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L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 1/16 L’AUTOMATE PROGR

L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 1/16 L’AUTOMATE PROGRAMMABLE 1 Introduction 1.1 Approche globale d’un système de production Un système de production a pour but d’apporter une VALEUR AJOUTEE à la MATIERE D’ŒUVRE . Il élabore des produits qui peuvent être : Soit des produits finis, directement commercialisés Soit des produits intermédiaires servant à la réalisation des produits finis. Le système de production est également alimenté en énergies (électrique, pneumatique, hydraulique…). Il génère des déchets divers : chutes de coupes, eaux sales… Le fonctionnement du système de production nécessite différentes interventions humaines : b Le personnel d’exploitation assure la surveillance, l’approvisionnement et participe parfois au procédé de production. b Le personnel de réglage, procède aux interventions nécessaires pour obtenir la qualité recherchée ou pour démarrer une campagne de production. b Le personnel de maintenance intervient lorsque le système de production se trouve en défaillance et procède aux opérations de maintenance préventive. 1.2 Objectifs de l’automatisation des productions Les objectifs poursuivis par une automatisation peuvent être assez variés. On peut retenir quelques uns : La recherche de coûts plus bas, par réduction des frais de main-d’œuvre, d’économie de matière, d’économie d’énergie,… La suppression des travaux dangereux ou pénibles et l’amélioration des conditions de travail. La réalisation d’opérations impossibles à contrôler manuellement. PRODUITS ELABORES Par le système Pneumatique Electriques Energies SYSTEME de PRODUCTION MATIERES D’OEUVRE (Matériaux, pièces…) Flux de déchets Consommables (Eau, lubrifiant…) Exploitation Maintenance Réglage L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 2/16 La compétitivité d’un produit final peut être définie comme sa capacité à être bien vendu. La compétitivité résulte essentiellement des résultats obtenus sur les facteurs suivants : coût, qualité, innovation, disponibilité. L’automatisation des équipements de production peut améliorer les coûts, la qualité et même la disponibilité des produits. Il est cependant important de vérifier que le produit sur lequel s’applique cette automatisation soit optimisé et réponde toujours aux besoins du marché. L’expérience montre qu’une automatisation conduit souvent à remettre en cause le processus de fabrication et donc le produit. 1.3 Rentabilité d’une automatisation Comme pour tout investissement, un projet d’automatisation est jugé sur sa rentabilité. Celle-ci peut s’exprimer sous forme du temps de retour des investissements. NbA annuels gains ment Investisse = NbA = Nb d’années pour retour d’investissement. Si NbA est inférieur à 3 ans, le projet est en général jugé intéressant, si toutefois la durée de vie du produit fabriqué est estimée d’une durée supérieure. COMPETITIVITE DU PRODUIT COÛT - Main-d’oeuvre - matières - énergies INNOVATION - Performances - esthétique - optimisation - Fiabilité - Endurance QUALITE - Réseaux de vente - Stocks - S.A.V. DISPONIBILITE Choix des PROCESSUS De fabrication Conception des PRODUITS Choix et Automatisation des EQUIPEMENTS L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 3/16 PARTIE OPERATIVE (P.O.) PARTIE COMMANDE (P.C.) Ordres de commande Informations en retour 2 Situation de l’API dans le système automatisé 2.1 Structure d’un S.A. Chaque système automatisé comporte deux parties : Une Partie Opérative (P.O.) dont les actionneurs agissent sur le processus automatisé Une Partie Commande (P.C.) qui coordonne les actions de la P.O. Au centre de la Partie Commande, le « TRAITEMENT » est la convergence de 3 dialogues qu’il coordonne : 1. Le Dialogue avec la machine a. Commande des actionneurs (moteurs, vérins…) via les pré-actionneurs (contacteurs, distributeurs, variateurs…) b. Acquisition des signaux en retour par les capteurs qui rendent compte de l’évolution de la machine. 2. Le Dialogue homme-machine Pour exploiter, régler, dépanner la machine, le personnel émet des consignes et reçoit des informations en retour. 3. Le Dialogue avec d’autres machines Plusieurs machines peuvent coopérer dans une même production. Leur coordination est assurée par le dialogue entre les parties commandes. Autres Parties Commandes L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 4/16 2.2 Eléments de la P.O. et de la P.C. Diagramme fonctionnel Exemples Commentaires Fraise, Foret, Mors d’étau, pince de robot…. Les effecteurs sont multiples et variés et sont souvent conçus spécialement pour s’adapter à l’opération qu’ils ont à réaliser sur la Matière d’œuvre. Ils reçoivent leur énergie des actionneurs. Convertissent l’énergie qu’ils reçoivent des pré-actionneurs en une autre énergie utilisée par les effecteurs. Ils peuvent être Pneumatiques, Hydrauliques ou Electriques Distribuent l’énergie aux actionneurs à partir des ordres émis par la PC. Renseignent la PC sur l’état de la PO, Ils peuvent détecter des positions, des pressions, des températures, des débits… Peuvent être électriques ou pneumatiques. Signaux du type TOR, Analogique ou Numérique. Dans les systèmes modernes, l’API assure de plus en plus cette fonction. Certains systèmes