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Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle R 7 505 − 1 Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC) par Jacques LE GALLAIS Ingénieur ESIEE (École supérieure d’ingénieurs en électronique et électrotechnique de la Chambre de commerce de Paris) Responsable de la Division Applications, Schneider Electric epuis l’apparition sur le marché de la première génération des SNCC (sys- tèmes numériques de contrôle-commande), leur structure fonctionnelle a peu évolué mais la façon de réaliser les différentes fonctions a évolué pour tirer proﬁt de nouvelles technologies issues du monde de la micro-informatique, de l’apparition des réseaux de terrain et de l’évolution de l’offre des constructeurs d’automates programmables, qui proposent maintenant des solutions que l’on peut intégrer sous le terme SNCC. Les principaux éléments d’un SNCC restent donc : — le contrôleur de processus ; — l’interface de communication homme-machine ; — le réseau de communication numérique ; — l’outil de configuration du système. Nous allons les passer en revue en insistant plus particulièrement sur les évolutions par rapport à l’état de l’art antérieur. 1. Le contrôleur de processus................................................................... R 7 505 - 2 1.1 Structure fonctionnelle................................................................................ — 2 1.2 Structure matérielle..................................................................................... — 2 1.3 Structure logicielle....................................................................................... — 2 2. L’interface de communication homme/machine............................. — 3 2.1 Structure fonctionnelle................................................................................ — 3 2.2 Structure matérielle..................................................................................... — 6 2.3 Structure logicielle....................................................................................... — 7 3. Le réseau communication numérique................................................ — 7 4. L’outil de conﬁguration du SNCC........................................................ — 8 4.1 Conﬁguration des contrôleurs de processus ............................................ — 8 4.2 Conﬁguration des stations d’interface homme-machine......................... — 9 5. Critères de choix d’un SNCC................................................................ — 10 5.1 Critères techniques...................................................................................... — 10 5.2 Critères économiques ................................................................................. — 10 6. Annexes ...................................................................................................... — 10 6.1 Exemple de réalisation d’algorithme : le correcteur à simulation........... — 10 6.2 La commande ﬂoue..................................................................................... — 13 6.3 Exemple d’application : Rafﬁnerie de Normandie.................................... — 14 6.4 Le batch ........................................................................................................ — 15 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 7 505 D SYSTÈMES NUMÉRIQUES DE CONTRÔLE-COMMANDE (SNCC) __________________________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 7 505 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle Figure A – Architecture d’un SNCC 1. Le contrôleur de processus Le contrôleur de processus a pour mission de réaliser les fonctions de régulation analogique, de communication numérique, mais également les fonctions d’automatisme séquentiel et combinatoire que l’on rencontre dans les procédés « batch ». 1.1 Structure fonctionnelle La structure fonctionnelle reste encore en majorité traditionnelle : — acquisition et conditionnement des signaux d’entrée ; — traitement des signaux ; — conditionnement et émission des signaux de commande. Cependant, l’apparition de réseaux de terrain (pour l’instant très « propriétaires », en l’absence de standard international) a tendance à entraîner le transfert des fonctions d’acquisition de conditionne- ment et de commande vers des capteurs et actionneurs « intelligents ». 1.2 Structure matérielle Le contrôleur de processus se présente généralement sous la forme d’un panier 19" dans lequel on trouvera les différents modules de base (ﬁgure 1) : — module alimentation, qui à partir du 220 V ou 24 V continu fournit les tensions + 5 V et ± 15 V nécessaires au fonctionnement des circuits logiques et analogiques ; — modules d’entrées analogiques, qui réalisent la conversion analogique des signaux d’entrée et également des fonctions de fil- trage, validation, mise à l’échelle ; — modules d’entrée tout ou rien (TOR) qui réalisent l’acquisition et le filtrage des entrées TOR ; — module unité centrale, qui assure le traitement de l’information ; ce module comporte un microprocesseur, des circuits périphériques de gestion des entrées/sorties (E/S) et les mémoires RAM et EEPROM nécessaires pour stocker les données, les programmes et les paramètres de configuration du contrôleur (RAM : random access memory, EEPROM : electrically erasable programmable read only memory ) ; — modules de sorties analogiques qui réalisent la conversion numérique-analogique et la mémorisation des signaux de commande ; — modules de sorties TOR qui réalisent la mémorisation des signaux de commande TOR ; — module de communication numérique qui réalise l’interface avec un bus de terrain (FIP, PROFIBUS, ISP, HART...) [6] ; — module de communication numérique réalisant l’interface avec d’autres contrôleurs et avec les dispositifs de communication homme-machine. La plupart des SNCC proposent une version de contrôleur de processus à unité centrale redondante. La redondance est généra- lement de type normal/secours. Les E/S et les données internes de l’unité centrale de secours sont maintenues à jour à l’aide de mécanismes de communication inter-unité centrale. Le bascule- ment sur l’unité centrale de secours est décidé grâce aux autotests effectués sur chaque unité centrale. 