Les nouveaux PLC contribuent à accélérer le déploiement de processus d'automatisation complexes et critiques

Les nouveaux automates programmables (PLC) sur le marché combinent des fonctionnalités avancées avec la flexibilité requise pour développer et déployer rapidement des processus d'automatisation et des infrastructures critiques complexes.

Cette évolution est importante pour diverses utilisations, qu'il s'agisse d'énergies renouvelables, de contrôles de micro-réseaux, de transformations de l'Internet industriel des objets (IIoT) dans l'Industrie 4.0 (même dans les petites usines), de pétrole et de gaz, de conception de machines et d'automatisation des équipements de traitement pour l'embouteillage, l'emballage, les textiles et autres applications similaires.

Les technologies les plus récentes sont nécessaires pour fournir les meilleures solutions. Ces PLC sont dotés d'un processeur double cœur 64 bits pour répondre aux exigences d'automatisation les plus élevées. Le système d'exploitation Linux est un atout, et le code est portable et interopérable avec les systèmes conformes à CEI 61131-3. Un système de gestion basé Web permet une configuration simplifiée.

Un choix d'interfaces de communication, la prise en charge de plusieurs protocoles de bus de terrain, une connectivité IIoT, une connectivité cloud, un logiciel de gestion de l'énergie et des outils de sécurité complets offrant la flexibilité requise pour répondre à divers scénarios de développement et d'intégration critiques sont également requis.

Présentation du PFC300

Wago a lancé le PLC PFC300 pour accélérer le déploiement de processus d'automatisation complexes et critiques. Cette section s'intéresse aux fonctionnalités et aux avantages du PFC300, puis présente des exemples de son utilisation dans des installations de micro-réseaux et d'usines intelligentes.

La conception modulaire du PFC300 peut être rapidement adaptée pour prendre en charge les besoins changeants et les exigences futures dans les usines complexes et critiques de l'Industrie 4.0, les micro-réseaux et l'immotique. Différents modules d'entrée/sortie (E/S) analogiques, numériques et spéciaux peuvent être sélectionnés pour des demandes d'automatisation spécifiques. Il est également possible d'augmenter ou de réduire la complexité du système en ajoutant ou en supprimant des modules E/S.

Ces PLC sont renforcés sur le plan environnemental, de sorte qu'ils peuvent être installés dans des environnements exigeants. Ils sont répertoriés pour fonctionner de -25°C à +60°C à une humidité relative (HR, sans condensation) jusqu'à 95 % et ont un degré de pollution 2 selon la norme CEI 61131-2.

Ils présentent une résistance aux vibrations jusqu'à 4 g selon la norme CEI 60068-2-6 et une résistance aux chocs de 15 g selon la norme CEI 60068-2-27. Les performances de compatibilité électromagnétique (CEM) incluent l'immunité selon la norme EN 61000-6-2 et les émissions selon la norme EN 61000-6-3. Ils peuvent résister à l'exposition aux polluants conformément aux normes CEI 60068-2-42 et 60068-2-43.

Figure 1 : Le PFC300 est modulaire, évolutif et renforcé sur le plan environnemental. (Source de l'image : Wago)

Bus de terrain et connectivité périphérique

La vaste gamme de bus de terrain, de protocoles EtherNet et de protocoles de télécontrôle pris en charge par le PFC300 simplifie les tâches lors de la création de réseaux de contrôle pour les processus d'automatisation critiques et complexes.

Les bus de terrain intégrés incluent Modbus TCP maître/esclave, Modbus (UDP), Modbus (RTU), EtherNet/IP Adapter (esclave), EtherNet/IP Scanner, EtherCAT maître, contrôleur PROFINET (limité), OPC UA serveur/client, et OPC UA Pub/Sub (installable).

Il est également possible d'accorder des licences pour des protocoles de télécontrôle tels que DNP3, utilisé pour les systèmes SCADA dans les infrastructures critiques, CEI 60870 et CEI 61850, utilisées pour l'automatisation des sous-stations électriques, ou BACnet, largement utilisé dans l'immotique.

Le connecteur D-sub RS-485 à 9 broches du panneau avant est utilisé pour CANopen, Modbus RTU et d'autres protocoles de communication série. Le connecteur USB-C situé derrière l'interface de service offre un accès direct pour la programmation, la configuration et les mises à jour micrologicielles. Les deux ports RJ-45 Gigabit Ethernet et un commutateur intégré prennent en charge le câblage de topologie de ligne.

Outre les interfaces de communication et l'accès au connecteur USB-C, le panneau avant du PFC300 comprend un port d'accès pour une carte SD, des voyants d'état et des connecteurs d'alimentation (Figure 2).

