الجمـهوريــة الجزائريــة الديمقراطيــة الشعبيــة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRAT

الجمـهوريــة الجزائريــة الديمقراطيــة الشعبيــة REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE ……………………………………………………………………….……………………………………………………………… Mémoire Présenté en vue de l’obtention du Diplôme de Master en Electrotechnique Option Gestion et Transformation de l’Energie Electrique Thème ETUDE ET REALISATION DE SYSTEME AUTOMATISE DIDACTIQUE MISE EN ŒUVRE DE L’AUTOMATE SIEMENS S300 Présenté par: BOUKHECHEM ISMAIL Encadreur: PR. BENAALA HOCINE Promotion 2013/2014 MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE CONSTANTINE I FACULTE DES SCIENCES DE LA TECHNOLOGIE DEPARTEMENT:ELECTROTECHNIQUE وزارة التعلي ــ م العال ــ ي و البح ــ ث العلم ـي جامع ـــــــ ة قسنطين ـــــــــ ة 1 كلـيــةعلوم التكنولوجي ة قسم :الكتروتقن ي Remerciements Nous tenons d’abord à remercier ALLAH le tout puissant et, qui nous a donné la force et la patience d’accomplir ce Modeste travail. La réalisation de ce mémoire a été possible grâce au concours de plusieurs personnes à qui je voudrais témoigner toute ma reconnaissance. Je remercie Monsieur BANAALA Hocine d’avoir accepté d’encadrer ma recherche et de m’avoir guidée dans la conduite de ce travail. Je désir aussi remercier les professeurs d’électrotechnique, qui m’ont fourni les outils nécessaires à la réussite de mes études universitaires. Je tiens à remercier spécialement Khalil Nabti, Houssem Rafik Elhana Bouchekara, Med Essalah Razgui. Je voudrais exprimer ma reconnaissance envers les amis et collègues qui m’ont apporté leur support moral et intellectuel tout au long de ma démarche. Un grand merci à elhousseyn Alioueche et Abd Essamad Massar pour les conseils et l’amitié, ils ont grandement facilité mon travail. Enfin, je tiens à témoigner toute ma gratitude à Loqmen Hammoudi, Boubaaya Nadjib, Foughali Bilel, Yaakoub Latrache et touts mes collègues, également pour ma cousine Sarah pour leur confiance et leur support inestimable. Je tiens à remercier tous ceux qui m’ont soutenue de près comme de loin, tout au long de cette année, qui se reconnaîtront. Enfin, merci d’avance à ceux ou celles qui voudront bien me lire ou m’écouter et surtout m’aider à progresser. Dédicace Je Dédie Ce Travail : A Mes Chers Parents ; A Mes Chers Sœurs et Frères ; A Tout Chers Ami(e)s. Sommaire I.1 Introduction .................................................................................................................................................. 1 I.2.1 Définition ............................................................................................................................................... 1 I.2.2 Les objectifs D’un système automatisé ................................................................................................. 1 I.2.3 Structure d'un système automatisé ...................................................................................................... 1 I.2.3.1 Partie opérative .............................................................................................................................. 2 I.2.3.2 Partie commande ........................................................................................................................... 3 I.2.3.3 Poste de contrôle............................................................................................................................ 3 I.3 Les avantages et les inconvénients d’un système automatisé ..................................................................... 4 I.3.1 Les avantages ......................................................................................................................................... 4 I.3.2 Les inconvénients .................................................................................................................................. 4 I.4 Généralités sur les automates programmables industriels .......................................................................... 4 I.4.1 Historique .............................................................................................................................................. 4 I.4.2 Définition général d’un automate programmable industriel ................................................................ 4 I.4.3 Architecture des automates .................................................................................................................. 5 I.5 Architecture d’un Automate Programmable Modulaire S7-300 de Siemens .............................................. 5 I.5.1 Module d’alimentation .......................................................................................................................... 5 I.5.2 Unité centrale CPU ................................................................................................................................ 6 I.5.3 Gestion des entrées/sorties .................................................................................................................. 7 I.5.3.1 Modules d’entrées et sorties TOR (Tout Ou Rien) ......................................................................... 7 I.5.3.2 Modules d’entrées et de sorties Analogiques ................................................................................ 7 I.6 Adresse absolue de chaque module ............................................................................................................. 8 I.7 Les variables de l’automate –Siemens- ........................................................................................................ 8 I.8 Présentation de l'automate utilisé dans ce projet ....................................................................................... 8 I.8.1.1 Propriétés ....................................................................................................................................... 8 I.8.2 CPU 315-2 DP ......................................................................................................................................... 9 I.8.2.1 Interface MPI ................................................................................................................................ 10 I.8.2.2 Interface PROFIBUS DP ................................................................................................................. 10 I.8. 3 Module d'entrées TOR SM 321 ; DI 16 x 24 V cc ............................................................................... 10 I.8.3.1 Propriétés ..................................................................................................................................... 10 I.8.4 Module de sorties TOR SM 322; DO 16 x 24 V cc/ 0, 5 A .................................................................... 11 I.8.4.1 Propriétés ..................................................................................................................................... 11 I.9. Conclusion ................................................................................................................................................. 11 II.1 Introduction ............................................................................................................................................... 12 II.2 Présentation générale du logiciel STEP7 ................................................................................................... 12 II.2.1 Définition du logiciel ........................................................................................................................... 12 II.2.2 Application du logiciel STEP7 .............................................................................................................. 12 II.2.2.1 Gestionnaire de projets SIMATIC ................................................................................................ 