Contrôleurs Logiques programmables (Plc): notions de base, des Types et des Applications

qu’est Ce qu’un AUTOMATE?

PLC signifie « Programmable Logic Controller”. Un PLC est un ordinateur spécialement conçu pour fonctionner de manière fiable dans des environnements industriels difficiles – tels que des températures extrêmes, des conditions humides, sèches et/ou poussiéreuses. Les automates sont utilisés pour automatiser des processus industriels tels que la chaîne de montage d’une usine de fabrication, une usine de traitement du minerai ou une usine de traitement des eaux usées.,

Les automates partagent de nombreuses fonctionnalités de l’ordinateur personnel que vous avez à la maison. Ils ont tous deux une alimentation, un processeur (unité centrale de traitement), des entrées et sorties (e/s), de la mémoire et un logiciel d’exploitation (bien qu’il s’agisse d’un logiciel d’exploitation différent).

Les plus grandes différences sont qu’un PLC peut effectuer des fonctions discrètes et continues qu’un PC ne peut pas faire, et un PLC est beaucoup mieux adapté aux environnements industriels rudes. Un PLC peut être considéré comme un ordinateur numérique « robuste » qui gère les processus électromécaniques d’un environnement industriel.,

Les automates jouent un rôle crucial dans le domaine de l’automatisation, en faisant partie d’un système SCADA plus vaste. Un PLC peut être programmé selon la condition opérationnelle du processus. Dans l’industrie manufacturière, une reprogrammation sera nécessaire en raison du changement de nature de la production. Pour surmonter cette difficulté, des systèmes de contrôle basés sur PLC ont été introduits. Nous aborderons d’abord les bases des automates avant d’examiner diverses applications des automates.

Si vous voulez apprendre à programmer des automates, vous devriez consulter certains des différents cours de formation en ligne sur les automates., Ces cours peuvent vous aider à démarrer votre carrière en ingénierie de contrôle.

principes de base des automates

Les automates ont été inventés par Dick Morley en 1964. Depuis lors, PLC a révolutionné les secteurs industriel et manufacturier. Il existe un large éventail de fonctions PLC telles que la synchronisation, le comptage, le calcul, La comparaison et le traitement de divers signaux analogiques.

le principal avantage de L’automate par rapport à un système de contrôle « câblé” est que vous pouvez revenir en arrière et changer un automate après l’avoir programmé, à peu de frais (juste le coût du temps du programmeur)., Dans un système de contrôle câblé, vous devez essentiellement déchirer les fils et repartir de zéro (ce qui est plus cher et prend plus de temps). Prenons un exemple pour mieux comprendre cet avantage.

Imaginez que vous avez une lumière connectée à un interrupteur. En général, la lumière fonctionne dans deux conditions-ON et OFF. Maintenant, vous êtes donné une tâche que lorsque vous allumez l’interrupteur, la lumière ne devrait briller qu’après 30 secondes. Avec cette configuration câblée, nous sommes coincés. La seule façon d’y parvenir est de recâbler complètement notre circuit pour ajouter un relais de synchronisation., C’est beaucoup de tracas pour un changement mineur.

C’est là un contrôleur logique programmable entre dans l’image, qui ne nécessite pas de câblage supplémentaire et du matériel pour s’assurer d’un changement. Au contraire, il nécessite un simple changement de code, la programmation de L’automate pour allumer la lumière seulement 30 secondes après l’interrupteur est allumé. Ainsi, en utilisant un PLC, il est facile d’incorporer plusieurs entrées et sorties.,

C’est juste un exemple simple, un PLC a la capacité de contrôler beaucoup plus et processus plus complexes. Un AUTOMATE peut être personnalisé selon la demande et les besoins de l’utilisateur.

Comment un AUTOMATE de travail?

le fonctionnement d’un contrôleur logique programmable peut être facilement compris comme une méthode de balayage cyclique connue sous le nom de cycle de balayage.,

UN AUTOMATE d’Analyse de Processus comprend les étapes suivantes

• Le système d’exploitation commence à vélo et le suivi du temps.
• La CPU commence à lire les données du module d’entrée et vérifie l’état de toutes les entrées.
• La CPU commence à exécuter l’utilisateur ou le programme d’application écrit en logique relais-échelle ou tout autre langage de programmation PLC.
• ensuite, la CPU effectue toutes les tâches de diagnostic et de communication internes.,
• selon les résultats du programme, il écrit les données dans le module de sortie afin que toutes les sorties soient mises à jour.
• ce processus se poursuit tant que L’automate est en mode d’exécution.

structure physique de L’automate

la structure d’un automate est presque similaire à l’architecture d’un ordinateur.

