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Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 1 1.1- Intr

Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 1 1.1- Introduction Dans ce chapitre nous allons effectuer une introduction aux systèmes automatisés en visant les points suivants : 1) Fonction globale d'un système automatique ; 2) Automatisation et structure des systèmes automatisés ; 3) Pré‐actionneurs (Contacteurs, Triac, ...) ; 4) Actionneurs (vérins, Moteurs, ...) ; 5) Capteurs ; 6) Classification des systèmes automatisés ; 7) Spécification des niveaux du cahier des charges ; 8) Outils de représentation des spécifications fonctionnelles. 1.2- Fonction globale d'un système automatique 1.2.1- Définition d'un "Système automatisé" Un "Système Automatisé" est un système qui exécute toujours le même travail pour lequel il a été programméÆROBOT Un système automatisé ou automatique est un système réalisant des opérations et pour lequel l'homme n'intervient que dans la programmation du système et dans son réglage. Automatique, c'est l'ensemble de théories et de techniques pour la prise de décision et la commande des systèmes. En anglais "Automatic Control" (# commande). L'automatique est ainsi la discipline scientifique permettant de caractériser les systèmes automatisés et de choisir/concevoir/réaliser la commande des systèmes. Les systèmes de commande s'inspirent le plus souvent de l'homme. L'automatisation industrielle est la mise en œuvre des moyens automatiques pour la réalisation d'un processus de production. Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 2 Un Système Automatisé est toujours composé d'une Partie Commande (P.C) et d'une Partie Opérative (P.O). Pour faire fonctionner ce système, l'Opérateur (personne qui va faire fonctionner le système) a donné des consignes à la P.C. Celle-ci va traduire ces consignes en ordres qui vont être exécutés par la P.O. Une fois les ordres accomplis, la P.O va le signaler à la P.C (elle fait un compte-rendu) qui va à son tour le signaler à l'Opérateur. Ce dernier pourra donc dire que le travail a bien été réalisé. Pour comprendre cette définition, observer les 6 étapes explicatives d’un Système Automatisé (S.A) qui permet de déplacer des objets (P.C Æordinateur et d'une P.O Æbras manipulateur qui permet de déplacer les objets): Exemples de systèmes automatisés: • Ascenseur • Portes coulissantes de magasin. • Une série de Systèmes Automatisés destinés à souder la carrosserie des véhicules • etc .. Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 3 1.2.2- Fonction Globale d’un Système automatisé Un système automatisé est représenté par une boite appelée ACTIGRAMME dans laquelle on inscrit sa FONCTION GLOBALE du point de vue de l’utilisateur. La fonction globale est représentée par un VERBE EN MAJUSCULE à l’INFINITIF obtenu de la questionÆ quoi sert ce système ? . Les autres données de contrôle sont réparties de la façon suivante : W : Données de contrôle d’énergie – Ex : énergie électrique, pneumatique, hydraulique, chimique… C : Données de contrôle de configuration – Ex : programmation d’un API, d’un programmateur mécanique… R : Données de contrôle de réglage – Ex : réglages de vitesse, courses, paramètres de fonctionnement… E : Données de contrôle d’exploitation – Ex : dialogue homme machine, ordre opérateur… L a fonction globale de tout système (figures en haut et en bas) est de donner une valeur ajoutée, à un ensemble de matières d’œuvre dans un contexte donné. Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 4 NB : Un système de production est dit industriel si l’obtention de cette valeur ajoutée (Préciser ces modifications) , pour un ensemble de matières d’œuvre (Quel est l’élément qui subit les modifications apportées par le système ?) donné, a un caractère reproductible, peut être exprimée et quantifiée en termes économiques. Fonction globale : définition du but ou de la finalité pour lesquels le système a été conçu ; elle est exprimée par un verbe à l'infinitif. Æ Machine à laver Matière d'œuvre + Valeur ajoutée : différence entre l'état initial et l'état final de la matière d'œuvre. Support d'activité : système étudié. Exemple : Machine à laver Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 5 Exemples de systèmes 1.3- Automatisation et structure des systèmes automatisés L'automation industrielle est la technique d'utiliser les machines afin de réduire la charge de travail mené par l’ouvrier tout en gardant la productivité et la qualité. L’automatisation de la production consiste à réaliser les tâches de coordination, auparavant exécutées par des opérateurs humains, par la PARTIE COMMANDE qui représente un ensemble d’objets techniques. . Tout système automatisé peut être abordé selon au moins deux points de vue : - par une approche fonctionnelle. - par une approche structurelle. L'approche fonctionnelle permet une étude progressive d'un système automatisé par identification de la fonction des différents éléments le constituant. Afin de rendre cette analyse plus claire, une représentation graphique de la fonction globale du système est utilisée. L'approche structurelle permet de reconnaître les divers éléments constitutifs du système et de les regrouper en trois parties : - la partie opérative (P.O) agit sur la matière d'œuvre. - la partie commande (P.C) émet les ordres et reçoit des signaux en retour, afin de coordonner ses actions. - la partie pupitre (P.P) permet à l’opérateur de dialoguer et de commander la partie opérative. Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 6 Alors, un système automatisé peut se représenter sous la forme d’un schéma identifiant trois parties : - P.O = actionneur + effecteurs; - P.C ; - P.P. du système et exprimant leurs interrelations (Informations, Ordres, Comptes-rendus, Consignes). 1 .3.1- Partie opérative (P.O) Appelée parfois partie puissance, la partie opérative d’un automatisme assure la transformation de la matière d’œuvre par le biais des constituants suivants : a) La partie mécanique (Effecteur): chariots, glissières, engrenages, poulies, broches… b) Les actionneurs convertissent l’énergie d’entrée disponible sous une certaine forme (électrique, pneumatique, hydraulique) en une énergie utilisable sous une autre forme, par exemple : - Energie thermique destinée à chauffer un four (l’actionneur étant alors une résistance électrique). - Energie mécanique destinée à provoquer une translation de chariot (l’actionneur pouvant être un vérin hydraulique ou pneumatique). - Energie mécanique destinée à provoquer une rotation de broche (l’actionneur pouvant être alors un moteur électrique). Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 7 c) Les préactionneurs reçoivent les signaux de commande et réalisent la commutation de puissance avec les actionneurs. Les préactionneurs des moteurs électriques sont appelés contacteurs. Les préactionneurs des vérins et des moteurs hydrauliques et pneumatiques sont appelés distributeurs (à commande électrique ou pneumatique). d) Les capteurs, qui communiquent à la partie commande des informations sur la position d’un mobile, une vitesse, la présence d’une pièce, une pression… e) Les capteurs T.O.R. (tout ou rien), qui délivrent un signal de sortie logique, c’est à dire 0 ou 1. Exemple : détecteur de fin de course. f) Les capteurs numériques, ou « incrémentaux », qui associés à un compteur, délivrent des signaux de sortie numérique. Exemple : capteur ou codeur incrémental utilisé pour la mesure des déplacements des chariots de machine à commande numérique. Les capteurs analogiques, ou proportionnels qui permettent de prendre en compte la valeur réelle d’une grandeur physique. Exemple : Sonde de température. g) Les appareils de ligne. Ceux-ci représentent l’ensemble des composants indispensables à la mise en œuvre et à la bonne marche de l’automatisme 1.3.2- Partie commande (P.C) Appelée également « partie traitement des informations », elle regroupe tous les composants de traitement des informations nécessaire à la bonne marche de la partie opérative. Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 8 La partie commande communique avec l’opérateur par l’intermédiaire d’un pupitre. Les informations entre la partie commande et la partie opérative passent souvent par l’intermédiaire d’interfaces. Trois technologies sont actuellement utilisées : a) électromécanique, b) pneumatique, c) électronique. La troisième se présente sous cette forme : ÆLogique programmée L’enchaînement des mouvements du système automatisé est programmé sous forme d’instructions (programme), traitées et gérées par l’unité centrale de la partie commande. i) Les automates programmables industriels (A.P.I.) Ils possèdent presque tous un langage adapté au GRAFCET. Ils sont munis de bornes d’entrées et sorties. ii) Les micro et mini-ordinateurs. Leur utilisation demande des connaissances en informatique. Le GRAFCET doit être traduit dans un langage informatique. Ils ne possèdent pas en général de bornes d’entrées et sorties. iii) Les micro systèmes. Idem ci-dessus mais possèdent des bornes d’entrées et sorties. 1.3.3- La partie pupitre Le pupitre permet à l’opérateur de dialoguer et de commander la partie opérative. Il comporte : i) Des boutons de commande (marche, arrêt, arrêt d’urgence…). ii) Des voyants de signalisation (mise sous tension, fonctionnement anormal, buzzer…). iii) Des appareils de mesure de pression (manomètre), de tension (voltmètre), d’intensité (ampèremètre). Chapitre 1 : Introduction aux systèmes automatisés Dr. M. DJARALLAH 9 1.4 Préactionneurs (Contacteurs, Triac, ...) 1.4.1- Définitions et classifications Les préactionneurs font partie de la chaîne d'action d'un système automatisé. Les préactionneurs sont les interfaces entre la Partie Commande et la Partie Opérative. Ils distribuent, sur ordre de la Partie Commande, l'énergie de puissance aux actionneurs. Classification des préactionneurs : En fonction des grandeurs d’entrée et de sortie, on peut classer les préactionneurs les uploads/Industriel/ chapitre1-automatisme-industrielle.pdf