chap 06-10_Automation.pdf

1. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10 165
L’automation
La nature des tâches a beaucoup évolué dans les laiteries ces dix ou vingt dernières
années. La petite laiterie locale avec ses nombreuses opérations manuelles est
devenue obsolète et de plus grosses unités de production de type industriel l’ont
remplacée.
Les conséquences de cette tendance ont été nombreuses et étendues. Dans les
petiteslaiteries,lesprocédésétaientcontrôlésetcommandésparquelquesouvriers
qualifiés qui effectuaient manuellement la plupart des opérations et nettoyaient les
équipements à la fin du cycle de production. A mesure que les laiteries se sont
étendues,latailleetlenombredesmachinesontaugmenté,demêmequelenombre
d’opérations manuelles requises. Le nettoyage, en particulier, était une tâche
laborieuse : chaque jour, il fallait démonter et nettoyer manuellement toutes les
machines qui étaient en contact avec le produit.
Le nettoyage en place (NEP) fut introduit au milieu des années 50. Aujourd’hui,
il est utilisé dans presque toutes les laiteries, et il n’est plus nécessaire de nettoyer
lesmachinesaumoyendesolutionsdétergentesquicirculentdanslescanalisations
du produit en fonction d’un programme de nettoyage fixe.
Lamécanisationétenduedesopérationsdansleslaiteriess’estprogressivement
imposée,etdeplusenplusdetâchesmanuelleslaborieusesontétéremplacéespar
les machines. La mécanisation, ainsi que l’extension rapide des capacités de
production, se sont accompagnées d’une augmentation sensible du nombre
d’opérations à exécuter. Il fallait commander plus de vannes et de moteurs.
L’exécutiondesopérationsindividuellesétaitégalementdevenuecritique;commander
une vanne trop tôt ou trop tard, par exemple, pouvait entraîner la perte du produit.
Tout mauvais fonctionnement dans le procédé et toute erreur de décision faite par
l’opérateur pouvait avoir des conséquences économiques et qualitatives graves.
Aufildesannées,onintroduisitdavantaged’équipementsdecommandeexterne.
On remplaça les vannes à commande manuelle par des vannes à commande
électrique et pneumatique. On monta sur panneaux de commande les interrupteurs
pour commander les vannes, les pompes, les agitateurs et les moteurs. On installa
des émetteurs pour transmettre les mesures d’état du procédé (pressions, niveaux,
températures, pH, débits, etc.). Pour informer l’opérateur que les vannes et moteurs
avaient répondu correctement (ouverture/fermeture, marche/arrêt), on équipa les
composants de dispositifs transmettant des signaux de rétroinformation.
Progressivement, il était devenu possible d’automatiser le procédé.
Qu’est-ce que l’automation ?
Aproprementparlé,lesconceptsdemécanisationetdecommandeexternequel’on
vient de voir dans l’introduction n’ont rien à voir avec l’automation en tant que telle,
mais constituaient les étapes nécessaires sur la voie de l’automation. Automation
signifie que toutes les actions nécessaires à la commande et au contrôle d’un
procédé avec une efficacité optimale sont traitées par un système de commande à
partir des instructions que l’on a programmées.
• L’opérateurutiliseuneinterfacepourdialogueraveclesystèmedecommandeet
leprocédé.
Le contrôle du
procédé

2. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10
166
• Les automatismes modernes incluent également les systèmes d’information de
gestion (SIG) pour les statistiques, analyses, etc.
Dans un procédé automatisé, le système de commande doit communiquer avec
tous les composants pilotés et avec chaque émetteur. Les types de signaux entre le
système de commande et le procédé qu’il contrôle sont, par exemple :
• les signaux (de commande) de sortie, transmis aux composants du procédé;
• les signaux (de rétroinformation) d’entrée, émis par les vannes et moteurs, qui
informent le système de commande que le composant en question a bien été
activé;
• les signaux (analogiques) d’entrée, émis par les thermostats, pressostats et
autresémetteurs,quiinformentdel’étatmomentanédesvariables
duprocédé;
• les signaux d’entrée des “contrôleurs” du système,
c’est-à-direlesémetteursquisignalentqu’unecondition
donnée a été atteinte, telle que le niveau maximum dans
une cuve, la température minimale préréglée, etc.
Les signaux sont traités par la “logique” du système de
commande. Avant de continuer, nous devons étudier la
signification du mot logique.
La logique
La logique est un concept fondamental de l’automation.
