Automate programmable ou contrôle PC-based : quelle architecture choisir ?

Pendant des décennies, l'automate programmable a constitué le cœur de nombreuses installations d'automatisation industrielle.

Commande séquentielle, gestion d'entrées/sorties, contrôle de machines, communication avec une IHM : son rôle est parfaitement établi.

Mais les machines industrielles évoluent.

Elles doivent désormais non seulement contrôler des actionneurs, mais également échanger avec des systèmes MES, collecter des données de production, communiquer avec des équipements de vision, gérer différents protocoles industriels ou encore exécuter des traitements informatiques plus complexes.

Cette évolution fait apparaître une autre approche : le contrôle PC-based, dans lequel une plateforme informatique industrielle prend en charge une partie ou la totalité des fonctions de contrôle.

• La question n'est donc pas : « Un PC industriel est-il meilleur qu'un automate ? »
• La bonne question est : « Quelle architecture correspond aux fonctions que doit réellement assurer la machine ? »

Un automate programmable industriel, ou PLC, est conçu spécifiquement pour exécuter des fonctions de contrôle.

Il traite les entrées, exécute une logique déterminée puis commande les sorties selon un cycle maîtrisé.

Une architecture classique peut par exemple associer : capteurs → automate → actionneurs avec une IHM pour permettre à l'opérateur d'interagir avec la machine.

L'automate est particulièrement adapté aux applications nécessitant une exécution régulière et prédictible de la logique de contrôle.

Il reste donc parfaitement pertinent pour un grand nombre de machines industrielles.

Le contrôle PC-based consiste à utiliser une plateforme informatique industrielle comme élément important de l'automatisation.

Selon le projet, le PC peut exécuter :

• des fonctions de contrôle ;

• des logiciels de supervision ;

• de la collecte de données ;

• des applications de vision ;

• des communications avec un MES ;

• des bases de données ;

• des applications métier ;

• différents services de communication industrielle.

Dans certaines architectures, des fonctions de contrôle temps réel peuvent être exécutées directement sur la plateforme PC.

Dans d'autres, le PC complète un automate existant.

Il ne faut donc pas considérer le PC-based control comme une architecture unique : plusieurs répartitions des fonctions sont possibles entre automate et ordinateur industriel.

Le tableau ne désigne pas un gagnant.

Les deux solutions répondent à des logiques différentes.

L'arrivée du PC-based control ne remet pas en cause l'intérêt de l'automate.

Dans de nombreux projets, celui-ci reste même la solution la plus cohérente.

Une fonction claire : contrôler la machine

Lorsqu'une application doit essentiellement :

• lire des entrées ;

• exécuter une logique de commande ;

• commander des sorties ;

• gérer des séquences ;

• communiquer avec une IHM ;

un automate peut répondre directement au besoin sans ajouter une couche informatique complexe.

Des cycles de contrôle maîtrisés

Dans une application d'automatisation, certains événements doivent être traités dans des délais connus et reproductibles.

Cette notion de déterminisme est au cœur du fonctionnement de nombreux systèmes PLC.

Une architecture compréhensible et structurée

Une machine composée d'un automate, de modules d'E/S, d'une IHM et de variateurs peut également être plus simple à diagnostiquer lorsqu'elle repose sur des technologies bien maîtrisées par l'équipe de maintenance.

Le contrôle PC-based devient particulièrement intéressant lorsque la machine ne doit plus uniquement exécuter de la logique d'automatisation.

1. Lorsque l'application nécessite davantage de calcul

Certaines machines doivent exécuter simultanément plusieurs traitements :

• contrôle ;

• supervision ;

• traitement de données ;

• calcul ;

• interfaces graphiques ;

• applications métier.

Une plateforme PC industrielle dispose généralement de ressources CPU, mémoire et disque plus importantes qu'un automate classique.

Elle peut donc permettre de regrouper plusieurs fonctions sur une même plateforme lorsque l'architecture et les exigences temps réel le permettent.

2. Lorsque la vision industrielle fait partie de la machine

Une application de vision peut nécessiter :

• acquisition d'images ;

• traitement d'images ;

• communication avec plusieurs caméras ;

• stockage ou gestion de résultats ;

• éventuellement traitement IA.

Dans ce type de configuration, un PC industriel peut devenir un composant central du système.

L'automate peut continuer à gérer les séquences déterministes tandis que le PC prend en charge les traitements de vision.

3. Lorsque la machine doit communiquer avec le système d'information

Les machines modernes échangent de plus en plus de données avec :

• MES ;

• bases de données ;

• serveurs ;

• systèmes de traçabilité ;

• infrastructures IIoT ;

• applications de supervision.

Une plateforme PC peut faciliter l'exécution de logiciels et services nécessaires à ces échanges.

Cette convergence renforce le lien entre OT – Operational Technology et IT – Information Technology.

4. Lorsque plusieurs fonctions doivent être regroupées

Une architecture traditionnelle peut comporter plusieurs équipements distincts :

• automate ;

• PC industriel ;

• passerelle ;

• terminal opérateur ;

• système de vision ;

• unité de collecte de données.

Selon l'application, une architecture PC-based peut permettre de regrouper certaines de ces fonctions.

Le bénéfice n'est toutefois réel que si cette consolidation ne dégrade ni la disponibilité, ni la maintenabilité, ni les exigences temps réel du système.