purement pneumatiques peuvent être contrôlés par des séquenceurs ou des fonctions logiques. L’unité de dialogue permet à l’opérateur d’envoyer des consignes à l’unité de traitement et de recevoir de celle-ci des informations sur le déroulement du processus. CONVERTIR L’énergie Energie d’entrée (W1) Energie utile (W2) AGIR Sur la M.O. EFFECTEUR Matière d’oeuvre Matière d'oeuvre ACTIONNEUR W2 DISTRIBUER L’énergie Energie du réseau (W1) Energie distribuée à l’actionneur PRE-ACTIONNEUR Pilotage Variateur Contacteur Distributeurs DETECTER MESURER Une grandeur Information source Information image CAPTEUR TRAITER L’information Signal d’entrée (capteurs, consignes…) Signal de sortie TRAITEMENT Pilotage des préactionneurs, signalisation… Automate Séquenceur pneumatique Cellules logiques FAIRE COMMUNIQUER Homme/machine Consignes de l’opérateur, Infos de la PC Consignes Vers la PC Infos vers opérateur DIALOGUE L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 5/16 2.3 Périphérie de l’A.P.I. L’API est organisé pour dialoguer simplement et rationnellement avec les constituants de tous ordres répartis sur la machine. LA conception modulaire de l’API permet de le configurer en fonction du système qu’il doit commander. Dans chaque cas, les modules constituant l’API sont choisis en fonction des besoins : Modules TOR pour liaisons avec les capteurs simples, les contacteurs, les électrovannes, les boutons, les voyants… Modules de communication avec les capteurs « intelligents », les variateurs de vitesse, les terminaux d’exploitation, les réseaux … L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 6/16 2.4 Architecture des systèmes de production Machine 1 PC1 Machine 2 PC2 Machine 3 PC3 Machines autonomes Chaque machine réalise une étape dans l’élaboration du produit. La manutention entre machine, les chargements et déchargements sont nombreux, coûteux et longs. Ils sont le plus souvent manuels. Machine 1 PC1 Machine 2 PC2 Machine 3 PC3 Machines associées en ligne Le produit passe automatiquement d’une machine à la suivante. Dans ce cas simple, c’est le transfert du produit lui-même qui assure la liaison entre les machines. Cellule de production à Commande centralisée La nécessité de coordonner l’action des machines a d’abord conduit à centraliser leurs commandes, ce qui par ailleurs a compliqué les interventions locales de réglage et de dépannage. Machine 1 Machine 2 Commande centralisée Machine 3 Cellule à commande décentralisée et coordonnée Un retour aux commandes décentralisées s’est imposé, mais avec une coordination entre machines ici assurée par liaisons inter niveaux. Coordination Machine 1 PC1 Machine 2 PC2 Machine 3 PC3 Cellule flexible à commande répartie et hiérarchisée Le besoin de flexibilité conduit à prévoir des transferts libres de produits de machine à machine : une machine donnée peut traiter ou non le produit présenté. Les liaisons iso-niveau complètent les liaisons inter-niveaux qui assurent la communication avec la supervision. Supervision Machine 1 PC1 Machine 2 PC2 Machine 3 PC3 Liaisons inter-niveaux (Cde hiérarchisée) Liaisons iso-niveau L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 7/16 3 Structure interne d’un Automate programmable Un automate programmable est un appareil électronique qui comporte une mémoire programmable par un utilisateur automaticien à l’aide d’un langage adapté, pour le stockage interne des instructions composant les fonctions d’automatismes, par exemple : Logique séquentielle et combinatoire Temporisation Comptage, décomptage, comparaison Calcul arithmétique Réglage, asservissement, régulation, Etc… Il permet de commander, mesurer et contrôler au moyen de modules d’entrées et de sorties (logiques, numériques ou analogiques) différentes sortes de machines ou de processus en environnement industriel. La compacité, la robustesse et la facilité d’emploi des automates programmables industriels (A.P.I.) font qu'ils sont très utilisés dans la partie commande des systèmes industriels automatisés. Un A.P.I. se compose : Une unité de traitement ou processeur Le processeur gère l’ensemble des échanges informationnels en assurant : o La lecture des informations d’entrée o L’exécution des instructions du programme mis en mémoire o La commande ou l’écriture des sorties Une mémoire programme La mémoire programme de type RAM contient les instructions à exécuter par le processeur afin de déterminer les ordres à envoyer aux préactionneurs reliés à l’interface de sortie en fonction des informations recueillies par les capteurs reliés à l’interface d’entrée. Informations Ordres ALIMENTATION Unité de Traitement (Processeur) Mémoire programme Mémoire de données Interfaces De SORTIE Interfaces D’ENTREE BUS DE DONNEES W externe L’Automate Programmable Industriel TS MAI Philippe HOARAU 8/16 Une mémoire de données La mémoire de donnée permet le stockage de : o l’image des entrées reliées à l’interface d’entrée o L’état des sorties élaborées par le processeur o Les valeurs internes utilisées par le programme (résultats de calculs, états intermédiaires ,…) o Les états Forcés ou non des E/S Une interface d’ENTREE L’interface d’entrée permet la connexion à l’API d’une multitude de capteurs pouvant être : o TOR (logiques ou Tout Ou Rien) o Numériques o uploads/Industriel/ automate-programmable-pdf.pdf