Utiliser des PLC compacts pour des résultats exceptionnels dans les systèmes industriels, l'énergie verte et l'immotique

Les concepteurs de réseaux industriels sont soumis à la pression d'intégrer des technologies traditionnelles d'automates programmables (PLC) et Internet industriel des objets (IIoT) dans des espaces restreints afin de prendre en charge des performances élevées dans les petits projets d'automatisation et de numérisation.

Le contrôleur doit être compact tout en étant capable de faire le lien entre l'automatisation traditionnelle et l'IIoT et d'intégrer les réseaux de technologies de l'information (IT) et de technologies opérationnelles (OT). Il requiert un puissant processeur double cœur, un emplacement de carte microSD et au moins 18 canaux d'E/S analogiques et numériques.

Pour une flexibilité maximale, les E/S doivent inclure un port série RS-485 et un port USB-C pour une connexion de configuration directe. Certaines applications bénéficient d'un port de communication CANopen en option. Pour permettre l'intégration OT et IT, deux ports Ethernet sont nécessaires pour prendre en charge deux adresses IP uniques, l'une pour les dispositifs de terrain et l'autre pour la connectivité SCADA ou cloud.

Pour accélérer le déploiement, l'environnement de développement intégré (IDE) CODESYS 3.5 doit être pris en charge, pour permettre aux utilisateurs de créer rapidement des projets et des systèmes d'automatisation. La prise en charge des conteneurs Docker pour l'exécution d'applications open-source peut encore accroître la flexibilité et accélérer le déploiement.

Cet article présente les nombreuses fonctionnalités de la série Compact Controller 100 de WAGO. Il montre comment ces contrôleurs facilitent le développement et le déploiement rapides de solutions d'automatisation hautes performances pour diverses applications, notamment l'immotique, le stockage d'énergie sur batterie, les micro-réseaux, les machines industrielles, les systèmes d'énergie verte, et plus encore.

Les PLC Compact Controller 100 (CC100) ne mesurent que 55 mm (L) x 108 mm (l) x 90 mm (H) et tiennent dans la paume de la main. Leurs dimensions réduites ne doivent pas faire oublier leur impressionnant potentiel pour la numérisation d'une multitude de fonctions d'automatisation.

L'application nécessite jusqu'à quatre sorties numériques, huit entrées numériques, et jusqu'à deux entrées analogiques et deux sorties analogiques, une interface RS-485 pour des protocoles tels que Modbus RTU, et des entrées de température pour des capteurs à résistance en platine (Pt) ou en nickel (Ni) ? Le modèle 751-9301 est équipé. Si l'application nécessite également une connexion CANopen, les concepteurs peuvent utiliser le modèle 751-9401 (Figure 1).

Figure 1 : Le CC100 modèle 751-9401 présente la même combinaison d'E/S que le modèle 751-9301, avec en plus une interface CANopen (coin droit). (Source de l'image : WAGO)

L'application peut-elle bénéficier de deux ports Ethernet configurables pouvant être utilisés comme commutateur ou pour deux adresses IP distinctes, prenant en charge une connexion dédiée aux dispositifs de terrain et OT, ainsi qu'une connexion séparée aux systèmes SCADA, IT ou cloud ? En outre, une prise en charge est-elle disponible pour des protocoles Ethernet industriels tels que Modbus TCP/UDP, EtherNet/IP et EtherCAT, ainsi que pour la connectivité IIoT et cloud via des protocoles tels que MQTT ?

Des fonctionnalités de cybersécurité telles que SSH, le chiffrement SSL/TLS, un pare-feu et la protection contre la diffusion réseau sont-elles essentielles pour sécuriser le réseau ? Les deux modèles de la série CC100 offrent tout cela, et bien plus encore.

