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Page 1 LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS Cours et Travaux dirigés Décrire fonctionne

Page 1 LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS Cours et Travaux dirigés Décrire fonctionnellement un système automatisé de production(SAP) ; Faire le choix d’une technologie de commande ; Analyser un système de production ; Programmer un API. BEN HAMMED SOFIENE 01/02/2015 Page 2 Licence appliquée en génie électrique et génie mécanique Préparé par : BEN HAMMED SOFIENE Version février 2015 LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS Page 3 SOMMAIRE CHAPITRE 1 : LES AUTOMATES PROGRAMMABLE INDUSTRIELS ......................................................... 4 I- Structure des systèmes automatisés : ................................................................................. 4 II- Architecture matérielle des API .......................................................................................... 6 II-1 Description générale : ....................................................................................................... 6 II-2 cartes d’entrées TOR : ....................................................................................................... 8 II-3 cartes de sorties TOR : ....................................................................................................... 9 II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques : .......................................................................... 10 II-5 Cartes d’entrées/sorties complexes : ............................................................................. 12 III-6 Critères de choix d’un API :…………………………………………………………………….15 CHAPITRE 2 : LES ACTIONNEURS ET LES CAPTEURS ..............................................................................16 I- Principales caractéristiques des actionneurs : ............................................................... 16 I-1 Commande d’un Moteur à courant continu à aimant permanant par API .............. 16 I-2 Commande d’un MCA en un seul sens de rotation par API ........................................ 17 I-3 Commande d’un MCA en deux sens de rotation par API ........................................... 18 I-4 Commande d’un variateur de vitesse par API .............................................................. 19 I-5 Commande des vérins à doubles effets ........................................................................ 21 II- Principales caractéristiques des capteurs : .................................................................... 22 II-1 Différents types de capteurs TOR : ................................................................................. 23 II-2 Différents types de capteurs analogiques :................................................................... 27 II-3 Différents types de capteurs numériques : .................................................................... 30 CHAPITRE 3 : LE GRAFCET ........................................................................................................................33 I- conventions et règles : ...................................................................................................... 33 I-1 Principe de base............................................................................................................... 33 I-2 Actions associées à l’étape :........................................................................................... 34 I-3 transition : .......................................................................................................................... 34 I.4 Liaisons orientées .............................................................................................................. 34 I.5 Les règles d’évolution ...................................................................................................... 35 II- Notions de séquence: ....................................................................................................... 37 II-1 actions aux ETAPES : ........................................................................................................ 37 Exemple : ................................................................................................................................ 39 II-2 sélection de séquences : ................................................................................................ 41 II-3 séquences simultanées : ................................................................................................. 42 II-4 extension des représentations (Macro-étapes) : .......................................................... 43 Exemple : ................................................................................................................................ 44 CHAPITRE 4 : LA PROGRAMMATION DES API ......................................................................................48 I- Mise en équations des GRAFCET: ..................................................................................... 48 I-1 Mémoire d’étape : ........................................................................................................... 48 I-2 Initialisation de la séquence : .......................................................................................... 50 II- Langages de programmation des API:............................................................................ 51 II-1 Le langage LADER (LD) : ................................................................................................. 51 II-2 Adressage des entrées/sorties ........................................................................................ 52 Exemple: ................................................................................................................................ 