Elle désigne le mécanisme de prise de décision qui
permet d’accomplir une tâche donnée suivant un modèle donné. Le
cerveauhumainestprogramméparl’éducationetl’expérienceàexécuterune
tâche d’une certaine manière. La figure 6.10.1 montre comment un opérateur
utilisesalogiquepourrésoudreunproblèmedecontrôle,quiconsisteàalimenteren
lait une canalisation du procédé à partir d’un groupe de cuves. Il reçoit les
informations des procédés, par exemple, si la cuve C1 sera bientôt vide, si C2 est en
cours de nettoyage, si C3 est remplie, etc. L’opérateur traite ces informations
logiquement; la figure présente son schéma de pensée, les questions qu’il se pose
et les décisions qu’il prend. Enfin, il applique ses décisions en appuyant sur les
boutons du panneau pour commander les vannes, pompes et autres composants.
L’opérateur a beaucoup de difficulté pour résoudre ce problème de contrôle et
risque de commettre une erreur. Par exemple, il peut mélanger accidentellement le
détergent et le lait.
Lalignedefabricationpeutmanquerdelait,provoquantunbrûlagedessurfaces
de transfert de chaleur. Le lait qui reste dans les cuves risque d’être gaspillé lors du
nettoyage de la cuve. Le risque d’erreur augmente si l’opérateur est
responsable de plusieurs sections similaires du
procédé en même temps. Il peut être pressé et sous
pression, ce qui augmente le risque d’erreur.
Au premier abord, on peut facilement avoir l’impression que
l’opérateur doit constamment faire face à un grand nombre de choix
pour maîtriser la situation. Une étude plus approfondie montre que ce
n’est pas le cas. Pendant des heures, la laiterie a vérifié les séquences de
contrôle qui donnaient la qualité de produit, la sécurité et le rendement optimum. En
d’autres termes, l’opérateur a acquis une logique de commande plus ou moins
permanente;ilsélectionnelescuvesenfonctiond’unplanbienétabli,ilchronomètre
letempsdevidangedulaitd’unecuvepoursavoiràquelmomentprécisildoitpasser
à une cuve pleine pour limiter la perte de produit, et ainsi de suite. Il est possible
d’étudierchaqueprocédédecettefaçon,puissurlabasedel’analyse,dedéterminer
la logique de commande qui produit les résultats optima.
Pourquoi avons-nous besoin du contrôle
automatique du procédé ?
La conception d’une laiterie exige la prise en compte de plusieurs facteurs. Par
conséquent,lasolutiondéfinitiveesttoujoursuncompromisentrelesfacteursliésau
produit et au procédé et les facteurs économiques, où il est nécessaire de répondre
auxexigencesexternesdel’unitédeproduction.Cesexigencesexternesconcernent
des facteurs tels que la main-d’œuvre, le type, la quantité et la qualité du produit,
l’hygiène, la législation, la disponibilité de la production, la flexibilité et l’économie.
Fig. 6.10.1 Comment un opérateur
utilise sa logique pour résoudre un
problème.
C3 ?
Oui, c’est OK.
Fermer V2, ouvrir V1,
Fermer V4, ouvrir V3
Quelle
cuve vais-je
choisir ?
Combien
reste-t-il de lait
dans C1 ? Je dois
changer de cuve
dans 10 minutes.
C2 ?
Non, elle est
en NEP.
C1 ?
Elle est vide
maintenant. Attendre
10 secondes pour
laisser la canalisation
vers les vannes se
vider.

3. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10 167
Les facteurs liés à la production incluent les matières premières, le traitement du
produit et la qualité du produit fini, alors que les facteurs liés au procédé incluent la
sélectiondeséquipementsdetransformationquirépondentauxexigencesexternes.
Même si les lignes de production de l’unité ont été conçues principalement pour
atteindre la qualité de produit recherchée, des compromis doivent être faits, en
particulier s’il faut fabriquer plusieurs produits différents. Par exemple, il convient de
prendre en considération les exigences de nettoyage des équipements et son
adaptabilité au système de nettoyage proposé. Les autres compromis concernent,
parexemple,laconsommationd’énergieetlesbranchementsauxservicesauxiliaires
(eau, électricité, etc.), et l’adaptabilité des équipements à contrôler. Il est important
de souligner à ce stade qu’il faut également étudier le système de commande avant
de choisir l’équipement du procédé.
L’application correcte de l’automation, où une connaissance approfondie des
produits, des procédés et des équipements de transformation dicte la conception,
présente de nombreux avantages. Les plus importants sont :
• la sécurité
• la qualité du produit
• la fiabilité
• l’économiedeproduction
• la flexibilité de la production
• le suivi de la production
La sécurité est garantie par le fait que le système de commande contrôle et
commande le procédé toujours exactement de la même manière à chaque cycle de
production. On évite ainsi le mélange accidentel de produits différents, ainsi que le
débordement des cuves et les autres erreurs entraînant la perte de produit et des
perturbations de la production.
Grâce au contrôle précis et itératif de chacun des stades du procédé, le produit
fini a toujours le même (haut) niveau de qualité si l’on règle les variables du procédé
pour obtenir un résultat optimum.
