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Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Modu

Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: Processus industriels Département de Génie électrique Code : UEF1221 1 Chapitre I : Introduction aux Processus industriels automatisés I.1) Définition de l’automatique et de l’automatisme I.1.1) Automatique : C’est l’ensemble des théories et de techniques d’analyse, d’identification et de commande des systèmes (dynamiques). Il a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie du signal et l’informatique (théorique). Il permet de traiter l’information et de prendre une décision. I.1.2) Automatisme : C’est un dispositif que l’on substitue à un opérateur humain pour assurer le fonctionnement d’une machine ou d’une installation industrielle. Le rôle de l’opérateur dans une installation automatisée est de spécifier les consignes et d’intervenir dans le cas de nécessité (disfonctionnement). I.2) Système Automatisé de Production (SAP) C’est un système à caractère industriel ayant pour but de traiter une matière d’œuvre pour lui apporter une valeur ajoutée de façon reproductible et rentable. Un système de production répond au besoin d’élaborer des produits, de l’énergie ou de l’information à un coût rentable pour l’utilisateur du système. I.3) Objectifs de l’automatisation L’automatisation permet à l’entreprise d’améliorer sa compétitivité (coûts des produits, qualité, adaptabilité à la demande, ...). Elle a pour objet d’associer les moyens de production et les moyens de commande automatique qui permettent d’assurer la reproductibilité du résultat de la manière la plus autonome possible (plus au moins indépendant des interventions humaines). Elle s’exprime en termes d’objectifs: - Augmenter la productivité: Fabriquer le maximum de produits pendant le minimum de temps. - Améliorer la flexibilité de production: Cela consiste à fabriquer le maximum de variétés de produits, avec le même équipement. Ce qui nécessite l'utilisation de système de production ayant la capacité de:  S’adapter rapidement aux changements de caractéristiques des produits à fabriquer, en reconfigurant la circulation des produits et des opérations,  Répondre dans les plus brefs délais aux variations du volume des commandes, sans créer des stocks inutiles. - Améliorer la qualité des produits. - Intégrer gestion et production:  Contrôler le flux de production,  Disposer de données technico-économiques sur la production,  Simuler des programmes de production. - Améliorer les conditions de travail du personnel:  Supprimer la pénibilité,  Améliorer la sécurité. Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: Processus industriels Département de Génie électrique Code : UEF1221 2 - Permettre de réaliser des travaux dans des milieux hostiles et suppléer l’homme dans des situations de conduite dangereuses (fond de mer, centrales nucléaires, usines chimiques, domaine spatial, etc). I.4) Moyens de l’automatisation - Machines de transfert (ou systèmes rigides) : Elles sont constituées par une succession de postes où sont effectuées des tâches élémentaires dans un ordre immuable (constant), ce que on appelle les systèmes séquentiels à fonctionnement automatique. - Cellules flexibles: Elles ne comportent qu’un ou deux machines de production à commande numérique, connectées entre elles et gérés par ordinateurs. - Lignes ou « ilos » de production flexibles: Ensemble de machines à commande numérique associées par des systèmes de manutention et de transport constituant une unité de production. - Ateliers flexibles: Organisation complexe de cellules et de lignes de production interconnectées et reliées par un système de manutention et de transport et entre lesquelles les produits circulent dans un ordre variable. I.5) Moyens de flexibilité - La palettisation des pièces: consiste à immobiliser des produits grâce à des portes pièces modulaires, sur des plateaux interchangeables qui peuvent être réglés hors machine. - La robotisation: mettre en œuvre des robots de manutention programmables, polyvalents, dotés de plusieurs degrés de liberté et capables de faire des mouvements très variés. I.6) Structure d’un système Automatisé (de production) Un système automatisé (SA) comprend une partie opérative (PO) et une partie de commande (PC) qui dialoguent entre eux (figure I.1). I.6.1) Partie opérative Elle regroupe l’ensemble des opérateurs techniques (actionneurs et effecteurs) qui assurent et contrôlent la production. Elle agit directement sur la matière d’œuvre pour lui apporter une valeur ajoutée à partir des ordres fournis par la PC. I.6.2) Partie commande Elle regroupe l’ensemble des moyens de traitement de l’information qui assure la commande et la coordination des tâches (de la succession des actions de la PO), à la place de l’opérateur et à partir de programme préétablis. Elle mémorise le savoir faire des opérateurs pour obtenir la suite des actions à effectuer sur la matière d’œuvre afin d’élaborer la valeur ajoutée. Elle exploite un ensemble d’informations prélevées sur la PO pour élaborer la succession des ordres nécessaires pour obtenir les actions souhaitées. Il existe deux types de commande : Commande séquentielle (variables booléennes) et commande continue (asservissement et régulation de processus continu). La PC peut être organisée de deux manières différentes : - Commande centralisée: Elle gère seule la totalité du SA à partir d’un unique système de traitement. -Commande répartie: association de commandes autonomes. Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: Processus industriels Département de Génie électrique Code : UEF1221 3 I.6.3) Echanges d’informations entre la PO et la PC : Ils sont de deux types : - Emission des signaux de commandes de la PC vers les pré-actionneurs de la PO. - Acquisition des informations (mesures) de la PC par l’intermédiaire des capteurs. I.6.4) Fonctionnalité de la PC La PC d'un système automatisé est destinée à traiter les informations afin d'assurer les fonctionnalités suivantes: - Elle dialogue à travers : le pupitre, la console, écran, … etc. - Elle communique à travers des liaisons parallèles, séries, … etc. - Elle traite les informations délivrées par les capteurs par le processus de traitement (de l’API). - La relation avec la PO est à travers les pré-actionneurs et les capteurs. I.6.5) Réalisation matérielle de la PC - En logique câblée (séquenceurs) : technologie électronique, technologie électrique, technologie pneumatique. Inconvénients: structure figée. - En logique programmée : Automates Programmables Industriels (API), micro-ordinateurs industriels, cartes électroniques à microprocesseur où à microcontrôleurs. Avantage: structure flexible (ou souple). Effecteurs Actionneurs Capteurs Pré- -Actionneurs Pupitre Energie de commande Energie de puissance - A.P.I - Câblage Matière d’œuvre entrante Matière d’œuvre sortante Partie opérative Partie commande Signaux de commandes Messages Consignes Mesures physiques Mesures électriques Figure I.1 : Structure d’un système Automatisé de production. Energie Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: Processus industriels Département de Génie électrique Code : UEF1221 4 I.7) Eléments de la PO La PO est composé au moins d’un actionneur associé à un effecteur. Les pré- actionneurs et les capteurs qui permettent le dialogue entre la PO et la PC sont dans la plus part des cas considérés comme des éléments de la PO. I.7.1) Actionneurs : Ils ont pour but de convertir une énergie d’entrée sous une certaine en une énergie sous une forme différente adaptée à l’opération à effectuer. I.7.2) Effecteur : C’est un élément adapté à une action précise. I.7.3) Classification des actionneurs Ils peuvent êtres classés selon le type d’énergie à leurs entrées ou selon le nombre de leurs états (c'est-à-dire leur mise en œuvre). A) Classification selon le type d’énergie à leur entrée Ils sont de quatre types : - Actionneurs électriques (énergie: électrique) ; - Actionneurs pneumatiques (énergie: air comprimé) ; - Actionneurs hydrauliques (énergie: huile sous pression) ; - Actionneurs mécaniques (énergie: mécanique). Dans la majorité des cas, ces actionneurs modifient la nature de l’énergie reçue en énergie mécanique. B) Manière de mise en œuvre - Les actionneurs de type Tout ou Rien (TOR): Ils n’ont que deux états possibles (repos ou action). Exemple: vérin pneumatique. - Les actionneurs proportionnels: ils restituent énergie de sortie de façon modulée, proportionnellement au signal de commande reçu. Exemple: moteur électrique à courant continu: restitue une énergie mécanique de rotation selon la tension appliquée et le courant qui le traverse. Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: Processus industriels Département de Génie électrique Code : UEF1221 5 I.7.4) Tableau de classification des actionneurs courants: Energie d’entrée Energie de sortie Nature Forme Nature Forme Dynamique Vérin pneumatique Pneumatique Débit d’air plus pression Mécanique Translation Vérin hydraulique Hydraulique Débit d’huile plus pression Mécanique Translation Vérin électrique Electrique Tension continu ou alternative Mécanique Translation Electroaimant à noyau plongeur Electrique Tension continu ou alternative Mécanique Translation Moteur électrique Electrique Tension continu ou alternative Mécanique Rotation Moteur hydraulique Hydraulique Débit d’huile plus pression Mécanique Rotation Moteur pneumatique Pneumatique Débit d’air plus pression Mécanique Rotation Vérin rotatif Hydraulique ou pneumatique Débit d’huile plus pression ou débit d’air plus pression Mécanique Rotation Statique Résistance Electrique Tension continu ou alternative Thermique Conduction plus rayonnement Lampe Electrique Tension continu ou alternative Thermique Rayonnement lumineux 1.7.5) Pré-actionneurs Les entrés des pré-actionneurs sont connectées à la PC et à la source de puissance. Ils reçoivent des signaux et ils délivrent une énergie de puissance en fonction des signaux de faible énergie adressés par la PC. Donc on peut dire qu’ils transforment les signaux de faibles puissances délivrées par la PC en grandeurs physiques capables d’obtenir l’effet désiré des actionneurs situés sur la PO. Université A. Mira-Bejaia M1 Automtismes Industiels Faculté de Technologie Module: uploads/Industriel/ chapitre-1-introduction-aux-processus-industriels-pdf.pdf