12 II.2.2.2 Définition des mnémoniques ...................................................................................................... 13 II.2.2.3 Diagnostic du matériel ................................................................................................................. 13 II.2.2.4 Langages de programmation ....................................................................................................... 13 II.2.2.5 Configuration matérielle d’une station SIMATIC ......................................................................... 14 II.3 Elaboration du programme sous STEP7 .................................................................................................... 15 II.3.1 Démarrage du logiciel STEP7 .............................................................................................................. 15 II.3.2 Création d’un nouveau projet ............................................................................................................ 15 II.3.3 Configuration du matérielle ............................................................................................................... 15 II.3.4 Création de la table des mnémoniques .............................................................................................. 16 II.5 Simulation du programme avec le S7-PLC-SIM ......................................................................................... 16 II.5.1 Présentation du PLC-SIM .................................................................................................................... 16 II.5.2.1 Chargement du programme ........................................................................................................ 17 II.6 Configuration du PLCSIM ........................................................................................................................... 17 II.6.1 Exécution du programme ................................................................................................................... 17 II.7 Etat de fonctionnement de la CPU ............................................................................................................ 18 II.7. 1 Etat de marche (RUN-P) ..................................................................................................................... 18 II.7. 2 Etat de marche (RUN) ........................................................................................................................ 18 II.7. 3 Etat d’arrêt (STOP) ............................................................................................................................. 18 II.8 Conclusion ................................................................................................................................................. 18 III.1 Introduction .............................................................................................................................................. 19 III.2 Définition .................................................................................................................................................. 19 III.3 Présentation générale .............................................................................................................................. 19 III.4 Cahier des charges .................................................................................................................................... 19 III.4.1 L’environnement et les acteurs ......................................................................................................... 20 III.4.2 Fonctionnement ................................................................................................................................ 20 III.4.2.1 Mémoire ..................................................................................................................................... 20 III.4.3 Le contexte ........................................................................................................................................ 20 III.4.3.1 Vu du palier ................................................................................................................................ 20 III.4.3.2 Vu de l’intérieur de la cabine...................................................................................................... 21 III.4.4 Le matériel utilisé dans ce travail ...................................................................................................... 21 III.4.4.1 Partie opérative .......................................................................................................................... 21 III.4.4.2 La partie commande ................................................................................................................... 23 III.5 Commande de la partie opérative de l'ascenseur .................................................................................... 23 III.5.1 Notations des entrées et sorties ....................................................................................................... 23 III.5.1.1 Mnémonique .............................................................................................................................. 23 III.5.1.2 La programmation ...................................................................................................................... 24 III.6 Conclusion ................................................................................................................................................ 28 IV.1 Introduction .............................................................................................................................................. 29 IV.2 Cahier de charge ....................................................................................................................................... 29 IV.2.1 Le fonctionnement ............................................................................................................................ 30 IV.3 Réalisation pratique ................................................................................................................................. 30 IV.3.1 Circuit de puissance ........................................................................................................................... 30 IV.3.2 Circuit de commande ........................................................................................................................ 31 IV.3.2.1 Programme ................................................................................................................................. 32 IV.4 Etude de démarrage progressif du variateur ........................................................................................... 37 IV.4.1 Démarrage direct à vide .................................................................................................................... 37 IV.4.2 Démarrage direct en charge .............................................................................................................. 38 IV.4.3 Démarrage progressif à vide ............................................................................................................. 38 IV.4.4 Démarrage progressif en charge ....................................................................................................... 38 IV.4.5 Démarrage et freinage progressif en charge .................................................................................... 39 IV.5 Conclusion ................................................................................................................................................ 39 V.1 Introduction ............................................................................................................................................... 