Formation automatisme

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Qu'est-ce que l'électrotechnique ?

Etymologiquement, l'électrotechnique peut se définir comme étant l'association de deux domaines, l'électricité et la technique. Profondément liés, ces deux domaines sont à l'origine de l'ensemble des applications de l'énergie électrique. Ces appplications sont réalisables grâces aux sources de production dont dispose l'être humain et sa capacité à les intégrer dans les règles de l'art au sein de son environnement. D'après de simples recherches, on peut affirmer que l'électrotechnique a été découvert dans les années 1800s avec l'invention de la première pile électrique en 1800.

Parmi toutes les énergies actuelles, l'énergie électrique semble une énergie abstraite qui échappe au contrôle des sens humains et dont le moindre contact dans un laps de temps est une chose mortelle pour l'être humain.

L'énergie électrique est une énergie intermédiaire par essence, difficilement stockable à grande échelle, elle est sollicitée pour répondre à des besoins biens précis, par exemple faire tourner un moteur pour commander une cage d'ascenseur, faire tourner un escalator, faire déplacer un train, une rame de métro, un TGV etc . Parmi ces applications s'ajoutent l'éclairage, le chauffage, l'eau chaude sanitaire bref l'intégralité du service électrique au quotidien.

Quelle est le principe de l'électrotechique ?

L'électrotechnique se subdivise en plusieurs parties qui font partie d'une même chaîne, on peut noter :

• La Production
• Le Transport
• La Distribution
• L' Installation
• La Consommation

Les sources de productions sont multiples, on note l'énergie hydraulique, nucléaire, thermique, éolienne, solaire, géothermique, la biomasse. Chacune d'elles est obtenue par des procédés spécifiques : barrage hydraulique, fission atomique, chaleur issue de la vapeur d'eau, force du vent, effet photovolataïque, chaleur terrestre, combustion des matières vétégales et animales.

A l'execption de l'énergie solaire, la génération de l'électricité repose sur l'inertie mécanique des turbines sur des alternateurs dont les structures ont été conçues afin d'être en mesure de générer des courants électriques. Grâce à des lois électromagnétiques, cette énergie mécanique est transformée en énergie électrique. Théoriquement, le principe de la R.F.D, les lois de Kirchoff et l'électromagnétisme sont au coeur du fonctionnement et de l'évolution des machines tournantes.

Le transport de l'énergie électrique

Transporter de l'énergie électrique n'a pas été si simple depuis sa découverte. En effet, celà n'a été possible suite à l'apparition du courant triphasé par opposition au courant continu et de l'invention du transformateur. A la sortie des centrales, les tensions sont élevées par des transformateurs Haute Tension en vue de s'affranchir des chutes de tension en lignes. Ces tensions peuvent atteindre des niveaux tels que 400 KV voir plus pour ensuite être abaissées à des niveaux intermédiaires 63 KV ou 20 KV grâce à des transformateurs Moyenne Tension.  Les zones d'acheminement de ces lignes sont généralement éloignées des populations et les lignes électriques sont à des hauteurs suffisantes pour diminuer l'influence du champ électrique sur l'environnement. Les gestionnaires de réseaux doivent veiller constamment à maintenir la loi de l'offre et la demande pour garantir une meilleure stabilité du réseau, le maintien en fréquence et en tension. Pour celà, il existe des salles de commande et de contrôle qui permettent d'avoir une vue mosaïque de l'intégralité du réseau electrique à l'échelle nationale.

La Distribution

La distribution a pour rôle d'acheminer l'énergie électrique à partir du réseau public de distribution (lequel comporte aussi du transport mais relativement sur des distances courtes ex: cas de la HTA en France) jusqu'aux différents consommateurs. Le concessionnaire en charge doit faire face à plusieurs défis, garantir la disponibilité de l'énergie pour tous sans discrimination, adapter les besoins et assurer la sécurité des tiers. Son niveau de tension terminal est du 400 V ou 230 V (tension du secteur). 

Installation / Consommation

L'installation de l'électricité s'opère à partir de l'ensemble du réseau basse-tension situé entre le point de livraison final  jusqu'aux organes teminaux de l'utilisateur. Comme les gestionnaires, l'installateur a des devoirs. Il doit moduler l'installation en fonction de la nature du bâtiment (hopital, industrie, banque, complexe sportif, IGH, etc).Indépendamment du type de bâtiment, l'installation électrique ne doit pas mettre en danger la vie des résidents.

