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اﻟﺟﻣـﮭورﯾــﺔ اﻟﺟزاﺋرﯾــﺔ اﻟدﯾﻣﻘراطﯾــﺔ اﻟﺷﻌﺑﯾــﺔ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRAT

اﻟﺟﻣـﮭورﯾــﺔ اﻟﺟزاﺋرﯾــﺔ اﻟدﯾﻣﻘراطﯾــﺔ اﻟﺷﻌﺑﯾــﺔ REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE ……………………………………………………………………….………………………………………………… N° d’ordre : …. Série : …. Mémoire Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master Spécialité Electrotechnique Option Gestion et Transformation de l’Energie Electrique Thème ETUDE ET REALISATION DE SYSTEMES AUTOMATISES DIDACTIQUES MISE EN ŒUVRE DE L’AUTOMATE SCHNEIDER TSX37 Présenté par: BOUBAAYA NADJIB Encadreur: PR. BENALLA HOCINE Promotion 2013/2014 وزارة اﻟﺗﻌﻠﯾ ــ م اﻟﻌﺎﻟ ــ ﻲ و اﻟﺑﺣ ــ ث اﻟﻌﻠﻣ ـﻲ ﺟﺎﻣﻌ ـــــــ ﺔ ﻗﺳﻧطﯾﻧ ـــــــــ ﺔ1 ﻛﻠـﯾــﺔ ﻋﻠوم اﻟﺗﻛﻧوﻟوﺟﯾﺎ ﻗﺴﻢ : اﻟﻛﺗروﺗﻘﻧ ﻲ MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE CONSTANTINE I FACULTE DES SCIENCES DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE Dédicaces A mes parents qui m'ont élevé entre chaleur et tendresse A mes grands-parents qui m'ont appris droiture et justesse A tous mes chers frères et sœurs A mes tantes et mes oncles A tous mes amis Je dédie ce travail Nadjib Remerciements Je remercie Allah, le tout puissant, le miséricordieux, de m’avoir appris ce que j’ignorais, de m’avoir donné la santé et tout dont je nécessitais pour l’accomplissement de ce mémoire. Je tiens à remercier mes chers parents. J’adresse mes vifs remerciements à Monsieur BENALLA HOCINE, professeur à l'Université Constantine 1 d’avoir accepté de diriger ce travail et pour ses nombreux conseils judicieux, qu’il trouve ici ma sincère gratitude. Puis ma profonde gratitude va à Monsieur REZGUI SALAH EDDINE Maitre-assistant pour avoir co-dirigé ce travail, et pour la confiance. Mes vifs remerciements vont aussi aux membres de jury pour avoir accepté d'examiner ce travail. Je tiens à remercier tous les enseignants du département d'électrotechnique, et spécialement mes professeurs de la spécialité : BENTOUNSI, LABED, BELAARBI, NABTI, DJEGHLOUD, BOUCHKARA, ABED, REBBAH, BELLAHRACH et BELAKEHAL. Enfin je remercie tous ceux qui de près ou de loin ont participé à l'élaboration de ce travail. Merci Résumé L’automatisation des systèmes devient de plus en plus une nécessité. La contribution qu’apporte ce mémoire consiste en la mise en œuvre de systèmes automatisés pilotés par un automate. Au départ, on a établi une présentation générale des principales caractéristiques de l’automate utilisé (TSX 3721). En suite, on a étudié et validé pratiquement l’automatisation de quelques systèmes. Dans une dernière étape, et afin d’améliorer le fonctionnement d’un système parmi les systèmes automatisés étudiés, on a intégré un variateur de vitesse, ce dernier est commandé par l’automate. Mots clés : API, systèmes automatisés, grafcet, variateur de vitesse. Abstract The automation of the systems becomes more and more necessary. The contribution which makes this thesis consists of the implementation of automated systems controlled by an automat. First of all, we have presented the main features of the used automat (TSX 3721). Then, we have practically studied and validated the automation of some systems. Finally, and in order to improve the operation of one system from the studied systems, we have integrated a speed controller, this last one is drived by the automat. Keywords: PLC, automated systems, grafcet, speed controller. ﻣﻠﺨﺺ إن اﻟﺘﺤﻜﻢ اﻵﻟﻲ ﻟﻸﻧﻈﻤﺔ أﺻﺒﺢ ﺿﺮورة ﺣﺘﻤﯿﺔ ﻤﺜﻞﺗ . ھﺬه اﻟﻤﺬﻛﺮة ﻣﺴﺎھﻤﺔ ﻓﻲ اﺳﺘﻌﻤﺎل اﻟﻤﺒﺮﻣﺞ اﻵﻟﻲ ﻟﺠﻌﻞ اﻷﻧﻈﻤﺔ ﺗﺸﺘﻐﻞ ﺑﺼﻔﺔ آﻟﯿﺔ . ﻓﻲ اﻟﺒﺪاﯾﺔ، ﻗﻤﻨﺎ ﺑﻌﺮض اﻟﺨﺼﺎﺋﺺ اﻷﺳﺎﺳﯿﺔ اﻟﻤﺒﺮﻣﺞ اﻵﻟﻲ اﻟﻤﺴﺘﻌﻤﻞ . ﺑﻌﺪ ذﻟﻚ اﻧﺘﻘﻠﻨﺎ إﻟﻰ اﻟﺪراﺳﺔ اﻟﻌﻤﻠﯿﺔ و اﻹﺛﺒﺎت اﻟﺘﺠﺮﯾﺒﻲ ﻟﺒﻌﺾ اﻷﻧﻈﻤﺔ اﻵﻟﯿﺔ . ﻓﻲ اﻷﺧﯿﺮ ، و ﺑﻐﺮض ﺗﺤﺴﯿﻦ أداء ﻧﻈﺎم ﻣﻦ اﻷﻧﻈﻤﺔ اﻵﻟﯿﺔ اﻟﻤﺪروﺳﺔ، أدرﺟﻨﺎ ﻣﻐﯿﺮ ﺳﺮﻋﺔ، ھﺬا اﻷﺧﯿﺮ ﻣﺘﺤﻜﻢ ﻓﯿﮫ ﺑﻮاﺳﻄﺔ ﻣﺒﺮﻣﺞ . آﻟﻲ ﻛﻠﻣﺎت ﻣﻔﺗﺎﺣﯾﺔ : ﻣﺑرﻣﺞ آﻟﻲ، ﻧظﺎم آﻟﻲ، ، ﻣﻐﯾر ﺳرﻋﺔ . (TSX 3721) grafcet Sommaire Introduction générale ...................................................................................................................... 1 Chapitre I L’automate programmable industriel I.1 Introduction ............................................................................................................................... 2 I.2 Historique .................................................................................................................................. 2 I.3 Définition .................................................................................................................................. 2 I.4 Fonction..................................................................................................................................... 3 I.5 Architecture des API .................................................................................................................. 3 I.5.1 Bloc d’alimentation...................................................................................................... 4 I.5.2 Unité centrale de traitement ou le processeur ............................................................... 4 I.5.3 La mémoire.................................................................................................................. 4 I.5.4 Les interfaces d’entrée/sorties ...................................................................................... 5 Interfaces d’entrées .......................................................................................................... 