En plus de ces caractéristiques et capacités importantes, les PLC CC100 offrent un port de programmation USB pour simplifier et accélérer la configuration, ainsi qu'un emplacement pour carte MicroSD pour les mises à jour micrologicielles et d'autres fonctions. En tant que dispositifs à rail DIN (conformément à la norme DIN 43880), les deux modèles peuvent également être rapidement montés sur de petits tableaux de distribution.

Programmation et alimentation

Pour une installation de base, ces PLC requièrent une programmation et une alimentation. Là encore, la série CC100 offre des performances et des possibilités exceptionnelles. Elle peut être programmée avec CODESYS 3.5 dans un ou plusieurs des langages CEI 61131-3 comme Ladder Diagram (LD), Function Block Diagram (FBD), Sequential Function Chart (SFC), Structured Text (ST) et Instruction List (IL), ou avec des options comme Node-RED, C++ et Python.

La série CC100 prend en charge les conteneurs Docker, permettant l'exécution d'applications supplémentaires et l'extension des fonctionnalités. Le serveur Web intégré permet la création de visualisations HTML5, facilitant ainsi l'utilisation et la maintenance.

Ces PLC peuvent être activés avec des protocoles de services publics, tels que DNP3, utilisés dans les services d'électricité et d'eau pour la surveillance et le contrôle des équipements à distance dans les systèmes SCADA. Les normes CEI61850 et CEI60870 sont fréquemment utilisées dans les sous-stations électriques, l'automatisation des micro-réseaux et les systèmes d'énergie renouvelable et de stockage. De plus, les communications BACnet pour les applications d'immotique sont prises en charge.

L'alimentation 787-2850 de WAGO fournit 1,25 A à 24 V_CC et constitue la source d'alimentation idéale pour les PLC série CC100, car elle est conçue pour s'intégrer dans les installations compactes (Figure 2). Elle présente une tension de sortie isolée électriquement qui répond aux exigences de tension de sécurité extra-basse (SELV) et de tension de protection extra-basse (PELV) selon EN 61010-2-201/UL 61010-2-201, et un temps moyen entre pannes (MTBF) impressionnant de plus de 2,5 millions d'heures à +40°C (selon EN/CEI 61709).

Figure 2 : Cette alimentation 787-2850 convient parfaitement aux besoins des PLC CC100. (Source de l'image : WAGO)

Possibilités d'extension

Les E/S intégrées de la série CC100 constituent une base solide, et non une limite, pour la mise en œuvre de solutions d'automatisation. La capacité d'E/S peut être étendue en utilisant des combinaisons de modules E/S série 750 (plus de 500 modèles disponibles) et de coupleurs E/S.

Par exemple, le module E/S 750-1506 peut être utilisé pour ajouter huit entrées numériques et huit sorties numériques aux PLC CC100 de base. Différents coupleurs 750 peuvent être ajoutés pour fournir la connectivité de bus de terrain requise. Le coupleur se connecte au CC100 à l'aide d'un câble Ethernet et sert de pont, reliant le CC100 à divers bus de terrain.

Par exemple, le 750-348 est un coupleur de bus de terrain CANopen utilisé pour étendre la capacité d'E/S du CC100 en interfaçant le système d'E/S modulaire série 750 de WAGO avec un réseau CANopen (Figure 3). Le coupleur 750-362 prend en charge la connexion à un réseau Modbus. D'autres coupleurs sont disponibles pour EtherNet/IP ou EtherCAT en tant que maître.

Figure 3 : Le 750-348 est un coupleur de bus de terrain CANopen. (Source de l'image : WAGO)

Une fois le coupleur connecté, il suffit d'utiliser le logiciel CODESYS 3.5 pour programmer le PLC. Le contrôleur communique ensuite avec les modules E/S via le coupleur pour gérer tous les points d'E/S. Les différents coupleurs détectent automatiquement toutes les E/S connectées.

