Fiche de révision : Commande et supervision industrielle

📋 Plan du Cours

1. Automatique et dispositifs industriels
2. Objectifs du contrôle industriel
3. Procédé, actionnement et instrumentation
4. Signaux et repérage des instruments
5. Hiérarchie et évolution industrielle
6. Automates programmables industriels
7. Programmation IEC 61131-3
8. Grafcet et séquences automatisées
9. Contrôle direct et supervision
10. IHM, ergonomie et SCADA
11. Sécurité et arrêts industriels

📖 1. Automatique et dispositifs industriels

🔑 Notions clés & Définitions

• Système embarqué : Système micro-informatique conçu pour une fonction spécifique, pouvant utiliser un microprocesseur, un microcontrôleur, un processeur DSP ou un FPGA.
• Automate programmable industriel : Ordinateur spécialement conçu pour le contrôle industriel et directement interfaçable avec les capteurs et les actionneurs par des modules d’entrée/sortie.

★ À maîtriser

📌 L’automatique est la science qui synthétise les lois de commande à partir de l’analyse de la dynamique du processus, tandis que l’automatisme est la technologie qui implémente ces lois à partir des mesures et des dispositifs de commande.

Compléments

• Un PC industriel possède un système d’exploitation temps réel et des interfaces de communication industrielle.

💡 Astuce mémo

Automatique = concevoir les lois ; automatisme = les implémenter

📖 2. Objectifs du contrôle industriel

🔑 Notions clés & Définitions

• Contrôle de processus : Action de manipuler les variables d’entrée pour obtenir la sortie désirée sous les contraintes imposées par le système.

★ À maîtriser

• Pour commander un système, le contrôleur mesure les valeurs des capteurs, compare les sorties aux références, calcule le comportement futur de l’erreur à partir de l’historique, puis corrige en générant la commande des actionneurs.

Compléments

📌 Un contrôle SISO possède une entrée et une sortie principales, tandis qu’un contrôle MIMO met en jeu plusieurs entrées et plusieurs sorties.

💡 Astuce mémo

Mesurer → comparer → calculer → corriger

📖 3. Procédé, actionnement et instrumentation

★ À maîtriser

• 🔄 La démarche comprend:

  1. Conception de la structure passive
  2. Actionnement du procédé
  3. Instrumentation du procédé
  4. Automatisation du procédé

• Les fonctions contrôlées comprennent:

  • Remplissage
  • Chauffage
  • Agitation
  • Fermentation
  • Récolte
  • Nettoyage

Compléments

• Le contrôle du pH surveille l’acidité de la fermentation et commande des réactifs acides ou alcalins.

• Dans l’exemple Tropicana, le jus est concentré sur le site de récolte en réduisant sa teneur en eau afin de diminuer les coûts de transport vers les centres de conditionnement.

💡 Astuce mémo

Bâti → actionnement → instrumentation → automatisation

📖 4. Signaux et repérage des instruments

★ À maîtriser

• Les grandeurs physiques instrumentées sont:

  • Débit
  • Niveau
  • Pression
  • Quantité
  • Température
  • Tension
  • Courant
  • Position ou limite

• Les signaux industriels peuvent être analogiques en 0–5 V, 0–10 V, −10 à +10 V, 0–20 mA ou 4–20 mA, ou tout-ou-rien en 0 ou 24 V.

Compléments

• Les fonctions d’instrumentation comprennent l’enregistrement, l’indication, le contrôle, l’alarme, la transmission, l’élément de mesure et le commutateur.

💡 Astuce mémo

F L P Q T E Z : débit, niveau, pression, quantité, température, tension, position

📖 5. Hiérarchie et évolution industrielle

📝 Points essentiels

• La hiérarchie comprend:

  • Niveau 0 : partie opérative
  • Niveau 1 : partie commande
  • Niveau 2 : conduite et supervision
  • Niveau 3 : gestion de production
  • Niveau 4 : gestion de l’organisation

• Les révolutions sont associées à:

  • Vapeur
  • Électricité
  • Microprocesseurs
  • Communication

💡 Astuce mémo

Capteurs/actionneurs → commande → supervision → production → organisation

📖 6. Automates programmables industriels

★ À maîtriser

• Un PLC comprend:
  • Alimentation
  • CPU
  • Modules d’entrées/sorties analogiques
  • Modules d’entrées/sorties numériques
  • Modules spécialisés
  • Modules de communication
  • Modules d’expansion

📌 Un PLC est préféré à un PC normal parce qu’il est robuste aux conditions de travail extrêmes, optimisé pour les liaisons avec les entrées/sorties, adapté à l’exécution cyclique et facile à programmer pour les techniciens.

