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MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates prog

MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC-743, cours n°8 Automates programmables Bsata, Instrumentation et automation, chap. 12.5 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Objectifs de la séance • Introduction aux différents types de contrôleurs numériques et circuits électroniques programmables • Survol de la structure interne des automates programmables. Particularités des modules d’entrées / sorties. • Introduction au langage de programmation ladder (Ladder Logic Diagrams - LLD) spécialisé dans le contrôle de processus logiques séquentiels et combinatoires. Page 2 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 3 Contrôleur numérique programmable MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 4 Processeurs programmables Fonction: Saisi, traite et transmet des données numériques suivant des instructions enregistrés en mémoire Type: • Microordinateur / microprocesseur (PC) • Microcontrôleur • Automate programmable (PLC: Programmable Logic Controller) MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 5 Architecture typique Mémoire Co-processeur Interface de communication Interface Interface Processeur Capteur Actuateur Console de programmation et/ou interface opérateur Lien réseau Réception d’information Envoie de commandes MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 6 Système à microprocesseur • Les microprocesseurs sont des composantes électro- niques miniaturisées à la base des microordinateurs. Ils sont donc conçus pour exécuter des instructions programmées dans le cadre d'applications générales. • Pour agir dans des applications de contrôle, les microordinateurs doivent être interfacés grâce à des cartes d'acquisition spécialisées. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 7 Système à microprocesseur MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 8 Microcontrôleur Un microcontrôleur est un circuit intégré rassemblant, dans un même boîtier, un processeur central (CPU), plusieurs types de mémoires et des périphériques de communication (Entrées – Sorties). MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 9 Architecture d’un microcontrôleur CPU Circuitrie de l’horloge RAM Mémoire flash (programme) ALU Registre Unité de contrôle Temporisateur ADC DAC PWM Comparateur Port de communication Interface usager Ports d’entrée/sortie analogiques et numériques MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 10 Ex.: Caméra automatique MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 11 Ex.: Moteur à combustion MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 12 Ex.: Laveuse à linge MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 13 Automate programmable Système numérique spécialisé, conçu pour contrôler, dans un environnement industriel, divers type de machines ou de procédés • Possède des entrées et des sorties analogiques et numériques • Effectue des opérations logiques, arithmétiques, séquentielles, de comptage et de temporisation • Effectue ces opérations suivant des instructions sauvegardées dans une mémoire programmable MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 14 Automate programmable MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Page 15 Architecture et fonctionnement d’un automate MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Fonctions de l’automate • À partir des informations que lui fournissent les capteurs et, suivant un algorithme déterminé par programmation, élabore les commandes transmises aux actionneurs. • Assure la communication avec l’opérateur (interface avec l’usager) et les autres processeurs qui gèrent la production ou qui interviennent dans le même procédé. Page 16 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Sélection d'un automate Page 17 Automate non-modulaire • nombre réduit d’E/S • capacités d’extension limitées • solution adaptée à des tâches de contrôle simples • peu dispendieux Automate modulaire • sur un rail ou dans un bâti • possibilité d'ajouter une grande variété de modules spécialisés (solution adaptée aux besoins) • grand nombre d’E/S • plus dispendieux MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Structure interne Page 18 Mémoire Interface de communication Interface de sortie Interface en entrée Processeur Capteur Bouton Actionneur Voyant Indicateur Console de programmation et/ou interface opérateur Lien réseau Réception d’information Envoie de commandes Unité d’entrées / sorties MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Processeur • Effectue les opérations logiques et arithmétiques suivant une séquence dictée par les instructions stockées en mémoire • Gère le trafic des données sur le bus interne (transfert en mémoire) • Procédure d’auto-diagnostique (mesure pour s’assurer du bon fonctionnement de toutes les composantes de l’automate) • Un des critères de performance d’un processeur est son temps de cycle (le temps pris par l’automate pour interroger les ports d’entrée, exécuter le programme, et mettre à jour les ports de sortie). Ce temps varie de 0.1 à 50 ms/ko. Page 19 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Module d'entrées/sorties • Les modules d’entrées traduisent les signaux industriels (tension, courant, résistance, pulsation, …) en information logique ou numérique interprétable par le processeur. • Inversement, les modules de sorties traduisent les commandes du processeur en des signaux industriels. • Ces modules comportent 1, 4, 8, 16 ou 32 voies (ports) d’entrée et/ou de sortie. Page 20 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Module d'entrée analogique • Mesure une tension ou un courant électrique et le convertit en une valeur numérique (ADC). • Adapté à des capteurs de température, de pression ou autres variables continues. • Les valeurs d'entrée typiques sont 4-20 mA ou 1-5 VDC. Page 21 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Module d'entrée logique • Mesure un signal binaire (deux états). • Adapté à des interrupteurs de fin de course, des capteurs de proximité, des détecteurs photoélectriques ou d'autres interrupteurs (manuels ou non). • Généralement, pour chaque entrée logique, l'automate possède une DEL qui indique l'état de l'entrée correspondante. Page 22 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Valeurs typiques (entrée logique) • Tension continue: 5 (TTL), 12, 24 ou 48 VDC • Tension alternative: 24, 48, 110 ou 220 VAC • Capteur NPN (sinking): pousse l’entrée à la masse lorsqu’activé (principalement utilisée en Amérique) • Capteur PNP (sourcing): pousse l’entrée à une source de tension positive lorsqu’activé (principalement utilisée en Europe) Page 23 MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables MEC743 - Martin Viens, prof. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Port d'entrée en tension • Généralement, l’électronique de l’automate est électriquement isolée de la tension entrante par un optocoupleur (séparation galvanique). Le couplage s'effectue par un signal lumineux qui peut être visible ou invisible (infrarouge). • Permet de commuter l’entrée d’un automate à partir de signaux ayant des tensions élevées (jusqu’à 1000 V) et ce, autant en DC qu'en AC. Page 24 VCC Tension compatible COM INxx MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels uploads/Industriel/ 08-automates-programmables-pdf.pdf