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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master Académique Par: Mr. LAMINE Elbarka Mr.HAMMOUALI abdelhamid Intitulé Soutenu devant le jury composé de: Dr.BENAHCENE Madani Université M’SILA Président Dr.LALAOUI Lahouaoui Université M’SILA Rapporteur Dr.KHALFA Ali Université M’SILA Examinateur Année universitaire : 2018 /2019 Conception d'une Régulation de Niveau avec un Automate Programmable FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE N° :ESEM05/2019 DOMAINE : SCIENCES TECHNOLOGIE FILIERE : ELECTRONIQUE OPTION : ELECTRONIQUE DES SYSTÉMES EMBARQUÉS Dédicace Je dédie ce modeste travail : A mes très chers parents, pour leur soutien et encouragement le long de mes années d’études, aucun hommage ne pourrait être à la hauteur de l’amour dont ils ne cessent de me combler. Que dieu leur procure bonne santé et longue vie. A mes chères sœurs que dieu les garde pour moi. A mes chers amis : aucun mot ne saurait exprimer tout l’amour que j’ai pour eux. A toutes mes chères amis chaqu’un par son nom et particulièrement. A tous mes enseignants et mes collègues. Et à tous ceux que ma réussite leur tient à cœur Qu’ils trouvent ici l’expression de toute ma reconnaissance Abdelhamid Dédicace Je dédie ce travail: À la lumière de mon voyage, à mes parents qui m'ont donné La vie, symbole de la tendresse et de mon école d’enfance, qui On m'a promis toute ma vie de m'encourager à Assistance et protection psychologique toutes les années Études. Dieu les protège et les protège. À mes frères et sœurs. Et toute ma famille. Aux stars de ma vie: mes amis. Pour chacun des Aziz Ali. Pour tous ceux qui m’aiment. Pour tout ce que j'aime. Pour toutes la promotion électronique 2019. Pour tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à Réaliser ce travail modeste. Elbarka REMERCIEMENTS Nous voulons remercier Dieu d'abord. Nous donner la force et la patience nécessaires pour accomplir cette tâche modeste. Deuxièmement, nous voudrions remercier nos chers parents qui ont toujours été avec nous et qui ont fourni un excellent exemple de travail acharné et de persévérance. Nous remercions également notre exécutif Mr. LALAOUI LAHOUAOUI qui a eu la gentillesse de nous superviser pour développer et observer notre projet de remise des diplômes. Nous souhaitons également remercier les membres du jury qui nous ont honorés pour avoir examiné ce travail et présenté leurs idées et leurs propositions scientifiques. Nous saisissons cette occasion pour remercier tous les professeurs de l’Université de M’Sila pour tout ce qu’ils nous ont fourni, proches et lointains, avec leur aide généreuse pour développer ce travail. Elbarka et Abdelhamid Sommaire Liste des figures........................................................................................................................ Liste des Tableaux…………………………………………………………………………… Liste des abréviations………………………………………………………………………... Introduction générale..............................................................................................................1 Chapitre I : Les automates Programmables Industriels I.1. Introduction ………………………………………………………………………….…4 I.2. Systèmes automatisés …………………………………………………………………..4 I .2.1. Objectif de l'automatisation …………………………………………………..…4 I.2.2. Les avantages et les inconvénients de l’automatisation ………………………….5 I.2.2.1. Les avantage …………………………………………………………..