40 V.2 Cahier des charges .................................................................................................................................... 40 V.2.1 Le fonctionnement service 1 ............................................................................................................. 40 V.2.2 Le fonctionnement service 2 .............................................................................................................. 41 V.3 Réalisation expérimentale ......................................................................................................................... 42 V.3.1 Circuit de puissance ............................................................................................................................ 42 V.3.1.1 Choix des appareillages industriel ............................................................................................... 42 V.3.2 Circuit de commande ......................................................................................................................... 45 V.3.2.1 Paramétrage du variateur ........................................................................................................... 46 V.3.2.2 Programmation de l’automate .................................................................................................... 47 V.4 Conclusion: ................................................................................................................................................ 50 Conclusion générale Annexe Bibliographie Fig. I. 1 Structure d'un système automatisé ....................................................................................................... 2 Fig. I. 2 Automate compacte (Allen-Bradley) .................................................................................................. 5 Fig.I. 3 Automate modulaire (siemens s7-400) ................................................................................................. 5 Fig. I. 4 Face avant d’une Cpu de siemens ........................................................................................................ 6 Fig. I. 5 Schéma représentant les adresses de chaque module ........................................................................... 8 Fig. I. 6 Schéma de branchement des PS 307; 5 A ............................................................................................ 9 Fig. I. 7 Câblage des entrées ............................................................................................................................ 10 Fig. I. 8 Câblage des sorties ............................................................................................................................. 11 Fig. II. 1 Le gestionnaire de projet SIMATIC Manager .................................................................................. 13 Fig. II. 2 Fenêtre de configuration du matériel ................................................................................................ 15 Fig. II. 3 Fenêtre de la création de mnémoniques............................................................................................ 16 Fig. II. 4 Fenêtre de configuration du simulateur ............................................................................................ 17 Fig. III. 1 Schéma fonctionnel du système ...................................................................................................... 21 Fig. III. 2 Photo représentant la maquette réalisée .......................................................................................... 21 Fig. III. 3 Photo représentant le moteur utilisé ................................................................................................ 22 Fig. III. 4 Photo représentant les capteurs utilisés ........................................................................................... 22 Fig. III. 5 Schéma représentant le principe de fonctionnement ....................................................................... 23 Fig. III. 6 Schéma de la carte réalisée .............................................................................................................. 23 Fig. III. 7 Notation simplifiée .......................................................................................................................... 24 Fig. IV. 1 Schéma fonctionnel du système ...................................................................................................... 29 Fig. IV. 2 Variateur de vitesse Altivar 31 ........................................................................................................ 30 Fig. IV. 3 Schéma de puissance ....................................................................................................................... 31 Fig. IV. 4 Photo de la maquette réalisée .......................................................................................................... 31 Fig. IV. 5 Configuration d’entrées sorties ....................................................................................................... 32 Fig. IV. 6 Tableau mnémonique et leur adresse .............................................................................................. 34 Fig. IV. 7 Photo de l’expérience réalisée ......................................................................................................... 37 Fig. IV. 8 Les courbes du (courant, vitesse) en fonction du temps démarrage direct à vide ........................... 37 Fig. IV. 9 Courbes du (courant, vitesse) en fonction du temps démarrage direct en charge ........................... 38 Fig. IV. 10 Courbes du (courant, vitesse) en fonction du temps démarrage progressif à vide ........................ 38 Fig. IV. 11 Les courbes (courant, vitesse) en fonction du temps démarrage progressif en charge ................. 38 Fig. IV. 12 Les courbes (courant, vitesse) en fonction du temps démarrage et freinage progressif en charge 39 Fig. V. 1 Schéma fonctionnel du système de lavage automatique ................................................................. 41 Fig. V. 2 Schéma du circuit de puissance ........................................................................................................ 42 Fig. V. 3 Photo du dispositif expérimental ...................................................................................................... 45 Fig. V. 4 Schéma représentant le circuit de commande .................................................................................. 46 Fig. V. 5 Notation simplifiée (mnémonique) .................................................................................................. 47 Fig. V. 6 Photo représentant le Grafcet de sécurité ......................................................................................... 47 Fig. V. 7 Photo représente le Grafcet du système point vue opérative ............................................................ 48 Fig. V. 8 Photo représentant le Grafcet du système du point vue commande « Automate » .......................... 49 Fig. V. 9 Photo représentant le Grafcet réalisé. ............................................................................................... 50 Introduction générale Le travail présenté dans ce mémoire a été effectué au Laboratoire d’Electrotechnique de Constantine. L’objectif de ce projet est l’étude et la réalisation de maquettes pédagogiques à base d’Automate Programmable Industriel (API) de la gamme Siemens S300. Il s’agit de mettre en œuvre d’un automate pour piloter de systèmes automatisés destinés à des travaux pratiques pour des étudiants de master I. Le mémoire du projet comprend cinq uploads/Industriel/ banc-d-x27-essai-api-pdf.pdf

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