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Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Mah

Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Maher Page 1 ARCHITECTURE DES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS Objectifs : • Connaître l'architecture des API Eléments de contenu : • Définition • Structure de base • Modules spéciaux • Critères de choix d'un API Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Maher Page 2 I- DEFINITION Un Automate programmable industriel est une machine électronique spécialisée dans la conduite et la surveillance en temps réel de processus industriels. Il exécute une suite d'instructions introduites dans sa mémoire sous forme de programme, et s'apparente, par conséquent aux machines de traitement de l'information, mais trois caractéristiques fondamentales le distinguent totalement des outils informatiques tels que les ordinateurs utilisés dans les entreprises. Il peut être directement connecté aux capteurs et pré-actionneurs grâce à ses entrées - sorties industrielles Il est conçu pour fonctionner dans les ambiances industrielles sévères (température, vibration, micro-coupures de la tension d'alimentation, parasites, etc.) Enfin, sa programmation à partir de langages spécialement développés pour le traitement de fonctions d'automatismes fait en sorte que sa mise en œuvre et son exploitation ne nécessitent aucune connaissance en informatique. II- STRUCTURE DE BASE La Structure de base de base d'un automate programmable repose sur trois éléments fonctionnels principaux : un processeur, une mémoire, des entrées sorties tout ou rien. La liaison électrique entre ces éléments est réalisée par un bus. Un bloc d'alimentation fournit les tensions nécessaires pour le fonctionnement de l'ensemble. Processus à commander Capteurs Actionneu rs Mémoire Entrée s Sortie s Alimentation Processeur Automate Pupitre Console de programmation Affichage Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Maher Page 3 II.1- Le processeur Le processeur ou unité centrale (UC), 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 diagnostic de l'automate par une série de tests lancés à la mise sous tension ou cycliquement en cours de fonctionnement • Dialogue avec le terminal de programmation aussi bien pour l'écriture et la mise au point du programme ou en cours d'exploitation pour des réglages ou des vérifications des données. Un ou plusieurs microprocesseurs exécutent ces fonctions grâce à un micro-logiciel pré- programmé (FIRMWARE) dans une mémoire système inaccessible à l'utilisateur. II.2- Mémoire utilisateur Elle est destinée au stockage des instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l'automatisme ainsi que les données qui peuvent y être : Des informations susceptibles d'évoluer en cours de fonctionnement de l'application. C'est le cas par exemple de résultats de traitement effectués par le processeur et rangés dans l'attente d'une utilisation ultérieure. Ces données sont appelées variables internes. Des informations qui n'évoluent pas en cours de fonctionnement, mais qui peuvent en cas de besoins être modifiées par l'utilisateur (textes à afficher, valeur de présélection, etc.). Ce sont les constantes. L'élément de base de la mémoire est le bit (abréviation de l'anglais Binary digit : chiffre binaire) qui peut prendre les deux états logiques 0 et 1. Les bits sont généralement regroupés en mot de 8 bits (byte ou octet) qui sont identifiés chacun par une adresse. La taille de la mémoire est évaluée en Kilo mots (1 K mots = 210 mots = 1024 mots) ou en K octets, ceci pour chacune des deux parties : programme et données. Deux types de mémoires sont utilisés dans les API - Les mémoires vives (RAM mémoires à accès aléatoire) : Le contenu de ces mémoires peut être lu et modifié à volonté, mais il est perdu en cas de manque d’alimentation électrique (mémoire volatile). Elles nécessitent par conséquent une sauvegarde par batterie. - Les mémoires vives sont utilisées pour l’écriture et la mise au point des programmes et pour le stockage des données. - Les mémoires mortes dont le contenu maintenu (non volatile) en cas de disparition de la tension d’alimentation, et qui peuvent être lues uniquement. Leur réécriture nécessite un effacement total préalable par une procédure particulière hors de l’automate, soit par rayons Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Maher Page 4 ultraviolets (EPROM UVPROM) soit électrique (EEPROM). Elles sont destinées à la