Technologies de base de l'automatisation industrielle : Guide d'intégration 2025

Dans sa forme la plus simple, l'automatisation industrielle est l'application de systèmes de contrôle, qui peuvent être un ordinateur ou un robot, et de technologies de l'information pour gérer divers processus industriels et machines au sein d'une industrie à la place d'un être humain. Néanmoins, la technologie de l'automatisation industrielle comprend l'architecture matérielle et logicielle qui permet à ces systèmes de fonctionner de manière indépendante.

Il s'agit du passage d'une opération manuelle à un contrôle précis et plus efficace des processus. Lorsque nous parlons de technologie d'automatisation aujourd'hui, nous parlons d'un complexe de systèmes qui transforment les matières premières en produits finis avec un minimum d'intervention humaine, et d'un système coordonné de technologie automatisée qui maximise l'efficacité, la sécurité et la cohérence des opérations industrielles.

L'écosystème technologique de l'automatisation industrielle moderne

L'industrie a utilisé la pyramide de l'automatisation, un modèle hiérarchique strict, où les capteurs se trouvent en bas, les contrôleurs au milieu et les systèmes d'entreprise au sommet. Dans ce modèle, le flux de données était linéaire et généralement lent. D'ici à 2025, cette hiérarchie sera remplacée par une structure plus fluide.

Nous nous dirigeons vers une pile technologique d'automatisation moderne. Cet écosystème ne se concentre pas sur des couches structurelles strictes, mais sur la connectivité et le flux de données. Le clivage historique entre les technologies opérationnelles (OT - le matériel physique) et les technologies de l'information (IT - les systèmes de données) est en train de s'estomper. Les appareils de terrain peuvent désormais communiquer avec des unités informatiques de pointe ou des tableaux de bord basés sur l'informatique en nuage sans passer par les goulets d'étranglement traditionnels.

Ce changement correspond à la transition entre des systèmes propriétaires fermés et des systèmes ouverts et interconnectés. Le système est capable de réagir et de s'adapter en temps réel à l'évolution des conditions de production, car les signaux et les données sont échangés sur l'ensemble du réseau. Pour manœuvrer sur ce terrain, il est important de connaître les principales couches fonctionnelles qui composent ce système.

Les technologies abordées dans ce guide ont une feuille de route comme indiqué ci-dessous :

Technologies de terrain : Détection et actionnement avancés

Cette couche est l'interface physique du système d'automatisation. Elle recueille des données environnementales et effectue des activités physiques. Le système de contrôle ne dispose pas des données nécessaires et n'est pas en mesure d'influer sur le processus physique sans une technologie de terrain fiable.

Détection et acquisition de données intelligentes

Dans le passé, les capteurs étaient utilisés comme des interrupteurs discrets, qui signifiaient des états binaires simples tels que Marche/Arrêt ou Présent/Absent.

Les applications industrielles modernes de la technologie de détection ont évolué vers l'acquisition de données. Les capteurs intelligents, tels que ceux qui utilisent des protocoles comme IO-Link, n'envoient pas de simples signaux mais fournissent des rapports d'état détaillés. Par exemple, un capteur photoélectrique peut envoyer des informations de diagnostic sur la contamination de la lentille ou la force du signal directement au contrôleur.

Cette évolution transforme les capteurs en sources actives de données plutôt qu'en composants passifs. Qu'il s'agisse de capteurs de proximité inductifs pour détecter des composants métalliques ou de capteurs photoélectriques pour compter des objets, l'intégrité du signal est la priorité. La condition préalable à un contrôle fiable des processus est la précision des données d'entrée. En outre, en permettant un traitement préliminaire des données à la source, ces capteurs contribuent à l'informatique périphérique, réduisant la latence et la charge des centres de données centraux.

Actionnement de précision et contrôle du mouvement

Après l'acquisition des données, le système doit effectuer des tâches physiques par l'intermédiaire de l'actionnement. Il s'agit de transformer des signaux de commande électriques en mouvements mécaniques pour entraîner des systèmes de convoyage, des machines à commande numérique ou des équipements de manutention. L'industrie s'éloigne de la logique pneumatique de base pour se tourner vers la commande de mouvement de précision.