C'est l'un des points les plus importants.

Un ordinateur exécutant un système d'exploitation généraliste n'est pas automatiquement équivalent à un automate temps réel.

Il faut distinguer : la puissance de calcul et le comportement temporel du système.

Un processeur puissant peut effectuer énormément de calculs mais cela ne signifie pas automatiquement qu'une tâche de contrôle sera exécutée avec une latence déterministe.

Pour les fonctions exigeant du temps réel, la plateforme, le système d'exploitation, le runtime de contrôle et l'architecture logicielle doivent être conçus en conséquence.

Le choix d'un PC-based control doit donc être fait à partir des contraintes de cycle et de déterminisme de la machine, et pas uniquement à partir des performances du processeur.

Dans la pratique, le choix n'est pas nécessairement binaire.

De nombreuses machines peuvent associer : automate + PC industriel

L'automate assure alors les fonctions de contrôle déterministe tandis que le PC traite les fonctions nécessitant davantage de ressources informatiques.

Par exemple :

PLC :

• séquences machine ;

• entrées/sorties ;

• interverrouillages ;

• commande d'actionneurs.

PC industriel :

• vision ;

• acquisition et traitement de données ;

• supervision ;

• bases de données ;

• interfaces avec le MES ;

• calcul avancé.

Cette architecture permet de conserver une séparation claire entre contrôle machine et informatique.

Ces deux architectures ne doivent pas être confondues.

PLC + PC industriel

Deux systèmes assurent des fonctions différentes.

L'automate reste responsable du contrôle et le PC fournit les fonctions informatiques complémentaires.

Contrôle PC-based intégré

Une même plateforme prend en charge davantage de fonctions, potentiellement jusqu'au contrôle temps réel lui-même.

Cette approche peut réduire le nombre d'équipements mais augmente l'importance de la conception logicielle, du système d'exploitation et de la gestion des ressources.

Machine autonome à fonctions simples

Une machine qui réalise essentiellement des séquences déterminées, avec quelques capteurs, actionneurs et une IHM, peut parfaitement rester sur une architecture PLC classique.

Machine de conditionnement connectée

Si la machine doit gérer le contrôle mais également transmettre des données vers un MES et assurer de la traçabilité, plusieurs options existent.

Un automate peut rester au cœur du contrôle tandis qu'un PC industriel prend en charge les échanges et applications complémentaires.

Machine de vision

Lorsque plusieurs caméras ou traitements d'images sont intégrés, une plateforme PC apporte généralement davantage de ressources informatiques.

L'automate peut néanmoins continuer à piloter les fonctions temps réel de la machine.

Robotique et cellules automatisées

Une cellule robotisée peut nécessiter contrôle, coordination, supervision, communication et traitement de données.

L'architecture doit alors être définie selon la répartition souhaitée entre contrôleur robot, automate et PC industriel.

Machine intégrant de l'Edge AI

Lorsqu'une machine exécute des modèles d'intelligence artificielle localement, une plateforme informatique équipée des ressources de calcul nécessaires peut devenir indispensable.

Pour comprendre à quel moment ce type de traitement doit réellement être réalisé localement, consultez notre guide Edge AI industriel : quand faut-il réellement traiter l'IA en périphérie ?

Avant de choisir le matériel, commencez par répondre aux questions suivantes.

• Quelles fonctions doivent être déterministes ? Identifiez les tâches dont le temps d'exécution doit rester parfaitement maîtrisé.
• Quelles fonctions nécessitent une puissance de calcul importante ? Vision, analyse de données, IA ou traitements avancés peuvent orienter l'architecture vers une plateforme informatique plus puissante.
• La machine doit-elle exécuter des logiciels standards ? Si l'application nécessite des logiciels Windows ou Linux, une plateforme PC peut devenir nécessaire.
• Quelle quantité de données doit être traitée ? Le volume de données, leur fréquence et leur destination influencent fortement l'architecture.
• Quel niveau d'intégration IT/OT est nécessaire ? Une machine fortement connectée au MES, aux bases de données ou aux infrastructures réseau peut nécessiter davantage de fonctions informatiques.
• Quelle maintenance sera réalisée sur le terrain ? Une architecture très consolidée peut réduire le nombre d'équipements, mais elle peut également augmenter l'impact d'une défaillance unique. La stratégie de maintenance doit donc être prise en compte dès la conception.

Ce tableau sert uniquement de première orientation.

La réponse dépend des exigences temps réel, des logiciels, de la maintenance, des interfaces et du niveau de criticité de l'application.

Opposer systématiquement l'automate au PC industriel est une simplification.

Le PLC reste particulièrement pertinent pour le contrôle déterministe de nombreuses machines.

Le PC industriel apporte de son côté davantage de possibilités lorsque l'application nécessite du calcul, de la vision, de la gestion de données, des logiciels complexes ou une forte intégration avec les systèmes IT.

Et dans de nombreux projets, les deux technologies sont complémentaires.

La bonne architecture est celle qui affecte chaque fonction au système le plus adapté : contrôle temps réel, traitement informatique, interface opérateur, données et communication.

Avant de sélectionner la plateforme, définissez donc précisément ce que la machine doit contrôler, calculer, afficher, stocker et transmettre.