…..5 I.2.2.2. Les inconvénients …………………………………………………………5 I.2.3. Domaines d'application des systèmes automatisés ………………………………5 I .2.4. Structure d’un automatisme ……………………………………………………..5 I. 2.5. Mise en œuvre d’un automate ……………………………………..…………….7 I .2.6. Caractéristiques d’un automatisme ………………………………………...…….7 I .3.Définition d’un API ……………………………………………………………….…. 8 I .3.1. Principe générale de fonctionnement d’un API…………………………………. 8 I .3.2. Architecture d’un API …………………………………………………………....9 I.3.2.1. Aspect extérieur …………………………………………………………....9 I.3.2.1.1.Compacte ……………………………………………...…………..9 I.3.2.1.2.Modulaire …………………………………………………………9 I.3.2.2. Structure interne ……………………………………………………………9 I.3.2.2.1. Un module d’alimentation ………………………..………………9 I.3.2.2.2. Une unité de traitement ou processeur …………………….…….10 I.3.2.2.3. Une mémoire programme …………………………………..……10 I.3.2.2.4. Une mémoire de données ………………………………..……….10 I.3.2.2.5. Une interface d’entrée ……………………………………………10 I.3.2.2.6. Une interface de sortie …………………………………..………..11 Sommaire I .3.3. Critère de choix de l’automate programmable industriel …………………….…….11 I .4. Présentation d’un automate ……………………………………………………..……12 I .5. Présentation de quelques gammes SIMATIC ………………………………………..13 I .5.1. SIMATIC S7 ………………………………………………………………...…13 I .5.1.1. SIMATIC S7-200 ……………………………………………….……….13 I .5.1.2. SIMATIC S7-300 ………………………………………………………..14 I .5.1.3.SIMATIC S7-400 ……………………………………………………...…14 I .5.2. Présentation de l’automate à utiliser S7-300 ………………………..………….15 I.5.3. Critère de choix d’un API ………………………………………………..……..16 I .5.4. Description de l’Automate S7-300 ………………………………….…………16 I .5.5. Constitution de l’automate S7-300………………………………………..……16 I.6. Présentation de logiciel de programmation STEP7 ……………………..…………..18 I.7. Langages de programmation …………………………………………………..…….18 I.7.1.Liste d’instructions (IL : Instruction List) ……………………………...……….18 I.7.2.Langage littéral structuré (ST : Structured text) ……………………………….18 I.7.3.Langage à contacts (LD : Ladder Diagram) ……………………………………18 I.8. Présentation de Win CC Runtime Advanced …………………………..……………..19 I.8.1. Introduction ……………………………………………………………..………19 I.8.2. Les taches d'un système IHM……………………………………..…………….19 I.9.Conclusion …………………………………………………………………………….20 Chapitre II : Généralité sur les remplisseuses et régulation II.1. Introduction ……………………………………………………………………..……22 II.2. Les remplisseuses ………………………………………………………………..…..22 II.2.1.Les remplisseuses rotatives……………………………………………….…….22 II.2.2.Les remplisseuses linéaires……………………………………………………...23 II.3.Systèmes de remplissage…………………………………………………….………..23 II.3.1.Remplisseuse à niveau …………………………………………………………..24 II.3.2. Remplisseuse à débitmètre ……………………………………………………..24 II.3.3. Remplisseuse pondérale ………………………………….……………………..25 II.3.4. Remplisseuse volumétrique …………………………………………….………26 II.4.Elément pour fonction de détection …………………………………………………..26 II.4.1.Capteurs ……………………………………………………………………..…..26 II.4.1.1. Capteurs passifs ……………………………………………….…………26 Sommaire II.4.1.2. Capteurs actifs ……………………………………………………..…….27 II.4.2.Principales caractéristiques des capteurs ………………………………………..27 II .4.3.Familles des capteurs …………………………………………………..……….27 II.4.3.1.Les capteurs TOR ………………………………………………….…….27 II.4.3.2.Capteurs analogique………………………………………………..……..27 II.4.3.3.Capteur numérique …………………………………………………...…..28 II.5. Mesure et détection de niveau ……………………………………………………….29 II.5.1. Le capteur de niveau ………………………………………………………...…29 II.5.2. Principe de fonctionnement ……………………………………………..……..30 II-6.La régulation automatique ………………………………………………………...