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Accueil >> Cours Génie Electrique >> Cours Automatisme et Informatique Industrielle >> Automates programmables industriels Grafcet: Les notions de base | Grafcet: Les notions avancées | Le GEMMA | Les Automates Programmables Industriels (API)| Programmation des APIs OMRON CQM1 | Programmation des APIs MOELLER |Programmation des APIs Siemens S7- 200 | Bus de terrain Profibus |Bus de terrain MODBUS | Chapitre 4 Les Automates Programmables Industriels (API) 1- Introduction Les Automates Programmables Industriels (API) sont apparus aux Etats-Unis vers 1969 où ils répondaient aux désirs des industries de l’automobile de développer des chaînes de fabrication automatisées qui pourraient suivre l’évolution des techniques et des modèles fabriqués. Un Automate Programmable Industriel (API) est une machine électronique programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en ambiance industrielle et en temps réel des procédés industriels. Un automate programmable est adaptable à un maximum d’application, d’un point de vue traitement, composants, language. C’est pour cela qu’il est de construction modulaire. Il est en général manipulé par un personnel électromécanicien. Le développement de l’industrie à entraîner une augmentation constante des fonctions électroniques présentes dans un automatisme c’est pour ça que l’API s’est substitué aux armoires à relais en raison de sa souplesse dans la mise en œuvre, mais aussi parce que dans les coûts de câblage et de maintenance devenaient trop élevés. 2- Pourquoi l'automatisation ? L'automatisation permet d'apporter des éléments supplémentaires à la valeur ajoutée par le système. Ces éléments sont exprimables en termes d'objectifs par : ■Accroître la productivité (rentabilité, compétitivité) du système ■Améliorer la flexibilité de production ; ■Améliorer la qualité du produit ■Adaptation à des contextes particuliers tel que les environnements hostiles pour l'homme (milieu toxique, dangeureux.. nucléaire...), adaptation à des tâches physiques ou intellectuelles pénibles pour l'homme (manipulation de lourdes charges, tâches répétitives parallélisées...), ■Augmenter la sécurité, etc... Figure 4.1 : Automate SIEMENS S5-95U 3– Structure générale des API : Les caractéristiques principales d’un automate programmable industriel (API) sont : coffret, rack, baie ou cartes • Compact ou modulaire • Tension d’alimentation • Taille mémoire • Sauvegarde (EPROM, EEPROM, pile, …) • Nombre d’entrées / sorties • Modules complémentaires (analogique, communication,..) • Langage de programmation Solutions tracabilité Impression d'étiquettes en ligne Stocks, expéditions, traçabilité www.segepar.com Capteur Capteur de plage de mesure 1-50000m potentiometre lineaire, Ste. WayCon www.waycon.de Masters at IAAC Cutting edge education and research center for Architecture - Barcelona www.iaac.net Page 1 sur 12 Automates Programmables Industriels (API) 11/03/2012 http://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-autom... Figure 4.2 : Aspect extérieur d'un automate S7-200 CPU222 Des API en boîtier étanche sont utilisés pour les ambiances difficiles (température, poussière, risque de projection ...) supportant ainsi une large gamme de température, humidité ... L’environnement industriel se présentent sous trois formes : • environnement physique et mécanique (poussières, température, humidité, vibrations); • pollution chimique ; • perturbation électrique. (parasites électromagnétiques) Figure 4.3 : Automate Modulaire 4- Structure interne d'un automate programmable industriel (API) : Les API comportent quatre principales parties (Figure 4.4) : • Une unité de traitement (un processeur CPU); • Une mémoire ; • Des modules d’entrées-sorties ; • Des interfaces d’entrées-sorties ; • Une alimentation 230 V, 50/60 Hz (AC) - 24 V (DC). La structure interne d’un automate programmable industriel (API) est assez voisine de celle d’un système informatique simple, L'unité centrale est le regroupement du processeur et de la mémoire centrale. Elle commande l'interprétation et l'exécution des instructions programme. Les instructions sont effectuées les unes après les autres, séquencées par une Page 2 sur 12 Automates Programmables Industriels (API) 11/03/2012 http://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-autom... horloge. Deux types de mémoire cohabitent : - La mémoire Programme où est stocké le langage de programmation. Elle est en général figée, c'est à dire en lecture seulement. (ROM : mémoire morte) - La mémoire de données utilisable en lecture-écriture pendant le fonctionnement c’est la RAM (mémoire vive). Elle fait partie du système entrées-sorties. Elle fige les valeurs (0 ou 1) présentes sur les lignes d’entrées, à chaque prise en compte cyclique de celle-ci, elle mémorise les valeurs calculées à placer sur les sorties. Figure 4.4 : Structure interne d'un automates programmables industriels (API) 5- Fonctionnement : L'automate programmable reçoit les informations relatives à l'état du système et puis commande les pré-actionneurs suivant le programme inscrit dans sa mémoire. Généralement les automates programmables industriels ont un fonctionnement cyclique (Figure 4.5). Le microprocesseur réalise toutes les fonctions logiques