclaves depuis le coffret de distribution en tant que maître. Si ces esclaves se trouvent directement sur le terrain, on parle alors d'un entraînement à distance. Mais une structure modulable implique en soi que les modules esclaves puissent devenir 'maîtres' à tout moment, et donc qu'ils doivent pouvoir prendre des décisions autonomes et communiquer avec les autres composants. Cela a des répercussions sur la construction de la commande de l'installation, puisque les entrées et sorties doivent disposer de l'intelligence nécessaire à la gestion de ces tâches.

 

L’utilisation des PLC peut être simplifiée pour les applications portant sur de nombreux entraînements pour l’exécution de tâches simples
L’utilisation des PLC peut être simplifiée pour les applications portant sur de nombreux entraînements pour l’exécution de tâches simples

 

SOLUTION: COMMANDE DECENTRALISEE

Sur le plan technique, il est tout à fait possible de développer les mêmes fonctionnalités avec une structure modulable. Il suffit, par exemple, de fournir à chaque module un PLC propre qui gère les entrées et sorties locales. Toutefois, le coût de l'installation est alors plus élevé et ce n'est pas vraiment évident d'intégrer comme cela un composant qui regorge d'électronique sensible dans un environnement de production.

Les variations de température, le risque de contact avec des substances toxiques et les problèmes d'EMC ne sont que quelques-unes des problématiques potentielles. La solution pourrait être d'intégrer le PLC dans un coffret de distribution séparé, mais le coût du boîtier et du câblage serait bien trop élevé.

 

ALTERNATIVES

Le field logic controller peut exécuter des tâches simples
Le field logic controller peut exécuter des tâches simples

Bloc E/S avec fonctions de PLC

Dans certains cas, un field logic controller peut jouer le rôle d'un PLC. Ce field logic controller est en fait un module E/S standard qui comprend un programme PLC pour l'exécution de tâches logiques. Il peut donc gérer sur place des paramètres simples des drives et, sur cette base, entreprendre lui-même des actions spécifiques. Le couplage au PLC d'abord via la commande à distance du bloc E/S pour ensuite envoyer les ordres aux actuateurs n'est dès lors plus nécessaire. Cela change évidemment tout en termes de câblage. Il faut pour cela que le bloc E/S ait la possibilité de traiter les signaux des différents modules E/S et soit compatible avec tous les protocoles comme Ethernet, Modbus, PROFINET et CANopen. Deux exemples très simples illustrent bien cette méthode.

Imaginons un contrôle de qualité dans une entreprise alimentaire réalisé par pesées. On vérifie donc si le niveau de remplissage d'un sachet de sauce répond bien aux exigences du batch. Un field logic controller permet d'envoyer directement le signal généré au bras pneumatique qui va repousser le sachet du tapis s'il est trop lourd. Aucun retour vers un PLC nécessaire donc pour exécuter ce type d'action simple.

Le deuxième exemple porte sur un capteur de niveau dans une citerne à liquide dans un environnement extrêmement corrosif. Un PLC nécessiterait ici un boîtier séparé, avec tous les frais que cela engendre. Un bloc E/S avec fonction PLC offre une classe de sécurité IP69K, ce qui permet de le placer directement à côté de la citerne. Un dépassement de la valeur minimum peut être associé à l'envoi de la commande de remplissage de la citerne et un dépassement de la valeur maximum peut, par exemple, actionner une pompe pour vider l'excédent de liquide.

Soulignons aussi que cette méthode permet d'intégrer directement les entrées et sorties dans un système global, ce qui soutient le concept de 'smart factory', ou d'usine intelligente. En ajoutant la logique au niveau E/S, les utilisateurs peuvent directement programmer les composants depuis leur PC ou point de commande par Ethernet, tout en permettant le développement d'un système de contrôle à distance.

S'ajoutent à cela d'autres avantages, comme le fait de décharger le PLC, la possibilité d'intégrer des fonctions de sécurité dans le bloc E/S et le réglage nettement moins cher de ce système.

Régulateur de fréquence avec fonctions de PLC

Pour les appareils qui fonctionnent à partir de régulateurs de fréquence, comme les pompes et les entraînements, la tendance est à l'installation du régulateur sur l'entraînement, afin de réduire les coûts liés au câblage. Ces régulateurs de fréquence peuvent intégrer certaines fonctions de PLC, pour la gestion de certaines tâches directement sur le terrain. Cette solution est pratique pour les drives de plus petite puissance dans les grandes installations (intralogistique, aéroports, secteur alimentaire, …). Ces drives plus petits sont 'dépourvus d'intelligence'. Les équiper d'un PLC propre serait trop compliqué, mais on note une volonté de les rendre plus intelligents. On peut leur associer des fonctions de type PLC qui communiquent avec le drive, mais aussi avec d'autres drives et avec le système global (fonctionnement maître/esclave). Grâce au contrôle des freins, à l'absence sûre du couple, au SS1 et à d'autres fonctions de sécurité à intégrer, on peut exécuter des tâches d'automatisation, économiser de l'énergie par décharge, mettre en place un fonctionnement à quatre quadrants, déterminer la position par contrôle vectoriel, etc. Est-ce que tout cela annonce la fin du PLC après quatre ans? Bien sûr que non. Cette forme de commande décentralisée ne permet que l'exécution de tâches automatiques limitées. Pour les tâches plus complexes, le PLC reste indispensable.