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8 chapitre Guide de choix A partir des besoins, choisir une architecture, puis

8 chapitre Guide de choix A partir des besoins, choisir une architecture, puis une technologie pour aboutir à un produit 1 Sommaire 1. Guide de choix 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 M 1.1 Introduction Page 1.2 L’équipement d’automatisme Page 1.3 Les architectures d’automatisme Page 1.4 Définition des architectures Page 1.5 Les choix des équipements d’automatisme Page 1.1 Introduction 1.2 L’équipement d'automatisme 1. Guide de Choix 1.1 Introduction Les progrès des automatismes industriels ont permis aux industriels d'augmenter leur productivité et de réduire les coûts. La généralisation de l'électronique, la puissance et la souplesse des logiciels autorisent des conceptions plus modulaires, une meilleure exploitation et offrent de nouveaux outils de maintenance. Les exigences des clients ont aussi considérablement évolué, la concurrence, les contraintes de productivité et de qualité imposent une démarche à partir du processus de création de valeur. b Le processus de création de valeur du client Le processus de création de valeur du client s'articule autour d'un flux principal correspondant à sa prestation de base (C Fig. 1), par exemple la fabrication d'un produit, le transport de personnes, le déplacement d'une charge. Ce processus nécessite des moyens matériels composés de machines et d'équipements d'automatisme. Ces moyens peuvent être regroupés dans un seul lieu comme une fabrication manufacturière, mais aussi répartis sur des zones très étendues comme un ensemble de traitement et de distribution d'eau. Pour assurer son fonctionnement, le processus nécessite des flux complémentaires tel que l'électricité, l'air, l’eau, le gaz, les emballages, etc. Le processus rejette des déchets qu’il faut collecter, transporter, traiter et éliminer. 1.2 L’équipement d'automatisme Un équipement d'automatisme est caractérisé par cinq fonctions de base associées et reliées par des liaisons de puissance et de contrôle (C Fig. 2). b Les 5 fonctions de base v L'alimentation électrique Elle assure la distribution de l'énergie électrique vers les organes de puissance et de contrôle. Elle doit pouvoir être interrompue et protégée en conformité avec les normes d'installation électrique et celles des machines. Cette fonction est généralement assurée par un disjoncteur, ou un interrupteur porte-fusibles. v La commande de puissance Elle permet de commander les charges électriques (actionneurs) à partir des ordres émis par l'automatisme. Un contacteur assurera la commande d'une charge en tout ou rien, tandis qu’un variateur électronique permettra la commande progressive d'un moteur ou d'une résistance de chauffage. v Le dialogue Il est l'interface entre l'homme et la machine. Il permet de donner les ordres et de visualiser l'état du processus. La commande est assurée par des boutons poussoir, des claviers et des écrans tactiles. La visualisation étant faite par des voyants, des colonnes lumineuses et des écrans. v Le traitement Il s’agit de la partie logique de l'automatisme qui permet à partir des ordres émis par l'opérateur et des mesures de l'état du processus de commander les pré-actionneurs et de fournir les informations nécessaires. Une large palette s'offre à l'automaticien, depuis la solution la plus simple (un bouton poussoir commande directement un contacteur), en passant par les systèmes à logique programmable, jusqu'à l'association collaborative entre des automates et des ordinateurs. La disponibilité d'automates simples à faible prix a pratiquement fait disparaître les schémas à relais. 10 A Fig. 1 Processus de création de valeur A Fig. 2 Les fonctions de base 1 1.2 L’équipement d'automatisme 1. Guide de Choix v L'acquisition Elle permet de détecter un seuil ou de mesurer la valeur d'une grandeur physique. A ce jour presque toutes ces grandeurs sont détectables ou mesurables. Les progrès technologiques permettent d'offrir un large choix de capteurs. b L'équipement doit satisfaire aux contraintes externes - assurer la sécurité des personnes et des moyens de production, - respecter les exigences de l’environnement telles que la température, la protection contre les chocs, les poussières ou les ambiances agressives. b Les liaisons de puissance Elles assurent la connexion entre les différents organes et comportent des câbles, des jeux de barres, des connecteurs et des protections mécaniques telles que des gaines et des écrans. Les valeurs de courant s'échelonnent de quelques ampères à plusieurs milliers d’ampères. Outre les contraintes thermiques, leur calcul doit prendre en compte les contraintes électrodynamiques et mécaniques. b Les liaisons de contrôle Elles permettent la commande et le contrôle de l'automatisme. Le câblage traditionnel par fils séparés est progressivement substitué par des connexions préfabriquées avec des connecteurs et des bus de communication. b Le cycle de vie de l'équipement d'automatisme Un équipement est conçu, utilisé et entretenu tout au long de son cycle de vie. Celui-ci se