53 TRAVAUX DIRIGES………………………………………………………………………………………… 60 Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 4 CHAPITRE 1: LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS Dans le domaine de l'automatisation de processus industriels, l’évolution des techniques de contrôle/commande s’est traduite par : un développement massif, une approche de plus en plus globale des problèmes, une intégration dès la conception de l’installation. On est ainsi passé du stade de la machine automatisée à celui du système automatisé de production I- Structure des systèmes automatisés de production (SAP) : Tout système automatisé comporte : Figure 1 : Structure d’un système automatisé IHM Partie commande Capteurs Pré-actionneurs Partie opérative Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 5 Une partie opérative (P.O) procédant au traitement des matières d’œuvre afin d'élaborer la valeur ajoutée ; c’est la partie mécanique du système qui effectue les opérations. Elle est constituée d’actionneurs tels que vérins, moteurs… utilisant de l’énergie électrique, pneumatique, hydraulique... Une partie interface (P.I) : est la partie se trouvant entre les deux faces PO et PC Traduisant les ordres et les informations. Une partie commande (P.C.) coordonnant la succession des actions sur la Partie Opérative avec la finalité d'obtenir cette valeur ajoutée. La structure simplifiée d’un ensemble automatisé peut se décomposer en trois parties essentielles : les entrées Tout Ou Rien (TOR), parfois analogiques, destinées à fournir des informations sur l’état du processus : fin de course, détecteur de niveau, pressostat, thermostat, ect, l’automate qui traite les différentes informations d’entrée afin d’élaborer les ordres, les sorties transmettant les ordres élaborés par l’automate, aux différents actionneurs ou pré- actionneurs : voyants, distributeurs de vérins, contacteurs de moteur,…… Opérateur AUTOMATE PROCESSUS ENTREES SORTIES Capteurs Actionneurs Figure 2 : principe de lecture et commande de l’API Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 6 Selon sa complexité, la réalisation de la partie commande (PC) fait appel à diverses technologies dont les plus couramment utilisées sont : les relais électromécaniques les relais statiques électroniques les relais pneumatiques l’automate programmable les cartes électroniques à base d’un microcontrôleur A partir d’une certaine, complexité, les relais électromécaniques et les relais statiques deviennent lourds à mettre en œuvre et le cout de l’automatisation est difficile à estimer. L’automate programmable évite de faire appel à l’ordinateur qui, lui a souvent des performances trop élevées pour le problème à résoudre et demande un personnel spécialisé. Particulièrement bien adaptés aux problèmes de commande séquentielle et d’acquisition des données, les API autorisent la réalisation aisée d’automatismes comprenant de quelques dizaines jusqu’à plusieurs milliers d’entrées/sorties. II- Architecture matérielle des API II-1 Description générale : Un automate programmable industriel se présente sous la forme d’un ou plusieurs profilés supports (racks) dans lesquels viennent s’enficher les différents modules fonctionnels : l’alimentation 110/220 VCA ou 24 VCC L’unité centrale de trainement à base de microprocesseur, Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR), Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA), Des cartes de comptage rapide, Des cartes de communication (CP), Des cartes spécifiques pour : réseaux, asservissement, régulation commande d’axe…. LOGIQUE CABLEE LOGIQUE PRGRAMMEE Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 7 Chaque module d’entrée/sortie comporte un bornier de raccordement et un ensemble des LEDs visualisation de l’état logique de chaque voie. Cette organisation modulaire permet une grande souplesse de configuration adaptée aux besoins de l’utilisateur ainsi qu’un diagnostic et une maintenance facilités. II-2 cartes d’entrées TOR : Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 entrées logiques et peut correspondre au schéma fonctionnel ci-dessous: L’API reçoit les informations du processus à partir des capteurs liées aux entrées de l’API. Le rôle de ces capteurs est de fournir des informations, par exemple, des capteurs qui reconnaissent si une pièce d'usinage se trouve à une position donnée ou de simples commutateurs ou boutons poussoirs, qui peuvent être ouverts ou fermés, appuyés ou relâchés. Alimentation CPU DI DO AI AO CP 24V DC 230V AC Figure 3 : principe de lecture et commande de l’API Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 8 On distingue également entre les contacts à ouverture qui sont fermés au repos et les contacts à fermeture qui sont ouverts au repos. Les capteurs TOR sont connectés ensemble par le pole plusse 24 v fournie par l’automate et les sorties sont connectés aux entrées I0.0, I0.1, I0.2,…. 0000 E1 I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 CPU Carte d’entrée DI 24V 0V (COM) Capteurs TOR 0V 0V 0V 0V Figure 4a : Principe de connexion des entrées état au repos E1 I0.0 I0.1 I0.2 I0 .3 CPU Carte d’entrée DI 24V 0V (COM) Capteurs TOR 24V 0V 24V 0V 0101 Figure 4b : Principe de connexion des entrées état actionnées Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 9 II-3 cartes de sorties TOR : Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 sorties logiques et peut correspondre au schéma fonctionnel suivant : L’API commande le processus en connectant des actionneurs via les points de connexion de l’API appelés sorties à une tension de commande de 24 V p.ex.. Ceci CPU Carte de sortie DO 24V 0000 0V MAS MAS L1 L2 L3 U V W Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Figure 5a : Principe de connexion des sorties état au repos Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 CPU Carte de sortie 24V 24V 0V 0V 0V 0V MAS MAS L1 L2 L3 U V W 0001 Figure 5b : Principe de commande des sorties état actionnée Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 10 permet de démarrer ou d’arrêter un moteur, de faire monter ou descendre des vannes ou d’allumer et éteindre des lampes. Les pré-actionneurs se connectent à la borne négative 24V de l’automate et suivant le programme traité l’automate est équipé par des relais distribue le 24V vers les pré- actionneurs. Dans ce cas le moteur ne fonctionne que si le programme autorise la fermeture du relais Q0.0. II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques : A la différence des signaux binaires qui ne peuvent prendre que les deux états "Tension disponible +24V" et "Tension indisponible 0V", les signaux analogiques sont capables (dans une certaine plage donnée) de prendre n'importe quelle valeur comprise entre 0V et 10V ou de 0 à 20mA. Exemples de grandeurs analogiques: Température -50 ... +150°C Algorithme de calcul C A N C N A Consigne ENTREE ANALOGIQUE AI SORTIE ANALOGIQUE AO Capteur analogique Vane à commande analogique Figure 6 : Principe de commande des sorties état actionnée Chapitre 1 [Les automates programmables industriels] Page 11 Débit 0 ... 200 l/min Vitesse 0 ... 1500 tr/min etc. En utilisant un transducteur de mesure, ces variables sont converties en tensions électriques, en courants ou en résistances. Pour une vitesse mesurée de 865 tr/min, le transducteur de mesure afficherait une tension de 3,65 V. Ces tensions électriques, courants et résistances sont ensuite connectés à un module analogique qui numérise le signal. La chaine d’acquisition et de traitement répond périodiquement à la procédure uploads/Industriel/ automatismes-industriels.pdf