1 Introduction :

L'évolution des matériels et des logiciels associés est rapide. Dans cette situation il nous semble intéressant de dégager les grandes tendances du moment en nous plaçant dans l'optique du TS CIRA.

Nous nous proposons de faire le point sur les structures utilisées en ce début 2001 en prenant quelques exemples dans la documentation de divers constructeurs pour définir l'essentiel de ce que doit savoir un technicien supérieur CIRA. Cependant ce document n'est pas strictement cadré sur le référentiel du BTS CIRA et certaines parties sont stritement informatives.

Qu'est-ce qu'un SNCC ? un API ? un superviseur?
Quels sont les langages utilisés par ces matériels ?
Quels sont les réseaux utilisés ?
Quelles sont les évolutions constatées ?

2 SNCC, API et superviseur :

Un Système Numérique de Contrôle Commande est, avant tout, un ordinateur spécialisé. On trouve généralement ses divers éléments sur un bus fond de panier :

Une alimentation.
Un contrôleur qui est l'ordinateur proprement dit.
Une (ou plusieures) cartes de communication par réseau de terrain.
Une (ou plusieures) cartes de communication par réseau avec des ordinateurs.
Une (ou plusieures) cartes de communication par liaison série RS232 ou RS422/RS485.
Des cartes de communication classiques (entrées analogiques, sorties analogiques, entrées logiques, sorties logiques).

Quelle différence avec un Automate Programmable Industriel moderne ?
Aucune, sinon que pour un API c'est le traitement les entrées/sorties logiques qui est favorisé alors que pour un SNCC c'est le traitement des entrées/sorties analogiques qui est plus spécifiquement à la base de la conception. Il reste une différence pour les cycles de scrutation qui sont généralement plus rapides sur A.P.I. que sur S.N.C.C.

En fait la distinction entre SNCC et API est de plus en plus une question historique (ou d'habitude) et de moins en moins une réalité profonde. D'ailleurs SNCC et API utilisent les mêmes langages de programmation définis par la norme IEC 61131-3.

Quand au superviseur, il est extérieur au SNCC (ou à l'API). C'est un programme dans un ordinateur extérieur qui est chargé de réaliser l'interface nécessaire à la conduite par l'homme des processus industriels. Généralement les API sont fournis sans superviseur dans la configuration de base alors que les SNCC sont fournis avec leur superviseur dédié d'où certaines confusions courantes entre SNCC et superviseur.

Dans le domaine des automatismes les choses sont claires : il faut acheter l'API, sa console de programmation, éventuellement son superviseur. Les consoles de programmation dédiées sont de plus en plus souvent remplacées par des ordinateurs de type PC, souvent des portables.
Dans le domaine de la régulation c'est moins net car les logiciels de programmation et de supervision sont souvent sur la même machine et la liaison avec le contrôleur est tellement intégrée qu'il est difficile au néophyte de se faire une image claire de la situation.
Les régulateurs modernes peuvent être considérés comme des mini systèmes numériques de contrôle commande; certains se programment maintenant avec des langages conformes à IEC 61131-3 ; la structure définie par le dessin ci dessus reste valable.

3 Les langages :

De plus en plus de constructeurs se ralient aux langages définis dans la norme IEC 61131-3 dont la version française NF EN 61131-3 a été adoptée par l'AFNOR en 1993.
On y trouve :
- la description de type de variables (boolean, int, real...)
- la syntaxe à utiliser pour les identificateurs de variables
- le symbole à utiliser pour l'affectation :=
- 2 langages littéraux :
     IL : liste d'instructions,
     ST : littéral structuré (très proche du Pascal et du C).
- 2 langages graphiques :
     LD : langage à contacts,
     FBD : langage en blocs fonctionnels
- la description des diagrammes fonctionnels en séquence :
     SFC (Sequential Function Chart) très proches du GRAFCET.

