L'automatisation est l'une des clés pour augmenter la productivité et réduire les coûts de production. Les avancées technologiques telles que les relais, les automates programmables et les PC industriels (IPC) stimulent l'automatisation industrielle, qui modifie la façon dont les machines et les personnes interagissent. Cet article traite du matériel du système de contrôle secondaire largement utilisé dans l'automatisation industrielle, les automates programmables et les PC industriels. Nous discuterons également du type de système de double commande le plus approprié en fonction des besoins de votre application.
Qu'est-ce qu'un automate ?
Les contrôleurs logiques programmables (PLC) sont largement utilisés pour automatiser les processus dans les usines de fabrication. Dans les années 1970, les API ont changé la donne dans les systèmes d'automatisation. Les automates sont conçus pour remplacer les panneaux électriques et les boîtes de jonction. Au fil du temps, les API ont été mis à niveau vers des conceptions plus robustes, des fonctionnalités évolutives et des systèmes programmables. De plus, le langage de programmation des automates (appelé logique à relais) permet une personnalisation flexible des automates pour l'automatisation des machines. Cette fiabilité et cette polyvalence font des API un choix populaire pour remplacer les anciens relais et boîtes de jonction.
Qu'est-ce qu'un ordinateur industriel ?
Au cours du développement exponentiel des microcircuits semi-conducteurs, il y avait aussi le développement des ordinateurs personnels (PC). Alors que les puces informatiques deviennent plus puissantes, plus petites et moins chères, les ordinateurs industriels gagnent du terrain dans l'industrie de l'automatisation. Les PC industriels peuvent fournir un contrôle de supervision PLC mais avec plus de charges de travail telles que les IHM, les passerelles, les applications d'IA, etc. Les PC industriels peuvent consolider ces charges de travail avec des accélérateurs de performances tels que les GPU, les TPU, les VPU, les SSD NVMe, etc. La possibilité de consolider les charges de travail réduit leur espace matériel dans l'usine. Les ordinateurs conventionnels et industriels ont des composants de base très similaires tels que le processeur, la RAM, le SSD et le GPU. Cependant, les PC industriels sont construits et conçus pour résister à des conditions environnementales extrêmes, des températures extrêmes aux chocs et vibrations. Les PC ordinaires tombent en panne très rapidement lorsqu'ils sont exposés à des environnements difficiles. Certains des matériaux de conception et de construction qui rendent les PC industriels extrêmement durables sont les conceptions sans ventilateur, les boîtiers monoblocs et les matériaux de qualité industrielle. De plus, les ordinateurs industriels sont largement utilisés. Ils prennent non seulement en charge les dernières technologies, mais prennent également en charge les technologies traditionnelles couramment utilisées dans l'automatisation des usines, telles que les ports série, COM, les connecteurs M12, DIO, GPIO, etc., entraînant la croissance rapide des PC industriels dans l'automatisation des usines.
Quelle est la différence entre un ordinateur industriel et un automate ?
1. Fonctionnement
Les API sont livrés avec un système d'exploitation en temps réel qui surveille en permanence les entrées des appareils connectés, puis exécute les commandes de prise de décision en fonction de son programme. De plus, le système d'exploitation (OS) de l'automate est spécialement conçu pour effectuer des tâches de contrôle. Ainsi, les automates ne nécessitent généralement pas de programmes antivirus ou de nettoyeurs de registre, ce qui augmente les performances de traitement pendant le fonctionnement.
Les PC industriels peuvent effectuer les mêmes tâches qu'un automate, mais leurs systèmes d'exploitation leur permettent d'exécuter diverses applications et programmes qu'un automate ne peut pas exécuter. Grâce à ces fonctionnalités, IPC est utilisé à des fins autres que de gestion. Les PC industriels peuvent consolider les charges de travail, réduisant ainsi la charge sur le matériel. Cependant, les systèmes d'exploitation IPC tels que Windows et Linux sont vulnérables aux cyberattaques, mais les logiciels antivirus et les pare-feu existants sont suffisamment avancés pour atténuer ce risque.
2. Programmation
La différence suivante entre un PC industriel et un automate est la façon dont les programmes sont développés et exécutés. Les automates mettent généralement en œuvre une exécution de programme basée sur la scrutation, tandis que les PC industriels sont généralement des logiciels pilotés par les événements. Par exemple, la logique du logiciel PLC est spécifiée dans la norme CEI 61131-2, telle que la logique à relais ou d'autres langages spécifiques au fournisseur. En revanche, les PC industriels fonctionnent sur des systèmes d'exploitation Windows ou Linux bien connus utilisant des langages de programmation tels que C/C++/.NET. Par conséquent, les PC industriels sont plus faciles à programmer en raison de leur popularité auprès des développeurs. Ils permettent également au système de communiquer avec beaucoup plus de machines et d'appareils que la logique à relais, qui nécessite une formation spéciale pour apprendre, grâce à des langages de programmation à usage général tels que C++.
3. Sécurité
La sécurité est l'un des inconvénients de l'automatisation des usines, et si elle n'est pas prise au sérieux, les entreprises ont beaucoup à perdre. Les systèmes industriels doivent tenir compte de deux principes fondamentaux de sécurité. Tout d'abord, bloquez les attaques provenant d'accès externes non autorisés. Deuxièmement, l'accès de l'utilisateur est limité conformément à ses droits ou à ses attributions. Dans le passé, les API étaient connus pour être immunisés contre les attaques de logiciels malveillants. Cependant, certains attaquants ont commencé à développer des logiciels malveillants PLC, comme cela s'est produit avec Stuxnet lorsque leurs PLC Siemens ont été compromis. Cependant, les PC industriels sont également vulnérables aux logiciels malveillants et nécessitent une protection complète avec un logiciel antivirus ou des modules matériels. Certains ordinateurs industriels utilisent un TPM (Trusted Platform Module) 2.0 intégré à la carte mère pour chiffrer les données.
