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Automatismes Industriels Génie électrique Ce cours vise à développer chez l’étu

Automatismes Industriels Génie électrique Ce cours vise à développer chez l’étudiant la compétence de mettre en œuvre des applications d’automatisation conçue autour d'automates programmables industriels en s’aidant des outils méthodes de description fonctionnelle © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia i Objectifs spéciaux Les objectifs de l’enseignement sont :  Appréhender, en termes de contrôle-commande, les systèmes industriels automatisés.  Connaitre la technologie des principaux constituants des systèmes automatisés de production.  Etre capable de mettre en œuvre des applications d’automatisation conçues autour d’automates programmables industriels © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia ii avant-proposObjectifs spéciaux AVANT-PROPOS La compétitivité des entreprises exige une automatisation de plus en plus flexible des systèmes de production qui réalisent des produits, eux aussi marqués par l’intégration de plus en plus poussée de dispositifs informatiques. L’automate programmable industriel API (ou Programmable Logic Controller PLC) 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 (composition et délivrance de rations alimentaires dans les élevages). Il répond aux besoins d’adaptation et de flexibilité de nombres d’activités économiques actuelles. L’enseignement de l’automatique et de l’informatique industrielle accorde une large place aux technologies de traitement de l’information et vise l’acquisition d’une formation d’esprit facilitant la compréhension du fonctionnement des systèmes automatisés complexes et des très nombreux produits informatisés qui nous entourent maintenant Dans cet esprit s’inscrit ce cours d’automatismes industriels enseigné aux étudiants de la 2ème année licence en Génie électrique. Il vise à développer la capacité de mettre en œuvre des applications d’automatisation conçue autour d'automates programmables industriels par la maîtrise des technologies et outils utilisés en terme de contrôle commande des systèmes automatisés de production. Le chapitre 1 introduit les systèmes automatisés de production et aboutit à la définition d’un modèle structurel général des systèmes automatisés de production. Les chapitres 2 et 3 exposent la technologie des automates programmables industriels et leurs langages de programmation Le chapitre 4 entame le 1er outil de description du comportement dynamique des systèmes automatisés de production. © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia iii Table des matièresObjectifs spéciaux TABLE DES MATIÈRES AVANT-PROPOS .............................................................................................................................. I TABLE DES MATIÈRES ................................................................................................................... III LISTE DES FIGURES ........................................................................................................................VI CHAPITRE 1 .................................................................................................................................... 1 les Systèmes Automatisés de Production (S.A.P) .............................................................. 1 1. Notion de système..................................................................................................... 1 1.1. Fonction globale d’un système : ...................................................................... 1 1.2. La matière d’œuvre : ....................................................................................... 1 1.3. La valeur ajoutée ............................................................................................. 2 1.4. Contexte et valeur ajoutée .............................................................................. 2 2. Système de production.............................................................................................. 2 3. Automatisation.......................................................................................................... 3 3.1. Les objectifs de l’automatisation ..................................................................... 3 4. Structure d'un Système Automatisé de Production ................................................... 3 4.1. Structure générale ........................................................................................... 3 4.2. Architecture décentralisée .............................................................................. 4 CHAPITRE 2..................................................................................................................................... 6 L’automate Programmable Industriel (architecture) ....................................................... 6 1. Historique : ................................................................................................................ 6 2. Définition :................................................................................................................. 6 3. Organisation modulaire de l’API : .............................................................................. 7 3.1. L’unité centrale de traitement : ....................................................................... 8 3.1.1. Le processeur : ............................................................................................ 8 3.1.2. La mémoire centrale: .................................................................................. 9 3.2. Modules d'entrées/sorties (E/S) : .................................................................... 9 3.2.1. Les modules d’entrée tout ou rien (TOR) : .................................................. 