• Systèmes d'asservissement : Ces systèmes fournissent un retour d'information en boucle fermée sur la position, la vitesse et le couple, ce qui permet aux robots industriels ou aux tables de positionnement d'atteindre une grande répétabilité.
• Pneumatique avancée : Les systèmes pneumatiques modernes intègrent l'électronique pour contrôler dynamiquement la pression afin de permettre la manipulation de matériaux délicats sans les endommager.
• Robotique : Qu'il s'agisse de robots industriels lourds soulevant des tonnes ou de robots collaboratifs travaillant aux côtés de travailleurs humains, ces systèmes automatisent les tâches répétitives sur les chaînes de montage. Cette technologie peut remplacer le travail manuel dans les environnements dangereux.

La précision de ces actionneurs est directement proportionnelle à la qualité des produits. Les incohérences d'actionnement dans les systèmes électriques peuvent entraîner des erreurs d'usinage, une étanchéité inefficace ou des défauts d'assemblage.

Technologies de contrôle : Logique et traitement des signaux

L'architecture de l'automatisation s'articule autour de la couche de contrôle. Elle reçoit des données brutes de terrain, exécute la logique programmée et envoie des commandes aux actionneurs. Cette couche est essentielle pour la sécurité des opérations et l'efficacité de la production.

Evolution des automates programmables industriels (API)

L'automate programmable reste la norme en matière d'automatisation programmable et de contrôle discret. Néanmoins, les exigences des contrôleurs logiques en 2025 sont très différentes de celles des anciens modèles.

Les automates modernes sont axés sur la vitesse de traitement et la modularité du matériel. Ils doivent être capables d'effectuer des analyses logiques complexes en quelques microsecondes pour suivre le rythme des chaînes d'emballage ou d'assemblage rapides dans le secteur manufacturier. La modularité permet d'incorporer des cartes de communication ou des modules d'E/S pour permettre l'extension des systèmes d'automatisation sans nécessairement remplacer l'ensemble du matériel. Toutefois, la qualité de l'alimentation électrique est le seul facteur déterminant de la fiabilité de ces systèmes de contrôle.

• Stabilité de la tension : Une chute de tension temporaire peut entraîner une réinitialisation de l'automate, ce qui provoque des arrêts de production et des pertes de données. Les alimentations de bonne qualité sont dotées d'un dispositif de démarrage progressif. Cette technologie est efficace pour éliminer les courants de surtension d'entrée CA lors du démarrage, éliminant ainsi le stress électrique sur les charges sensibles telles que les cartes maîtresses des PLC.
• Mondial Compatibilité & Compacité : Pour répondre aux normes internationales de fabrication intelligente, il faut des unités d'alimentation avec une large plage de tension d'entrée de 100 à 240 V. Cela permet aux constructeurs de machines de normaliser la conception de leurs armoires de commande pour les marchés internationaux. Cela permet aux constructeurs de machines de normaliser la conception de leurs armoires de commande pour les marchés internationaux. En outre, les composants de commande plus petits permettent d'installer davantage d'appareils sur des rails DIN de 35 mm, ce qui optimise l'espace de l'armoire de commande.
• Protection et intégrité du signal : Les interférences électromagnétiques (EMI) peuvent perturber les signaux logiques dans une armoire de commande. Les alimentations industrielles dotées de filtres EMI intégrés sont nécessaires pour s'assurer que le bruit généré par les appareils à haute puissance n'interfère pas avec la logique de commande. Une protection contre les courts-circuits et les surcharges est également intégrée, ce qui signifie que l'alimentation se déconnecte automatiquement en cas de défaillance et se reconnecte automatiquement, garantissant ainsi la poursuite du processus de fabrication avec un minimum d'interventions de maintenance.

Un processeur haute performance ne peut fonctionner correctement sans une alimentation stable. Les blocs d'alimentation et les relais industriels constituent une infrastructure critique pour l'automate programmable. Alimentations industrielles OMCH sont conçus pour être cette colonne vertébrale fiable. Nos unités prennent en charge une large entrée 100-240 V pour une compatibilité globale et disposent de filtres EMI intégrés pour protéger la logique sensible de l'automate contre le bruit. Dotés d'une fonction de démarrage progressif pour éviter les surintensités et les réactions transitoires rapides, ils maintiennent une tension stable en cas de fluctuations. Toutes ces protections, y compris la sécurité contre les courts-circuits, sont intégrées dans une conception compacte qui optimise l'espace sur le rail DIN, garantissant ainsi un fonctionnement sans interruption de votre automatisation.

Architecture des systèmes de contrôle distribués (DCS)

Les automates programmables sont optimisés pour les commandes discrètes à grande vitesse, Systèmes de contrôle distribués (DCS) sont conçus pour le contrôle de processus complexes.