Quand on veut créer une petit système automatisé,les automates programmables sont souvent trop chers,ainsi aujoud'hui il existe sur le marché des cartes électroniques pouvant suppléer ces automates pour les petites installations ne nécessitant pas un niveau de sécurité élevé.La bibliothèque  plcLib permet de transformer sa carte Arduino en automate programmable.

Architectures d'automatismes industriels : évolutions et grandes tendances

Ces vingt dernières années, les architectures d’automatismes ont très fortement évolué. Ce phénomène s’amplifie avec l’arrivée des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC).Ces changements successifs sont dus, d’une part, à l’évolution des besoins des utilisateurs, et d’autre part au développement des technologies. Par utilisateurs, il faut entendre tous les intervenants : architectes réseaux, intégrateurs, metteurs en œuvre, exploitants, équipes de maintenance, etc.

La décentralisation des entrées/sorties et de la périphérie d’automatisme

A la demande des utilisateurs finaux, notamment pour faire baisser les coûts de câblage, il a été nécessaire de prendre en compte la topologie des automatismes.Sur des sites plus étendus, il est souvent nécessaire de gérer un nombre de points diffus importants et de prendre en compte les fonctions métier réparties ( variation de vitesse, dialogue homme/machine, pesage...).

La réponse des constructeurs de produits d’automatismes est arrivée avec les réseaux et bus de terrain. Ceux-ci ont permis de gérer dans un premier temps des E/S décentralisées puis la périphérie d’automatisme. Ces réseaux de terrain contribuent à réaliser des gains de câblage importants, mais surtout ils permettent de rendre accessibles des services (diagnostic,
programmation…) sur tout le site.

HomeGénie est un logiciel domotique gratuit et open source permettant de créer faciliement une installation domotique,idéal pour les bricoleurs et conçu sur une base multi-standard, HomeGenie peut s'interfacer avec différents appareils et protocoles tels que X10, Insteon, Z-Wave, Philips Hue, UPnP, RFXCOM, KNX, communiquer avec des services Web externes et intégrer tout cela dans un environement d'automatisation commun.

La commission internationale d'électrotechnique (IEC) a définit 5 languages standards pour la programmation d'automates à savoir le Ladder,le structured text,les blocs de fonctions FDB,l'intruction List(IL) et le Grafcet ou sequential function chart (SFC).

Mais quel est le langage le plus adapté pour programmer un automate?

Tout dépends du sysème que l'on veut concevoir.Pour les systèmes très séquentiels,le grafcet est adéquat permettant de concevoir des systèmes automatisés puissants,robustes et facils à maintenir.En effet,le grafcet permet de suivre l'évolution pas à pas d'un système en cas de vérification ou de maintenance par exemple.

- Le structured Text(ST) permet d'effectuer des fonctions plus complexes comme les PID,fonctions mathématiques etc..

- Le Ladder ou diagramme d'échelle est de loin le language de programmation le plus utilisé du fait de sa facilité et adéquat pour les électriciens qui n'ont pas forcément de compétences en informatique et langage haut niveau.

- Les langages IL semblable à l'assembleur et le FBD sont utlisés pour effectuer des fonctions de comparaison,de calcul etc..Ceci dit,on peut combiner plusieurs langages dans un même projet d'automatisation.

Nous aurons plus le temps de revenir sur ces différents langages lors de la formation "initiation aux automatismes industriels".Vous pouvez consulter le programme de cette formation ici

Différences entre PAC et automate programmable ?

Le PAC (programmable automation controller) ou controleur d'automatisme programmable en français est un controleur spécial qui vient remplacer les automates programmables traditionnels dans les tâches d'automatisation les plus complexes.En effet,nous utilisons dans nos installations automatisées des PAC sans même le savoir.Là ou les automates programmables traditionnels se cantonnaient à gérer le plus souvent l'aspect séquentiels d'une installation automatisée,le PAC va au delà.Typiquement,les automates programmables sont conçus pour faciliter le travail de l'électricien qui est habitué à programmer en langage à contact ou Ladder,l'aidant ainsi à faire la maintenance d'installation de manière plus aisée.Contrairement,les programmable automation controller sont plus destinés au informaticiens industriels qui maitrisent les langages hauts niveaux comme le Structured Text ou le C.Le PAC permet de faire du contrôle de procédé et du motion control.