définit par ses acteurs, leurs besoins, les contraintes internes du client et les contraintes externes (légales, normatives, etc.). Les étapes sont les suivantes : - définition de la machine ou du processus par le client, - choix des équipements d’automatisme, - approvisionnement des constituants, - mise en œuvre, test, - exploitation, - maintenance, - démantèlement, recyclage, destruction. b Le coût des équipements La réduction des coûts est une préoccupation à tous les niveaux de choix et de décisions. Elle est très liée au contexte du client. Bien que ce guide ne présente que l'aspect technique, sa réalisation a été conduite avec un souci permanent d'optimisation économique. b L'évolution du marché et des besoins Au cours des dernières années, le marché du contrôle des automatismes a été soumis à de fortes contraintes économiques et technologiques. Les principales priorités des clients sont devenues : - la réduction du temps de mise sur le marché des offres (time to market), - la prolifération des offres dues à la re-conception incrémentale (conception modulaire permettant de commercialiser de nouveaux produits sans refaire toute l'offre) et à la personnalisation, - la pression des coûts. Cette donne génère de nouveaux besoins : - réduire le temps de développement et la complexité, - accroître la flexibilité, particulièrement dans le cas des changements de série pour les manufacturiers, - fournir des informations pour la gestion de production et pour la maintenance (réduire les coûts, les temps d'arrêts, etc.). 11 1.2 L’équipement d'automatisme 1.3 Les architectures d'automatisme 1. Guide de Choix Pour répondre à ces besoins, la fourniture de produits fiables et performants doit être complétée par une offre d'architectures “prêtes à l'usage” qu'utiliseront les acteurs intermédiaires que sont les systèmes Intégrateurs ou les OEM pour spécifier et réaliser la solution adaptée à l'utilisateur final. La figure 3 illustre la liaison entre les acteurs du marché et l'offre que nous leur proposons. La fourniture d'architectures valorise les acteurs intermédiaires depuis le distributeur ou grossiste, le fabriquant de tableaux, l'installateur ou le fabriquant de machine. Cette démarche leur permet de répondre plus sûrement, plus justement et plus rapidement aux clients finaux dans différents secteurs d'applications, tel que l'agroalimentaire, l'infrastructure ou le bâtiment par exemple. 1.3 Les architectures d'automatisme L'approche hiérarchique traditionnelle traduite en concept aussi bien dans les processus manufacturiers (CIM : Computer Integrated Manufacturing) que dans les processus continus (PWS : Plant Wide Systems) a été substituée, à la fin des années 90 par une démarche de décentralisation. Les fonctions d'automatisme ont été implémentées au plus près du processus. Le développement du “Web”, s'appuyant sur Ethernet et le protocole TCP/IP , a d'abord pénétré les systèmes complexes d'automate. Progressivement ceux-ci se sont éclatés et se sont intégrés dans les autres fonctions donnant naissance aux “smart devices”. Cette architecture a permis une interconnexion transparente entre les systèmes de contrôle et les outils de gestions informatiques (MES, ERP). Simultanément les composants (actionneurs, variateurs de vitesse, capteurs, entrées/sorties, etc.) ont évolué progressivement vers le concept de “composant intelligent” (smart device) en intégrant des possibilités de programmation et de communication. b Le composant intelligent ou smart device Cette notion inclut les nano-automates, les petits îlots d'automatisme (tel que Power Logic, Sepam, Dialpact, etc.) ainsi que les composants intégrant la fonction contrôleur, tel que les variateurs de vitesse. Ces produits sont suffisamment intelligents pour gérer localement les fonctions du processus et interagir entre eux. Le fait d'assurer une communication transparente permet de reconfigurer les tâches, de faire des diagnostics. Ces fonctions sont bien intégrées à la philosophie Web (adressage individuel, formatage des informations prêtes à l'emploi, gestion des fournisseurs d'informations). 12 A Fig. 3 Les acteurs du marché des automatismes 1 1.3 Les architectures d'automatisme 1. Guide de Choix Ces smart devices ont adopté systématiquement une approche de connexion/déconnexion à chaud (plug and play) pour la puissance, les bus de contrôle et les capteurs. Cette approche permet le remplacement rapide et aisé de l'équipement en cas de défaillance. L'intégration de navigateurs dans les claviers/écrans, commandes radio et autres interfaces hommes/machines a accéléré le déploiement des technologies Web, jusqu'aux niveaux des composants (C Chapitre 10 Traitement de données et Logiciel). L'intégration de fonctions de contrôle dans les smart devices ont permis de réduire le flux de données échangées sur les réseaux et donc de diminuer les coûts, de réduire la puissance des automates et d'accélérer les temps de réponse. Le besoin de synchronisation est ainsi limité grâce aux traitements locaux réalisés par les “smart devices”. b Les réseaux En parallèle, les réseaux uploads/Industriel/asg-1-guide-de-choix.pdf