ET, OU, les fonctions de temporisation, de comptage, de calcul... Il est connecté aux autres éléments (mémoire et interface E/S) par des liaisons parallèles appelées ' BUS ' qui véhiculent les informations sous forme binaire.. Lorsque le fonctionnement est dit synchrone par rapport aux entrées et aux sorties, le cycle de traitement commence par la prise en compte des entrées qui sont figées en mémoire pour tout le cycle. Figure 4.5 : Fonctionnement cyclique d'un API Le processeur exécute alors le programme instruction par instruction en rangeant à chaque fois les résultats en mémoire. En fin de cycle les sorties sont affectées d’un état binaire, par mise en communication avec les mémoires correspondantes. Dans ce cas, le temps de réponse à une variation d’état d’une entrée peut être compris entre un ou deux temps de cycle (durée moyenne d’un temps de cycle est de 5 à 15 ms Figure 4.6). Page 3 sur 12 Automates Programmables Industriels (API) 11/03/2012 http://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-autom... Figure 4.6 : Temps de scrutation vs Temps de réponse Il existe d’autres modes de fonctionnement, moins courants : ■synchrone par rapport aux entrées seulement ; ■asynchrone. 6– Description des éléments d'un API : 6.1- La mémoire : Elle est conçue pour recevoir, gérer, stocker des informations issues des différents secteurs du système que sont le terminal de programmation (PC ou console) et le processeur, qui lui gère et exécute le programme. Elle reçoit également des informations en provenance des capteurs. Figure 4.7 : La mémoire Il existe dans les automates deux types de mémoires qui remplissent des fonctions différentes : - La mémoire Langage où est stocké le langage de programmation. Elle est en général figée, c'est à dire en lecture seulement. (ROM : mémoire morte) - La mémoire Travail utilisable en lecture-écriture pendant le fonctionnement c’est la RAM (mémoire vive). Elle s’efface automatiquement à l’arrêt de l’automate (nécessite une batterie de sauvegarde). Répartition des zones mémoires : • Table image des entrées • Table image des sorties • Mémoire des bits internes • Mémoire programme d’application 6.2- Le processeur : Son rôle consiste d’une part à organiser les différentes relations entre la zone mémoire et les interfaces d’entrées et de sorties et d’autre part à exécuter les instructions du programme. 6.3- Les interfaces et les cartes d’Entrées / Sorties: L’interface d’entrée comporte des adresses d’entrée. Chaque capteur est relié à une de ces adresses. L’interface de sortie comporte de la même façon des adresses de sortie. Chaque préactionneur est relié à une de ces adresses. Le nombre de ces entrées est sorties varie suivant le type d’automate. Les cartes d’E/S ont une modularit´e de 8, 16 ou 32 voies. Les tensions disponibles sont normalisées (24, 48, 110 ou 230V continu ou alternatif ...). Page 4 sur 12 Automates Programmables Industriels (API) 11/03/2012 http://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-autom... Figure 4.8 : Les interfaces d'entrées/sorties 6.3.1- Cartes d’entrées : Elles sont destinées à recevoir l’information en provenance des capteurs et adapter le signal en le mettant en forme, en éliminant les parasites et en isolant électriquement l’unité de commande de la partie opérative. Figure 4.9: Exemple d’une carte d’entrées typique d’un API 6.3.1- Cartes de sorties: Elles sont destinées à commander les pré-actionneurs et éléments des signalisations du système et adapter les niveaux de tensions de l’unité de commande à celle de la partie opérative du système en garantissant une isolation galvanique entre ces dernières Figure 4.10: Exemple d’une carte de sortie typique d’un API 6.4- Exemple de cartes: - Cartes de comptage rapide : elles permettent d'acquérir des informations de fréquences élevées incompatibles avec le temps de traitement de l'automate. (signal issu d'un codeur de position) - Cartes de commande d'axe : Elles permettent d'assurer le positionnement avec précision d'élément mécanique selon un ou plusieurs axes. La carte permet par exemple de piloter un servomoteur et de recevoir les informations de positionnement par un codeur. L'asservissement de position pouvant être réalisé en boucle fermée. - Cartes d'entrées / sorties analogiques : Elles permettent de réaliser l'acquisition d'un signal analogique et sa conversion numérique (CAN) indispensable pour assurer un traitement par le microprocesseur. La fonction inverse (sortie analogique) est également réalisée. Les grandeurs analogique sont normalisées : 0-10V ou 4-20mA. Page 5 sur 12 Automates Programmables Industriels (API) 11/03/2012 http://www.technologuepro.com/cours-automate-programmable-industriel/Les-autom... - Cartes de régulation PID - Cartes de pesage - Cartes de communication (RS485, Ethernet ...) - Cartes d'entrées / sorties déportées 6.5- L'alimentation électrique : Tous les automates actuels sont équipés d'une alimentation 240 V 50/60 Hz, 24 V DC. Les entrées sont en 24 V DC et une mise à la terre doit également être prévue. 7- Jeu d'instructions : Le processeur peut exécuter un certain nombre d’opérations logiques; l’ensemble des instructions booléennes uploads/Industriel/ cours-automate-programmable-industriel-les-automates-programmables-industriels-api-htm.pdf