La technique de l’automatisation englobe l’ensemble des procédures et équipements de travail qui permettent le fonctionnement autonome des installations. Cela comprend les machines, les appareils, les instruments et autres dispositifs. L’intervention humaine n’est que très peu nécessaire.
La discipline appartenant aux sciences de l’ingénierie couvre une approche pluridisciplinaire qui inclut du génie mécanique et de l’électrotechnique. Le but de la technique de l’automatisation est d’automatiser les machines et installations de telle sorte qu’elles travaillent de manière autonome avec efficacité et un faible taux d’erreur. Selon la complexité des installations, il est possible d’atteindre des degrés d’automatisation différents. Plus cette automatisation est élevée, moins l’homme doit intervenir dans les processus de commande. Le perfectionnement des composants centraux contribue fortement à rendre les systèmes de plus en plus performants. Harmonic Drive AG est un partenaire compétent en matière d’entraînement de qualité dans le domaine de la technique de l’automatisation.
Les avantages de la technique de l’automatisation : allègement des tâches et performance augmentée
Les systèmes automatisés offrent de nombreux avantages. Ils effectuent à la place des humains des travaux dangereux et physiques. Les tâches répétitives et fatigantes aussi sont effectuées par la machine. Ce n’est pas pour rien que le progrès de l’automatisation est en lien étroit avec la croissance démographique. Car avec l’augmentation de la population est né le besoin en biens de haute qualité et la production de masse est née.
Outre le soulagement offert aux humains, la technique de l’automatisation présente des avantages supplémentaires : les machines offrent une performance continue de haut niveau. Leur rythme de travail dépasse considérablement la vitesse des processus effectués manuellement. Par ailleurs, la technique de l’automatisation améliore la qualité des produits et réduit les coûts de personnel.
Les prémices de la technique de l’automatisation
Les prémices de la technique de l’automatisation trouvent leur origine dès le 18e siècle. En 1785, Edmond Cartwright inventa le métier à tisser entièrement mécanique. Grâce à de petites planches de bois, il était possible de fabriquer des motifs uniformes. Le métier à tisser était alors souvent entraîné par deux hommes fixes qui tournaient une manivelle. En utilisant le principe fondamental de la mécanisation, le métier à tisser marqua une étape décisive sur la voie de l’industrie.
Dès 1788, James Watt jeta les bases de la technique de l’automation. Il transposa le principe du régulateur centrifuge des moulins au génie mécanique. Lesdits composants régulaient la vitesse de la machine à vapeur de manière constante.
Les domaines d’application de la technique de l’automatisation
La technique de l’automatisation et ses systèmes sont désormais utilisés dans presque tous les aspects de la vie quotidienne. L’automatisation des produits ménagers est ainsi devenue incontournable comme le montre le lave-vaisselle par exemple. Les véhicules offrent un supplément de sécurité et de confort grâce au système de frein antiblocage et à la transmission automatique. La technique de l’automatisation est également présente dans l’électronique du divertissement – La Smart Home en est un exemple très actuel.
L’automatisation occupe aussi une place de choix dans le domaine de la production. Les technologies automatisées apparaissent également dans les installations du génie technologique par exemple, comme dans les installations des centrales électriques et des chaînes de fabrication. Parmi les secteurs qui ont largement recours à ces solutions, l’on trouve notamment l’industrie automobile, le génie mécanique, l’industrie électrique, mais également l’aéronautique. Le besoin de l’industrie en automatisation intelligente croît de manière exponentielle et ne semble pas vouloir stagner dans un futur proche.
tructure des systèmes automatisés
Un système automatisé se compose d’une installation à commander, de la commande d’automatisation assistée par ordinateur et des périphériques. Cet environnement dispose de capteurs qui collectent des données de contrôle, et d’actionneurs qui appliquent les ordres de commande. Un autre élément intervient, à savoir les systèmes de bus de terrain interconnectés. Ces derniers relient les différents composants d’automatisation entre eux, mais aussi au dispositif de commande.
Les fonctions de la technique de l’automatisation
Les systèmes de l’automatisation remplissent différentes fonctions clés. Celles-ci sont, d’une part, le mesurage et le contrôle. Les autres tâches du système sont notamment la régulation et la communication. La salle de contrôle est une composante technique essentielle pour la commande des différents procédés. C’est ce qu’on appelle les interactions Homme-machines.