Contrôleurs Logiques Programmables surveille en permanence les valeurs d’entrée à partir de différentes entrées des dispositifs de détection (par ex., accéléromètre, échelle de poids, signaux câblés, etc.) et produit la production correspondante selon la nature de la production et de l’industrie. Un schéma fonctionnel typique de PLC se compose de cinq parties à savoir:

• Rack ou châssis
• module D’Alimentation
• unité centrale de traitement (CPU)
• entrée & module de sortie
• module D’Interface de Communication

Rack ou châssis

dans tous les systèmes PLC, le module important et agit comme une épine dorsale du système. Les automates sont disponibles en différentes formes et tailles., Lorsque des systèmes de contrôle plus complexes sont impliqués, cela nécessite des racks PLC plus grands.

le PLC de petite taille est équipé d’une configuration fixe de goupille d’entrée-sortie. Ils ont donc opté pour le type modulaire rack PLC, qui accepte différents types de modules d’E/S avec glissement et ajustement dans le concept. Tous les modules d’E/S résideront à l’intérieur de ce rack/châssis.

Module d’Alimentation

Ce module est utilisé pour fournir la puissance nécessaire à l’ensemble du système de l’AUTOMATE., Il convertit l’alimentation CA disponible en alimentation CC requise par le processeur et le module d’e/s. PLC fonctionne généralement sur une alimentation 24V DC. Peu de PLC utilise une alimentation isolée.

CPU Module et mémoire

CPU module a un processeur central, ROM& RAM Mémoire. La mémoire ROM comprend un système d’exploitation, des pilotes et des programmes d’application. La mémoire RAM est utilisée pour stocker des programmes et des données. CPU est le cerveau de PLC avec un microprocesseur octal ou hexagonal.

étant un processeur à microprocesseur, il remplace les minuteries, les relais et les compteurs., Deux types de processeurs comme un seul bit ou traitement de texte peuvent être incorporés avec un PLC. Un processeur de bits est utilisé pour effectuer des fonctions logiques. Alors que les traitements de texte sont utilisés pour traiter du texte, des données numériques, contrôler et enregistrer des données.

le processeur lit les données d’entrée des capteurs, les traite et envoie enfin la commande aux périphériques de contrôle. Source d’alimentation CC, comme mentionné dans la discussion précédente est nécessaire signaux de tension. CPU contient également d’autres composants électriques pour connecter les câbles utilisés par d’autres unités.,

module D’entrée et de sortie

avez-vous déjà pensé à la façon de détecter des paramètres physiques tels que la température, la pression, le débit, etc.? utilisant le PLC? Bien sûr, PLC dispose d’un module exclusif pour l’interfaçage des entrées et des sorties, appelé module de sortie input &.

Les dispositifs D’entrée peuvent être des boutons-poussoirs, des interrupteurs, etc. de démarrage et d’arrêt et les dispositifs de sortie peuvent être un chauffage électrique, des vannes, des relais, etc. Le module d’E/S permet d’interfacer les périphériques d’entrée et de sortie avec un microprocesseur. Le module d’entrée du PLC est expliqué dans la figure ci-dessous.,

The input module of PLC does four main functions.,

1. interface du module D’entrée reçoit le signal des dispositifs de traitement à 220 V CA
2. convertit le signal d’entrée en 5 V CC pouvant être utilisé par L’automate
3. Le bloc isolateur est utilisé pour isoler / empêcher L’automate de subir une fluctuation
4. après quoi le signal est envoyé à l’extrémité de sortie, c’est-à-dire l’automate

Il y a deux sections principales dans le module d’entrée, à savoir la section puissance et la section logique. Les deux sections sont électriquement isolées l’une de l’autre. Initialement bouton-poussoir est fermé., Ainsi, une alimentation 220 V AC est donnée au circuit en pont à travers les résistances R1 et R2.

un redresseur de pont (tel qu’un redresseur de pont de diode) est utilisé pour convertir le signal CA en courant continu et la diode Zener est utilisée pour fournir une alimentation basse tension à la LED. Lorsque la lumière de la LED tombe sur le phototransistor, cela fonctionne dans la région de conduction. Enfin, une alimentation 5V DC est fournie au processeur.