Le contrôle précis du processus signifie que l’on limite à un strict minimum les
pertes de produit et la consommation des services auxiliaires, etc., les systèmes de
nettoyage et l’énergie. L’économie de production d’un système de commande bien
conçu et bien adapté est par conséquent une bonne chose.
On peut obtenir une production flexible en programmant le système automatisé
avecdifférentessolutionsetrecettesdeproduction.Ilestpossibleensuitedemodifier
la production en changeant simplement les recettes au lieu de reprogrammer le
système.
Lesystèmeautomatisépeutégalementfournirdesinformationssurlaproduction
sous la forme de comptes-rendus, statistiques, analyses, etc. Ces informations
servent d’outils pour obtenir une meilleure précision dans la prise de décision .
Quelles sont les tâches de commande ?
Lestâchesdecommanded’unsystèmeautomatisépeuventêtreclasséesenquatre
catégories :
1 la commande numérique
2 la commande analogique
3 la surveillance
4 l’information de gestion
La commande numérique
Lacommandenumériquereposesurlefaitquelesobjetscommandéspeuventavoir
deux états : “1” et “0” (figure 6.10.2). Un moteur peut être en marche ou arrêté, et une
vanne peut être ouverte ou fermée, ou dans une position ou une autre. A partir de ce
principe, il est possible d’envisager différents niveaux d’automation :
A. La commande à distance : des objets individuels sont pilotés à partir d’un tableau
de commande. Il s’agit simplement d’une extension de la commande manuelle. On
ne peut pas considérer ce niveau comme une automation.
B. La commande de groupes : on pilote simultanément tout un groupe d’objets, par
exemple, le groupe de vannes sous une cuve.
C. La commande de fonctions : par exemple, l’ouverture ou la fermeture de
canalisations de produit du procédé, ou la commande de l’agitation.
Les principaux avantages de
l’automation sont :
• la sécurité
• la qualité du produit
• la fiabilité
• l’économiedeproduction
• la flexibilité de la production
• le suivi de la production
Les quatre tâches d’un système
automatisé sont :
1 la commande numérique
2 la commande analogique
3 la surveillance
4 l’information de gestion

4. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10
168
D.Commandeséquentielle:lesfonctionssontexécutéesuneparune,dansunordre
particulier. Exemples de séquence :
• nettoyage avec différentes solutions dans une séquence et à des périodes
prédéterminées
• présélection du circuit du produit et des niveaux de remplissage
• démarrage d’un pasteurisateur
Aujourd’hui, le niveau D est utilisé généralement pour profiter au maximum des
capacités des systèmes de commande modernes.
La commande analogique
Danslacommandeanalogique(6.10.3),lesobjetssontcommandéspardessignaux
analogiquestransmisparl’unitédecommande.Normalement,cetypedecommande
est basé sur un autre signal, appelé signal de rétroinformation (qui varie
continuellement),transmisàl’unitédecommande.Cettecommandeestutilisée,par
exemple, pour contrôler la vapeur ou l’alimentation en eau chaude dans un
pasteurisateur. Le signal de rétroinformation envoyé à l’unité de commande est
transmis par l’émetteur du thermostat de pasteurisation.
La commande analogique est très importante pour le fonctionnement des
procédésdeslaiteries.Dansl’industrielaitière,lacommandeanalogiqueestsouvent
simple, et le nombre de circuits de commande analogique est généralement très
réduit. Les applications les plus importantes sont :
• les pasteurisateurs
• les systèmes de pesage, qui incluent souvent le traitement des formulations
et des mélanges,
• contrôle de la capacité d’aspiration,
• la normalisation de la matière sèche ou matière grasse,
Lesystèmedecommandeinclutsouventlacommandeanalogiqueetnumérique.
Les deux types de commande sont complémentaires. Un système analogique
permet de commander le chauffage d’un pasteurisateur, tandis qu’un détecteur
contrôle la température. Le détecteur réagit immédiatement si la température chute
au-dessous de la valeur préréglée. Ensuite, un signal est transmis à l’unité de
commande,quicommandeaupasteurisateurdepasseràl’écoulementdedérivation
La surveillance
La surveillance permet de contrôler différents objets et états du procédé. En cas de
défaut, le système déclenche une alarme.
Lasurveillanceutiliselessignauxderétroinformationenvoyésparlesobjets.Ces
signaux peuvent avoir les fonctions suivantes :
• la surveillance simple de certains objets critiques
• l’enregistrement simple des conditions de défaut
• les fonctions de sécurité qui interdisent le démarrage ou la poursuite d’une
opération dès la réception d’un signal de défaut. Il est possible, par exemple,
de bloquer le démarrage de la séquence de nettoyage de la cuve si cette
dernière n’a pas renvoyé le signal de niveau bas.