Les différents sous-domaines de la technique de l’automatisation incluent des composants techniques particuliers. Ainsi, le mesurage est effectué à l’aide de capteurs. Ces sondes déterminent les propriétés physiques et chimiques telles que l’humidité, la pression ou la chaleur. On distingue ici les capteurs passifs des capteurs actifs. Le mesurage propose un vaste choix de capteurs, qui ont été spécialement conçus pour les systèmes automatisés.
La commande des installations en automatisation s’effectue au moyen d’un Automate Programmable Industriel (API) sur la base du numérique. Les ordres de contrôle parviennent au système par le biais d’actionneurs qui sont par exemple des moteurs, des vannes ou des aimants. Auparavant, les systèmes étaient composés d’automates à programmes câblés dont les modifications de programme nécessitaient une adaptation des câblages. Pour l’API en revanche, seul le programme reste à modifier. Ce dispositif de commande a été développé en 1968 aux États-Unis et fut introduit en Europe en 1973.
La régulation consiste à mesurer en continu la dimension à réguler et à la comparer avec la valeur souhaitée. Si le résultat de mesure diffère, une correction est apportée. Cette procédure s’effectue par ordinateur.
La technique de l’automatisation dispose d’un système de communication complexe qui s’appuie sur de nombreux capteurs et actionneurs différents. Ces composants sont reliés par des systèmes de bus de terrain tels que des profibus ou des CAN bus. Au moyen de protocoles normalisés, le système régule la manière dont plusieurs participants utilisent une ligne de données. Aujourd’hui, la communication de la technique de l’automatisation s’effectue également par Ethernet. La maintenance des installations peut alors être effectuée à distance.
Piloter et surveiller par le biais des interactions Homme-machines
Avec les systèmes de l’automatisation, l’opérateur interagit par le biais d’une interface utilisateur. En utilisant les interactions Homme-machines (IHM), les utilisateurs reçoivent rapidement une vue d’ensemble de toutes les procédures de service. Ils peuvent surveiller l’installation, commander les machines et intervenir dans les processus sur la base d’une décision sécurisée. Les responsables ont accès aux informations au moyen d’un pupitre de commande ou d’une visualisation des processus. Le pupitre est équipé de témoins lumineux, de touches et de zones d’affichage. La visualisation par logiciel s’effectue sur un terminal de commande. Les technologies IHM modernes s’intègrent en principe aux systèmes d’automatisation des exploitants d’installations grâce à des interfaces ouvertes standardisées.
Les composants de qualité de l’automatisation
De nombreux composants font partie intégrante des techniques de commande et de régulation ; c’est le cas des technologies spécifiques d’entraînement. Pour les exploitants d’installations, il est recommandé de travailler avec un fournisseur qualifié et expérimenté. Harmonic Drive AG développe, construit et réalise des solutions individuelles d’entraînement pour le domaine de la robotique et de l’automation. Les réducteurs, moteurs et autres composants s’utilisent de façon modulaire.
Les exigences de sécurité relatives à l’utilisation de l’automatisation
Une panne sur les installations automatisées, dans une usine chimique par exemple, représente un risque pour la sécurité. C’est pourquoi les exigences pour une exploitation fiable sont très élevées dans ce domaine. L’automatisation est, par conséquent, soumise à de nombreuses directives et dispositions en matière de sécurité. Par exemple, la directive VDI/VDE 2180 de l’Association des ingénieurs en Allemagne contient de nombreuses prescriptions concernant l’utilisation du contrôle des processus.
Si les installations sont reliées à Internet, des spécialistes en informatique doivent sécuriser les structures de communication, afin d’empêcher toute attaque éventuelle et autres tentatives d’espionnage.
L’avenir : l’industrie 4.0
La technique de l’automatisation est considérée comme une industrie clé sur la voie de l’industrie 4.0. Ce concept implique l’utilisation de systèmes intelligents et numériques reliés entre eux et qui permettent une production industrielle en grande partie autonome. L’Homme, les installations, les produits et la logistique d’une Smart Factory sont liés par la communication. L’approche est considérée comme la 4e révolution industrielle.