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Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 CHAPITRE III GE

Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 CHAPITRE III GENERALITES SUR LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS CHOIX DE L’API S7-300 POUR LA CHAINE DE REFENDAGE Introduction Un automate programmable industriel (API) est aujourd’hui le constituant le plus répandu des automatismes. On le trouve non seulement dans tous les secteurs de l’industrie, mais aussi dans les services (gestion de parkings, d’accès à des bâtiments) et dans l’agriculture. Il répond aux besoins d’adaptation et de flexibilité de nombreuses activités économiques actuelles. III.1 Définition générale L'automate programmable industriel est un système de commande conçue autour d'un microprocesseur. C'est un système de commande en pleine évolution. La demande sur le marché est de plus en plus grande. De nouvelles fabrications s'annoncent régulièrement. Leurs possibilités évoluent au même rythme que les technologies utilisées. Les applications envisagées sont de plus en plus variées et des utilisateurs de tous les milieux s'y intéressent. Trois caractéristiques fondamentales le distinguent des outils informatiques tels que les ordinateurs utilisés dans les entreprises et les tertiaires : Il peut être directement connecté aux capteurs et préactionneurs grâce à ses entrées/sorties industrielles. Il est conçu pour fonctionner dans des ambiances industrielles sévères (température, vibrations, micro coupeurs de la tension d'alimentation, parasites, etc.…). Enfin, sa programmation à partir des langages spécialement développés pour le traitement de fonctions d'automatisme facilite son exploitation et sa mise en œuvre. Pour étudier cet équipement connecté à des systèmes réels en milieu industriel, il nous faut prendre en considération l'aspect matériel, l'aspect logiciel et la sûreté de fonctionnement. IEM 01 FHC 36 Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 III.2 Structure d'un automate programmable industriel La structure matérielle interne d'un API obéit au schéma donné sur la figure III-1. Nous analyserons successivement chacun des composants qui apparaissent sur ce schéma. III.2.1 Processeur Le processeur a pour rôle principal le traitement des instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l'application. Mais en dehors de cette tâche de base, il réalise également d'autres fonctions : Gestion des entrées/sorties. Surveillance et diagnostique de l'automate par une série des tests lancés à la mise sous tension ou cycliquement en cours de fonctionnement. Consulté le programme qu'est cours d'exploitation pour des réglages ou des vérifications des données [6]. III.2.2 Unité centrale L’unité centrale UC est une carte électronique bâtie autour de processeur(s), qui assure au moins les fonctions suivantes : Opérations logiques sur bits (le bit, contraction de « biner digit », étant l’information élémentaire à deux états) ou sur mots (ensemble de bits, le plus souvent 16 pour les API). Temporisation et comptage. Pour assurer la liaison entre UC et les cartes d’entrées/sorties,et un réseau, certaines consoles ou unités de dialogue, il faut une carte électronique spécialisée d’interfaçage : le coupleur. Il existe au moins un coupleur de base, éventuellement des coupleurs vers d’autres châssis contenant des entrées/sorties supplémentaires. IEM 01 FHC 37 Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 Figure III-1 : Architecture de l’automate programmable [6] IEM 01 FHC 38 Moniteur (EPROM) Moniteur (EPROM) Moniteur (ROM) Sorties Entrées Interfaces Bus Mémoire Données (RAM) Accumulateur Décodeur Registre n Registre 2 Registre 1 Unité Arithmétique Et Logique Compteur Ordinal Alimentation électrique E X T E R I E U R Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 III.2.3 Les modules d'entrées / sorties Son rôle est l'interface entre l'API et l'extérieur ,on distingue une partie opérative, où les actionneurs agissent physiquement sur le processus, et une partie commande récupérant les informations sur l’état de ce processus et coordonne en conséquence les actions pour atteindre les objectifs prescrits (matérialisés par des consignes). Pour ce faire, ils doivent :  regrouper des variables de même nature, pour diminuer la complexité et le coût.  assurer le dialogue avec UC.  traduire les signaux industriels en informations API et réciproquement, avec une protection de UC et un traitement adéquats. Le nombre total de modules est évidemment limité, pour des problèmes physiques (taille du châssis et/ou de l’alimentation électrique) ou de gestion informatique. La possibilité de configurer des voies d’accès en entrée ou en sortie est rarement utilisée, pour des raisons de sécurité. III.2.3.1 Entrées/sorties Tout ou Rien (TOR) La gestion de ce type de variables constitue le point de départ historique des API et reste une de leurs activités majeures. Dans le cas de modules séparés, la modularité dépend des constructeurs, les