5 Interfaces sorties .............................................................................................................. 6 I.7. Déscription physique de l’automate TSX 3721 ......................................................................... 6 I.8 Bloc de visualisation .................................................................................................................. 8 I.9.Visualisation de l’état des entrées sorties ................................................................................. 10 I.10 Principe de fonctionnement .................................................................................................... 10 I.11 Langage de programmation .................................................................................................... 11 I.11.1 LADDER ................................................................................................................. 11 I.11.2 GRAFCET ............................................................................................................... 11 ü PRL ......................................................................................................................... 11 ü Chart ........................................................................................................................ 11 ü POST ....................................................................................................................... 11 I.12 Classification des API ............................................................................................................ 12 I.13 Critères de choix d’un automate ............................................................................................. 12 I.14 Conclusion ............................................................................................................................. 12 chapitre II introduction aux systèmes automatisés II.1 Introduction ............................................................................................................................ 13 II.2 Définition ............................................................................................................................... 13 II.3 Structure d’un système automatisé ......................................................................................... 13 II.3. 1 La partie opérative ................................................................................................... 13 II.3.2 La partie commande ................................................................................................ 13 II.3.3 La partie dialogue .................................................................................................... 14 II.4 Les avantages et les inconvénients de l’automatisation des systèmes ..................................... 14 II.4.1 Les avantages ........................................................................................................... 14 II.4.2 Les inconvénients ..................................................................................................... 15 II.5 outil de description d’un système automatisée........................................................................ 15 II.6 Exemples d’application .......................................................................................................... 15 II.6.1Séquence simultanée ou parallélisme ......................................................................... 16 ü Description du cahier des charges ......................................................................... 16 v Cycle de remplissage ............................................................................................ 16 v Cycle de bouchage ............................................................................................... 17 Ø grafcet point de vue partie opérative ..................................................................... 18 Ø grafcet point de vue partie commande................................................................... 18 Ø Utilisation des écrans d’exploitation ..................................................................... 19 II.6.2 Sélection d’une séquence ..................................................................................................... 19 II.6.2.1 Fonctionnement souhaité du carrefour routier .................................................................. 19 Ø Mode normale ...................................................................................................... 19 Ø Mode nuit : ........................................................................................................... 20 Ø Programmation en GRAFCET .............................................................................. 20 Ø grafcet point de vue partie opérative : ................................................................... 21 Ø grafcet point de vue partie commande................................................................... 21 II.6.2.4.Présentation de la maquette .................................................................................... 22 II.6.2 Automatisation d’une Station de pompage ........................................................................... 22 Ø Description du fonctionnement ................................................................................ 22 Ø Circuit de puissance ................................................................................................. 