Figure 2 : Le panneau avant du PFC300 comprend les interfaces de communication, les indicateurs d'état, les connexions d'alimentation et d'autres points d'accès. (Source de l'image : Wago)

Connectivité cloud

La connectivité cloud est nécessaire lors de la conception et du déploiement de processus d'automatisation et d'infrastructures critiques complexes. Le PFC300 exploite le protocole MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) pour des connexions sécurisées et efficaces au cloud.

Cela permet également l'utilisation de divers services cloud tels que Microsoft Azure, Amazon Web Services (AWS), IBM Cloud, SAP Cloud et le cloud Wago. Le cloud Wago fournit une solution simple et intuitive pour gérer les données des machines et visualiser les tendances et les graphiques sans support de programmation étendu.

La transmission des données est cryptée à l'aide de TLS (Transport Layer Security) et les données de connexion au cloud peuvent être configurées à l'aide du système de gestion basé Web (WBM) de Wago. Le système WBM permet aux utilisateurs de surveiller, configurer et contrôler le PFC300 et les modules E/S distants via une interface de navigateur Web, offrant un accès et une gestion aisés sans nécessiter l'installation d'un logiciel local. Le WBM permet de sélectionner les données à transférer vers le cloud et celles à traiter localement.

Pour faciliter davantage la connectivité cloud, les bibliothèques de Wago peuvent être utilisées pour CODESYS 2.3 basé sur CEI 61131-3 et e! COCKPIT, l'environnement de développement intégré de Wago qui prend en charge toutes les tâches d'automatisation, de la configuration et de la programmation matérielles à la simulation, la visualisation et la mise en service, et qui est optimisé pour une utilisation avec les PLC de Wago tels que le PFC300.

La standardisation accélère le développement

Wago offre plusieurs possibilités de développement de logiciels pour le PFC300. Il s'agit notamment de langages de programmation de haut niveau tels que C et C++ pour l'intégration système et de la plateforme CODESYS V3.5 qui prend en charge les langages de programmation de contrôle CEI 61131-3, y compris ST (Structured Text), FBD (Function Block Diagram), LD (Ladder Diagram), IL (Instruction List), SFC (Sequential Function Chart) et CFC (Function Chart).

Le système d'exploitation (OS) Wago dans les contrôleurs de la famille PFC, y compris le nouveau PFC300, est basé sur Linux en temps réel, permettant des solutions d'automatisation flexibles et puissantes. En plus de la prise en charge de C et C++, les programmes peuvent être créés dans n'importe quel langage pris en charge par Linux et exécutés directement sur le contrôleur.

Le même logiciel CODESYS qui prend en charge tous les langages de programmation CEI 61131-3 standard permet également de créer des visualisations Web, permettant aux opérateurs de machines et au personnel de maintenance d'accéder à la machine via un navigateur Web sur une tablette ou un PC.

Stockage extensible

Le PFC300 inclut également un emplacement pour carte mémoire avec mécanisme push-push et couvercle scellable. Il peut gérer les formats SD, SDHC et SDXC (toutes les propriétés garanties ne sont valables qu'avec une carte mémoire Wago). Les cartes sont polyvalentes et offrent plusieurs possibilités d'utilisation :

• Stockage général des données
• Mises à jour micrologicielles à l'aide d'une carte SD amorçable qui lance automatiquement la mise à jour au démarrage du PFC300
• Stockage de grandes images à utiliser dans des applications de visualisation Web
• Sauvegarde de l'image du PLC pour le stockage ou le transfert des fichiers et des paramètres du dispositif d'un contrôleur à un autre afin d'accélérer les déploiements
• Accès à la carte mémoire à distance via FTP

Outils de sécurité multicouches

Le déploiement de processus d'automatisation et d'infrastructures critiques complexes exige les niveaux de sécurité les plus élevés. Le contrôleur PFC300 fournit les multiples couches d'outils de sécurité nécessaires.

Il prend en charge les réseaux privés virtuels (VPN) pour des communications sécurisées à l'aide du cryptage TLS pour protéger les données. Le pare-feu intégré offre une protection contre les accès non autorisés.

Le WBM est implémenté à l'aide de HTML5, sécurisé par TLS 1.3, et le PFC300 prend en charge des protocoles sécurisés tels que SNMP v3, SFTP, FTPS, HTTPS et SSH, garantissant un échange de données sécurisé. Le port USB-C garantit un accès sécurisé pour les mises à jour, et les protocoles de bus de terrain garantissent des communications sécurisées avec les dispositifs connectés.

Industrie 4.0 et usines intelligentes

Les PLC PFC300 offrent une connectivité de bus de terrain complète, des capacités de données en temps réel et une intégration IIoT et cloud, permettant une fabrication flexible, des processus optimisés et la maintenance prédictive. Ce sont les caractéristiques des usines intelligentes dans l'Industrie 4.0. Les îlots d'automatisation peuvent être éliminés et la consommation d'énergie optimisée dans les processus industriels complexes et critiques.

