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1 1- Généralités 1-1 Historique Les automates programmables industriels sont ap

1 1- Généralités 1-1 Historique Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante, à la demande de l'industrie automobile américaine (GM), qui réclamait plus d'adaptabilité de leurs systèmes de commande. Les coûts de l'électronique permettant alors de remplacer avantageusement les technologies actuelles. Avant : utilisation de relais électromagnétiques et de systèmes pneumatiques pour la réalisation des parties commandes ⇒ Logique câblée Inconvénients : cher, pas de flexibilité, pas de communication possible Solution : utilisation de systèmes à base de microprocesseurs permettant une modification aisée des systèmes automatisés ⇒ logique programmée Les ordinateurs de l'époque étant chers et non adaptés aux contraintes du monde industriel, les automates devaient permettre de répondre aux attentes de l'industrie. 1-2 Contraintes du monde industriel : Influences externes : - poussières, - température, - humidité, - vibrations, - parasites électromagnétiques, … Personnel : - mise en œuvre du matériel aisée (pas de langage de programmation complexe) - dépannage possible par des techniciens de formation électromécanique - possibilité de modifier le système en cours de fonctionnement Matériel : - évolutif - modulaire - implantation aisée 1-1 Définition d’un Api : L’Automate Programmable Industriel (API) est un appareil électronique programmable, adapté à l'environnement industriel, qui réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande de préactionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logique, analogique ou numérique. 2- Place de l'API dans le système automatisé de production (S.A.P.) : 2-1 Les systèmes automatisés de production : L’objectif de l’automatisation des systèmes est de produire, en ayant recours le moins possible à l’homme, des produits de qualité et ce pour un coût le plus faible possible. Un système automatisé est un ensemble d’éléments en interaction, et organisés dans un but précis : agir sur une matière d’œuvre afin de lui donner une valeur ajoutée. 2 Le système automatisé est soumis à des contraintes : énergétiques, de configuration, de réglage et d’exploitation qui interviennent dans tous les modes de marche et d’arrêt du système comme le montre le schéma ci-dessous : 2-2 Structure d'un système automatisé : Tout système automatisé peut se décomposer selon le schéma ci-dessous : 2-2 -1 Partie opérative : Elle agit sur la matière d’œuvre afin de lui donner sa valeur ajoutée. Les actionneurs (moteurs, vérins) agissent sur la partie mécanique du système qui agit à son tour sur la matière d’œuvre. Les capteurs / détecteurs permettent d’acquérir les divers états du système. Actionneur : Objet technique qui convertit une énergie de puissance d'entrée en énergie de sortie utilisable pour obtenir une action définie. (ex : vérin, moteur) Effecteur : Ensemble de constituants qui convertit l'énergie reçue de l'actionneur pour l'adapter à l’effet demandé sur le processus. (ex : réducteur, tapis roulant, bras ) Les capteurs : Rôle: Fournir à la PC des informations sur l’état du système. Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques exploitables par la PC. 3 Nous avons trois types de capteurs : Les détecteurs (ou capteur T.O.R.) : - Un détecteur fournit une information binaire à la partie commande. (Présence d’une pièce ou non, seuil de température atteinte, Vérin sorti…) - Il existe différentes familles technologiques de détecteurs: mécanique, optique, inductif, capacitif… dont les caractéristiques distinctes sont des éléments de choix. Les capteurs analogiques: - Un capteur analogique fournit une image électrique (tension 0 - 10V ou courant 4 - 20mA) d’une grandeur physique évoluant continument dans le temps, dans une gamme de variation donnée. Les capteurs numériques (ou codeurs) : - Les codeurs transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions,..., pouvant être lus sur 8, 16,32 bits. 2-2 -2 Partie Commande : Elle donne les ordres de fonctionnement à la partie opérative. Les préactionneurs permettent de commander les actionneurs ; ils assurent le transfert d’énergie entre la source de puissance (réseau électrique, pneumatique …) et les actionneurs. Exemple : contacteur, distributeur … Préactionneur : Constituant de gestion d'énergie qui, sur ordre de la commande, distribue une énergie disponible vers un actionneur (ex : relais, distributeur, hacheur) Ces préactionneurs sont commandés à leur tour par le bloc traitement des informations. Celui-ci reçoit les consignes du pupitre de commande (opérateur) et les informations de la partie opérative transmises par les capteurs / détecteurs. En fonction de ces consignes et de son programme de gestion des tâches (implanté dans un automate programmable ou réalisé par des relais (on parle de logique câblée)), elle va commander les préactionneurs et renvoyer des informations au pupitre de signalisation ou à d'autres systèmes de commande et/ou de supervision en utilisant un réseau et un protocole de communication. 