• Le redémarrage automatique des fonctions une fois le défaut corrigé.
Une partie très importante de la surveillance est l’autodiagnostic, c’est-à-dire le
diagnostic continu que le système effectue sur lui-même.
L’information de gestion
Les ordinateurs permettent non seulement d’améliorer la productivité au niveau de
l’atelier mais également au niveau de la direction. Ils peuvent collecter les données
et les analyser, puis les présenter sous une forme permettant la prise de décision
rationnelle (figure 6.10.4). Les systèmes modernes ont cette capacité. Parmi les
fonctions d’information de gestion, citons :
• Lajournalisationdesdonnées-lesystèmeenregistrelesdonnéesduprocédé
• Le suivi du produit - le système journalise les informations de toutes les unités
du procédé et de tous les produits de l’unité de production. Cela permet de
suivre les données de l’ensemble des produits finis :
• l’identification des matières premières
• le traitement que le produit a subi
• La journalisation de la production - toutes les données de production sont
journalisées et traitées. Ces données offrent des éléments d’information pour
la génération de comptes-rendus relatifs à la production des produits finis et
intermédiaires. Il est possible de générer des comptes-rendus à intervalles
réguliers : par équipe, une fois par jour/mois.
Fig. 6.10.2 Exemple d’une commande
numérique : des boutons marche-arrêt.
1 2 3 4
Q
Area milk Line utilisation
Start-up/Shut-down
Production
Not operational
Cleaning
-9h17m
-1d - 12h 0
Lorries 1-2 Receved products
R1-2
24:00
From Lab values to
LO1-2
Area milk Utility consumption
4000
3000
2000
1000
0
10
00
-
1d
-
18h
-
12h
-
6h
0
200000
100000
Water
Steam
920822
-2h51m
Fig. 6.10.4 L’information de gestion
permet d’améliorer la productivité.
Fig. 6.10.3 Illustration d’une
commande analogique : le contrôle de
la température de pasteurisation.

5. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10 169
• L’analysedescoûts-ellepermetd’évaluerl’économiedel’unitédeproduction.
Lerythmedeproduction,laconsommationdesservicesauxiliairesetl’utilisation
des machines et des lignes de production sont des facteurs qu’il faut prendre
en compte.
• La planification de la production - c’est un outil permettant d’obtenir une
utilisation plus efficace et optimale des machines. Les commandes saisies
sont traitées et analysées à partir des données fournies par les unités de
traitement. Il est possible ainsi d’établir chaque jour un plan de production
détaillé qui inclut notamment les machines de remplissage (produits, types
d’emballage, tailles, etc.).
• La planification de la maintenance - elle peut devenir plus efficace si la
direction a accès aux comptes-rendus qui indiquent combien de temps
chaque machine a fonctionné, et combien de fois chaque vanne a été activée
depuis sa dernière mise en service.
• L’assurance qualité - elle permet de remonter facilement une période de
productionjusqu’àsasourceàpartirdesinformationsfourniesparl’ordinateur.
Quels sont les éléments qui décident du niveau
d’automation ?
Le niveau d’automation dépend des équipements du procédé que l’on aura choisis.
Ilestparconséquentessentielderéaliseruneétudeapprofondiesurl’incidencedes
équipements sélectionnés pour le procédé sur les possibilités d’automation. Pour
cela, il faut connaître l’ensemble des systèmes de la laiterie.
Acessolutionsdeconception,ilconviendrad’ajouterlesexigencesspécialesdu
système automatisé. Ces exigences incluent l’interactivité de l’opérateur, c’est-à-
direlesopérationsqu’ilexécutesystématiquementpourcorrigerundéfaut.Unautre
facteur important pour le niveau d’automation est la quantité requise d’informations
de gestion.
Le rôle de l’opérateur
Le but de l’automation n’est pas de rendre superflu le rôle de l’opérateur mais
d’étendre ses capacités et attributions. Plus le système est complexe, moins il doit
s’occuper des détails. Le programme doit prendre en charge toutes les fonctions de
routineduprocédé(lestactiques),alorsquel’hommeestresponsabledesdécisions
(lastratégie).Parexemple,l’opérateurestresponsabledelaprésélectiondescuves
pourlaproduction,dudémarrageduNEPpourlesdifférentsobjets,delamodification
des temps, des températures et d’autres paramètres de production programmés, et
des décisions concernant les mesures à prendre en cas de défaut. Plusieurs
équipements aident l’opérateur dans ces décisions :
• les terminaux-écrans graphiques couleur
• les imprimantes
• les tableaux de commande locaux.