….30 II .6.1.Définition de la régulation automatique ………………………………………..30 II.6.2.Objectif de la régulation automatique……………………………………………31 II .6.3. Notion de Boucle Ouverte/Fermée …………………………………………….31 II .6 .3.1. Système boucle ouverte ……………………………………………………..31 II.6 .3.2.Système boucle fermée …………………………………………………….….32 II .7.Définition de la régulation PID ………………………………………………………32 II .7.1.Notion de correcteur PID …………………………………………………...…..32 II .7.2.Structure des régulateurs électroniques ……………………………………..….33 II .7.2.1.PID parallèle ……………………………………………………...……..33 II .7.2.2.PID série …………………………………………………………………34 II .7.2.3.PID mixte ………………………………………………………………..34 II.7.3.Utilisation ………………………………………………………………...……..34 II .8.Conclusion ………………………………………………………………..………….34 Chapitre III : Description Logiciel de programmation et simulation et supervision III.1. Introduction …………………………………………………………………...…….36 III.2. Logiciel de programmation « TIA Portal V13 » ……………………………..……..36 III.2.1 .Présentation du logiciel …………………………………………………….….36 III.2.2 .La conception d’un programme avec TIA PORTAL V13 ………………...…..36 III.2.3. Vue du portail …………………………………………………………………..37 III.2.4.Vue du projet …………………………………………………………...……….38 III.2.5.Création du projet dans TIA PORTAL V13 ………………………………….……….38 III.2.6. Configuration matérielle (Partie Hardware) ………………………………..…..39 Sommaire III.2.7.Adresse Ethernet de la CPU …………………………………………………….40 III.2.8.Création du tableau des variables API ……………………………………….…40 III.2.9.Types de variable utilisées en STEP7 ……………………………………..……41 III.2.10. Ecriture du programme ………………………………………………….…….42 III.3.Ajouter un GRAFCET …………………………………………………………..…..43 III.4. Structure graphique du Grafcet ……………………………………………………..43 III.4.1.Etape ……………………………………………………………………………43 III.4.2.Transition ……………………………………………………………………….44 III.4.3.Branche OU ………………………………………………………………….…44 III.4.4.Saut ……………………………………………………………………………..44 III.5. Simulation du programme sous step7 avec S7-PLCSIM ……………………….…..45 III.5.1 Présentation de S7-PLCSIM ……………………………………………….…..45 III.5.2 Caractéristiques de S7-PLCSIM ……………………………………………….45 III.6.SIMATIC Win CC Runtime Advanced (Portail TIA) …………………….…….…..46 III. 6.1.Définition de l'interface homme-machine (IHM) ………………………….…..46 III.6.2.Avantages ……………………………………………………………………….46 III.6.3.Configurer une vue IHM ………………………………………………………..47 III. 6.4.Eléments de la vue racine ………………………………………………………48 III.7.Simulation de la station ……………………………………………………………...49 III.7.1. Les Blocs utilisateurs …………………………………………………………..49 III.7.1.1. Bloc d’organisation (OB) ………………………………………….…..49 III.7.1.2. FB (Bloc de fonction)…………………………………………………..51 III.7.1.3.Blocs de données (DB) ………………………………………..………..52 III.8.Réalisation de la supervision …………………………………………………….…..52 III.8.1.Etablir une liaison directe ……………………………………………………....52 III.8.2.Création de la table des variables………………………………………… ..….53 III.8.3.Création de vue ……………………………………………..…………………..54 III.8.4.Vue générale ………………………………………………………………...….54 III.8.5.Compilation et Simulation ………………………………………………….…..55 III.8.6.Simulation du programme sous WinCC ……………………………..…………57 III.9.Conclusion ………………………………………………………………………...…58 Conclusion Générale……………………………………………………...…………….60 Bibliographie. Annexes. Liste des Figures Liste des Figures Chapitre I Figure I.1 : Représentation d’un automate programmable industriel……………………...4 Figure I .2 : Structure d’un système automatisé……………………………………………6 Figure I .3 : Dialogue entre la partie commande et la partie opérative…………………….6 Figure I.4:Fonctionnement d’un API…………………………………………………..