mémorisation du programme après la phase de mise au point. La mémoire programme est contenue dans une ou plusieurs cartouches qui viennent s’insérer sur le module processeur ou sur un module d’extension mémoire. II.3- Entrées Sorties TOR Les entrées sorties TOR Assurent l’intégration directe de l’automate dans son environnement industriel en réalisant la liaison entre le processeur et le processus. Elles ont toutes de base une double fonction : Une fonction d’interface pour la réception et la mise en forme des signaux provenant de l’extérieur (capteurs, bouton poussoir, etc.) et pour l’émission des signaux vers l’extérieur (commande de pré-actionneurs, voyants de signalisation, etc.) La conception de ces interfaces avec un isolement galvanique ou un découplage optoélectronique assure la protection de l’automate contre les parasites. Une fonction de communication pour l’échange des signaux avec l’unité centrale par l’intermédiaire du bus d’entrée - sortie. II.4- Le bus Le bus est un ensemble de conducteurs qui réalisent la liaison entre les différents éléments de l’automate. Il est organisé en plusieurs sous-ensembles destinés chacun à véhiculer un type bien défini d’informations : • Bus de données pour les signaux d’entrée- sortie • Bus d’adresse des entrées - sorties • Bus de commande pour les signaux de service tels que le top de synchronisation, sens des échanges, contrôle des validités des échanges, etc. • Bus de distribution des tensions issues du bloc d’alimentation II.5- Bloc d’alimentation Le bloc d’alimentation élabore à partir d’un réseau 110 V ou 220 V en courant alternatif ou d’une source 24 ou 48 V en courant continu, les tensions internes distribuées aux modules de l’automate. Afin d’assurer le niveau de sûreté requis, elle comporte des dispositifs de détection de baisse ou baisse ou de coupure de la tension réseau et de surveillance des tensions internes. En cas de défaut, ces dispositifs peuvent lancer une procédure prioritaire de sauvegarde. III- MODULES SPECIAUX III.1- Modules d’entrée/Sorties analogiques Les modules d’entrées analogiques permettent l’acquisition de mesures de grazndeurs continues analogiques variant dans une plage de tension (0 à.10 V) ou de courant (4 à 20 mA) Automates programmables industriels Chapitre 5 Architecture des API JAOUADI Maher Page 5 Le module assure la conversion analogique – numérique (CAN) et fournit pour la CPU un nombre code sur 8, 12 ou 16 bits Les modules de sortie analogique permettent de générer un signal de commande analogique sous forme d’une tension ou d’un courant. Ils sont muni de convertisseur numériques analogiques (CNA). Les entrées/sorties analogiques sont très utilisées dans la commande des processus où interviennent des grandeurs physiques continues (vitesse, pression, température, …) Ces modules ne font généralement pas partie des configurations de base des automates commercialisés, ils constituent des modules d’extension.Ils coûtent beaucoup plus cher que les modules d’entrées/sorties logiques. III.2- Les modules de communication Ce sont des modules spécialisés qui permettent de relier des automates programmables industriels en un réseau. Il n’y a pas de standard bien défini pour les réseaux d’automates comme c’est le cas pour les réseaux d’ordinateurs. Chaque constructeur propose un réseau avec un protocole de communication propre. III.3- Les modules de fonctions spécialisées Ces modules permettent d’assurer des tâches spécifiques (positionnement d’axe, comptage rapide, régulation PID … ). Ils sont généralement équipés de CPU spécialisés. Leur utilisation simplifie la tâche du développeur et permet de libérer la CPU de l’automate pour d’autres traitements IV- CRITERES DE CHOIX D’UN AUTOMATE Les principaux critères techniques pour le choix d’un API sont : • Capacité en entrées / sorties logiques • Capacité d’extension des entrées / sorties en nombre et en type • Capacité de programme (taille de mémoire de programme code et donnée) • Temps de cycle et temps de réaction • Possibilité de communication • Classe de protection • Langages de programmation • Outils de développements d’applications et de diagnostic • Compatibilité avec d’autres matériels et protocoles S’ajoutent à ces critères techniques d’autres critères économiques (coût d’achat, d’installation et de maintenance) et logistiques (disponibilité des pièces de rechange, assistance technique, compatibilité avec les équipements existants …). uploads/Industriel/ cours-api-chapitre-5 1 .pdf