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Les Automates Programmables Industriels 2AGE Contenu du cours  Introduction 

Les Automates Programmables Industriels 2AGE Contenu du cours  Introduction  Structure d’un système automatisé  l’A. P. I.  définition  domaines d'emploi  aspect extérieur  fonctions réalisées  nature des informations traitées  architecture interne  programmation  blocs fonctions et opérations réalisées  catégories  choix  sécurité  Conclusion Introduction Jusqu’aux années 70,les solutions aux problèmes industriels utilisaient uniquement la logique câblée Inconvénients  chère  pas de flexibilité  pas de communication possible  Solution: utilisation de systèmes à base de microprocesseurs permettant une modification aisée des systèmes automatisés On passe donc de la logique câblée ⇒la logique programmée Les ordinateurs de l'époque étaient chers  non adaptés aux contraintes du monde industriel telles que: poussières température humidité vibrations parasites électromagnétiques, … utilisation et dépannage possible par des techniciens possibilité de modifier le système en cours de fonctionnement les automates sont venus répondre aux attentes de l'industrie. Introduction Structure d'un système automatisé  Automate Programmable Industriel(API)  Premiers automates: 1968 aux Etats Unis d’Amérique  Appareil électronique programmable  Adapté à l'environnement industriel  Réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande des pré-actionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logique, analogique ou numérique.  Modulaires  Utilisables par un personnel non qualifié  Offre beaucoup de possibilités grâce à des langages de programmation orientés application L’API: définition les API sont utilisés dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage, emballage ...) ou des chaînes de production (automobile, agroalimentaire ... )  Ils peuvent également assurer des fonctions de régulation de processus (métallurgie, chimie ...).  Ils sont de plus en plus utilisé dans le domaine du bâtiment (tertiaire et industriel) pour le contrôle du chauffage, de l'éclairage, de la sécurité ou des alarmes. L’API : domaines d'emploi L’API : Aspect extérieur  De type modulaire, le processeur, l'alimentation et les interfaces d'entrées / sorties résident dans des unités séparées (modules) et sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant le bus plus connecteurs. Les automates compacts permettent de commander des sorties en T.O.R et gèrent parfois des fonctions de comptage et de traitement analogique. Les automates modulaires permettent de réaliser de nombreuses autres fonctions grâce à des modules intelligents que l'on dispose sur un ou plusieurs racks. Ces modules ont l'avantage de ne pas surcharger le travail de la CPU car ils disposent bien souvent de leur propre processeur. L’API : fonctions réalisées Les informations peuvent être de type : Tout ou rien (T.O.R.) : l'information ne peut prendre que deux états (vrai/faux, 0 ou 1 …).C'est le type d'information délivrée par un détecteur, un bouton poussoir … Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien déterminée. C'est le type d'information délivrée par un capteur (pression, température …) Numérique : l'information est contenue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale. C'est le type d'information délivrée par un ordinateur ou un module intelligent. L’API : Nature des informations traitées L’API :architecture interne. Structure d’un A.P. Unité centrale Processeur Mémoire (RAM, ROM) Modules d’entrées/sorties Alimentation horloge Processeur Mémoire Module E/S Alimentation Horloge Bus unité centrale Bus entrée/ sortie Rôle du processeur Il gère le fonctionnement de l’A.P. Le processeur : circuit intégré Son fonctionnement est piloté par l’horloge (la vitesse dépend de la fréquence de l’horloge) Lecture de l’instruction, décodage de l’instruction, exécution de l’instruction décodée, passage à l’instruction suivante. Exemples: micro-processeur 8085 , f=1 Mhz, pentium III, f=1 Ghz La mémoire Stockage des informations Informations à caractère permanent Stockées dans des mémoires mortes (ROM: Read Only Memory, EPROM: ) Ce type de mémoire garde l’information même en absence de l’alimentation Informations à caractère temporaire Stockées dans des mémoires vives (RAM: Randum Access Memory) Ce type de mémoire ne garde pas l’information en absence de l’alimentation Module Entrée/sortie Liaison entre le processeur, le bus unité centrale et les coupleurs via le bus entrée-sortie. Transmission des données entre les coupleurs et le processeur Transfert des données du coupleur d’entrée vers la mémoire Transfert des données de la mémoire vers le coupleur de sortie Les coupleurs A.P. communique avec le procédé à travers les coupleurs Assurent la liaison entre l’unité centrale et l’extérieur (capteurs et préactionneurs) Coupleurs d’entrée Coupleurs de sortie Processeur Mémoire Module E/S Coupleur sortie Coupleur entrée Bus unité centrale Bus entrée/sortie Capteur préactionneur Coupleur d’entrée Traite les signaux provenant du capteur pour les