Compléments

• Le choix dépend notamment de:
  • Nombre et type des entrées/sorties
  • Taille de mémoire
  • Langages et surveillance
  • Temps d’exécution
  • Communication
  • Détection des défauts
  • Installation
  • Expansion probable
  • Câblage

💡 Astuce mémo

API robuste et cyclique, PC généraliste moins spécialisé

📖 7. Programmation IEC 61131-3

🔑 Notions clés & Définitions

• Function Block : Unité de programmation qui peut retourner plusieurs valeurs et conserve les valeurs de ses sorties et de ses variables internes persistantes entre deux exécutions.
• Function : Unité de programmation qui retourne un seul élément de donnée comme résultat, peut fournir des sorties additionnelles et ne possède pas de variables internes persistantes entre deux exécutions.

★ À maîtriser

• Les cinq langages sont:
  • Instruction List (IL)
  • Structured Text (ST)
  • Ladder Diagram (LD)
  • Function Block Diagram (FBD)
  • Sequential Function Chart (SFC)

Compléments

• Les blocs standards comprennent:
  • TON, TOF et TP
  • CTU, CTD et CTUD
  • R_TRIG et F_TRIG
  • SR et RS

💡 Astuce mémo

IL, ST, LD, FBD, SFC

📖 8. Grafcet et séquences automatisées

🔑 Notions clés & Définitions

• Sequential Function Chart : Langage graphique représentant un processus caractérisé par une succession d’étapes reliées par des transitions.

★ À maîtriser

📌 Une étape de Grafcet peut être active ou inactive, une transition est franchie lorsque sa condition booléenne est vraie, et l’étape initiale est représentée par une double bordure.

• Dans un Grafcet, une divergence représente un OU exclusif entre plusieurs étapes, tandis qu’une branche parallèle permet d’exécuter plusieurs étapes dans le même cycle.

Compléments

• Dans l’exercice de mélange, le produit 1 utilise 20 secondes d’ingrédient 1, 3 secondes d’attente, 40 secondes d’ingrédient 2, 3 secondes d’attente et 10 secondes de vidange.

💡 Astuce mémo

Étape active → transition vraie → étape suivante

📖 9. Contrôle direct et supervision

🔑 Notions clés & Définitions

• SCADA : Système de commande et de surveillance d’une unité de production ou d’une usine, comprenant l’affichage temps réel, les commandes haut niveau, l’archivage, les tendances et la gestion des alarmes et événements.

★ À maîtriser

📌 Le contrôle direct commande individuellement les machines ou processus par des automates ou systèmes embarqués reliés directement aux capteurs et actionneurs, tandis que la supervision contrôle globalement une chaîne de processus par des ordinateurs reliés aux automates.

Compléments

• La partie IHM représente environ 60–80 % du temps de développement d’un système SCADA.

💡 Astuce mémo

Contrôle direct local ; supervision globale

📖 10. IHM, ergonomie et SCADA

★ À maîtriser

• La maîtrise de situation suit six étapes:

  • Percevoir l’état du système
  • Interpréter
  • Évaluer
  • Avoir l’intention d’agir
  • Planifier les actions
  • Exécuter les actions

• La mémoire de travail peut contenir environ 7 ± 2 éléments, avec un accès séquentiel et un oubli après 15 à 30 secondes.

Compléments

📐 Formule — Selon la loi de Fitts, le temps nécessaire pour atteindre une cible vérifie $T = a+b\log_2(2D/W)$.

📌 Le principe de deux secondes recommande de ne pas laisser attendre plus de 2 secondes la réponse du système et de fournir un indicateur dynamique pour les actions longues.

💡 Astuce mémo

Charge cognitive ↑ → maîtrise de situation ↓

📖 11. Sécurité et arrêts industriels

★ À maîtriser

• Le code couleur associe:
  • Rouge : danger ou arrêt d’urgence
  • Jaune : conditions anormales
  • Vert : conditions normales
  • Bleu : action obligatoire
  • Blanc : mise sous tension ou conditions normales
  • Noir : mise hors tension ou arrêt
  • Gris : absence de signification spécifique

📌 L’arrêt de catégorie 0 coupe immédiatement l’alimentation des actionneurs, l’arrêt de catégorie 1 maintient l’alimentation pendant l’arrêt puis la coupe, et l’arrêt de catégorie 2 maintient l’alimentation après l’arrêt.

📌 Un arrêt d’urgence doit être clairement marqué par un bouton rouge sur fond jaune, s’imposer à toutes les autres fonctions et ne pas redémarrer la machine lors de sa réinitialisation.

Compléments

• Selon le consortium ASM, les événements imprévus liés aux mauvaises IHM coûtent 3–8 % de la capacité de production annuelle des entreprises.

💡 Astuce mémo

Arrêt 0 immédiat, arrêt 1 contrôlé puis coupure, arrêt 2 maintien sous alimentation

📊 Tableaux de synthèse

Contrôle direct et supervision