Ils ont d'abord été développés dans l'industrie automobile pour fournir des contrôleurs flexibles, durcis et facilement programmables pour remplacer les relais câblés, les minuteries et les séquenceurs. Depuis lors, ils ont été largement adoptés en tant que contrôleurs d'automatisation de haute fiabilité adaptés aux environnements difficiles. Un automate est un exemple de système temps réel "dur" car les résultats de sortie doivent être produits en réponse à des conditions d'entrée dans un temps limité, sinon il en résultera une opération involontaire.
OVERVIEW OF LOGIC CONTROLLERS
Les automates peuvent aller de petits "briques de construction" avec des dizaines d'entrées et sorties (E / S), dans un boîtier intégré au processeur, à de grands dispositifs modulaires montés en rack avec un nombre de milliers d'E / S, et qui sont souvent en réseau avec d'autres systèmes PLC et SCADA.
Ils peuvent être conçus pour de multiples agencements d'E / S numériques et analogiques, de plages de températures étendues, d'immunité au bruit électrique et de résistance aux vibrations et aux chocs. Les programmes de contrôle du fonctionnement de la machine sont généralement stockés dans une mémoire sauvegardée par batterie ou non volatile.
C'est de l'industrie automobile aux Etats-Unis que le PLC est né. Avant l'API, la logique de commande, de séquençage et de verrouillage de sécurité pour la fabrication des automobiles était principalement composée de relais, de temporisateurs à came, de séquenceurs de batterie et de contrôleurs dédiés en boucle fermée. Étant donné que ceux-ci pouvaient compter des centaines ou même des milliers, le processus de mise à jour de ces installations pour le changement de modèle annuel prenait beaucoup de temps et coûtait cher, car les électriciens devaient recâbler individuellement les relais pour changer leurs caractéristiques opérationnelles.
Lorsque les ordinateurs numériques sont devenus disponibles, étant des dispositifs programmables universels, ils ont rapidement été utilisés pour contrôler la logique séquentielle et combinatoire dans les processus industriels. Cependant, ces premiers ordinateurs nécessitaient des programmeurs spécialisés et un contrôle environnemental rigoureux de la température, de la propreté et de la qualité de l'énergie. Pour relever ces défis, le PLC a été développé avec plusieurs attributs clés. Il tolérerait l'environnement de l'atelier, il supporterait des entrées et des sorties discrètes (en forme de bits) d'une manière facilement extensible, il ne nécessiterait pas d'années de formation et il permettrait de surveiller son fonctionnement. Puisque de nombreux processus industriels ont des échelles de temps facilement atteintes par des temps de réponse de l'ordre de la milliseconde, l'électronique moderne (rapide, petite, fiable) facilite grandement la construction de contrôleurs fiables, et la performance peut être échangé pour la fiabilité.
AUTOMATION AND INDUSTRY
L'automatisation peut être définie comme la technologie par laquelle un processus ou une procédure est effectuée sans assistance humaine.
En d'autres termes, l'automatisation ou le contrôle automatique, est l'utilisation de divers systèmes de contrôle pour les équipements tels que les machines, les procédés dans les usines, les chaudières et fours de traitement thermique, la commutation des réseaux téléphoniques, la direction et la stabilisation des navires et autres applications. avec une intervention humaine minimale ou réduite, avec certains processus ont été complètement automatisés.
L'automatisation a été réalisée par divers moyens, y compris des dispositifs mécaniques, hydrauliques, pneumatiques, électriques, électroniques et des ordinateurs, généralement en combinaison. Les systèmes complexes, tels que les usines modernes, les avions et les navires utilisent généralement toutes ces techniques combinées. Les avantages de l'automatisation comprennent les économies de main-d'œuvre, les économies d'électricité, les économies de coûts de matériel et les améliorations de la qualité, de l'exactitude et de la précision.
Le terme d'automatisation, inspiré par le mot précédent automatique (venant de l'automate), n'était pas largement utilisé avant 1947, lorsque Ford a créé un département d'automatisation. C'est à cette époque que l'industrie adoptait rapidement les contrôleurs de rétroaction, qui ont été introduits dans les années 1930.
