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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 7 545 − 1 Spéciﬁcation et choix de l’équipement d’un système automatisé par Claude GAILLEDREAU Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux Animateur de la Commission Technique Régulation Avancée de l’EXERA hoisir les équipements de mesure et d’automatisation d’une installation industrielle est un problème dont les données ont, depuis une ou deux décennies, considérablement évolué, se modiﬁant constamment. L’informatique, en particulier, s’est rapidement inﬁltrée dans tous les instruments et automa- tismes, les rendant plus performants mais aussi plus complexes, de sorte que le concepteur-ensemblier devient plus dépendant des grands constructeurs qu’il ne l’était par le passé. Les utilisateurs se sont efforcés de pallier cette difﬁculté en se regroupant ; est ainsi née l’EXERA (Association des Exploitants d’Équipements de Mesure, de Régulation et d’Automatismes). Le présent article est, dans une large mesure, inspiré des Guides de Choix élaborés par cette association, dont on s’efforcera de faire une synthèse conforme à l’esprit de cette Collection. Les lecteurs intéressés par plus de détails sur tel ou tel point particulier pourront s’adresser à l’EXERA. 1. Déﬁnitions.................................................................................................. R 7 545 - 2 2. Règles de conception d’un système automatisé de production — 3 3. Supervision................................................................................................ — 5 4. Automates programmables................................................................... — 6 5. Régulation.................................................................................................. — 7 6. Systèmes numériques de contrôle-commande (SNCC)................. — 9 7. Réseaux de terrain................................................................................... — 9 8. Capteurs et actionneurs......................................................................... — 9 9. Contraintes d’environnement............................................................... — 10 10. Matériel électrique en atmosphère explosible ................................ — 10 11. Guides de choix et évaluations............................................................ — 12 12. Conclusion ................................................................................................. — 12 Pour en savoir plus........................................................................................... Doc. R 7 545 C SPÉCIFICATION ET CHOIX DE L’ÉQUIPEMENT D’UN SYSTÈME AUTOMATISÉ _______________________________________________________________________ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. R 7 545 − 2 © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle 1. Déﬁnitions 1.1 Les fonctions d’une usine automatisée On entend par Système Automatisé de Production (SAP) l’ensemble des moyens (matériels et logiciels) constituant la partie automatisme, communication et conduite de l’installation. Le SAP assure l’acquisition de l’information fournie par les capteurs, en fait le traitement et élabore la commande des actionneurs. Capteurs, actionneurs, et machines-outils dans les processus manufacturiers, constituent la partie opérative du processus. Le SAP assure également la communication, ou échange d’informations, avec son environnement qui, outre la partie opérative, comprend l’interface opérateurs permettant la conduite ainsi que la gestion technique et la gestion d’entreprise (comptabilités générale et analytique, gestion ﬁnancière), domaine où se situent les aides à la maintenance et à l’optimisation de la production. Nota : convenons d’appeler procédé la description abstraite de la méthode d’élaboration du produit ﬁni, et processus la suite des étapes physiques qui matérialisent cette élaboration. Il semble en effet que le sens exact de chacun de ces mots, équivalents l’un et l’autre à l’anglais process, n’apparaisse pas toujours très clairement à l’usage courant. 1.2 L’architecture d’un système de productique L’usine automatisée est souvent très complexe, comprenant un grand nombre de machines mécaniques, informatiques ou autres, et des logiciels et programmes qui en assurent le fonctionnement : c’est un ensemble dont on doit cependant rester maître à tous les stades du développement et de l’exploitation. On en est donc venu tout naturellement à hiérarchiser les matériels par classes de niveau croissant d’abstraction [1]. L’intérêt de cette démarche est qu’elle permet de regrouper dans chacune des classes tout ce qui relève d’un même métier, de spécialistes parlant le même langage ; il devient en quelque sorte possible, à chacun des niveaux, de raisonner en faisant abstraction du niveau inférieur, c’est-à-dire en fait des éléments constitutifs du niveau auquel on se place. Une telle démarche permet en outre de situer dans un ensemble préstructuré les divers matériels et sous-systèmes offerts par les constructeurs, et d’en percevoir immédiatement les limites de fourniture. Historiquement (1987) le premier schéma de ce type fut le modèle NBS (National Bureau of Standards, USA), qui faisait apparaître quatre niveaux successifs : machines < cellule < atelier < usine ; il était inspiré des processus