valeurs 8 et 16 se rencontrent fréquemment. On trouve des modules pour tensions continues (24 V, 48 V) et alternatives (24 V, 48 V, 100/120 V, 220/240 V), les valeurs de ces tensions étant conformes à la norme EN 61131-2[6]. Pour les automates à E/S intégrées, les caractéristiques des entrées et sorties sont choisies parmi les standards les plus répandus (entrées 24 V isolées, sorties transistorisées à alimentation continue, ou entrées 110 V alternatif isolées, sorties relais, par exemple, pour le TSX17). IEM 01 FHC 39 Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 III.2.3.2 Entrées/sorties analogiques Elles permettent l'acquisition des mesures (entrées analogiques), et la commande (sorties analogiques). Ces modules comportent un ou plusieurs convertisseurs analogique/numérique pour les entrées et des convertisseurs numérique/analogique pour les sorties dont la résolution est de 8 à 16 bits. Les standards les plus utilisés sont: ±10V, 0-10V, ±20mA, 0-20mA et 4-20mA. Ces modules sont en général multiplexés en entrée pour n'utiliser qu'un seul convertisseur A/N, alors que les sorties exigent plusieurs convertisseur N/A pour pouvoir effectuer la commande durant le cycle de l'API. III.2.3.3 Les modules des sorties statiques Relais statiques intégrant des composants spécialisés (transistors bipolaires, IGBT, thyristors), sans usure mécanique et dont les caractéristiques de commutation se maintiennent dans le temps. III.2.3.4 Les modules à relais électromagnétiques Le découplage résulte de l’existence de deux circuits électriques (bobine – circuit d’excitation – et contacts – circuits de puissance –). D’une durée de vie plus limitée que les relais statiques (moins de 100 000 cycles pour les contacts soumis à 10 A sous 125 V alternatif) et plus lents, les relais électromagnétiques ont aussi des avantages : faible résistance de contact, faible capacité de sortie, faible coût. III.2.3.5 Entrées/sorties déportées Leur intérêt est de diminuer le câblage en réalisant la liaison avec détecteurs, capteurs et actionneurs au plus près de ceux-ci, la liaison entre le boîtier déporté et l’unité centrale s’effectuant par une liaison spéciale. L’utilisation de fibres optiques permet de porter la distance de déport à plusieurs kilomètres. III.2.3.6 Éléments de stockage et de liaison Le stockage des données et des programmes s’effectue dans des mémoires : IEM 01 FHC 40 Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 La mémoire de type RAM, le programme est modifiable à volonté. La mémoire RAM nécessite une batterie tampon pour maintenir les informations et elle devra être programmée. La mémoire de type EPROM, elle doit être programmée avec une tension et un procédé qui n'est pas toujours disponible sur l'automate. Elle ne peut être modifiée mais seulement effacée complètement par une source de lumière ultraviolette. Le programme est donc figé et n'est pas perdu si la tension est coupée et lorsque la mémoire est retirée de l'automate. Les liaisons s’effectuent : Avec l’extérieur par des bornes sur lesquels arrivent des câbles transportant le signal électrique ; Avec l’intérieur par des bus, liaisons parallèles entre les divers éléments, il peut y avoir plusieurs bus, car on doit transmettre des données, des états, des adresses. Les informations présentes sur le(s) bus sont souvent partiellement ou totalement codées. III.3 Choix d'un API par rapport à d'autres solutions Les autres solutions principalement sont :  Les relais électromagnétiques  les systèmes à cartes électroniques  le micro calculateur (PC) Les solutions câblées à relais ne sont réalisables que pour des petites applications (une dizaine d’E/S TOR) unitaires ou en petite série, avec des faibles besoins de communication. La même situation prévaut pour les parties de commande à cellules pneumatiques. De manière générale, c’est la capacité de l’entreprise à mettre en œuvre, et à maintenir, de telles solutions qui les rendra éventuellement concurrentielles et fera décider leur emploi. Dans le cas d’appareillages produits à quelques dizaines d’exemplaires, le choix entre système à cartes et automate(s) dépendra d’un rapport implicite entre le potentiel des ventes en l’état et l’évolution possible du système lui-même. La rentabilité d’un système à cartes croît avec le nombre d’exemplaires, mais il s’agit d’une solution figée, IEM 01 FHC 41 Chapitre III Généralité sur les API avec choix de l’API S7- 300 contrairement à l’API. Cette solution présente par contre, pour des applications exigeantes en temps de réaction, une vitesse de traitement élevée. Pour le rôle d’organe de commande, les utilisateurs préfèrent l'API par rapport au PC car le produit est spécifiquement adapté à l'ambiance industrielle et d'une autre façon le constructeur maximise la disponibilité de l'API par la concordance de la technologie de conception aux conditions d'utilisation sont bien éprouvés. Mais dans certains domaines, ne répond pas toujours aux espoirs uploads/Industriel/ chapitre3c-presentation-de-api.pdf