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UNIVERSITE HASSAN II ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’ELECTRICITE ET DE MECANIQUE D

UNIVERSITE HASSAN II ECOLE NATIONALE SUPERIEURE D’ELECTRICITE ET DE MECANIQUE Département Génie Electrique Filière A.I.I. COURS D’AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS FORMATION CONTINUE LICENCE PROFESSIONNELLE D’UNIVERSITE GENIE ELECTRIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLE Par : M. CHAOUI. Année Universitaire 2020 / 2021 i AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS TABLES DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE………..…………………………………………………...1 CH 1 : INTRODUCTION AUX SYSTEMES AUTOMATISES…………………..………2 I/ CONCEPTION D’UN AUTOMATISME………………………………………………...2 I-1/ Définitions………………………………………………………………………….…..…2 I-2/ Objectifs de l’automatisation……………………………………………………………2 I-3/ Structure d’un système automatisé……………………………………………………..2 II/ MISE EN ŒUVRE D’UN AUTOMATISME…………………………………………...4 III/ METHODES D’ANALYSE DU FONCTIONNEMENT D’UN AUTOMATISME....7 III-1/ Schémas électriques à contact ou à relais…………………………………………….7 III-2/ Equations logiques……………………………………………………………………..8 III-3/ Logigramme…………………………………………………………………………….8 III-4/ Diagramme fonctionnel………………………………………………………………..8 III-5/ Organigramme…………………………………………………………………………8 CH2 : DIAGRAMME FONCTIONNEL : GRAFCET…………………………………...13 I/ INTRODUCTION………………………………………………………………………...13 II/ DEFINITIONS ET NOTIONS FONDAMENTALES…………………………………13 II-1/ Vocabulaire associé……………………………………………………………………13 II-2/ Définitions..………………………………………………………………………….…14 III/ REGLES DE SYNTAXE……………………………………………………………….16 IV/ REGLES D’EVOLUTION……………………………………………………………..17 V/ DESCRIPTION DES ACTIONS………………………………………………………..20 V-1/ Action continue………………………………………………………………………...20 V-2/ Action conditionnelle…………………………………………………………………..20 ii V-3/ Action temporisée……………………………………………………………………...21 V-4/ Action de comptage d’un temps………………………………………………………21 VI/ RECEPTIVITES………………………………………………………………………..22 VII/ STRUCTURES DE BASE DU GRAFCET……………………………………...…...23 VII-1/ Grafcet à un seul cycle……………………………………………………………….23 VII-2/ Grafcet avec sélection de séquences (aiguillage)…………………………………...23 VII-3/ Grafcet avec séquences simultanées………………………………………………...25 VII-4/ Saut d’étapes (aiguillage particulier)……………………………………………….25 VII-5/ Reprise de séquences………………………………………………………………...25 VII-6/ Attente d'événements………………………………………………………………..26 VII-7/ Interdiction d'événements…………………………………………………………...26 VII-8/ Synchronisation……………………………………………………………………...27 VII-9/ Partage de ressources………………………………………………………………..27 VII-10/ Mémorisation d’un passage………………………………………………………..27 VIII/ TRAITER UN EXEMPLE : COMMANDE D’UNE PERCEUSE…………...…...29 VIII -1/ Description……………………………………………………………………….…29 VIII -2/ Cycle de fonctionnement…………………………………………………………..29 VIII -3/ Grafcet fonctionnel (1er niveau)…………...………………………………………30 VIII -4/ Grafcet de niveau 2 : niveau technologique………...…………………..………...30 IX/ REDUCTION DU GRAFCET………………………………………………………....31 IX-1/ Recherche d’étapes redondantes………………………………………………….…31 IX-2/ Recherche des transitions redondantes……………………………………………...33 IX-3/ Fusionnement d’étapes…………………………………………………………….....33 X/ MACRO-REPRÉSENTATION………………………….………………………….…..34 X-1/ Principe et objectifs d’une macro-représentation….…………………………….…..34 X-2/ Macro-étape…………………………….………………………………………………34 X-3/ Notion de tâche……………………….…………………………………………….…..35 CH3 : MATERIALISATION DU GRAFCET…………………………………………….36 I/ INTRODUCTION………………………………………………………………………...36 II/ LA LOGIQUE CABLEE………………………………………………………………..36 II-1/ Réalisation à l’aide de bascules……………………………………………………….36 II-2/ Conclusion……………………………………………………………………………...42 III/ LA LOGIQUE PROGRAMMEE……………………………………………………...43 iii CH4 : LES MODES DE MARCHE ET D’ARRET……………………………………….44 I/ LES MODES DE MARCHE……………………………………………………………..44 I-1/ Introduction……………………………………………………………………………..44 I-2/ Marche automatique/ ou de production……………………………………………….44 I-3/ Les marches d’intervention ou de maintenance………………………………………47 II/ LES MODES D’ARRET………………………………………………………………...49 II-1/ L’arrêt momentané……………………………………………………………………49 II-2/ L’arrêt d’urgence……………………………………………………………………...49 III/ EXEMPLE…………………………………….