24 Ø Entrées de l’automate ............................................................................................... 24 Ø Sorties de l’automate................................................................................................ 24 II.6.3.2 grafcet fonctionnel de la station ............................................................................. 25 Ø grafcet point de vue opérative ............................................................................... 25 Ø grafcet point de vue commande ............................................................................ 26 II.6.3.3 Présentation des matériels ................................................................................................ 26 II.7 CONCLUSION ..................................................................................................................... 27 Chapitre III Étude et réalisation d'un système automatisé industriel III.1 Introduction ........................................................................................................................... 28 III.2 Description du fonctionnement .............................................................................................. 28 III.3 Synoptique du système .......................................................................................................... 29 v Principe de déchargement : ...................................................................................... 29 III.4.Adressage des entrées /sorties ................................................................................................ 30 III.5.Circuit de puissance .............................................................................................................. 31 III.6 Schéma des entrées de l’automate......................................................................................... 32 III.7 Schéma des sorties de l’automate ......................................................................................... 32 III.8 grafcet fonctionnel du système .............................................................................................. 33 Ø grafcet point de vue partie opérative ......................................................................... 33 Ø grafcet point de vue partie commande ...................................................................... 34 III.9 Choix des constituants du circuit de puissance ....................................................................... 35 III.9.1 Le Sectionneur ........................................................................................................ 35 Critères de choix d’un sectionneur ..................................................................................... 35 III.9.2 Fusibles ................................................................................................................... 35 III.9.3 Le relais thermique .................................................................................................. 35 Critères de choix d’un relais thermique .............................................................................. 35 III.9.4 Le contacteur ........................................................................................................... 36 Critères de choix d’un contacteur ....................................................................................... 36 III.10 Caractéristiques des équipements ........................................................................................ 36 Ø Alimentation ............................................................................................................ 36 Ø Actionneurs ............................................................................................................. 36 Ø Les pré-actionneurs ................................................................................................. 37 III.11 Dimensionnement des composants ...................................................................................... 37 III.11.1 Choix des relais ..................................................................................................... 37 III.11.2 Choix des contacteurs ............................................................................................ 38 III.11.3 Choix du sectionneur ............................................................................................. 38 III.13 Insertion du variateur de vitesse .......................................................................................... 39 Ø grafcet point de vue opérative .................................................................................. 41 Ø grafcet point de vue commande ................................................................................ 41 Conclusion .................................................................................................................................... 43 Conclusion générale ...................................................................................................................... 44 Perspectives .................................................................................................................................. 44 Annexe ......................................................................................................................................... 45 Références bibliographiques ........................................................................................................ 