manufacturiers, le niveau « machine » ayant peu d’intérêt dans un processus continu. Ce modèle a évolué vers la pyramide CIM (Computeur Integrated Manufacturing, en français Productique ), avec l’intégration d’un niveau zéro complémentaire (capteurs et actionneurs). L’architecture CIM ne sufﬁt pas, cependant, à représenter correctement les échanges d’information ; le modèle actuellement le plus avancé est le modèle 3 axes dû à J.P . Thomesse [1] (ﬁgure 1). L’axe horizontal, dans le plan de la ﬁgure, schématise le processus physique et son interfaçage avec le système de commande ; il regroupe, en procurant plus de souplesse (processus manufacturier ou continu), les niveaux 0 et 1 de la pyramide CIM. L’axe vertical représente les niveaux hiérarchiques introduits à l’origine par le modèle NBS. Le troisième axe enﬁn, perpendiculaire à la ﬁgure, représente les fonctions CIM que l’on trouve effectivement dans une application donnée, sans qu’il soit nécessaire d’encombrer le graphique avec des fonctions inadaptées ; ces fonctions ne sont pas hiérarchisées, mais indépendantes en termes de service. L’apport essentiel de ce modèle réside dans le fait qu’il permet de représenter les échanges d’information à la fois dans les plans verticaux et à différents niveaux horizontaux. Les échanges verticaux portent sur des services, alors que les échanges horizontaux concernent des variables d’état. 1.3 Modélisation des échanges d’information Les premiers réseaux de communication ayant été conçus par les constructeurs de matériels informatiques, chacun a tout naturellement créé ses propres matériels et ses propres protocoles, ensembles de règles déﬁnissant le cadre et les séquences de communication entre deux systèmes. Une telle situation impose, dans la pratique, de conﬁer l’ensemble d’une application à un fournisseur unique, aucun des éléments de tels systèmes n’étant interchangeable avec des éléments analogues d’un concurrent. On parle alors de système propriétaire, mot image (et non traduction) de l’anglais proprietary – d’aucuns suggèrent aussi le terme privatif [6]. L’ISO (International Organization for Standardization) s’est efforcée de susciter, avec le modèle normalisé OSI (Open Systems Interconnection), la création de systèmes ouverts, c’est-à-dire capables d’être associés à tout autre quelle qu’en soit la provenance ; un système propriétaire est au contraire considéré comme fermé (ce qui, dans les faits, n’est jamais tout à fait le cas). Le modèle de référence OSI est un ensemble de normes et de concepts permettant l’interconnexion de systèmes informatiques ouverts hétérogènes. Il est structuré en sept couches [3] [16]. 1.4 Objet et limites du présent article Cet article porte sur le choix des équipements d’automatisme mis en œuvre aux niveaux bas de la pyramide productique : organes d’acquisition, de traitement et de commande, partie opérative du processus, bus de liaison (ﬁgure 2). Le sujet est vaste, même si on le limite ainsi : nous essayerons donc d’en dégager les points forts, en citant la documentation que le lecteur pourra consulter pour en savoir plus. Il est intéressant, à titre d’exemple, d’examiner l’offre d’un constructeur dans le cadre de cette présentation ; voici l’offre globale IBM, comprenant les fabrications propres à la société et celles qui leur sont associées en vertu d’accords de partenariat [2] : — niveau 0 – Capteurs/actionneurs : aucune offre, niveaux 0 à 1 : bus Efiway, Bitbus, FIP ; — niveau 1 – Équipements : automates programmables, commandes d’axes, entrées-sorties déportées (divers fabricants), niveaux 1 à 2 : bus Token Ring ; — niveau 2 – Cellule : aucune offre (la cellule comprend essentiel- lement la conduite), niveaux 2 à 3 : bus Token Ring ; — niveau 3 – Atelier : logiciels de supervision et de contrôle qualité, niveau 3 à 4 : bus Ethernet, MAP, Token Ring ; — niveau 4 – Usine : logiciels de suivi de production, base de données. _______________________________________________________________________ SPÉCIFICATION ET CHOIX DE L’ÉQUIPEMENT D’UN SYSTÈME AUTOMATISÉ Toute reproduction sans autorisation du Centre français d’exploitation du droit de copie est strictement interdite. © Techniques de l’Ingénieur, traité Informatique industrielle R 7 545 − 3 2. Règles de conception d’un système automatisé de production 2.1 Besoins et solutions : les écueils de la routine Une méthode usuelle de conception d’un nouvel atelier ou d’une nouvelle unité consiste à rechercher si l’on n’a pas déjà réalisé quelque chose d’équivalent et, si tel est le cas, à reprendre les solutions que l’on avait précédemment retenues. Les avantages de cette démarche sont évidents : le volume des nouvelles études est minimisé sans grand risque d’erreur de conception, et le coût de la réalisation est en principe bien cerné à l’avance. S’agissant des matériels, on s’épargnera les aléas de fournisseurs inconnus, et peut- être des stages de formation opérateur : attitude compréhensible chez un exploitant dont on modernise ou étend l’usine. Cette méthode peut bien sûr s’avérer excellente, mais il faut avoir conscience de ses limites. Citons encore, pour mémoire, le cas où le choix de matériel serait « verrouillé », l’entreprise ayant décidé de s’approvisionner chez un fabricant choisi à l’avance sur des bases politiques, stratégiques, uploads/Industriel/ specification-pdf.pdf