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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université Mohammed Seddik Benyahia ‐Jijel Faculté des Sciences et de la Technologie Département d’Automatique Cours Automates Programmables Industriels Spécialité : Licence 3 Automatique Présenté par l’enseignant : Dr. Sofiane Doudou Table des matières Table des matières Introduction …………………………………………………….………………………………………………………………………….…… 1 Chapitre I : Généralités sur les systèmes automatisés ……………………………………………………………….. 3 I.1. Introduction ………………………………………………………………………..……………………...………………………… 3 I.2. Différentes parties des systèmes automatisés ………………………………………..…………………..………… 3 I.3. Chaîne fonctionnelle d’un système automatisé ………………………………………………..……………..…… 4 I.3.1. Chaîne d’information ………………………………………………………..………………..……………………… 5 I.3.2. Chaîne d’énergie ………………………………………………………………………………………………..……… 5 I.4. Différents types de commande …………………………………………………………………………………….……… 6 I.4.1. Logique câblée ………………………………………………………………………………………………...……….7 I.4.2. Logique programmée .………..…...………………………………………………………………………………......7 I.5. Cahier des charges ………………………………………………………………………………….…………………………… 7 I.6. Exercices …………………………………………………………………...………………………………………………………… 8 Chapitre II : Réseaux de Petri ……………………………………………………………………………………………….…….. 11 II.1. Introduction …………………………………………………………………………………………………………………….... 11 II.2. Concepts de base …………………………………………………………………………………………………….…….….. 11 II.3. Franchissement de transition ………………………………………………………………………………………….… 12 II.4. Évolution des réseaux de Petri ………………………………………………….………………………………..…….. 13 II.5. Réseaux de Petri autonomes et non autonomes……………………………………………………………..….. 13 II.6. Structures particulières des réseaux de Petri …………………………………………………………………..... 14 II.7. Modélisation par réseau de Petri ……………………………………………………………………………………… 15 II.8. Propriétés des réseaux de Petri ordinaires ………………………………………………………………...……… 17 II.9. Recherche des propriétés des réseaux de Petri ……………………………………………………………….... 20 II.10. Abréviations et extensions ………………………………………………………..………………………………….… 22 II.11. Exercices ……………………………………………………………………………...………………………………………… 24 Chapitre III : GRAFCET ………………………………………………………………………………...……………………….….. 27 III.1. Introduction …………………………………………………………………………………………………………………….. 27 III.2. Eléments graphiques de base ………………………………………………………………………………………..… 27 III.2.1. Etape ……………………………………………………………………………………………………………………... 27 III.2.2. Transition ……………………………………………………………………………………………………………… 28 III.2.3. Liaisons (arcs) orientées ……………………………………………………………………………………….. 28 III.3. Règles de syntaxe …………………………………………………………………………………………………………… 28 III.4. Exemple de grafcet …………………………………………………………………………………………………………. 29 III.5. Règles d’évolution ………………………………………………………………………………………………………….. 29 III.6. Structures de base …………………………………………………………………………………………………………… 31 III.7. Classification des actions associées aux étapes ……………………………………………………………… 32 III.7.1. Action continue ……………………………………………………………………………………………………………. 32 III.7.2. Action conditionnelle …………………………………………………………………………………………………... 32 III.7.3. Action mémorisée ………………………………………………………………………………………………………... 32 III.8. Etape source/puits et transition source/puits ……………………………………………...…………………… 34 Table des matières III.9. Différents points de vue d'un grafcet ……………………………………………………………………………… 34 III.10. Mise en équations du grafcet ……………………………………………………………………………………… 35 III.10. 1. Mise en équation d’une étape …………………………………………………………………………………... 35 III.10. 2. Gestion des modes Marche/Arrêt ……………………………………………………………………………... 35 III.10.3. Gestion des arrêts d’urgences ……………………………………………………………………………………. 36 III.11. Exercices ………………………………………………………………………………………………………………………. 37 Chapitre IV : Architecture des API ………………...……………………………………………...……………………….….. 39 IV.1. Introduction …………………………………………………………………………………………………………………….. 39 IV.2. Environnement des API ……………………………………………………………..……………………………..…..… 39 IV.3. Fonctions principales réalisées par API ………………………………………………………………………… 40 IV.4. Aspect extérieur des API ……………………..…………………………………………………………………………. 41 IV.4.1. Type compact ……………………………………………………………………………………………………... 