le module de sortie du PLC fonctionne de la même manière que le module d’entrée mais dans le processus inverse. Il interface la charge de sortie et le processeur., Donc, ici, la première section serait logic session et la section power vient ensuite. Le fonctionnement du module de sortie est illustré dans la figure ci-dessous

donc, ici, lorsque le signal logique élevé du programme est généré à partir du processeur, la LED s’allume et permet à la lumière de tomber sur un phototransistor. Lorsque le transistor va dans la région de conduction, il génère une impulsion à la porte du Triac., Le bloc isolateur est utilisé pour isoler la section logique et la section de contrôle.

module D’Interface de Communication

pour transférer des informations entre la CPU et les réseaux de communication, des modules d’E / S intelligents sont utilisés. Ces modules de communication aident à se connecter avec d’autres automates et ordinateurs qui sont placés à un emplacement distant.

Types D’automates

Les deux principaux types d’automates sont les automates fixes / compacts et les automates modulaires.

PLC Compact

Dans un seul cas, il y aurait beaucoup de modules. Il dispose d’un nombre fixe de modules d’E/S et de cartes d’E/S externes., Donc, il n’a pas la capacité d’étendre les modules. Chaque entrée et sortie serait décidée par le fabricant.

automate modulaire

Ce type D’automate permet une expansion multiple par le biais de « modules”, par conséquent appelé automate modulaire. Les composants d’E/S peuvent être augmentés. Il est plus facile à utiliser car chaque composant est indépendant l’un de l’autre.,

PLC sont divisés en trois types, selon la sortie, à savoir une sortie Relais, sortie Transistor, et la Sortie Triac PLC. Le type de sortie relais est le mieux adapté aux périphériques de sortie CA et CC. Le type PLC de sortie de Transistor utilise des opérations de commutation et utilisé à l’intérieur des microprocesseurs.

selon la taille physique, un PLC est divisé en PLC Mini, Micro et Nano.,

Quelques-uns des fabricants d’Automates:

• Allen Bradley
• ABB
• Siemens
• Mitsubishi PLC
• Hitachi PLC
• Delta PLC
• General Electric (GE) PLC
• Honeywell PLC

des Applications automates

les Automates ont une variété d’applications et d’utilisations, y compris:

1. Automatisation des Processus Plantes (p. ex., mines, pétrole&gaz)
2. industrie du verre
3. industrie du papier
4. fabrication de ciment
5. dans les chaudières – centrales thermiques

programmation PLC

lors de l’utilisation d’un PLC, il est important de concevoir et de mettre en œuvre des concepts en fonction Pour ce faire, nous devons d’abord en savoir plus sur les spécificités de la programmation PLC.

un programme PLC se compose d’un ensemble d’instructions sous forme textuelle ou graphique, qui représente la logique qui régit le processus que l’automate contrôle., Il existe deux classifications principales des langages de programmation PLC, qui sont en outre divisés en de nombreux types sous-Classés.

1. langage textuel
   • liste D’instructions
   • Texte structuré
2. forme graphique
   • Diagrammes D’échelle (LD) (C’est-à-dire logique D’échelle)
   • schéma fonctionnel (FBD)
   • diagramme de fonctions séquentielles (SFC)

bien que tous ces langages de programmation PLC pour programmer un automate, les langages graphiques (comme la logique en échelle) sont généralement préférés aux langages textuels (comme la programmation de texte structuré).,

Ladder Logic

Ladder logic est la forme la plus simple de programmation PLC. Il est également connu sous le nom de « logique de relais”. Les contacts de relais utilisés dans les systèmes contrôlés par relais sont représentés à l’aide d’une logique d’échelle.
La figure ci-dessous montre un exemple simple de diagramme en échelle.

Dans l’exemple mentionné ci-dessus, deux boutons sont utilisés pour le contrôle de la même lampe de charge. Lorsque le commutateur est fermé, la lampe s’allume.,

Les deux lignes horizontales sont appelées échelons et les deux lignes verticales sont appelées rails. Chaque échelon constitue la connectivité électrique entre le rail positif (P) et le rail négatif (N). Cela permet au courant de circuler entre les périphériques d’entrée et de sortie.