Tout établissement ayant une section TS CIRA se doit de posséder cette norme vendue par l'AFNOR:  http://www.afnor.fr/

Pour le BTS CIRA :
- LD et IL sont surtout utilisés en automatismes logiques,
- FBD est plus classiquement utilisé en régulation,
- SFC est très largement utilisé en automatismes logiques et parfois en régulation, en particulier pour les procédés mixtes ("batch"),
- ST, qu'il semble nécessaire de présenter et de commenter aux étudiants, n'est pas au programme de l'examen (voir le référentiel).

4. Conséquences sur l'enseignement :

La distinction entre automatismes logiques et régulation apparaît très artificielle dans le BTS CIRA qui se situe à leur rencontre. Dans les entreprises la situation est la même et on trouve tous les stades intermédiaires entre les situations suivantes:
- un service automatismes, souvent avec des techniciens d'origine électrotechnique, qui travaille avec des A.P.I.
- un service régulation, souvent avec des techniciens d'origine C.I.R.A. qui travaille avec des régulateurs et des S.N.C.C.
- un service mixte.


Ce qui nouveau c'est que ces deux mondes ne peuvent plus s'ignorer.
Il n'empêche qu'il est difficile pour un seul homme de connaître parfaitement la mise en oeuvre de plusieurs A.P.I., régulateurs et S.N.C.C., alors que ces machines deviennent de plus en plus complexes à cause de la richesse des fonctions mises en jeux.

Cela pose le problème des enseignants qui, sauf exception, sont spécialisés soit en automatismes logiques, soit en régulation mais qui doivent de plus en plus avoir des bases solides dans l'autre discipline et donc tendre vers une réelle polyvalence.

Cela pose le problème des élèves à qui on en demande finalement beaucoup dans un temps réduit, alors que dans une entreprise il y généralement spécialisation de fait. Il faut prendre garde, dans l'enseignement, à ne pas se pencher sur telle ou telle spéficité du matériel disponible, alors que c'est la compréhension des structures qui importe.

5. Les entrées sorties classiques :

Juste quelques rappels :

- les entrées et les sorties analogiques sont généralement au standard 4-20 mA avec conversion en 1-5V au niveau des entrées par une résistance de 250 ohms.
- les entrées analogiques peuvent être munies du protocole Hart permettant de configurer à distance des instruments. Pour en savoir plus sur le protocole Hart : Documentation technique de la fondation HART

- les entrées et sorties logiques sont généralement au standard 0-24V avec de nombreuses variantes d'isolation, de contacts secs, de point commun...

Mais attention, il y a d'autres possibiltés, d'autres échelles. Il faut prendre en compte les entrées bas niveau : Pt100, thermocouples...

6. Les réseaux pour S.N.C.C. et A.P.I. :

Exemples de structures physiques

Exemples de structures logiques

Le modèle OSI et les réseaux de terrain

La place de MODBUS

Détails électriques sur quelques réseaux de terrain

Performances générales de divers réseaux

7. Conclusions :

Il ne fait aucun doute que les réseaux de terrain arrivent à maturité et qu'ils vont se répandre de plus en plus. Des passerelles entre les divers réseaux existent, les constructeurs d'instruments adaptent leurs appareils aux diverses technologies employées. La simplification du câblage, les facilités offertes pour la configuration et la maintenance prédictive sont telles que cette évolution est inéluctable.

Le technicien supérieur CIRA est un utilisateur éclairé des réseaux industriels :
- qui ne saurait ignorer l'importance que prend éthernet dans l'industrie et les conditions de sa mise en oeuvre, en particulier au niveau CEM,
- qui doit savoir intervenir sur un réseau de terrain dans le respect des normes techniques,
- qui doit savoir faire des choix entre différentes technologies.

Il doit être un expert au niveau de :
- la configuration des appareils par réseaux,
- la mise en oeuvre de boucles de régulation à travers un réseau,
- le téléchargement et le positionnement des modules logiciels,
- la faisabilité, en particulier au niveau des temps de scrutation,
- la sécurité, les alarmes, la redondance ...