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Nicolas Vandenbroucke Automatisation de processus industriels Introduction Auto

Nicolas Vandenbroucke Automatisation de processus industriels Introduction Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 1 Introduction Objectifs Présenter les bases des systèmes à évènements discrets ainsi que les concepts d'installation des systèmes automatisés de production (SAP) dans différents secteurs d’activité : métallurgie, traitement des eaux, aéronautique, pharmaceutique, automobile, mécanique, agroalimentaire... Etudier les fonctions principales d'un système automatisé et les enjeux de l'automatisation Définir et utiliser un cahier des charges lié à la mise en œuvre d'une ligne de production Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 2 Introduction Organisation 14 heures de Cours Le grafcet et l’automate programmable (10 h. – N. Vandenbroucke) Les réseaux industriels (4 h. – N. Maerten) 12 heures de TD (2 groupes) Le grafcet et l’automate programmable (8 h.) 12 heures de TP (3 séances de 4 heures) 1 examen (2 heures) Sans document et sans calculatrice Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 3 Introduction Pré-requis Codage numérique (code binaire naturel) Algèbre de Boole (propriétés et théorèmes) Fonctions combinatoires de base (ET, OU, NAND, NOR) Capteurs (systèmes électronique) et actionneurs (mécanique, électrotechnique) Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 4 Introduction Bibliographie 1. B. Descotes-Genon et J. Le Bail. L'automatique en classes préparatoires. Ellipses, 1995. 2. J.-C. Lafont et J.-P. Vabre. Cours et problèmes d'électronique numérique. Ellipses, 1986. 3. M. Gindre et D. Roux. Electronique numérique : logique combinatoire et technologie. McGraw-Hill, 1989. 4. M. Gindre et D. Roux. Electronique numérique : logique séquentielle. Ediscience international, 1994. 5. J.-C. Chauvreau, G. Chevalier et B. Chevalier. Mémotech électronique. Educalivre, 1994. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 5 Introduction Bibliographie 6. J.-Y. Fabert. Automatismes et Automatique - Cours et exercices corrigés. Ellipses, 2003. 7. G. Chevalier. Le GRAFCET, les automatismes par le diagramme fonctionnel et la technologie modulaire. Dunod, 1980. 8. Collectif d'auteurs. Les automatismes programmables. Cepadues - Editions, 1988. 9. Afcet-Adepa. Le Grafcet. Cepadues - Editions, 1995. 10. J.C. Bossy, P. Brard, P. Faugère et C. Merlaud. Le Grafcet, sa pratique et ses applications. Educalivre, 1979. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 6 Introduction Bibliographie 11. M. Blanchard. Comprendre, maîtriser et appliquer le Grafcet. Cepadues-Editions, 1994. 12. G. Benchimol, C. Verlinde et G. Rostan. Méthode d'automatisation industrielle. Hermes, 1991. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 7 Introduction Plan du cours Introduction Eléments de base du Grafcet Structuration et hiérarchisation L’automate programmable industriel (API) Programmation d’un API en langage littéral Programmation d’un API en langage à contact Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 8 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Système automatisé Objectifs Éliminer les tâches répétitives et rébarbatives Simplifier le travail de l’Homme Améliorer la sécurité Accroître la productivité Économiser les matières premières et l’énergie Assurer la qualité Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 9 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Système automatisé Architecture Partie Opérative (P.O.) : elle agit sur un produit pour lui conférer une valeur ajoutée Partie Commande (P.C.) : elle permet de commander un processus Partie Relation ou Dialogue (P.D.) : elle permet la communication entre l’homme et la machine Visualisation : voyants, afficheurs, écrans… Consigne : boutons, interfaces tactiles… Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 10 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Système automatisé Partie opérative Capteurs (cours de systèmes électroniques) Capteurs de position mécanique, Capteurs ILS (magnétique), Capteurs inductifs, Capteurs capacitifs, Capteurs photoélectrique, Capteurs de température, Capteurs de pression… Types Tout ou Rien (TOR), Analogique, Numérique… Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 11 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Système automatisé Partie opérative et partie commande Actionneurs et pré-actionneurs (Cours de mécanique et d’électrotechnique) Electriques o Moteur, électro-aimant, électrovanne,... o pré-actionneurs : contacteurs, variateurs de vitesse… Pneumatiques o Vérins (transfert, serrage, bridage, marquage, assemblage, éjection, ...) o pré-actionneurs : distributeurs Hydrauliques o Vérins, moteurs Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 12 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Système automatisé Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 13 Vérins simple effet : Vérins double effet : Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 14 PARTIE OPERATIVE Produits finis + Déchets Produits entrants + Énergie Unité de production Actionneurs Capteurs Pré-Actionneur Interface de sortie Interface d’entrée Unité de traitement Interface de sortie Interface d’entrée Visualisation Consigne Opérateur PARTIE COMMANDE PARTIE DIALOGUE Ordre Ordre Information Information Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Le cahier des charges Définition (Cours de management de projet) Le cahier des charges (CDC) est un document qui exprime un besoin et où sont spécifiés toutes les fonctions (services et contraintes) toutes les valeurs des grandeurs physiques et tous les modes d’utilisation du matériel. C’est un référentiel contenant les éléments qui doivent être respectés lors de la réalisation d'un projet et qui est partagé par ses différents acteurs. C’est aussi un outil de communication qui favorise le dialogue. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 15 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Le cahier des charges Niveaux Niveau 1 : spécifications fonctionnelles. Les tâches à réaliser par le système sont décrites sans préjuger de la technologie. Niveau 2 : spécifications technologiques et opérationnelles. La technologie des capteurs et actionneurs est spécifiée ainsi que les différents modes de fonctionnement et les conditions de sécurité. Niveau 3 : documentations relatives au système (utilisation, entretien, dépannage). Autre niveau : Clauses juridiques, commerciales et financières Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 16 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Le cahier des charges Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 17 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Fonctionnement d’un automatisme Représentation Le langage naturel : les fonctions de l’automatisme sont énumérées textuellement au moyen du langage quotidien qui est interprétable de différentes manières selon les individus. Ceci engendre souvent des cahiers des charges ambigus et difficiles à exploiter. Le langage à contact ou le diagramme en échelle (Ladder) : il est basé sur la représentation électrique des systèmes. Le langage booléen : il utilise les logigrammes. Le langage temporel : il utilise les chronogrammes. Les organigrammes : ils sont plus facilement applicables à l’informatique. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 18 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Fonctionnement d’un automatisme Représentation Le GEMMA (Guide d’Etude des Modes de Marche et d’Arrêt) : il permet de spécifier les différents modes de fonctionnement d’un système. Les réseaux de Pétri : ils sont bien adaptés à l’étude des systèmes complexes. L’analyse fonctionnelle descendante : SADT (Structured Analysis and Design Technic). Le GRAFCET : GRAphe Fonctionnel de Commande Etape/Transition. SFC (Sequential Function Chart) : inspiré du Grafcet, ce langage est d’avantage dédié à la programmation des API. Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 19 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme Exemple Production industrielle de pizzas Automatisation de processus industriels – Nicolas Vandenbroucke 20 Cahier des charges Introduction Système automatisé Fonctionnement d’un automatisme uploads/Industriel/ cm-auto-00-introduction-pdf.pdf