41 IV.4.2. Type modulaire …………………………………………………………………………………………………… 41 IV.5. Structure interne des API ……………………………………………………………………………………………….. 41 IV.5.1. Processeur ………………………………………………………………………………………………………..…... 42 IV.5.2. Mémoire ……………………………………………………………………………………………………………..… 42 IV.5.3. Interfaces et cartes d’Entrées/Sorties ………………………………………………………………..…... 42 IV.5.4. Alimentation électrique ………………………………………………………………………………………… 43 IV.5.5. Modules complémentaires ……………………………………………………………………………..……... 43 IV.6. Critère de Choix des API …………………………………………………………………………………………...…… 43 Chapitre V : Programmation des API ………………...………………………………………...………………..……….….. 45 V.1. Introduction …………………………………………………………………………………………………..………………….. 45 V.2. Traitement du programme automate ………………………………………………...………………………..…..… 45 V.3. Affectation et adressage ………………………………………………………………………………………...………… 46 V.4. Langage de programmation des API ……………………..……………………………………….………………. 47 V.4.1. Langages graphiques …………………………………………………………………………….………………... 47 V.4.2. Langages textuels …………...……………………………………………………………………………………… 48 V.5. Programmation en langage à contact ……………………………………………………………………………….. 48 V.5.1. Opérations combinatoires sur bits ...…………………………………………………………………..…... 48 V.5.2. Association de contacts et de bobines …...……………………………………………………………..… 50 V.5.3. Opérations de comparaison ………………………………………………………………………………..…... 50 V.5.4. Opérations de conversion ……………….……………………………………………………………………… 51 V.5.5. Opérations de transfert ………………………………..…………………………………………………..……... 51 V.5.6. Opérations de décalage et de rotation ...……………………………………………………………..…... 51 V.5.7. Opérations logiques …...……………………………………………………………………………….………..… 52 V.5.8. Opérations arithmétiques …………………………………………….……………………………………..…... 53 V.5.9. Opérations de comptage ……………….……………………………………...………………………………… 53 V.5.10. Opérations de temporisation ………………………………..…………………………………………..…... 55 V.5.11. Opérations de gestion du programme ………….………………..……………………………………... 56 V.6. Programmation en langage par blocs …………………………………………………………..……………...…… 57 V.7. Programmation en langage liste d’instructions …………………………………………………………...…… 58 V.8. Exercices ………………………………………………………………………………………………………...…………...…… 59 Introduction 1 Introduction Description générale Ce cours est destiné aux étudiants de niveau licence 3 option automatique. Il s’adresse également aux personnes voulant s’initier aux techniques d’automatisation de processus industriels. Objectifs L’automatique est un ensemble de théories, de techniques, de composants utilisés pour rendre les machines autonomes, qui fonctionnent tout seul ou sans intervention humaine. L’intervention de l’automatique dans les systèmes à événements discrets s’appel automatisme. Automatisme est partout dans notre environnement quotidien par exemples : les distributeurs automatiques, les ascenseurs, le montage automatique dans le milieu plusieurs industriel, les feux de croisement…etc. Les objectifs poursuivis par une automatisation peuvent être assez variés. On peut retenir quelques uns : • La réduction des coûts de production par réduction des frais de main-d’œuvre, d’économie de matière, d’économie d’énergie,… • L’amélioration de la qualité du produit lié à la précision des actionneurs, • Remplacer l’homme dans des travaux pénibles et dangereux et l’amélioration des conditions de travail (Réduction des accidents de travail). • L’amélioration de la disponibilité des produits. • La réalisation d’opérations impossibles à contrôler manuellement La commande des systèmes automatisés industriels est assurée par un ensemble électronique programmable s’appel l’Automate Programmable Industriel (noté API en abrégé). Ces API sont apparus à la fin des années soixante pour remplacer avantageusement les technologies de la réalisation des parties commandes par les relais électromagnétiques et par les séquenceurs pneumatiques. Ce cours à pour but principal d’initier les étudiants à la programmation des API afin de piloter le fonctionnement et de faire un suivi d’un système automatisé. Plan de cours L’organisation de ce cours comporte cinq chapitres : Dans la première partie de, on donne