rendre compatibles avec les caractéristiques internes de l’A.P. Trait. du signal Trait. de l’information interfaçage Bus E/S Coupleur d’entrée Capteur Coupleur d’entrée Coupleurs: l’information provenant du capteur est isolée électriquement de bus E/S Bus E/S Interfaçage Isolement Adaptation Capteur Coupleur de sortie Traite les signaux provenant de l’unité centrale pour les rendre compatibles avec les préactionneurs. Trait. du signal Trait. de l’information interfaçage Bus E/S Coupleur de sortie préactionn eur Coupleur de sortie Coupleur: l’information provenant du Bus E/S est isolée électriquement de préactionneur Bus E/S Etage de sortie Isolement Adaptation Préactionneur - V + V Signal de sortie Principe de fonctionnement Programmation mono tâche Les phases de lecture et d’écriture sont implicites Le processeur exécute les instructions les unes après les autres Le temps de scrutation (temps de cycle) est le temps que met le processeur pour faire un « tour complet » Le temps de scrutation est lié à la longueur du programme C l d’ t t i l Mise à jour des sorties Trait. des données (exécution du programme) Acquisition des entrées Cycle mono tâche Lecture des entrées la mémoire sera chargé par l’image de l’état des entrées Phase de traitement selon le programme de l’utilisateur et en fonction des états des entrées déjà mémorisés Phase de mise à jour des sorties L’automate entreprend un balayage systématique des sorties pour modifier leur états selon les résultats obtenus au cours de la phase de traitement Les sorties restent verrouillées jusqu’au cycle suivant Principe de fonctionnement Programmation multi tâches Découpe le programme en tâches Chaque tâche possède une période de récurrence propre (tâches synchrones) ou un événement de déclenchement (tâches asynchrones) Imbrication des opérations d’entrée-sortie avec le traitement Mise à jour des sorties Traiteme nt Lecture entrées Mise à jour des sorties Traiteme nt Lecture entrées L’API: Programmation La structure de l’automate est standard La structure ne dépend pas du système à controler Le programme adapte l’automate au procédé La spécificité du fonctionnement de l’automate est donnée par le programme Le langage de programmation permet d’assurer le dialogue entre l’utilisateur et l’automate Les langages sont: booléen, LADDER, Grafcet et littéral Langage booléen Le programme : liste d’instructions Permet de décrire des équations booléennes utilisant des opérateurs logiques (ET, OU, NON), ou des fonctions préexistantes (temporisateurs, compteurs,…) Instructions L (Load) : Lire, I (Input): entrée O (Output): sortie = : affectation, A (And): Et logique O (OR): Ou logique S : Set R : Reset Exemple L I0,1 : lire l’entrée (Input) 1 du coupleur 0 A I0,2 : Réaliser la fonction ET (And) avec l’entrée 2 du coupleur 0 = O1,3 : Transférer le résultat (=) vers la sortie (Output) 3 du coupleur 1 Langage Ladder Le programme sous forme graphique (comme un schéma électrique classique, symboles américaines) Langage Ladder Plus performant que le langage booléen Facile à comprendre et à utiliser Plus répandu à travers le monde Ses limites sont celles du schéma électrique classique Langage Ladder Symboles: Contact ouvert au repos Contact fermé au repos Connexion horizontale Connexion verticale Bobine Bobine d’accrochage (Set) S Bobine de décrochage (Reset) R Langage Ladder Exemple activation de la sortie O0,5 ((I1,0*I1,3)+I2,1)*Ī1,4 activation de bit interne B5 I1,0*I1,1 désactivation de bit interne B5 I2,3 B5 R I1,0 O0,5 I1,3 I2,1 I1,4 B5 S I1,0 I1,1 I2,3 Langage Grafcet Le Grafcet est introduit à partir des symboles standard Les réceptivités et les actions sont décrites sous forme de programme Ladder Etape initiale Etape Liaison horizontale Liaison verticale Transition Séquence simultanée Langage littéral Ce langage est issu des langages informatiques Il utilise des phrases structurées (de type IF, THEN, ELSE, …) L’API: Blocs fonctions et opérations Préprogrammées Paramétrables Utilisables directement par le concepteur fonctions: Temporisateur (durée de temps, variable d’activation) Compteur (valeur maximale, événement à compter) opérations  comparateur additionneur L’API: Différentes catégories API : 3 catégories selon le nombre maximum des E/S Automate de bas de gamme Nombre E/S peut aller jusqu’à 100 Cycle simple Automate de milieu de gamme Nombre E/S entre 100 et 500 Peuvent fonctionner en cycle imbriqué Automate de haut de gamme Quelques centaines à quelques milliers d’E/S Le jeu d’instructions est beaucoup plus étendu (saut avant, saut arrière, sous programme, instructions arithmétiques, …) L’API: Choix Le choix dépend de : Nombre d’E/S de l’application Capacité de la mémoire (taille du programme) Type de langage de programmation Aide à la maintenance (détection automatique des pannes automate)  Les systèmes automatisés sont, par nature, source de nombreux dangers (tensions utilisées, déplacements mécaniques, jets de matière sous pression ...).  Placé au cœur du système automatisé, l'automate se doit d'être un élément fiable car : - un dysfonctionnement uploads/Industriel/ api-v20 1 .pdf