FEEDBACK CONTROL SYSTEM
Fondamentalement, il existe deux types de boucle de contrôle; contrôle en boucle ouverte et contrôle en boucle fermée (feedback).
Dans le contrôle en boucle ouverte, l'action de contrôle du contrôleur est indépendante de la "sortie du processus" (ou de la "variable de processus contrôlée"). Un bon exemple de ceci est une chaudière de chauffage central contrôlée seulement par une minuterie, de sorte que la chaleur est appliquée pendant un temps constant, indépendamment de la température du bâtiment. (L'action de commande est la mise en marche / arrêt de la chaudière, la sortie du processus est la température du bâtiment).
Dans le contrôle en boucle fermée, l'action de contrôle du contrôleur dépend de la sortie du processus. Dans le cas de l'analogie de la chaudière, cela inclurait un thermostat pour surveiller la température du bâtiment, et ainsi renvoyer un signal pour s'assurer que le contrôleur maintient le bâtiment à la température réglée sur le thermostat. Un contrôleur en boucle fermée a donc une boucle de rétroaction qui garantit que le contrôleur exerce une action de contrôle pour donner une sortie de processus identique à "l'entrée de référence" ou au "point de consigne". Pour cette raison, les contrôleurs en boucle fermée sont également appelés contrôleurs de retour.
La définition d'un système de contrôle en boucle fermée selon la British Standard Institution est «un système de contrôle possédant un retour de contrôle, le signal de déviation formé à la suite de ce retour étant utilisé pour contrôler l'action d'un élément de contrôle final de manière à tendent à réduire l'écart à zéro.
De même, un système de contrôle de rétroaction est un système qui tend à maintenir une relation prescrite d'une variable système à une autre en comparant les fonctions de ces variables et en utilisant la différence comme moyen de contrôle.
Le type avancé d'automatisation qui a révolutionné la fabrication, l'aéronautique, les communications et d'autres industries est le contrôle par rétroaction, qui est généralement continu et implique de prendre des mesures à l'aide d'un capteur et de faire des ajustements calculés. La base théorique de l'automatisation en boucle fermée est la théorie du contrôle.
CONTROL ACTIONS IN THE INDUSTRIES
L'action de contrôle est la forme de l'action de sortie du contrôleur.
Contrôle discret (activé / désactivé)
L'un des types de contrôle les plus simples est le contrôle tout ou rien. Un exemple est le thermostat utilisé sur les appareils ménagers qui ouvre ou ferme un contact électrique. (Les thermostats ont été développés à l'origine en tant que vrais mécanismes de contrôle de rétroaction plutôt que sur le thermostat on-off courant d'appareil ménager.)
Contrôle de séquence, dans lequel une séquence programmée d'opérations discrètes est exécutée, souvent basée sur une logique de système impliquant des états de système. Un système de contrôle d'ascenseur est un exemple de commande de séquence.
Contrôleur PID
Un schéma de principe d'un régulateur PID dans une boucle de réaction, r (t) est la valeur de processus souhaitée ou "point de consigne", et y (t) est la valeur de processus mesurée.
Article détaillé: Contrôleur PID
Un contrôleur proportionnel-intégral-dérivé (contrôleur PID) est un mécanisme de rétroaction de boucle de contrôle (contrôleur) largement utilisé dans les systèmes de contrôle industriel.
Un contrôleur PID calcule en permanence une valeur d'erreur {\ displaystyle e (t)} e (t) comme la différence entre un point de consigne souhaité et une variable de processus mesurée et applique une correction basée sur des termes proportionnels, intégrales et dérivés, P, I et D) qui donnent leur nom au type de contrôleur.
La compréhension théorique et l'application datent des années 1920, et elles sont mises en œuvre dans presque tous les systèmes de contrôle analogiques; à l'origine dans les contrôleurs mécaniques, puis en utilisant l'électronique discrète et plus tard dans les ordinateurs de processus industriels.
Sequential control and logical sequence or system state control
Le contrôle séquentiel peut être soit une séquence fixe soit une séquence logique qui effectuera différentes actions en fonction des différents états du système. Un exemple d'une séquence réglable mais fixée d'une autre manière est une minuterie sur un arroseur de pelouse.