47 Liste des figures Figure I.1: architecture interne d’un API. ............................................................................................. 4 Figure I.2: description de l’automate. ................................................................................................... 7 Figure I.3:bloc de visualisation. ........................................................................................................... 8 Figure I.4:visualisation de l’état des’E/S. .............................................................................................10 Figure II.1: structure d’un système automatisé.....................................................................................14 Figure II.2 : chaine de remplissage et bouchage des bidons d’huile. .....................................................16 Figure II.3 : grafcet point de vue partie opérative. ...............................................................................18 Figure II.4 : grafcet point de vue partie commande. .............................................................................18 Figure II.5 : L’écran d’exploitation du système sous PL7 PRO. ...........................................................19 Figure II.6 : grafcet point de vue partie opérative. ...............................................................................21 Figure II.7 : grafcet point de vue partie commande. .............................................................................21 Figure II.8 : la maquette didactique. ....................................................................................................22 Figure II.9 : représentation de la station de pompage. ..........................................................................23 Figure II.10 : schéma de puissance. .....................................................................................................24 Figure II.11:schéma des entrées automate. ..........................................................................................24 Figure II.12:schéma des sorties automate. ...........................................................................................24 Figure II.13: grafcet point de vue opérative. ........................................................................................25 Figure II.14: grafcet point de vue commande. ......................................................................................26 Figure II.15 : montage didactique de la station de pompage…………………………………………. 27 Figure III.2 : synoptique du système. ...................................................................................................29 Figure III.3: Pupitre de commande. .....................................................................................................29 Figure III.4: schéma de puissance........................................................................................................31 Figure III.5 : schéma des entrées de l’API. .........................................................................................32 Figure III.6: schéma des sorties de l’API. ...........................................................................................32 Figure III.7:grafcet point de vue opérative. ..........................................................................................33 Figure III.8: grafcet point de vue commande. ......................................................................................34 Figure III.9: grafcet point de vue opérative. .........................................................................................41 Figure III.10: grafcet point de vue commande. ....................................................................................41 Figure III.11: schéma de principe. .......................................................................................................42 Figure III.12: le banc d’essai. ..............................................................................................................42 Figure III.13: la vitesse relevée par cassy-lab. .....................................................................................43 Liste des tableaux Tableau I.1:caractéristiques du module d’entrées DEZ 32D2. ............................................................... 5 Tableau I.2: Caractéristiques du module d’entrées AEZ414 [5]. ........................................................... 5 Tableau I.3: Caractéristiques du module des sorties DSZ 08R5 [5]. ...................................................... 6 Tableau I. 4 : les voyants de signalisation. ............................................................................................ 8 Tableau I.5: les voyants du bloc de visualisation. .................................................................................. 9 Tableau II. 1: Affectation des entrées. .................................................................................................17 Tableau II.2: Affectation des sorties. ...................................................................................................17 Tableau II.3: Affectation des sorties. ...................................................................................................20 Tableau II.4 : Affectation des entrées. .................................................................................................20 Tableau II. uploads/Geographie/ mas2014elt19.pdf