Les terminaux-écrans graphiques couleur
Les terminaux-écrans graphiques couleur (figure 6.10.6) sont les équipements les
plus couramment utilisés de nos jours. L’ergonomie des couleurs et des graphiques
est un point important. Le graphisme, l’utilisation des couleurs et des symboles,
l’interactivité, la hiérarchie des vues, etc., sont tous des facteurs importants. Une
bonne présentation aide l’opérateur dans son travail en lui donnant les informations
utilesaumomentetdelamanièreappropriés(figure6.10.7).C’estunfacteurclédans
l’amélioration de la sécurité du fonctionnement.
L’imprimante
L’imprimanteadeuxfonctionsprincipales:l’impressiondesinformationsducontrôleur
du traitement (comptes-rendus de défauts pour l’opérateur ou statistiques pour la
gestion,parexemple),etl’impressiondesécransaffichéssurleterminal-écran.Cela
permet de vérifier en permanence les courbes des températures de pasteurisation
ou les tendances des consommations des services auxiliaires.
Les panneaux opérateur locaux
Les panneaux opérateur locaux sont installés aux endroits stratégiques de la zone
de traitement, auxquels l’opérateur doit pouvoir accéder facilement pour entrer des
informations localement, par exemple, la station de réception, la station de NEP, les
pasteurisateurs (figure 6.10.8) et les machines de remplissage. Les panneaux
Fig. 6.10.5 Les systèmes d’information
de gestion (SIG) permettent de
visualiser les données du procédé.
Fig. 6.10.6 Les données du procédé
s’affichent sur un terminal-écran.
Whole milk
Tetra Alfast
Fig. 6.10.7 Exemples d’écrans
d’informations et d’interactivité de
l’opérateur.
Project:
startup
B1 B2 B3 B4
185 °C
Reception 1
Reception 2
185 °C
Fill
Stop
R2 -> T1
Lorries
Project:
startup
Tank 1 Tank 2 Tank 3 Tank 4 Tank 5 Tank 6
90° C
20° C
Raw milk
250591
5.1°C
Raw milk
500101
5.6°C
Raw milk
151001
5.7°C 15.3°C
Raw Milk
Project:
startup
185 °C 185 °C 185 °C
Pasteurizer 1
Prod
Circ
Water C
Start
Stop
Clean
Pasteurizer 1
Project:
startup

6. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10
170
opérateur locaux peuvent être de différents types : des boîtiers à boutons-poussoirs
et voyants lumineux ou des terminaux portatifs avec écran et clavier.
Comment fonctionne le système de
commande ?
Les contrôles-commandes sont assurées par la logique. La logique envoie les
signaux de sortie suivant une séquence déterminée pour activer et désactiver les
différents composants impliqués dans le procédé piloté afin de répondre aux
conditions logiques qui lui sont associées. Les composants renvoient des signaux
d’acquittement,confirmantquelescommandesontbienétéexécutées.Lessignaux
derétroinformationtransmisàlalogiquesontutiliséscommeconditionsdevalidation
de l’étape suivante de la séquence. La figure 6.10.9 présente le principe d’un
système de commande du procédé.
Le système de commande peut activer un signal d’alarme s’il ne reçoit pas de
signal de rétroinformation. Dans ce cas, le procédé s’arrête ou une autre partie de
lalogiqueintervientpourtraiterlanouvellesituation.Bienentendu,celasupposeque
l’onpeutprévoirledéfautenquestion.Plusleprocédéestcomplexeetlesexigences
draconiennes, sur le plan de la sécurité de l’exploitation et de l’économie, plus il faut
de fonctions logiques.
Tous les objets commandés et tous les émetteurs du procédé sont connectés à
la logique. De cette façon, toutes les informations nécessaires concernant les
températures,lesflux,lespressions,etc.,sontenvoyéesausystèmedecommande.
Après avoir traité ces signaux, la logique envoie des signaux de sortie aux différents
objetscommandés.
Desunitésd’entrée-sortie(3)spécialesconvertissentlessignauxenprovenance
ou en direction du procédé (4) sous une forme que la logique de l’ordinateur peut
traiter.
Tous les équipements opérateur indispensables sont connectés à la logique :
terminaux-écrans (1), imprimantes (2) et panneaux opérateur locaux.
Fig. 6.10.8 Panneau opérateur local
d’un pasteurisateur.
SYSTEM
SYSTEM
Fig. 6.10.9 Principe d’un système de commande industriel.
Le système de commande programmable
L’automation est un secteur qui évolue rapidement. Il n’y a pas si longtemps, les
systèmesdecommandeduprocédéutilisésdansl’automationétaientconstituésde
relaisélectromécaniques,interconnectéssuivantunagencementlogique.Aujourd’hui,
lescomposantsélectroniquesquilesremplacentsontplusrapidesetplusfiablescar
ils n’incluent pas d’organes mobiles.