Les états se réfèrent aux diverses conditions qui peuvent survenir dans un scénario d'utilisation ou de séquence du système. Un exemple est un ascenseur, qui utilise une logique basée sur l'état du système pour effectuer certaines actions en réponse à son état et à l'entrée de l'opérateur. Par exemple, si l'opérateur appuie sur le bouton n du plancher, le système répondra selon que l'ascenseur est arrêté ou en mouvement, monte ou descend, ou si la porte est ouverte ou fermée, et d'autres conditions
Un premier développement de la commande séquentielle a été la logique de relais, par laquelle les relais électriques engagent des contacts électriques qui démarrent ou interrompent l'alimentation d'un dispositif. Les relais ont d'abord été utilisés dans les réseaux télégraphiques avant d'être développés pour commander d'autres dispositifs, tels que le démarrage et l'arrêt de moteurs électriques de taille industrielle ou l'ouverture et la fermeture des électrovannes. L'utilisation de relais à des fins de contrôle permettait un contrôle piloté par les événements, où les actions pouvaient être déclenchées hors séquence, en réponse à des événements externes. Ceux-ci étaient plus flexibles dans leur réponse que les temporisateurs rigides à une seule séquence. Des exemples plus compliqués impliquaient le maintien de séquences sûres pour des dispositifs tels que les commandes de pont tournant, où un verrou devait être désengagé avant que le pont puisse être déplacé, et le verrou ne pouvait pas être desserré avant que les barrières de sécurité aient été fermées.
Le nombre total de relais, de timers à cames et de séquenceurs de batterie peut atteindre les centaines ou même les milliers dans certaines usines. Les premières techniques de programmation et les langages étaient nécessaires pour rendre de tels systèmes gérables, l'un des premiers étant la logique à relais, où les diagrammes des relais interconnectés ressemblaient aux échelons d'une échelle. Des ordinateurs spéciaux appelés contrôleurs logiques programmables ont ensuite été conçus pour remplacer ces collections de matériel par une unité unique, plus facilement reprogrammable.
Dans un circuit typique de démarrage et d'arrêt du moteur câblé (appelé circuit de commande), un moteur est démarré en appuyant sur un bouton "Démarrer" ou "Exécuter" qui active une paire de relais électriques. Le relais "lock-in" verrouille les contacts qui maintiennent le circuit de commande sous tension lorsque le bouton-poussoir est relâché. (Le bouton de démarrage est un contact normalement ouvert et le bouton d'arrêt est un contact normalement fermé.) Un autre relais alimente un interrupteur qui actionne le dispositif qui lance le disjoncteur (trois jeux de contacts pour une alimentation industrielle triphasée) dans le circuit d'alimentation principal . Les gros moteurs utilisent la haute tension et connaissent un courant d'appel élevé, ce qui rend la vitesse importante pour établir et rompre le contact. Cela peut être dangereux pour le personnel et la propriété avec des interrupteurs manuels. Les contacts de verrouillage dans le circuit de démarrage et les contacts d'alimentation principaux du moteur sont maintenus par leurs électro-aimants respectifs jusqu'à ce qu'un bouton "stop" ou "off" soit enfoncé, ce qui désexcite la serrure dans le relais.
Les interverrouillages sont généralement ajoutés à un circuit de contrôle. Supposons que le moteur dans l'exemple alimente des machines qui ont un besoin critique de lubrification. Dans ce cas, un verrouillage pourrait être ajouté pour s'assurer que la pompe à huile fonctionne avant le démarrage du moteur. Les minuteries, les interrupteurs de fin de course et les yeux électriques sont d'autres éléments communs dans les circuits de commande.
Les électrovannes sont largement utilisées sur l'air comprimé ou le fluide hydraulique pour alimenter les actionneurs sur les composants mécaniques. Alors que les moteurs sont utilisés pour fournir un mouvement rotatif continu, les actionneurs sont généralement un meilleur choix pour créer une gamme limitée de mouvements pour un composant mécanique, comme le déplacement de divers bras mécaniques, l'ouverture ou la fermeture de valves, l'élévation de rouleaux de pression lourds.
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