2-2 -3 Poste de contrôle : Composé des pupitres de commande et de signalisation, il permet à l’opérateur de commander le système (marche, arrêt, départ cycle …). Il permet également de visualiser les différents états du système à l’aide de voyants, de terminal de dialogue ou d’interface homme-machine (IHM). 2-3 Domaines d'emploi des automates : On utilise les API dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage, emballage ...) ou des chaînes de production (automobile, agroalimentaire ...) ou il peut également assurer des fonctions de régulation de processus (métallurgie, chimie ...). Il est 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. 2-4 Nature des informations traitées par l'automate : 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 4 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. 3- Différents types de commande 3-1 Le système automatisé combinatoire Ces systèmes n’utilisent aucun mécanisme de mémorisation : a une combinaison des entrées ne correspond qu’une seule combinaison des sorties. La logique associée est la logique combinatoire. Les outils utilisés pour les concevoir sont l’algèbre de Boole, les tables de vérité, les tableaux de Karnaugh. Les systèmes automatisés utilisant la technique ”combinatoire” sont aujourd’hui très peu utilisés. Ils peuvent encore se concevoir sur des mécanismes simples ou le nombre d’actions a effectuer est limité (ex : pilotage de 2 vérins). Ils présentent en outre l’avantage de n’utiliser que très peu de composants 3-2 Le système automatisé séquentiel Ces systèmes sont les plus répandus dans le domaine industriel. Le déroulement du cycle s’effectue étape par étape. A une situation des entrées peuvent correspondre plusieurs situations de sortie. La sélection d’une étape ou d’une autre dépend de la situation antérieure du dispositif. 3-3 La logique programmée : commande électrique L’´elément principal s’appelle l’Automate Programmable Industriel ou l’API. La détection est électrique. Le pilotage des actionneurs se fait par l’intermédiaire de relais ou de distributeurs. Il existe sur le marché de nombreuses marques d’automates : Télémécanique, Siemens, Omron, Allen Bradley, Cegetel, etc... 3-4 La logique câblée : commande pneumatique L’élément principal s’appelle module séquenceur et l’association de modules constitue un ensemble appelé séquenceur. La détection est pneumatique, le pilotage des distributeurs se fait par une action de l’air comprimé sur un piston qui fait déplacer le tiroir du distributeur `a droite ou a gauche. L’ensemble, appelé tout pneumatique, est homogène et fiable. 3-5 Les systèmes asservis Pour ces systèmes, on désire que la sortie suive avec précision les variations de l’entrée, et ceci avec un temps de réponse réduit. C’est par exemple le cas avec une direction assistée d’automobile ou la commande des gouvernes d’un avion. Applications : les robots industriels. 4- Les automates programmables industriels 4-1 Généralités 4-1-1 Définition d’un API (au par avant) : L’Automate Programmable Industriel (API) est un appareil électronique programmable, adapté à l'environnement industriel, qui réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande de préactionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logique, analogique ou numérique. 5 4-2-2 Aspect extérieur : Les automates peuvent être de type compact ou modulaire. De type compact, on distinguera les modules de programmation (LOGO de Siemens, ZELIO de Schneider, MILLENIUM de Crouzet ...) des micro automates. Il intègre le processeur, l'alimentation, les entrées et les sorties. Selon les modèles et les fabricants, il pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage rapide, E/S analogiques ...) et recevoir des extensions en nombre limité. Ces automates, de fonctionnement simple, sont généralement destinés à la commande de petits automatismes. 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 "fond de panier" (bus plus connecteurs). Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes où puissance, capacité de traitement et flexibilité sont nécessaires. Automate compact (Allen-bradley) Automate modulaire (Siemens) 1 Module d'alimentation 6 Carte mémoire 2 Pile de sauvegarde 7 Interface multipoint (MPI) 3 Connexion au 24V cc 8 Connecteur frontal uploads/Industriel/ chapitre-1 7 .pdf