1
2
4
3
1 Ecran de l’opérateur
2 Imprimante
3 Unités d’entrée-sortie
4 Equipementduprocédé
Logique
Entrée-
sortie

7. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10 171
Dans l’étape suivante, nous avons vu l’introduction des systèmes de commande
programmable avec la logique exprimée en bits de données, stockée dans la
mémoired’unordinateuretnondansl’agencementphysiquedescircuits.Onpouvait
ainsi modifier facilement le programme selon les besoins et réduire le coût du
matériel.
Dans les nouveaux systèmes de commande, les concepteurs ont utilisé les
capacitésaccruesetlecoûtréduitdesordinateursetmicroprocesseurspourrépartir
les fonctions de commande vers les unités locales. Cela confère au système tout
entier une grande flexibilité et des possibilités considérables. On peut utiliser les
nouveauxprocesseurspourcontrôlerunemachineindividuelle,oucréerunsystème
complet d’information et de commande pour améliorer la productivité d’une unité de
productioncomplète.
Lessystèmesautomatisésincluentgénéralementdesautomatesprogrammables
et des ordinateurs personnels. A l’origine, les automates programmables étaient de
pâles copies des gros ordinateurs, mais la différence entre les automates
programmables et les PC s’est estompée car les automates programmables sont
devenus plus puissants.
Les exigences d’un système de commande
La flexibilité, la fiabilité et l’économie sont les exigences les plus importantes d’un
système moderne de commande de procédé. Cela signifie que :
• le terminal-écran de l’opérateur doit être ergonomique et efficace.
• le système doit pouvoir évoluer facilement.
• le langage de programmation doit être efficace.
• le système doit inclure des solutions électroniques efficaces
• lesystèmedoitavoirdeslogicielsdediagnostic,demodificationetdesimulation.
Faire évoluer un système de commande
Ilexistesurlemarchédenombreuxsystèmesextrêmementsouplesquel’onpourrait
probablement adapter à n’importe quelle installation de production. Ce que l’on
attendsurtoutdecessystèmes,c’estdepouvoirévoluerselonlesbesoins.Ildoitêtre
possible de créer, pas à pas, un système de n’importe quelle taille, en ajoutant des
composantsstandards.Unpetitautomateprogrammépourcommanderunelignede
réception doit pouvoir évoluer plus tard pour contrôler le traitement du lait, du
remplissage, etc., en ajoutant de nouveaux modules de commande issus du même
système. On doit pouvoir également ajouter des programmes de gestion dans les
automates existants ou sur un ordinateur de gestion spécial.
Il est important, lors de l’évolution, d’intégrer dans le même système tous les
composants système entre l’opérateur et le procédé, et entre le détecteur distant et
lepupitreopérateur.Nousdonneronsplustardunexempled’évolutiond’unsystème
decommande.
Un langage de programmation simple
Lelangagedeprogrammationetlesgraphiquesd’aidedesfonctions(figure6.10.10)
doiventêtreconçuspourpermettreàdupersonnelnoninformaticiendecomprendre
et d’écrire le programme industriel, autrement dit de décrire en langage formel les
fonctionsduprocédé.
Le langage doit être évolué, c’est-à-dire proche du langage humain. La structure
du langage doit permettre de diviser le programme utilisateur en modules, chacun
définissant une tâche spécifique, telle que le remplissage d’une cuve, le nettoyage
d’une canalisation ou l’impression des données de production. Grâce au langage
évolué, il devient plus facile de mettre à jour le programme utilisateur et de faire des
essais. Avec ce type de programme, l’opérateur apprend vite à communiquer avec
lesystème.Encommençantparlesprincipesdebase,ildéveloppeprogressivement
son “vocabulaire” jusqu’à pouvoir dialoguer avec le système, à propos d’une tâche,
aussi facilement qu’avec un collègue. Il dispose alors d’un puissant instrument pour
commandersonprocédé.
Des solutions électroniques efficaces
Unecommandedeprocédéefficaceexigel’intégrationdesolutionsélectroniquesde
première classe. Pour fonctionner correctement, l’ensemble de l’automatisme doit
être équipé d’émetteurs et de détecteurs fiables.
Pour garantir un maximum de
flexibilité, de fiabilité et d’économie,
le système de commande moderne
doit répondre aux exigences
suivantes :
• Le terminal-écran de l’opérateur
doit être convivial et efficace.
• Le système doit pouvoir évoluer
facilement.
• Le langage de programmation
doit être efficace.
• Le système doit inclure des
composants électroniques
efficaces.
• Le système doit comporter des
logiciels de diagnostic, de
modification et de simulation.
Fig. 6.10.10 Les fonctions d’aide
évoluées, la description des blocs
fonctionnels (1) et la programmation
séquentielle de type Grafcet (2)
constituent un langage puissant et
facile à utiliser pour la programmation.