9 3.2.2. Les modules de sortie tout ou rien (TOR) : ................................................ 10 3.2.3. Les modules d’entrées analogiques : ........................................................ 11 3.2.4. Les modules de sorties analogiques.......................................................... 12 © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia iv Table des matièresObjectifs spéciaux 3.3. Le module d’alimentation :............................................................................ 13 3.4. Les modules de communications................................................................... 13 3.4.1. Les consoles : ............................................................................................ 13 3.5. Modules spéciaux : ........................................................................................ 14 4. Communication réseau :.......................................................................................... 15 5. Choix d’un API ......................................................................................................... 15 5.1. Choix d’un automatisme à base d’API :.......................................................... 15 6. Caractéristiques principales d’un automate :.......................................................... 16 CHAPITRE 3 ..................................................................................................................................18 L’automate Programmable Industriel (Programmation) ..............................................18 1. Introduction :........................................................................................................... 18 2. Cycle automate :...................................................................................................... 18 3. Langage de programmation :................................................................................... 19 3.1. Liste d'instructions :(IL Instruction List).......................................................... 19 3.2. Langage littéral structuré (ST Structured Text) .............................................. 20 3.3. Langage à contacts (LD Ladder Diagram) ....................................................... 20 3.4. Blocs fonctionnels (FBD Function Bloc Diagram)............................................ 21 3.5. Diagramme fonctionnel en séquences (SFC Sequential Function Chart)........ 21 CHAPITRE 4 ..................................................................................................................................23 le grafcet ..............................................................................................................................23 1. CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL...................................................................... 23 2. Modèle GRAFCET..................................................................................................... 23 2.1. Description et présentation ........................................................................... 23 2.1.1. Exemple de GRAFCET – Poste de marquage de savons ............................. 23 2.1.2. Présentation ............................................................................................. 24 2.2. Représentation graphique des éléments ....................................................... 25 2.2.1. Étapes ....................................................................................................... 25 2.2.2. Transitions ................................................................................................ 26 2.2.3. Liaisons orientées ..................................................................................... 27 2.2.4. Réceptivités associées aux transitions ...................................................... 28 2.2.5. Actions continues...................................................................................... 30 2.2.6. Commentaires associés aux éléments d'un grafcet................................... 35 2.2.7. Règle de syntaxe ....................................................................................... 35 2.3. Règles d'évolution ......................................................................................... 35 2.3.1. REGLE 1 – Situation initiale ....................................................................... 35 © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia v Table des matièresObjectifs spéciaux 2.3.2. REGLE 2 – Franchissement d’une transition .............................................. 36 2.3.3. REGLE 3 – Évolution des étapes actives .................................................... 36 2.3.4. RÈGLE 4 – Évolutions simultanées............................................................. 36 2.3.5. RÈGLE 5 – Activation et désactivation simultanées d’une étape ............... 36 2.4. Structures de base : ....................................................................................... 37 2.4.1. Séquence .................................................................................................. 37 2.4.2. Cycle d'une seule séquence ...................................................................... 37 2.4.3. Sélection de séquences............................................................................. 37 2.4.4. Saut d'étapes ............................................................................................ 38 2.4.5. Reprise de séquence ................................................................................. 38 2.4.6. Activation de séquences parallèles ........................................................... 38 2.4.7. Synchronisation de séquences .................................................................. 38 2.4.8. Synchronisation et activation de séquences parallèles ............................. 39 2.4.9. Exemple .................................................................................................... 