Les PLC sont conçus pour être utilisés dans le cadre d'un contrôle discret à grande vitesse, tandis que les systèmes de contrôle distribués (DCS) sont destinés à être utilisés dans le cadre d'un contrôle de processus complexe.

Dans d'autres industries, comme le raffinage du pétrole ou le traitement chimique, l'utilisation d'un seul contrôleur constitue un danger majeur. L'architecture DCS permet de surmonter ce problème en répartissant les fonctions de contrôle entre de nombreux processeurs au sein de l'usine. La redondance est la caractéristique d'un DCS. En cas de défaillance d'un processeur ou d'un module, un système de secours entre en jeu et le processus n'est pas interrompu et reste sûr.

Technologies de connectivité : Protocoles industriels et IIoT

L'un des principaux problèmes de l'automatisation industrielle est l'interopérabilité, c'est-à-dire la capacité des appareils de différents fabricants à communiquer entre eux. Les normes d'emballage, de transmission et de réception des données sont déterminées par les technologies de connectivité. L'objectif est de supprimer l'isolement des données, de garantir la fluidité du flux de données et de créer des systèmes véritablement ouverts.

Il existe deux grands types de protocoles de communication utilisés dans l'industrie. Les protocoles de bus de terrain (comme Profibus et Modbus) sont des normes de communication série qui se caractérisent par leur force et leur simplicité et qui conviennent au transfert de petits paquets de données sur de longues distances. La norme moderne est l'Ethernet industriel (par exemple, Ethernet/IP, Profinet et EtherCAT). Ces protocoles industriels utilisent des câbles Ethernet standard mais font appel à des techniques déterministes pour s'assurer que les données sont reçues dans des délais déterminés.

La connexion est basée sur une couche physique solide. Les passerelles et les dispositifs de périphérie fournissent des ponts qui convertissent les signaux hérités en protocoles actuels de l'internet industriel des objets (IIoT), tels que OPC UA et MQTT, afin de les intégrer au nuage. Cette intégration IIoT est l'épine dorsale des usines intelligentes. Pour que ces hubs de communication aient un temps de fonctionnement constant, l'infrastructure électrique qui les sous-tend doit être stable, même en présence du bruit électrique et des fluctuations courantes dans un environnement industriel.

Technologies de supervision : Visualisation et SCADA

Les technologies de supervision sont l'interface entre le système automatisé et les opérateurs humains, qui convertit les données binaires en visualisation exploitable.

Cette interface commence par l'interface homme-machine (IHM). Une IHM offre un contrôle et une surveillance locaux. Elle permet aux opérateurs d'envoyer des commandes (par exemple, démarrer un lot) et d'obtenir des informations en retour (par exemple, des alarmes ou des rapports d'état). Une bonne conception d'IHM met l'accent sur la connaissance de la situation, où des indicateurs visuels sont utilisés pour signaler les anomalies dès que possible, minimisant ainsi le temps d'intervention humaine et évitant les erreurs.

Le système SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) offre une vision globale à l'échelle de l'usine. Contrairement à une IHM qui est généralement liée à une seule machine, les systèmes SCADA combinent les données de plusieurs automates pour calculer des indicateurs de suivi en temps réel tels que l'efficacité globale des équipements (OEE) et d'autres indicateurs clés de performance. Les nouveaux systèmes SCADA basés sur le web deviennent la norme et fournissent des tableaux de bord qui peuvent être surveillés et gérés à distance. La principale valeur ajoutée est la rapidité de la prise de décision, c'est-à-dire la détection en temps réel des goulets d'étranglement dans la production afin de respecter les objectifs de rendement.

Tendances émergentes : Intégration de l'IA et Edge Computing

Les technologies de pointe améliorent les systèmes d'automatisation actuels en permettant de prendre des décisions plus rapidement et d'analyser les données plus efficacement.