Par exemple, le 750-362 est un coupleur de bus de terrain Modbus TCP/UDP de quatrième génération. Il convertit les signaux des modules E/S connectés (numériques, analogiques, etc.) afin qu'ils puissent communiquer via un réseau Modbus TCP/UDP. Il est doté de deux ports Ethernet 10/100 Mbps pour la prise en charge d'une topologie en chaîne, d'un commutateur DIP intégré pour la configuration de l'adresse IP et d'un serveur Web intégré pour la configuration et la gestion.

Gestion réseau simple et puissante

Le CC100 est compatible avec le logiciel de gestion Web (WBM) de WAGO qui fournit une interface utilisateur pour la configuration, l'exploitation et la maintenance via un navigateur Web utilisant le serveur Web intégré du CC100 et une connexion Ethernet.

Les utilisateurs peuvent développer et exécuter des visualisations HTML5 et gérer l'accès sécurisé grâce à des fonctionnalités telles qu'un pare-feu intégré, le chiffrement TLS (Transport Layer Security) et des capacités de réseau privé virtuel (VPN), afin de se protéger contre les cyberattaques.

Les visualisations HTML5 sont hébergées sur le CC100 et peuvent être consultées à distance sur la plupart des navigateurs Web. Les informations de base, telles que le statut du contrôleur et l'état du système, du réseau et des E/S, peuvent être visualisées localement sur le contrôleur à l'aide des matrices de LED intégrées.

Le logiciel WBM peut également prendre en charge la gestion des données réseau en facilitant le transfert des données vers des solutions cloud ou en utilisant des protocoles comme MQTT pour distribuer les données à d'autres systèmes. La configuration de la connexion cloud elle-même (comme l'URL du fournisseur cloud, les certificats de sécurité et les détails d'authentification) peut être effectuée via l'interface WBM du contrôleur.

Connexions cloud

Grâce à la connectivité cloud, le CC100 peut servir de passerelle pour les applications IIoT. Le paramètre de communication est configuré dans WBM, et les données à échanger entre le cloud et le contrôleur sont configurées à l'aide de la bibliothèque WAGOAppCloud pour CODESYS, qui peut gérer des tâches telles que les détails de configuration.

Le CC100 peut accéder à Internet via son interface Ethernet intégrée et envoyer les données vers le cloud. Les utilisateurs peuvent spécifier le service cloud à utiliser, avec Microsoft Azure, Amazon Web Services et IBM Cloud comme options disponibles (Figure 4).

Figure 4 : Les PLC CC100 peuvent accéder au cloud via le protocole MQTT et une connexion Ethernet. (Source de l'image : WAGO)

Des blocs fonctionnels et des bibliothèques sont disponibles pour abstraire les processus de communication complexes (comme l'établissement d'une connexion sécurisée, le formatage des données au format JavaScript Object Notation (JSON) et la gestion du transfert de données) en un code simple et réutilisable qui peut être appelé depuis un programme IEC standard.

L'application IEC permet également aux utilisateurs de sélectionner les variables de contrôle, telles que les valeurs des capteurs ou l'état des machines, qui doivent être envoyées vers le cloud. Les utilisateurs peuvent contrôler le flux de données et décider quand et comment les données sont envoyées, par exemple, des transmissions déclenchées par événements par rapport à des transmissions périodiques. L'application peut également effectuer un prétraitement des données sur le CC100, réduisant ainsi la bande passante requise pour la connectivité cloud.

Conclusion

Le format réduit des contrôleurs CC100 de WAGO ne doit pas faire oublier qu'ils peuvent fournir des performances élevées dans les petits projets d'automatisation et de numérisation pour de nombreuses applications, notamment l'immotique, l'énergie verte, les micro-réseaux, les services d'électricité et d'eau, ainsi que les systèmes industriels. Leur capacité d'expansion leur permet également de se développer et de s'adapter à l'évolution des besoins. Leurs capacités de gestion réseau et de connectivité cloud offrent une prise en charge robuste pour l'intégration des systèmes IT et OT.

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