1. principe de fonctionnement et caractéristiques de l’automate programmable

1.1 Principe de fonctionnement de l’automate

PLC est l’abréviation de Programmable Logic Controller, et son nom chinois est programmable logic controller. Il se compose de six éléments principaux : alimentation électrique, unité centrale de traitement, mémoire morte, module d’interface, module de fonction et module de communication.

Le principe de fonctionnement de l’API est que les opérateurs stockent à l’avance dans la mémoire morte le programme écrit en langage C et dans d’autres langages de haut niveau. Lorsque l’automate est mis sous tension, l’unité centrale appelle le programme dans la mémoire morte, de sorte que les modules fonctionnels remplissent les fonctions définies par le programme et, par l’intermédiaire du circuit d’interface, convertissent le signal numérique du programme de l’automate en signal analogique de courant pour le contrôle des moteurs, etc.

1.2 Caractéristiques de l’automate

Les principales caractéristiques des puces PLC sont leur caractère économique et pratique, leur facilité d’installation et d’utilisation. Les puces PLC peuvent réaliser de nombreuses fonctions. Si une transformation fonctionnelle de certains équipements électromécaniques est nécessaire, les puces PLC peuvent être installées dans le circuit de commande de l’équipement électromécanique. Bien qu’elles ne soient pas aussi puissantes que les ordinateurs, cette méthode de transformation est la plus économique et la plus pratique dans les cas où la charge de calcul n’est pas importante. Par ailleurs, étant donné que les puces PLC sont de petite taille et qu’elles sont toutes des boîtiers IC standard, lors de la transformation des circuits de commande des équipements existants, il suffit d’installer la prise correspondante de la puce PLC sur la carte de circuit imprimé ; pendant l’utilisation, insérez directement la puce PLC dans la prise. Si la puce est endommagée ou nécessite une mise à niveau, retirez-la directement. Avec le développement des puces PLC, les langages de programmation PLC et les logiciels se multiplient, ce qui facilite grandement la programmation pour les opérateurs. Ces logiciels peuvent réaliser des opérations de simulation tout en mettant en œuvre la conception du programme, ce qui non seulement facilite la programmation mais améliore également l’efficacité de l’écriture du programme.

2 Domaines d’application des automates dans les systèmes de contrôle industriel

Dans les systèmes de contrôle industriel, les domaines d’application de l’API sont principalement la réalisation de contrôles d’automatisation, en particulier de contrôles de haute précision tels que les contrôles de commutation (discrets), les contrôles de mouvement, les contrôles centralisés et les contrôles à distance.

Le rôle du système de contrôle PLC est expliqué ci-dessous, en prenant comme exemple l’application du PLC dans une ligne de production de fermentation de bière. Le processus technologique de la ligne de production de la fermentation de la bière est en gros le suivant : broyage du malt et d’autres céréales → gélatinisation du malt → filtration → ébullition → sédimentation en tourbillon → refroidissement → fermentation → maturation → filtration et remplissage. Parmi ces étapes, la fermentation est l’étape clé de la production de bière. Pendant la fermentation, de nouvelles substances sont produites et une grande quantité de chaleur est dégagée. Il existe deux méthodes de fermentation de la bière : la fermentation haute et la fermentation basse. Les deux méthodes de fermentation sont fondamentalement identiques ; la différence réside dans le contrôle de la température de fermentation. La température de fermentation haute est comprise entre 15°C et 25°C, et la température de fermentation basse entre 5°C et 10°C. Le niveau et la variation de la température de fermentation déterminent le goût et la qualité de la bière. Il est donc nécessaire de contrôler la température pendant la fermentation avec une grande précision, ce qui constitue l’élément central du système de contrôle automatique dans la production de bière.

2.1 Commande de commutation (discrète)

Le contrôle de la température dans le processus de fermentation de la bière est un type de contrôle de commutation. Il s’agit également de la méthode la plus courante dans les systèmes de contrôle PLC. Dans le système de contrôle, le capteur de température dans le fermenteur recueille d’abord la variable de température de l’objet contrôlé. Le signal analogique recueilli est converti par le circuit d’interface (c’est-à-dire l’interface d’entrée/sortie) dans la puce de l’API en un signal numérique que la puce de l’API peut reconnaître. Ces données de signal sont comparées aux valeurs du programme prédéfini. L’unité centrale de traitement de la puce PLC effectue un calcul comparatif et déclenche le programme de décision prédéfini, puis transmet cette action de décision sous forme de signal numérique à l’interface d’entrée/sortie E/S, qui est converti en signal analogique pour commander la vanne de régulation électrique. Dans ce processus, la commande à distance peut également être réalisée par le biais du module de communication de la puce PLC. Le schéma du principe de fonctionnement est illustré à la figure 1.

Tableau 1 Tableau d’allocation des E/S du système

2.2 Contrôle du mouvement

Dans la production de bière fermentée, la principale méthode de contrôle de la température est le transfert de chaleur entre le fluide de refroidissement et la paroi du fermenteur. La commutation de la vanne de régulation électrique et le degré d’ouverture de la vanne doivent être cohérents avec les paramètres initiaux de déclenchement définis dans le système de contrôle PLC pour contrôler les changements de température. Dans le système de contrôle PLC, chaque interface E/S est directement connectée aux capteurs de température, de niveau de liquide, de pression et de débit, comparant chaque donnée aux paramètres initiaux de la mémoire et effectuant les actions correspondantes. Le tableau d’attribution des E/S spécifiques est présenté dans le tableau 1.

2.3 Télécommande

Dans le processus de fermentation de la bière, le système de contrôle PLC est connecté à l’ordinateur de la salle de contrôle centrale par l’intermédiaire de son bus, et les fonctions de communication à distance sont exécutées par le module de communication intelligent EM241 dans le PLC. De cette manière, l’équipement de contrôle principal de la salle de contrôle centrale peut se connecter au système de contrôle PLC du fermenteur via LAN ou Ethernet, et afficher la température en temps réel transmise par le capteur de température et obtenue par le PLC sur l’écran de contrôle, tout en affichant également l’état de fonctionnement de chaque vanne de régulation électrique dans l’interface d’E/S transmise par le système PLC. En même temps, l’hôte de la salle de contrôle centrale contrôle la mémoire du système de contrôle PLC et chaque interface E/S par le biais du logiciel de contrôle embarqué OPC (OLE FOR Process Contrrol). L’hôte enregistre le programme de contrôle de la température conçu dans la mémoire de l’automate, définit les paramètres initiaux et les actions correspondantes pour le contrôle de la température, ou envoie directement des commandes de contrôle à l’automate par l’intermédiaire de l’hôte.

Conclusion

Dans le plan de développement « Made in China 2025 » proposé par la Chine, pour atteindre l’objectif de devenir une puissance manufacturière, l’application de la technologie API dans les systèmes de contrôle industriel deviendra plus étendue dans ce processus. Dans le même temps, le développement de l’innovation devrait être fortement encouragé dans les applications, et les problèmes liés aux applications API devraient être davantage résolus, ce qui élargirait considérablement les domaines d’application des API et améliorerait le niveau de modernisation de la production industrielle.

Les références

Yu, X. (2018). Application des systèmes de contrôle PLC dans la production industrielle. Chine Nouvelles technologies et nouveaux produits