4. Qualité
En ce qui concerne la qualité de construction, les automates et les PC industriels sont conçus pour fonctionner dans des conditions extrêmes. Parce que les PC industriels sont différents des ordinateurs de bureau ou des stations de travail conventionnels, les PC industriels sont très robustes et durables. Voici quelques caractéristiques industrielles des PC industriels :
Conception sans ventilateur
Large plage de température
Résistant aux chocs et aux vibrations
Indice IP élevé
Modules extensibles
E/S avancées avec prise en charge des technologies héritées
En termes de qualité de fabrication, automates et PC industriels font bon ménage. Les PC industriels, cependant, bénéficient de leur taille compacte. Les API sont souvent encombrants et ont des options d'installation limitées. Certains automates peuvent également surchauffer lors de l'installation en raison d'une mauvaise dissipation de la chaleur. Les PC industriels, en comparaison, sont relativement petits et sont livrés avec une variété d'options de montage, y compris les options de montage VESA, de montage en rack et de rail DIN. De plus, certains PC industriels sont équipés d'un système de contrôle de l'allumage et peuvent être utilisés dans les véhicules.
5. Extensibilité
Les automates et les PC industriels doivent contrôler divers dispositifs de contrôle, de surveillance et de communication. Par conséquent, les automates et les PC industriels sont équipés de plusieurs ports COM et d'autres fonctions d'E/S, y compris les technologies traditionnelles. Certains protocoles de communication industriels courants sont CANbus, Modbus, Profibus, EtherCAT et EhterNET/IP. Ces technologies sont déjà intégrées à la plupart des automates programmables, bien que les deux puissent les prendre en charge. D'autre part, les PC industriels ont des connecteurs d'extension intégrés pour augmenter leur polyvalence. Par conséquent, les PC industriels ont un seuil plus élevé pour le nombre d'opérations d'E/S qu'ils peuvent traiter. De plus, les PC industriels sont équipés de divers ports COM, LAN, USB et HDMI. Ces fonctionnalités permettent aux PC industriels de consolider les charges de travail d'équipements disparates, et pas seulement d'automates programmables. Par exemple, un PC industriel peut exécuter lui-même une application IHM, tandis qu'un automate nécessite une application IHM distincte pour afficher quelque chose sur un panneau d'affichage. Ce qui rend les PC industriels encore plus spéciaux, c'est leur capacité à prendre en charge d'innombrables extensions allant des cartes réseau sans fil, des modules 5G, des disques SSD aux accélérateurs GPU.
6. Puissance de calcul et stockage
Les automates programmables sont de puissants contrôleurs pour automatiser le contrôle car leurs microprocesseurs sont conçus pour exécuter des fonctions spécifiques. Les API peuvent facilement gérer les E/S à grande vitesse et les petites applications d'automatisation. Cependant, les projets d'automatisation sont de plus en plus avancés et nécessitent davantage de ressources informatiques. C'est là que les PC industriels viennent à la rescousse. Les PC industriels utilisent plus d'espace de stockage et des processeurs à part entière, tels que les ordinateurs de poste de travail, qui peuvent exécuter des applications gourmandes en calcul et en stockage. De plus, avec des accélérateurs de performances tels que les GPU, les TPU, les CPU et les VPU, les ordinateurs industriels peuvent effectuer des calculs intelligents comme s'ils se trouvaient sur une chaîne de montage intelligente en collaboration avec des applications de vision industrielle.
7. Coût
En bref, la comparaison du coût d'un automate et d'un IPC montre qu'un automate est moins cher pour les petites applications, alors qu'un IPC a un coût initial plus élevé. Cependant, à mesure que les applications deviennent plus complexes et nécessitent plus de ressources informatiques, le coût total d'un automate peut dépasser celui d'un PC industriel. Bien que le coût initial d'un automate soit inférieur, lorsqu'une puissance de traitement ou des périphériques supplémentaires sont nécessaires, le prix augmente de façon exponentielle. En revanche, les PC industriels ont des coûts initiaux plus élevés, mais sont beaucoup moins chers lorsque des mises à niveau de puissance de traitement et une évolutivité sont nécessaires.
Comment choisir un PC industriel et un automate
Lorsque vous choisissez un automate programmable pour votre système d'automatisation industrielle, les API et les PC industriels doivent avoir leur place. Les automates sont plus adaptés à l'exécution de petits systèmes d'automatisation avec des fonctions strictes. De plus, les automates sont fiables, économiques et hautement fiables pour les déploiements industriels. D'autre part, les PC industriels sont bien adaptés aux solutions exigeantes en ressources informatiques et en stockage. Pour les applications complexes qui nécessitent la polyvalence du contrôleur, le coût total de possession (TCO) d'un PC industriel est faible. Les automates sont sécurisés car dépourvus de connexions sans fil, les PC industriels sont tout aussi sécurisés grâce à des logiciels de cybersécurité à la pointe de la technologie, et le matériel standard est très fiable. Certaines applications peuvent utiliser à la fois des API et des PC industriels pour équilibrer les coûts et les avantages les uns avec les autres. En fin de compte, cela dépend des fonctionnalités mises en œuvre dans votre processus de production.