Project:startup SM:001 IL POS:T TX:07 TY:003
002 003 005
004 006 007
008 009 013
011 012 014
010
015 016 018
017
002 003 005
004
006 007 008 009
013
011 012 014
010
015
001
001
Project:startup SM No:001 DIR TX:00 TY:012A
Motor start circuit 1
automatic check of feedback will signal
after 10 seconds if limit switch
feedback
Start 1
Start 2
Motor 1
OLI
Stop 1
Limit 1
ACOF
#1
10
sec
OR
AND
FB group
selection
Arithemetic
Logic
Data handl.
Execution
Time func.
Counter
Text & alarm
PID control
Communicat.
1
2

8. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10
172
Le système de commande de vannes présenté dans la figure 6.10.11 est un bon
exemple de solution électronique adaptée. L’exploitation d’une laiterie, quelle que
soit sa taille, exige le contrôle et la commande de centaines, voire de milliers de
vannesdansdifférentescombinaisonsetséquences.Lesautomatesprogrammables
constituent la solution idéale pour ne pas oublier la combinaison qui convient à une
tâcheparticulièreetpourprogrammercettedernièreaussirapidementquepossible.
Pour ce faire, l’unité de commande a besoin d’une voie pour communiquer
instantanément avec l’ensemble des vannes. Cela rend l’installation coûteuse; c’est
pourquoi le nouveau système de vannes a été mis au point pour l’éviter.
Le nouveau système comprend un certain nombre d’unités de commande de
vannes (1), une pour chaque vanne. Les unités de commande de vanne sont
connectées à un câble commun et à une canalisation d’air comprimé commune. Ce
câbleestconnectéégalementàunmodem(2),quicommuniqueaveclesystèmede
commande (3). L’installation est extrêmement simplifiée et un tel système de
commande est moins coûteux qu’un système traditionnel.
Il est possible de commander jusqu’à 120 vannes sur le même câble - câble qui
alimente également toutes les vannes. Plusieurs modems, communiquant chacun
avec 120 vannes, peuvent être connectés en série à un système automatisé.
Un autre avantage de ce système est qu’il est bidirectionnel. Lorsque l’unité de
commande de vanne reçoit l’ordre d’ouverture ou de fermeture, celle-ci renvoie un
signal pour confirmer. Le modem scrute continuellement l’état de toutes les vannes
etinformeinstantanémentl’automatedetoutmauvaisfonctionnement.Larecherche
et la correction des défauts sont d’autant facilitées qu’il est possible de débrancher
les unités de commande de vanne individuellement sans affecter le fonctionnement
des autres unités du système.
Exemples de systèmes de commande
Le petit automate programmable
La figure 6.10.12 présente un petit automate pour une
automation ponctuelle destinée, par exemple, à piloter
une machine individuelle ou un sous-procédé. Ce
pourraitêtrelaréceptiondulait,unpasteurisateurouun
système de nettoyage. Les autres applications de
l’automate programmable pourraient être la réception
dematière,legroupage,lafermentation,lastérilisation,
la cuisson, le remplissage de cartons, etc.
L’automateenquestionestunautomateprogrammable
avec 240 entrées et sorties connectées à l’équipement
du procédé. Les entrées reçoivent les signaux d’état
(températures, position des vannes, etc.), et les sorties
envoientlessignauxdecommandeauxpompes,vannes
et moteurs.
Lafigure6.10.13présenteunautreautomate,quicommandeunecanalisationde
réception du lait. L’automate de l’unité scrute constamment les entrées, et compare
l’état courant du procédé aux instructions programmées, puis décide de la mesure
à prendre.
Dansunsystèmecommecelui-ci,l’automatepeutrecevoirlesordresémisparun
opérateur à partir d’un panneau de commande. Il est également possible de
connecter l’automate à un terminal-écran pour entrer les instructions, les messages
de diagnostic et de programmation. Les instructions peuvent également provenir
d’un autre automate.
La commande décentralisée
Une plus grande puissance de calcul et une plus grande capacité mémoire et de
communication sont nécessaires lorsque l’on a besoin d’étendre le système de
commandeàunelignedetraitementcomplèteouàplusieurslignes(figure6.10.14).
Le système automatisé est configuré avec plusieurs unités standards :
• Les automates (1). Leur nombre dépend de la taille de la partie du procédé à
automatiser, et de l’agencement physique des locaux.
• Les interfaces opérateur (2). Ce sont généralement un ou plusieurs terminaux-
écransgraphiques,suivantlenombred’opérateursetdezonesderesponsabilité
duprocédé.