…..9 Figure I.5 : Structure interne des automates……………………………………….……..11 Figure I.6 : Automate Programmable Industriel SIEMENS …………………………..…12 Figure I.7 : API SIMENS S7-200………………………………………………...………13 Figure I.8 : API SIMENS S7-300…………………………………………………...……14 Figure I.9 : API SIMENS S7-400…………………………………………………..…….14 Figure I.10 : Constitution d’API S7-300 …………………………………………………15 Figure I.11 : Constituants de l’automate S7-300……………………………………...….17 Chapitre II Figure II.1: Vue générale d’une remplisseuse rotative………………………………..….22 Figure II.2: Technique de soutirage…………………………………………………..….22 Figure II.3: Remplisseuse linéaire…………………………………………………….….23 Figure II.4: Remplisseuse ……………………………………………………………..…24 Figure II.5:Capteur………………………………………………………………...……26 Figure II.6: Capteur tout ou rien…………………………………………………….……27 Figure II.7:Capteur analogique…………………………………………………….……..28 Figure II.8: Capteur numérique……………………………………………………….…..28 Figure II.9: Capteur de niveau……………………………………………………………30 Figure II.10 : Présentation d'un schéma fonctionnel d'un régulateur……………………..31 Figure II.11 : Système en BO…………………………………………………………….31 Figure II.12 : Système en BF………………………………………………………..……32 Figure II .13: Schéma d’un régulateur PID parallèle…………………………………..…33 Figure II .14: schéma d’un régulateur PID série………………………………………….34 Figure II.15: schéma d’un régulateur PID mixte…………………………………...…….34 Chapitre III Figure III.1 : Organisation pour la création d’un projet sous TIA PORTAL ……………37 Figure III.2 :.Vue détaillée du portail………………………………………………….…37 Liste des Figures Figure III.3 : Vue détaillée du projet………………………………………………..……38 Figure III.4 : Mise en créer du projet………………………………………………….….39 Figure III.5 : Représentation de notre automate S7-300……………………………….…40 Figure III.6 : Adresse Ethernet de la CPU…………………………………………….…40 Figure III.7 : Tableau de variable API……………………………………………………41 Figure III.8 : Création des blocs et des fonctions…………………………………….…..42 Figure III.9 : Représentation d’un Grafcet ……………………………………….………43 Figure III.10 : Etape……………………………………………………………………....43 Figure III.11 : Transition……………………………………………………………...….44 Figure III.12 : Branche OU ……………………...……………………………………….44 Figure III.13 : Saut…………………………………………………………………..……45 Figure III.14 : Configurer une vue IHM…………………………………………….……47 Figure III.15 : Choisir le pupitre……………………………………………………….…47 Figure III.16 : Des éléments de la vue racine……………………………………….……48 Figure III.17 : Fenêtre d’ajout de bloc……………………………………………………49 Figure III.18:Réseau 1dans l’OB 1…………………………………………………….…50 Figure III.19 : Réseau 2dans l’OB 1………………………………………………...……50 Figure III.20 : Réseau 3dans l’OB 1……………………………………………..……….51 Figure III.21 : Bloc fonction [FB1]………………………………………………………51 Figure III.22 : Bloc de donnée DB1…………………………………………………...…52 Figure III.23 : Liaison entre la PLC et IHM……………………………………...………53 Figure III.24 : Table de variable IHM………………………………………………..…..53 Figure III.25 : Création de vue…………………………………………………...………54 Figure III.26 : Vue générale…………………………………………………………...…55 Figure III.27 : Etape de compilation PLC……………………………………….……….56 Figure III.28 : Simulateur S7-PLCSIM…………………………………………………..56 Figure III.29 : La vue production………………………………………………...………57 Figure III.30 : Vue du système……………………………………………………...……57 Liste des Tableaux Liste des Tableaux Table II .1 : Notion de correcteur PID…………………………………………………. .33 Tableau III.1 : Types de uploads/Geographie/ conception-d-x27-une-regulation-de-niveau-avec-un-automate-programmable 1 .pdf