Ci-dessous,un tableau qui montre les différences entre un PAC et un automate:

Ainsi,on peut remarquer qu'un automate a un seul cycle de scrutation alors que le PAC  a en  plusieurs ce qui permet de gagner en rapidité et en puissance d'éxécution.Etant multi-coeur,le PAC permet de gérer les tâches de manière asynchrone permettant au système d'avoir un temps d'exécution optimal,il incorpore le plus souvent une communication de types éthernet comparé au RS232 ou RS485 des automates traditionnels,ce qui permet d'obtenir des vitesses de transmission aussi optimales.Le PAC est cependant plus cher que l'automate du fait qu'il permet d'effectuer des fonctions supplémentaires tel que le control de procédés (PID),le control d'axes et l'intégration de bases de données.Les PAC offrent donc toutes les fonctionnalités nécessaires pour faire communiquer des machines et les rendre intelligentes.

Nous vivons dans un monde en constante évolution et l'un de nos désirs primordiaux est l'amélioration de nos conditions de vie. On constate que des progrès immenses ont été réalisés dans de nombreux domaines technologiques.L’essor fulgurant de l'industrie électronique au 20ème siècle a permis la création de nouvelles disciplines telles que L'automatisme.Ces disciplines révolutionnent et continueront de révolutionner le monde industriel.Grâce à ces avancées technologiques,on peut aujourd'hui traiter et commander en temps réel des systèmes extrêmement complexes.

L'automatisme est omniprésent dans nos vies,il le sera encore plus dans le futur,on le retrouve dans des secteurs tels que l'’énergie, la domotique « Smart Grids »,le traitement des eaux,l'agroalimentaire,le nucléaire…etc. Devenues de plus en plus puissantes et sophistiquées,les machines industrielles  apportent de grandes avancées dans notre vie quotidienne, dans le devenir de notre société et de son environnement; mais elles sont aussi porteuses de risques.Face à des machines qui deviennent de plus en plus intelligentes et autonomes,l'emploi des ouvriers dans nos usines n'est t-il pas menacé ?

Par ailleurs,à cause de la complexité qui rend ces machines industrielles difficilement compréhensibles par les non initiés,la désinformation peut conduire l’opinion publique à des sentiments exagérés d'insécurité,à des psychoses sans fondement, à des peurs irraisonnées : Une machine peut-elle être 100 % fiable ? En cas problème la responsabilité incombe t-elle à l'automaticien,à la machine ?

Suite à ces différentes questions,les ingénieurs informaticiens/automaticiens auront à assumer en conséquence, un rôle essentiel et double dans la société, d'abord via la mise en œuvre de machines qui continueront à servir la communauté humaine mais aussi la diffusion d'informations sur leurs limites,leurs avantages et les risques qu’elles pourraient engendrer.

Le nanodac™ bénéficie à la fois du savoir-faire d’Eurotherm en acquisition de données pour sauvegarder les données de manière sécurisée, et de l’algorithme de régulation PID d’Eurotherm pour une régulation de haute précision et d’une grande fiabilité, le tout dans un format compact ¼ de DIN. Jusqu’à 18 voies d’Entrées (4 entrées universelles+jusqu’à 14 entrées en communication Modbus) peuvent servir pour l’enregistrement des données. La capacité illimitée de stockage des données peut être mise en œuvre en procédant à leur sauvegarde sur un serveur FTP via le réseau de communication Ethernet/IP client.

Topkapi est un logiciel de scada développé par la société Areal.Il permet de surveiller et de superviser des installations industriels à distances via des solutions M2M.

Les systèmes PERAX assurent le fonctionnement, le contrôle et le pilotage à distance des réservoirs, des stations de traitement et des réseaux d'eau potable ou d'assainissement, des postes et réseaux d'électricité, des chaufferies et climatisations, de l'éclairage public, des sites et bâtiments industriels, pétroliers, commerciaux, militaires ou SEVESO...On distingue les gammes Perax P400xi,P200X et P200XM.

Mitsubishi dispose des gammes d'automates Melsec pour des applications de moyennes et grandes envergure et Alpha2 pour les petites applications simples.Il dispose aussi des terminaux IHM de la gamme GOT pour la supervision.

La Gamme Alpha2

Les automates ALPHA2 proposent des fonctions de commande simples et fiables pour un large champ d'applications. On les retrouve notamment dans l'éclairage, la climatisation, les systèmes de sécurité, la régulation de la température et de celle du niveau.Le tout en un seul boîtier : le bloc secteur, le CPU et les entrées/sorties intégrées. Vous retrouvez parmi les fonctions l'affichage, les entrées analogues, les compteurs, les temporisateurs et les fonction GSM.L'atelier de développement AL-PCS/WIN permet de programmer ces gammes d'automates.

communication-s7-300-industrial-ethernet.pdf (344.9 Ko)

Aujourd'hui,nous allons voir comment créer sa propre carte Arduino basé sur le microcontroleur ATtiny.ATiny est un circuit intégré Atmel de 8 broches qui nous permet de fabriquer des cartes de contrôles qui ne nécessitent pas un grand nombre d'entrées et de sorties.Les circuits intégrés ATtiny sont très peu chèrs et peuvent être utlisés seuls dans n'importe quel circuit électronique.Les mémoires des ATtiny 25/45/85 sont respectivement de 2kb,4kb et 8kb.Donc si vous voulez concevoir de petits projets à base d'Arduino pas très cher,vous pouvez concevoir votre propre carte fait maison,vous aurez cependant besoin d'une carte arduino pour programmer votre microcontroleur.