39 2.5. Structures particulières ................................................................................. 39 2.5.1. Début de séquence par une étape source ................................................ 39 2.5.2. Fin de séquence par une étape puits ........................................................ 40 2.5.3. Début de séquence par une transition source .......................................... 40 2.5.4. Fin de séquence par une transition puits .................................................. 41 2.6. Evénements d’entrée .................................................................................... 41 2.6.1. Spécification des événements d'entrée .................................................... 41 2.6.2. Evénements internes ................................................................................ 42 2.7. Modes de sortie............................................................................................. 42 2.7.1. En mode continu (assignation sur état) :................................................... 43 2.7.2. Mode mémorisé (affectation sur événement): ......................................... 43 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................44 © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia vi Liste des figuresObjectifs spéciaux LISTE DES FIGURES Figure1.1 : fonction globale d’un système................................................................................................................. 1 Figure1.2 : Structure générale du système automatisé de production ................................................................ 4 Figure1.3: Architecture décentralisée des systèmes automatisés de production .............................................. 5 Figure 2.1 : architecture interne ................................................................................................................................... 7 Figure2.2 : Architecture externe .................................................................................................................................. 8 Figure2.3 : module d’entrée TOR ............................................................................................................................. 10 Figure2.4 : module de sortie TOR ............................................................................................................................ 11 Figure2.6 : module de sortie analogique .................................................................................................................. 13 Figure 2.7 : Domaines d’emploi des divers types de commande....................................................................... 16 Figure 4.1 : description du poste de marquage de savons ................................................................................... 24 Figure 4.2 : Détail de la présentation d’un grafcet................................................................................................. 25 © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia 1 Chapitre 1 : les Systèmes Automatisés de Production (S.A.P) C h a p i t r e 1 LES SYSTÈMES AUTOMATISÉS DE PRODUCTION (S.A.P) Connaître les systèmes automatisés de production et leurs méthodes d’analyse prépare le terrain à la modélisation du comportement dynamique des systèmes automatisés de production. Ce premier chapitre introduit quelques notions et démarches d’analyse des S.A.P. 1. Notion de système 1.1. Fonction globale d’un système : La fonction globale d’un système est de conférer une valeur ajoutée à un ensemble de matières d’œuvre dans un contexte ou environnement donné. Figure1.1 : fonction globale d’un système En partant de matériaux, pièces, sous-ensembles, il élabore des produits de valeur supérieure et qui peuvent être: soit des produits finis directement commercialisés, soit des produits intermédiaires, servant à la réalisation de produits finis. 1.2. La matière d’œuvre : Une matière d'œuvre peut se présenter sous plusieurs formes :  Un produit : c'est-à-dire de la matière à l'état solide liquide ou gazeux et sous une forme plus au moins transformée. Par exemple :  Des objets techniques : lingot, roulement, moteur...  Des produits chimiques : pétrole, éthylène, matière plastique...  Des produits textiles : fibre, tissu...  Des produits électroniques : transistor, puce, microprocesseur...  Une énergie : sous forme électrique, thermique, hydraulique ...  Une information : sous forme écrite, audiovisuelle... Valeur Ajoutée Système Matière d’œuvre d’entrée Matière d’œuvre de sortie Contexte ou environnement © Comité pédagogique en automatismes ISET Mahdia 2 Chapitre 1 :les Systèmes Automatisés de Production (S.A.P) 1.3. La valeur ajoutée La valeur ajoutée à ces matières d'œuvre est l'objectif global pour lequel a été défini, conçu, réalisé, puis éventuellement modifié le système. Cette valeur ajoutée peut résulter par exemple :  D'une modification physique des matières d'œuvre :  Traitement mécanique : usinage, broyage, impression...  Traitement chimique ou biologique.  Conversion d'énergie.  Traitement thermique ; cuisson, congélation...  Traitement superficiel : peinture, teinture...  D'un arrangement particulier sans modification des matières d'œuvre :  Montage, emballage, assemblage.  Couture, collage...  D'une mise en position particulière ou d'un transfert de ces matières d'œuvre :  Manutention, transport, stockage...  Commerce...  Communication…  D'un prélèvement d’information sur ces matières d’œuvre :  Contrôle, mesure, lecture examens,… 1.4. Contexte et valeur ajoutée La nature, la quantité et la qualité de la valeur ajoutée peuvent varier, pour tenir compte de l’évolution des besoins de la société dans laquelle s'insère le système. Ce qui peut conduire à modifier uploads/Industriel/ cours-aut-ind.pdf