1.3 Structure logicielle Les différentes missions conﬁées au contrôleur de processus (traitement analogique, traitement logique et séquentiel, calculs divers, communication numérique) l’ont entraîné vers une structure logicielle très proche de celle des minicalculateurs industriels : — nécessité, au niveau de l’unité centrale, d’utiliser un système d’exploitation temps réel multitâche pour réaliser différents traite- ments périodiques et asynchrones entre eux et répondre aux inter- ruptions nécessaires pour gérer les modules d’entrée/sortie et de communication ; — de plus, pour décharger l’unité centrale d’un certain nombre de traitements répétitifs et rapides, les modules d’E/S et de communi- cation peuvent être équipés de leur propre microprocesseur ; le contrôleur de processus devient alors un système multiprocesseur temps réel ; les tâches élémentaires à réaliser : • acquisition, • traitement, • commande, • communication, • autotest, sont réparties entre les modules d’acquisition de commande et de communication qui seront considérés comme des périphériques de l’unité centrale, cette dernière conservant à sa charge le traite- ment des fonctions de régulation et d’automatisme séquentiel et la fonction d’autotest qui, réalisée souvent en tâche de fond (background), permet de contrôler en permanence l’intégrité du contrôleur et de signaler les anomalies de fonctionnement. __________________________________________________________________________________ SYSTÈMES NUMÉRIQUES DE CONTRÔLE-COMMANDE (SNCC) Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle R 7 505 − 3 Les programmes correspondant aux fonctions associées par les modules d’E/S et de communication sont écrits en langage C (par- fois en assembleur pour des contraintes de performance) et le code exécutable compilé est stocké sur chaque module en mémoire PROM ou EEPROM. Les programmes correspondant aux fonctions de régulation et d’automatisme séquentiel sont conçus sur une console de program- mation spéciﬁque (poste ingénieur) et téléchargés dans la mémoire RAM de l’unité centrale. Les programmes d’autotest sont en général résidents en ROM. 2. L’interface de communication homme/machine Chaque processus industriel comporte une interface de communication homme-machine permettant de piloter les modes de marche (marche, arrêt, auto, manuel, pas à pas...) et d’assurer la surveillance de l’état du processus. Selon la nature du processus (manufacturier, batch, continu) et sa complexité, l’interface est plus ou moins sophistiquée et l’on peut considérer que les processus les plus exigeants en matière de communication homme-machine sont les procédés batch. L’élément de base de l’interface de communication homme- machine est une console opérateur comportant un écran graphique couleur, un clavier et une imprimante. 2.1 Structure fonctionnelle L’interface de communication homme-machine d’un SNCC comporte généralement trois grandes fonctions : — surveillance et conduite du processus ; — archivage de données ; — gestion de données. La fonction de conﬁguration/programmation du SNCC est parfois supportée également par l’équipement de communication homme-machine ; nous y reviendrons au paragraphe 4. 2.1.1 Surveillance et conduite du processus Cette fonction est assurée à l’aide de vues de groupe, de réglage, de vues synoptiques, de tendance et d’alarmes. La plupart des SNCC offrent la possibilité de décrire des liens entre les différents types de vues, ce qui permet une navigation entre ces vues avec une seule opération de sélection à l’aide du clavier ou de la souris. 2.1.1.1 Vues de groupe Ces vues (ﬁgure 2) représentent les différentes variables concernant chaque boucle d’un groupe sous forme de barreaux et de valeurs numériques. Chaque boucle occupe une case contenant les informations suivantes : — la valeur de la mesure, visualisée sous forme de barreau et sous forme numérique en unités physiques ; — la valeur de la consigne, sous forme de barreau et sous forme numérique ; — la valeur du signal de commande, sous forme de barreau et sous forme numérique dans une échelle 0-100 % ; — l’état de la consigne (interne ou externe) ; — l’état de la commande (manuelle/automatique). Des renseignements complémentaires comme la valeur des seuils d’alarme ou les limites du signal de commande sont, soit présentés en permanence, soit appelés par des touches spéciﬁques du clavier. L’opérateur peut, après sélection d’une des boucles à l’aide d’une touche affectée à la zone d’écran correspondante, effectuer des commandes sur cette boucle par l’intermédiaire de touches spéci- ﬁques d’incrémentation-décrémentation ou d’un clavier décimal. Un effet de loupe (zoom) sur la boucle sélectionnée peut également être obtenu par l’intermédiaire du clavier, c’est la vue de réglage. 2.1.1.2 Vues de réglage Ces vues (ﬁgure 3) reprennent les informations d’une zone de la vue uploads/Industriel/ sncc-dcs.pdf