Diagrammes fonctionnels

Le diagramme fonctionnel (FBD) est une méthode simple et graphique pour programmer plusieurs fonctions dans L’automate. PLCOpen a décrit l’utilisation de FBD dans la norme CEI 61131-3. Un bloc de fonction est une unité d’instruction de programme qui, lorsqu’elle est exécutée, donne une ou plusieurs valeurs de sortie.,

Il est représenté par un bloc comme indiqué ci-dessous. Il est représenté comme un bloc rectangulaire avec des entrées entrant à gauche et des lignes de sortie partant à droite. Il donne une relation entre l’état d’entrée et de sortie

L’avantage de l’utilisation de LOG, c’est que n’importe quel nombre d’entrées et de sorties peut être utilisé sur le bloc fonctionnel. Lorsque vous utilisez plusieurs entrées et sorties, vous pouvez connecter la sortie d’un bloc de fonction à l’entrée d’un autre., Whereby building a Function Block Diagram.

The figure below shows various function blocks used in FBD programming.

The figure below shows a ladder diagram and its function block equivalent in Siemens notation.,

Structured Text Programming

Structured text is a textual programming language that utilizes statements to determine what to execute. It follows more conventional programming protocols but it is not case sensitive., Une série d’instructions (logique) est constituée d’exprimer des affectations et des relations à l’aide de plusieurs opérateurs. Les opérateurs de texte structures sont listés ci-dessous dans l’image.

exemples de programmation PLC

Une lampe de signalisation doit être allumée si une pompe est en marche et que le la pression est satisfaisante, ou si le commutateur d’essai de lampe est fermé., Dans cette application, s’il doit y avoir une sortie de la lampe, des entrées de la pompe et des capteurs de pression sont nécessaires. Par conséquent, et les portes logiques sont utilisées.

ou la logique est utilisée pour la condition d’entrée de test, il est nécessaire de donner une sortie de lampe allumée indépendamment du fait qu’il y ait un signal du système AND. En utilisant L’instruction END ou RET dans le diagramme en échelle, nous pouvons dire que le PLC a atteint la fin du programme. Le schéma fonctionnel et le schéma en échelle sont présentés ci-dessous dans la figure.,

comme autre exemple, considérons une vanne qui doit être actionnée pour soulever une charge lorsqu’une pompe est en marche et soit l’interrupteur de levage est actionné ou un interrupteur actionné indiquant que la charge n’a pas déjà été soulevée et se trouve au bas de son canal de levage.

ou logic est utilisé pour deux commutateurs et un et logic est utilisé avec deux commutateurs et la pompe. La vanne ne sera actionnée que si la pompe est allumée et que deux interrupteurs sont actionnés.,

envisager une machine à boissons qui permet la sélection du thé ou du café, du lait ou pas de lait, du sucre ou pas de sucre, et fournira la boisson chaude requise lors de l’insertion d’une pièce de monnaie. De la figure ci-dessous, on voit que le thé ou le café est sélectionné à l’aide de la première ou de la porte logique.

La première porte ET donnera une sortie lorsque le Thé ou le café est sélectionné et qu’une pièce est insérée dans la machine., La sortie de cette porte et est donnée à la deuxième porte et. La seconde et la porte ne fonctionnent que lorsque l’eau chaude se combine avec du thé. Le lait et le sucre sont des ajouts facultatifs qui peuvent se produire après l’insertion d’une pièce de monnaie.,

histoire des automates

de nombreux premiers automates n’étaient pas capables de représentation graphique de la logique, et donc il était plutôt représenté comme une série d’expressions logiques dans un format booléen (semblable à l’algèbre booléenne).,

à mesure que les terminaux de programmation évoluaient, il est devenu plus courant d’utiliser la logique d’échelle, car c’était un format familier utilisé pour les panneaux de commande électromécaniques. Des formats plus modernes, tels que la logique d’état et les diagrammes fonctionnels existent, mais ils ne sont toujours pas aussi populaires que la logique d’échelle.

une raison possible à cela est que les programmeurs préfèrent l’attrait plus visuel de la logique en échelle à la programmation de texte structuré.,

Jusqu’au milieu des années 1990 environ, les automates étaient programmés à l’aide de panneaux de programmation propriétaires ou de terminaux de programmation spéciaux, qui avaient souvent des touches de fonction dédiées représentant les divers éléments logiques des programmes D’automates.

certains terminaux de programmation propriétaires affichaient les éléments des programmes PLC sous forme de symboles graphiques, mais les représentations en code ASCII simples des contacts, des bobines et des fils étaient courantes.