AUTOMATISME

L’automatisation est devenue essentielle dans l’industrie moderne, permettant une production plus rapide, efficace et sécurisée. Les automates programmables industriels (API) sont au cœur des systèmes automatisés, gérant les processus de production grâce à des technologies avancées. Ce travail explore la définition de l'automatisme, ses objectifs, ainsi que les composants et le fonctionnement des API dans un système automatisé. 

1.1. Exemple d'application d'API

Les API sont utilisés dans de nombreux secteurs industriels, comme :

• L’industrie automobile pour la gestion des chaînes de montage.

• Les centrales électriques pour contrôler la production d’énergie.

• Les systèmes de gestion de bâtiments pour l’automatisation de la climatisation, l’éclairage et la sécurité.

1.2. Définition de l’automatisme

L’automatisme consiste à utiliser des dispositifs mécaniques, électriques, et informatiques pour contrôler et exécuter des tâches répétitives sans intervention humaine. Il permet d’assurer le fonctionnement continu des machines ou des systèmes de production.

1.3. But de l’automatisation

L’automatisation a plusieurs objectifs :

• Améliorer la productivité en accélérant les processus.

• Augmenter la précision en réduisant les erreurs humaines.

• Renforcer la sécurité en réduisant l’intervention humaine dans les environnements dangereux.

• Optimiser les coûts en limitant les interventions manuelles et en automatisant les tâches répétitives.

1.4. Historique

L’automatisation a évolué au fil des siècles :

• XVIIIe siècle : Première machine à vapeur utilisée pour automatiser des tâches industrielles.

• XXe siècle : Développement de systèmes de contrôle par relais et la création des premiers automates industriels dans les années 1960 avec les API.

• XXIe siècle : L’essor des systèmes intelligents, des robots et des technologies IoT (Internet of Things) pour améliorer encore plus les performances des systèmes automatisés.

1.5. Fabricants d'automates

Parmi les principaux fabricants d’API, on trouve :

• Siemens : Leader mondial des solutions d’automatisation industrielle avec la gamme SIMATIC.

• Schneider Electric : Connue pour ses automates Modicon.

• Rockwell Automation : Fournisseur des API Allen-Bradley.

• Mitsubishi Electric : Propose des automates modulaires pour des applications diverses.

2.1. Architecture matérielle

Un API se compose principalement de :

• Unité centrale (UC) : Cœur de l'automate, elle exécute le programme et traite les informations provenant des capteurs.

• Modules d'entrée/sortie (I/O) : Ils reçoivent les signaux des capteurs (entrées) et envoient les commandes aux actionneurs (sorties).

• Alimentation : Fournit l’énergie nécessaire à l’API et à ses composants.

• Interfaces de communication : Permettent de connecter l'API aux autres équipements du réseau.

2.2. Fonctionnement

L’API fonctionne en plusieurs étapes :

• Lecture des entrées : Il lit les informations provenant des capteurs.

• Traitement : Il exécute le programme défini par l’utilisateur (en langage LADDER, SFC, FBD, etc.).

• Envoi des sorties : Il envoie des signaux aux actionneurs pour effectuer des actions.

• Boucle continue : Ce cycle de traitement est répété en permanence pour assurer le bon déroulement des opérations.

2.3. Catégories des API

Il existe plusieurs types d’API selon les besoins :

• API compacts : Intégrant tous les éléments dans un seul boîtier, utilisés pour des applications simples.

• API modulaires : Constitués de modules interchangeables pour une flexibilité et une évolutivité accrues.

• API distribués : Connectés en réseau, ils permettent de gérer des processus sur plusieurs sites ou machines en simultané.

2.4. Les différentes parties d'un automate modulaire

Un automate modulaire est composé de :

• L’unité de traitement centrale.

• Des modules d'entrées et sorties qui peuvent être ajoutés ou retirés en fonction des besoins.

• Des modules de communication pour échanger avec d'autres systèmes ou réseaux.

• Des interfaces spécifiques pour interagir avec les opérateurs ou d'autres machines.

3.1. Schéma de principe

Un système automatisé est constitué de capteurs, de pré-actionneurs, d’actionneurs et de l’API qui commande l’ensemble. Le schéma de principe illustre le flux d’informations entre ces différents éléments, de la détection (capteurs) à l’action (actionneurs).

3.2. Les actionneurs

Les actionneurs sont des dispositifs qui exécutent les actions physiques dans un système automatisé. Ils transforment les signaux électriques reçus de l’API en mouvement, chaleur ou autres actions.

3.2.1. Moteur électrique

Un moteur électrique transforme l’énergie électrique en énergie mécanique (mouvement). Il est utilisé dans des systèmes comme les convoyeurs ou les robots industriels.

3.2.2. Vérin pneumatique

Un vérin pneumatique utilise de l’air comprimé pour générer un mouvement linéaire, souvent utilisé pour des opérations de levage ou de déplacement.

3.2.3. Autres actionneurs

• Vérins hydrauliques : Utilisent un fluide pour générer un mouvement puissant.

• Résistances chauffantes : Utilisées pour contrôler la température dans des systèmes industriels.

3.3. Les pré-actionneurs

Les pré-actionneurs sont des dispositifs intermédiaires qui contrôlent les actionneurs. Ils servent à amplifier les signaux et à les adapter pour piloter les actionneurs.

3.3.1. Les contacteurs

Un contacteur est un relais électromécanique qui permet de couper ou d’établir un courant important, utilisé pour démarrer et arrêter des moteurs.

3.3.2. Les relais

Les relais sont des interrupteurs commandés électriquement, utilisés pour contrôler des circuits de puissance avec des signaux de commande de faible puissance.

3.3.3. Les distributeurs pneumatiques

Les distributeurs pneumatiques dirigent l’air comprimé vers les vérins et autres dispositifs pneumatiques, contrôlant ainsi leur mouvement.

3.4. Les capteurs

Les capteurs sont les dispositifs qui détectent des changements dans l’environnement (température, position, pression, etc.) et envoient des signaux à l’API.

3.4.1. Capteurs TOR (Tout ou Rien)

Les capteurs TOR détectent des états discrets (présence/absence, ouvert/fermé). Exemples : capteurs de proximité, interrupteurs.

3.4.2. Capteurs analogiques

Ces capteurs mesurent des grandeurs continues, telles que la température ou la pression, et fournissent des valeurs variables en sortie.

3.4.3. Transmetteurs

Les transmetteurs prennent les données fournies par les capteurs analogiques et les convertissent en signaux exploitables par l’API, souvent sous forme de 4-20 mA ou 0-10 V.

L'automatisme est une discipline essentielle dans les industries modernes, permettant d'améliorer l'efficacité et la sécurité des processus de production. Les API sont des composants clés des systèmes automatisés, intégrant des capteurs, des actionneurs et des systèmes de contrôle pour assurer un fonctionnement fluide et autonome. Grâce à l’évolution constante des technologies d’automatisation, de nouveaux systèmes plus intelligents et plus flexibles émergent, répondant aux exigences de l’industrie du futur.