des généralités sur les systèmes automatisé et on définit les différents types de commande de ces systèmes. Dans la deuxième partie, on présente les notions de base de la modélisation des systèmes automatisés par les réseaux de Petri (Rdp) et on définit les différentes propriétés d’un Rdp. L’objet du troisième chapitre est de présenter l’outil graphique GRAFCET. Cet outil permet à l’automaticien de décrire graphiquement l’évolution des systèmes automatisés. Introduction 2 La présentation des automates programmables industriels est proposée en quatrième chapitre. Le dernier chapitre est dédié à la présentation des différents langages utilisés pour la programmation des API. Une grande importance est donnée à la programmation en langage à contact (Ladder). Chapitre I. Généralités sur les systèmes automatisés 3 Généralités sur les systèmes automatisés I.1. Introduction Un système automatisé est un ensemble d'éléments organisés pour réaliser de manière autonome des opérations, qui exigeaient auparavant l’intervention humaine, dans un but précis : agir sur une matière d’œuvre afin de lui donner une valeur ajoutée. Ces opérations s’exécutent après avoir reçu les consignes d'un opérateur comme les ordres de départ et si besoin d'arrêt. Ce chapitre permet de présenter les différentes parties d’un système automatisé : partie opérative, partie commande et partie relation. Il permet également de définir les différentes fonctions de la chaine d’énergie et la chaine d’information. En suite, la commande des systèmes automatisés par la logique câblée et la logique programmée, est exposée brièvement. En fin, le chapitre donne une idée générale sur les différents niveaux du cahier de charge. I.2. Différentes parties des systèmes automatisés Un Système Automatisé est composé de trois parties : la Partie Commande (P.C.), la Partie Opérative (P.O.) et la Partie Relation (P.R) (le Pupitre ou Unité de Dialogue (U.D)). Pupitre Unité De Traitement Pré‐actionneurs Capteurs Actionneurs Effecteurs Ordres W1 Comptes Rendus Etat PO Autres PC Informations Consignes W1 W2 M.O M.O+V.A Partie Commande Partie Opérative W1: Energie du réseau, W2: Energie utile, M.O: Matière Oeuvre, V.A: Valeur Ajoutée. Figure I.1. Structure globale d’un système automatisé. La P.O. est en général mécanisée, c'est elle qui assure la conversion de puissance et agit sur le processus automatisé ou sur la matière d'œuvre (M.O). La P.C. traite les informations envoyées par les capteurs et par la P.R afin d’envoyer des ordres qui vont être exécutés par la P.O. par l’intermédiaire des pré-actionneurs. Elle envoie également des messages de communication vers l’opérateur et les autres systèmes. Le P.R. est l’organe servant d’interface Homme Machine (HMI). L’opérateur est amené à donner des ordres (consignes) à la P.C. (par bouton, clavier, etc...) et reçoit en retour des informations (par voyants, indicateurs, alarme, Ecran, etc…). Chapitre I. Généralités sur les systèmes automatisés 4 Le tableau suivant montre les différents éléments d’un système automatisé. Eléments Exemples Commentaires PRE- ACTIONNEUR Variateu Contacteur Distributeur Distribuent l’énergie aux actionneurs à partir des ordres émis par la PC. ACTIONNEUR Moteur Vérin Convertissent l’énergie qu’ils reçoivent des pré-actionneurs en une autre énergie utilisée par les effecteurs. Ils peuvent être Pneumatiques, Hydrauliques ou Electriques EFFECTEUR 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. CAPTEUR Renseignent la PC sur l’état de la PO. Ils peuvent détecter et mesurer des grandeurs physiques. Ils Peuvent être électriques ou pneumatiques. Signaux du type TOR, Analogique ou Numérique. TRAITEMENT Automates (API) Séquenceurs 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 DIALOGUE 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. Tableau I.1. Différents éléments d’un système automatisé. I.3. Chaîne fonctionnelle d’un système automatisé Une chaîne fonctionnelle est un sous-ensemble d’un système automatisé. On peut distinguer au sein des systèmes deux chaînes, l’une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information (Chaîne uploads/Industriel/ boteuil-de-gaz-pdf.pdf