SATTCONTROL
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
SattTop
®
EU
sattcontrol
F1 F2 F3 F4 F5
F6 F7
F8 F9
F10 F11
E
N
T
E
R
0
1 2 3
4 5 6
7 8 9
SHIFT 3
+/-
C
READY
FLOW RATE
PAST. TEMP
COOL. TEMP
1 6 0 0 0 l / h
7 2 . 3
4 . 1
sattcontrol
F1 F2 F3 F4 F5
F6 F7
F8 F9
F10 F11
E
N
T
E
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0
1 2 3
4 5 6
7 8 9
SHIFT 3
+/-
C
READY
FLOW RATE
PAST. TEMP
COOL. TEMP
1 6 0 0 0 l / h
7 2 . 3
4 . 1
Fig. 6.9.11 Système de commande des
vannes.
1 Unités de commande de vanne
2 Modem
3 Système de commande
(automateprogrammable)
3
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
1
2
3
4
5
6
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8
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10
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36
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38
39
1
2
3
4
5
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39
1
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31
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38
39
SA
TTCON 05
sattcontrol
F1 F2 F3 F4 F5
F6 F7
F8 F9
F10 F11
E
N
T
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0
1 2 3
4 5 6
7 8 9
SHIFT 3
+/-
C
READY
FLOW RATE
PAST. TEMP
COOL. TEMP
1 6 0 0 0 l / h
7 2 . 3
4 . 1
1 Panneau opérateur
2 Automate programmable avec
entrée-sortie intégrées
1 2
Fig. 6.10.12 Système de commande pour automation.
Fig. 6.10.13 Petit automate
programmable.
SATTCONTROL
ABC 123
L
i
t
r
e
s

9. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10 173
ABC 123
L
i
t
r
e
s
SATTCONTROL SATTCONTROL SATTCONTROL
Fig. 6.10.14 Grand système automatisé décentralisé. 1 Automate
2 Terminal-écran
3 Câble de réseau
1
1 1
3
2
• Le câble du réseau (3). C’est le cœur des communications entre les différentes
unités. Les automates et les terminaux-écrans sont tous connectés au réseau.
Les automates ont chacun leur propre zone à contrôler dans le procédé et ils
communiquententreeuxparl’intermédiaireduréseau.Autrementdit,ilestparfaitement
faisable d’automatiser une unité de production complète en connectant plusieurs
automates à un réseau et d’avoir un ou plusieurs terminaux opérateur connectés à
ce réseau.
Système de commande à intégration totale
L’étapesuivanteconsisteàconfigurerunsystèmedecommandetotalementintégré.
Dans cette architecture, l’unité de production est constituée de plusieurs zones de
traitement, par exemple, la production du beurre, du fromage et du lait liquide.
Chaquezoneaplusieursautomatesdanssaconfiguration(1)etsouventsespropres
stations opérateur (2), et reçoit les produits d’une zone pour les acheminer vers une
autre.
Au sein de chaque zone, un réseau de transmission est connecté aux différentes
unités.
Ensuite, le même réseau est interconnecté avec toutes les autres zones, si bien
que ces dernières peuvent échanger des informations, telles que données,
commandes, verrouillages, etc. Il est également possible de connecter un terminal
opérateur central pour l’ensemble de l’unité de production. On peut l’équiper de
plusieurs terminaux-écrans graphiques, chacun étant dédié à une zone spécifique
et servant de terminal de secours à une autre zone.
Lorsque tous les automates de l’usine sont connectés au même réseau, il est
possible de connecter un terminal de maintenance central au système. On peut
l’utiliser pour la reprogrammation, la recherche des défauts, l’ajustement et le
réglage.

10. Manuel de transformation du lait/Chapitre 6.10
174
SATTLINE
SATTLINE
SATTLINE SATTLINE SATTLINE
Fig. 6.10.15 Système totalement intégré, avec système d’information de gestion.
1
2
1 Automates
2 Terminal-écran
3 Système d’information
de gestion
3
Dans une unité de production de cette taille, il est essentiel d’opérer un suivi de
la production et de l’économie. Les automates gèrent en permanence une quantité
considérable d’informations et de données du procédé, 24 h/24, et chaque jour de
la semaine et du mois. Savoir ce qui se passe est l’élément clé pour gérer plus
efficacement et plus économiquement l’unité de production.
Lesautomatespeuventeux-mêmesfournirunegrandequantitédedonnéesetde
comptes-rendus, mais il est préférable de dédier un ordinateur séparé (3) pour les
tâches de traitement des informations de gestion et de stockage des bases de
données.
Un système d’information de gestion moderne est dédié au traitement des gros
volumes de données. Ce système compile et traite les données pour générer
différents types de comptes-rendus, analyser l’économie de la production, etc., afin
de faciliter la planification et d’effectuer des prévisions de maintenance préventive.
Ce sont quelques exemples des tâches que l’on peut confier à un système
d’information de gestion (SIG).
Le SIG est souvent articulé autour d’ordinateurs personnels qui utilisent des
logicielsetsystèmesd’exploitationstandardspourPC,telsqueExcel,Windows,etc.