Le Machine Learning (ML) et l'Intelligence Artificielle (IA) sont en train de changer la façon dont les systèmes fonctionnent. Par rapport à la programmation statique traditionnelle, l'apprentissage automatique concerne les algorithmes qui apprennent à partir des données pour s'améliorer avec le temps sans qu'on leur dise ce qu'ils doivent faire. Cette capacité transforme trois aspects importants :

• Contrôle de la qualité : Les systèmes de vision pilotés par ML apprennent à distinguer les pièces acceptables des pièces défectueuses avec une précision supérieure, en identifiant des défauts microscopiques que les capteurs standard pourraient manquer.
• Prédictif Maintenance: En analysant les données historiques, telles que les vibrations du moteur ou les tendances de la température, les modèles ML peuvent prédire les défaillances de l'équipement des semaines avant qu'elles ne se produisent, ce qui permet d'intervenir de manière proactive. Il s'agit là d'une avancée considérable pour l'amélioration continue et la réduction des temps d'arrêt imprévus.
• Processus Optimisation: Des algorithmes intelligents analysent les données de flux de production en temps réel pour ajuster les paramètres, maximiser le rendement, optimiser l'utilisation de l'énergie et réduire les délais.

Les jumeaux numériques permettent de simuler ces changements avant leur mise en œuvre, ce qui facilite la gestion du changement. En outre, l'informatique en périphérie complète ce dispositif en traitant les données à la source. Le temps de latence est important dans les applications à grande vitesse, comme un système de vision qui inspecte les produits à grande vitesse. Les dispositifs de périphérie traitent les données sur place pour prendre des décisions de contrôle instantanées (par exemple, rejeter une pièce défectueuse) et n'envoient aux serveurs centraux que les données récapitulatives pertinentes. Ces technologies permettent de multiplier le matériel existant et d'améliorer l'efficacité du système.

Adapter l'automatisation aux besoins de l'industrie

Les stratégies d'automatisation dans les industries doivent être adaptées aux besoins spécifiques du processus de fabrication et à la stratégie plus large de transformation numérique. Le choix de la pile technologique dépend grandement du processus discret ou continu.

Dans la fabrication discrète (par exemple, l'industrie automobile ou l'électronique), la production se fait en unités discrètes et dénombrables. Les principaux objectifs sont la réduction du temps de cycle, la précision du positionnement et la vitesse d'assemblage. Les automates programmables à grande vitesse, les commandes de mouvement asservies et les capteurs à réponse rapide sont les solutions d'automatisation essentielles pour la fabrication automobile. Un retard de quelques millisecondes dans la réponse des capteurs peut entraîner des collisions mécaniques ou des défauts.

Dans la fabrication de processus (par exemple, chimie, alimentation et boissons), le produit est une substance ou une formulation continue. Les objectifs sont la cohérence, le respect des recettes et la constance des opérations. La technologie met l'accent sur les DCS, les boucles de contrôle PID et l'instrumentation analogique de précision. La principale menace est l'instabilité des processus ; une coupure de courant peut détruire un lot de production entier ou présenter des risques pour la sécurité.

Il existe des scénarios hybrides où les deux types se recoupent, par exemple une installation qui reçoit des liquides (processus) et les conditionne (discret).

Malgré les différences architecturales, l'exigence de fiabilité des “composants de contrôle” est universelle. Les systèmes discrets et les systèmes de traitement dépendent d'alimentations stables et de composants de commutation pour fonctionner correctement.

Choix des technologies en fonction de l'évolutivité de l'application

Le choix de la technologie d'automatisation ne se limite pas à l'achat du matériel le plus récent, mais consiste également à aligner la complexité de la technologie sur l'échelle particulière et les objectifs stratégiques de l'installation. Cet alignement stratégique est essentiel pour réduire les coûts et garantir un retour sur investissement élevé.

Pour prendre cette décision, il est conseillé aux ingénieurs et aux décideurs de classer leurs besoins en fonction de l'échelle des opérations :

Néanmoins, il existe un principe applicable à tout degré d'automatisation : La fiabilité d'un système est définie par ses éléments les plus fondamentaux. Les fonctions de haut niveau ne peuvent pas provoquer l'instabilité du matériel.

C'est là qu'OMCH s'inscrit dans votre stratégie. Nos produits sont conçus pour répondre à des normes internationales élevées afin de garantir la continuité de fonctionnement de vos systèmes critiques, avec l'appui d'une transparence totale et de rapports d'essai. En outre, nous avons 38 ans d'expérience en automatisation dans les secteurs de l'énergie, de l'automobile et des nouvelles énergies. Cette connaissance approfondie du domaine nous permet de créer des produits spécifiques aux problèmes de l'industrie et de fournir des solutions systématiques et personnalisées. Quelle que soit l'ampleur de votre projet de modernisation ou d'un projet plus complexe, collaborer avec OMCH signifie que votre automatisation sera construite sur la base de la qualité.