Les PLC PFC300 peuvent être combinés avec le logiciel Energy Data Management (EDM) de Wago pour l'optimisation des ressources et la surveillance de l'énergie depuis les dispositifs individuels dans l'usine, et pour la compilation de données à l'échelle de l'installation en périphérie et leur transmission vers le cloud pour une analyse plus approfondie (Figure 3).

• Le logiciel EDM fournit une surveillance en temps réel et des informations sur la consommation d'énergie pour optimiser le rendement et permettre la maintenance proactive.
• L'intégration à grande échelle et les options de communication flexibles permettent l'intégration transparente des données sur tous les dispositifs et dans l'ensemble du réseau de l'usine.
• Les outils de visualisation rendent les données facilement accessibles et accélèrent l'analyse.

Figure 3 : Le PFC300 est doté de toutes les fonctionnalités requises pour l'automatisation dans l'Industrie 4.0, du terrain au cloud. (Source de l'image : Wago)

Le logiciel EDM est une application Web qui permet aux utilisateurs de surveiller, d'analyser et de signaler les détails de la consommation d'énergie sans programmation. Il peut interfacer automatiquement avec les compteurs d'énergie et les capteurs pour collecter, compiler et stocker des données en vue d'une analyse ultérieure.

Les données peuvent être présentées sous forme de graphiques linéaires tels que des séries chronologiques ou des graphiques à barres, et exportées sous forme de fichiers CSV (valeurs séparées par des virgules) compatibles avec un grand nombre de progiciels d'analyse. Le logiciel EDM et les composants matériels associés, tels que les compteurs et les capteurs, sont modulaires et évolutifs et peuvent être rapidement adaptés aux changements d'équipement et d'infrastructure dans une installation industrielle.

Le logiciel EDM permet aux ingénieurs dans les installations d'identifier les possibilités les plus rentables d'améliorer la consommation d'énergie et de mettre en œuvre des programmes d'économie d'énergie. Le système peut également définir des limites de consommation d'énergie et envoyer des alertes si ces limites sont dépassées. Les données du logiciel EDM constituent un élément important de la gestion globale de l'énergie dans les installations complexes de l'Industrie 4.0 et les infrastructures critiques telles que les micro-réseaux.

Micro-réseaux et gestion de l'énergie

Les micro-réseaux et les systèmes étendus de gestion de l'énergie sont de plus en plus importants pour soutenir le développement durable. Les PLC PFC300 fournissent de puissants outils bien adaptés aux infrastructures d'énergie verte critiques, y compris l'immotique, les sous-stations de micro-réseaux, la gestion des données d'énergie, la gestion de la charge pour la recharge des véhicules électriques et d'autres applications d'énergie verte (Figure 4).

• Ces PLC peuvent contrôler les systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation (CVC) dans les bâtiments et surveiller la production, le stockage et l'utilisation de l'énergie locale.
• Ils peuvent enregistrer et analyser les modèles de consommation d'énergie pour optimiser les ressources énergétiques disponibles dans un micro-réseau, depuis la sous-station qui relie le micro-réseau au réseau électrique et à des points de charge spécifiques comme les chargeurs de véhicules électriques ou les bâtiments.

Figure 4 : Les micro-réseaux pris en charge par le PFC300 peuvent améliorer la durabilité et la sécurité énergétique. (Source de l'image : Wago)

La gestion de charge dynamique peut être mise en œuvre avec le logiciel Application Load Management (ALM) de Wago pour intégrer la charge des véhicules électriques, les sources d'énergies renouvelables comme le photovoltaïque, les systèmes de stockage d'énergie et l'alimentation du réseau. Par exemple, le logiciel ALM peut être utilisé pour réguler la puissance de charge totale à un point de connexion au réseau, comme une sous-station client, atténuant ainsi les pics et les creux de charge et empêchant les surcharges du réseau.

Le logiciel peut distribuer dynamiquement les charges des véhicules électriques en fonction du nombre de véhicules, des priorités de charge, du moment de la journée, de la capacité disponible du réseau et d'autres facteurs. Il peut être configuré pour donner la priorité à l'utilisation des ressources locales de production et de stockage d'énergie pendant les heures de pointe du fournisseur d'électricité afin de réduire les frais liés à une forte demande.

Le PFC300 peut enregistrer et analyser les données de consommation d'énergie, et son système de gestion basé Web et la prise en charge des protocoles de communication IIoT permettent de visualiser les données et de surveiller la consommation d'énergie localement et à distance.

Conclusion

Le PFC300, renforcé sur le plan environnemental, est doté de toutes les fonctionnalités requises pour développer et déployer rapidement des processus d'automatisation et des infrastructures critiques complexes. Sa conception modulaire et extensible offre la flexibilité nécessaire pour s'adapter à différents scénarios d'application. Des options de communication complètes et sécurisées favorisent la connectivité de l'usine au cloud.

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