………………………………………...53 CH5 : AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS : EXEMPLE MICROLOGIX 1000 D’ALLEN BRADLEY…………………………….………..55 I/ DEFINITIONS………………………………………………………………………….....55 II/ CONSTITUTION DE L’AUTOMATE PROGRAMMABLE………………..………56 II-1/ La partie matérielle : structure interne d’un API…………..……………………….56 II-2/ La partie logicielle……………………………………………………………………..59 III/ LES GRANDES MARQUES D’AUTOMATES PROGRAMMABLES……………64 IV/ APPORT DE L’AUTOMATE PROGRAMMABLE /AUX AUTRES TECHNOLOGIES……………………………………………………………………..65 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES………………………...……………………..….66 1 INTRODUCTION GENERALE Ce cours a pour objectifs de fournir les outils de base pour la compréhension et la mise en œuvre des méthodes modernes de représentation, d’analyse et de réalisation de systèmes logiques et séquentiels, il est conçu de 5 chapitres qui sont les suivants : Le premier chapitre est un chapitre d’introduction aux systèmes automatisés. Il définit ce qu’est un automatisme, une automatisation et ses objectifs. Puis la structure d’un automatisme en définissant les différentes parties le constituant, les différents outils pour sa mise en œuvre, les différentes méthodes d’analyse du fonctionnement d’un automatisme. On conclura sur des exemples. Le 2ème chapitre s’intéresse à un des outils de représentation d’un automatisme qui est le grafcet. Sera définit ce qu’est un grafcet, le vocabulaire associé et les définitions correspondantes, puis ses règles de syntaxe et ses règles d’évolution. De même, seront décrites les différents types d’actions, les types particuliers de réceptivités et les structures de base du grafcet. Les deux derniers paragraphes de ce chapitre sont consacrés à l’optimisation d’un grafcet ; d’une part par la simplification des étapes et transitions redondantes et le fusionnement des étapes, d’autre part par une macro-représentation de type macro-étape ou tâche se substituant à une étape du grafcet et facilitant par-là la description des automatismes complexes. Le 3ème chapitre et le 4ème chapitre quant à eux concernent la synthèse d’un automatisme. Le 3ème chapitre traite plus particulièrement la matérialisation du grafcet par une logique câblée et le 4ème chapitre quant à lui s’intéresse aux modes de marches et d’arrêts d’un automatisme. Le dernier chapitre de ce cours fait une description d’un automate programmable en général et du Micrologix 1000 d’Allen Bradley en particulier. Des exercices d’application seront traités en travaux dirigés ayant pour objectifs : - d’élaborer un grafcet à partir d’un cahier de charges normal. - de le traduire en langage à contacts dans le cas d’une matérialisation programmée par automate programmable industriel. - de proposer le câblage des ordres d’écriture et d’effacement des mémoires dans le cas d’une matérialisation par logique câblée. - d’inclure les sécurités et les modes de fonctionnement dans le grafcet lors d’un cahier de charges plus complet. 2 CH 1 : INTRODUCTION AUX SYSTEMES AUTOMATISES I/ CONCEPTION D’UN AUTOMATISME : I-1/ Définitions : - Les automatismes sont des dispositifs qui permettent à des machines ou des installations de fonctionner automatiquement. - L’automatisation de la production consiste à transférer une partie ou la totalité des tâches de coordination auparavant exécutées par des opérateurs humains dans un ensemble d’objets techniques appelé Partie Commande « PC ». I-2/ Objectifs de l’automatisation : économique : • Accroître la productivité en augmentant la quantité de produits élaborés pendant une durée donnée. • Faciliter les changements de fabrication. précision : • Améliorer la qualité du produit en asservissant la machine à des critères de fabrication et à des tolérances qui seront respectés dans le temps. sécurité : • S’adapter à des contextes particuliers : - s'adapter à des environnements hostiles (radiations - milieux aquatiques). - s’adapter à des tâches physiques ou intellectuelles dangereuses, complexes, pénibles ou indésirables pour l’homme en les faisant exécuter par la machine. Ceci permet d’augmenter la sécurité du personnel et du matériel. I-3/ Structure d’un système automatisé : Un système automatisé se compose de deux parties : - Une partie opérative ou la partie puissance constituée du processus à commander, des actionneurs qui agissent sur ce processus et des capteurs permettant de mesurer son état. La partie opérative effectue les opérations en exécutant les ordres qui lui sont transmis par la partie commande. - Une partie commande qui élabore les ordres pour les actionneurs nécessaires à la commande du processus, en fonction des consignes qu’elle reçoit à l’entrée et des comptes rendus d’exécution fournis par la partie opérative (les capteurs). Cette partie commande peut 3 être réalisée par des circuits câblés ou par des dispositifs programmables (automate- calculateur). Signalisations Traitement des informations PARTIE COMMANDE A c t i o n n rs Processus à commander C a p t u r s PARTIE OPERATIVE Comptes rendus Consignes Automatisme logique : les ordres et les comptes rendus sont des signaux binaires Pupitre de commande et de contrôle e u r s e o r d r e s Remarque : en plus du dialogue avec la partie opérative, la partie commande échange des informations avec l’extérieur du système (pilote, usager, surveillant, …) soit en recevant des consignes ou en fournissant des comptes rendus visuels ou sonores. Exemple 1 : Dans un ascenseur l’ensemble électromécanique (cabine, moteur, portes) constitue la partie opérative, les boutons d’appel, la logique et les armoires d’appareillage forment la partie commande. Partie Commande Cabine- Partie opérative Ordres : montée - descente - ouverture - fermeture Position - Masse Moteur-Portes - Les consignes sont envoyées à la partie commande via les boutons à la disposition des usagers. - Les signalisations indiquent : • Les sens de déplacement. • L’étage où se trouve la cabine. • Une surcharge par l’actionnement d’un voyant. 4 Exemple 2 : m A Ar Av a b B a et b des contacts de fin de course. si m = 0 : le chariot est à l’arrêt en A. si m = 1 : le chariot se déplace à droite sauf s’il se trouve en B. donc : b m. Av= La partie commande a une structure de type combinatoire. Si par contre le fonctionnent est le suivant : - Au repos le chariot est à l’arrêt en A. - Au signal m ( ) le chariot se déplace vers B puis revient en A. Donc : pour m = 0 , a = 0 , b = 0 on peut avoir 2 cas : Av = 1, Ar = 0 à l’aller ou Av = 0, Ar = 1 au retour. Ce fonctionnement est décrit par : Ar . a b Ar Av . b a . m Av + = + = La commande est alors de type séquentiel. II/ MISE EN ŒUVRE D’UN AUTOMATISME : La conception d’un système automatisé repose sur 3 étapes : 1/ Décomposer le système en PO-PC. 2/ Etablir le cahier des charges c’est à dire (= description claire, précise sans ambiguïté ni omission du rôle et des performances de l’équipement à réaliser) décrire les relations entre la partie commande et la partie opérative et la condition d’utilisation et de fonctionnement de l’automatisme. 5 Le fonctionnement d’un automatisme séquentiel peut être décomposé en un certain nombre d’étapes, le passage (ou transition) d’une étape à une autre étape se fait à l’arrivée d’un événement particulier (réceptivité) auquel le système est réceptif. La description fonctionnelle de l’installation se fait à l’aide de spécifications fonctionnelles qui décrivent le comportement de la PC vis à vis de la PO et donc de comprendre uploads/Industriel/ cours-d-x27-automates-programmables-industrels-lpu-geii-2020-2021.pdf