Ce dont vous aurez besoin:

Circuit électronique du dispositif

Connexion à l'Arduino

Le ATtiny va être programmé en utlisant les broches suivantes:

• MISO(Master In Slave Out)
• MOSI(Master OUt Slave In)
• RESET
• SCK(Slave Clock)
• Vcc
• Gnd

Pour la connexion avec l'Arduino,ses différents Pins sont connectés comme suit:

Pin13 doit être connecté à SCK

Pin12 doit être connecté à MISO

Pin11 doit être connecté à MOSI

Pin10 doit être connecté à RESET

Après la connection à l'arduino,on doit l'utliser en tant que ISP(programmation in situ) afin de programmer le ATtiny.

Le Raspberry Pi est un nano-ordinateur monocarte sans écran à base de processeur ARM conçu par le créateur de jeux vidéo David Braben, dans le cadre de sa fondation Raspberry Pi.Il fonctionne sous Android ou Linux.Il peut être utilisé sur plusieurs applications allant de la domotique,la robotique etc..

Il comporte des entrées et sorties numériques permettant de connecter des capteurs (position,de luminosité,infrarouge) et des actionneurs(moteur,LED etc..).On peut le brancher directement sur une télévision via un câble HDMI ce qui permet d'avoir un ordinateur de petite taille intégrant carte son,carte éthernet et carte vidéo.Le modèle B+ coute environ 30 euros.Une page facebook Arduino Sénégal a été créé afin de regrouper tous les amateurs de Arduino,Raspberry Pi,PCDuino et Cubieboard au sénégal.

Une barrière immatérielle est un élément de sécurité, elle sert à protéger les personnes. Sont but est donc de détecter une intrusion humaine dans une zone dangereuse et de fournir des signaux fiables en conséquence, avec toute la sécurité et la redondance que ça implique.

Par exemple,au niveau des centres d'usinage CNC, sont installés des systèmes d'échange automatique de palettes, chargés et déchargées par les opérateurs. Lors du changement de palettes dans la machine, aucun ouvrier ne doit se tenir dans la zone dangereuse. L'accès est sécurisé par une barrière immatérielle de sécurité multifaisceaux placée dans une colonne de fixation avec des miroirs de renvoi. Si l'opérateur quitte la zone, le signal de sécurité doit être acquitté.

Les Data Loggers sont des dispositifs électroniques permettant de recueillir et d'enregistrer des mesures sur une longue période allant de quelques mois à plusieurs années.Ces appareils fonctionnent donc comme des enregistreurs de données qui collectent les données via des capteurs,ces données sont ainsi stockées sur un support de stockage comme les mémoires Flash et peuvent être analysées et traitées via un panel de supervision ou un PC.A l'ère du M2M,de l'industrie 4.0, et du Cloud computing,certains Data Loggers sont dotés d'un serveur web permettant d'accèder aux données à distance via un page web.La liaison avec un PC,un smartphone ou une tablette se fait via une liaison sans fil ou radio GSM,GPRS ou wifi selon la distance.

Ignition est un logiciel de scada développé par la société américaine inductive automation.Il offre aux utilisateurs des fonctionnalités puissantes en se basant sur Java, Python et les bases de données SQL. Ces technologies créent de puissantes options pour la gestion avancée des données, le traitement et le reporting.
Les licences ignition sont basés sur un serveur, de sorte que les tâches d'installation de logiciel client sont pratiquement éliminées. Mieux encore, l'expansion à plus de clients n’exige pas de fonds supplémentaires.Ainsi les développeurs peuvent se concentrer sur l'application elle-même ainsi les tâches lourdes d’installation de logiciels et de licences disparaissent.

Des ingénieurs de la société Janicki Bioenergy implanté à Seattle au états unis et la fondation Bill et Melinda Gates ont mis sur pied l'Omniprocessor une machine qui permet de transformer l'eau des égoûts en électricité et en eau potable.