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M.N. Kabbaj, 2019 1 Chapitre 1 Introduction aux automatismes industriels 1. Str

M.N. Kabbaj, 2019 1 Chapitre 1 Introduction aux automatismes industriels 1. Structure d’un système automatisé de production L’automatisation d’un procédé (équipement industriel) consiste à en assurer la conduite par un dispositif technologique. Le système ainsi conçu sait prendre en compte les situations pour lesquelles sa commande a été réalisée. On peut décomposer fonctionnellement un système automatisé de production en trois parties (Figure 1.1). Figure 1.1 : structure d’un système automatisé de production 1.1 La Partie Opérative (PO) La partie opérative, qui opère sur la matière d’œuvre et le produit, regroupe :  les effecteurs : dispositifs terminaux qui agissent directement sur la matière d’œuvre pour lui donner sa valeur ajoutée (outils de coupe, pompes, têtes de soudure, etc.) ;  les actionneurs : éléments chargés de convertir l’énergie afin de l’adapter au besoin de la partie opérative ; cette énergie étant ensuite consommée par les effecteurs (moteur, vérin, électroaimant, résistance de chauffage, etc.) ;  les pré-actionneurs sont des éléments chargés : PARTIE COMMANDE (PC) PARTIE OPERATIVE PARTIE RELATION informations informations ordres ordres M.N. Kabbaj, 2019 2 - d'adapter le faible niveau énergétique disponible en sortie de la P.C. au besoin de la P.O ; - de distribuer ou de moduler l’énergie délivrée aux actionneurs (contacteur, distributeur, variateur de vitesse,…).  les capteurs qui assument l’ensemble des fonctions de la chaîne d’acquisition de données (fin de course de vérin, détecteur de position, capteur de température, etc.) 1.2 La Partie Relation (PR) La partie relation comporte le pupitre de dialogue homme-machine. Elle est équipée des organes de commande permettant la mise en/hors énergie de l’installation, la sélection des modes de marche, la commande manuelle des actionneurs, la mise en référence, le départ des cycles, l’arrêt d’urgence… ainsi que des signalisations diverses telles que voyants lumineux, afficheurs, écrans vidéo, sonneries, etc. 1.3 La Partie Commande (PC) La partie regroupe les composants (relais électromagnétique, opérateur logique, etc.) et les constituants (API, cartes à microprocesseur, micro-ordinateurs, etc.) destinés au traitement des informations émises par les organes de commande de la PR et capteurs de la PO. Les ordres résultants sont transmis aux pré-actionneurs de la PO et aux composants de signalisation de la PR afin d’indiquer à l’opérateur l’état et la situation du système. 2 Automatismes logiques On s’intéresse aux procédés logiques qui sont caractérisés par la nature « Tout Ou Rien » ou « binaire » des informations. 2.1 Logique combinatoire La logique combinatoire se définit par la reproductibilité des situations: à toute combinaison de variables d’entrée u correspond de façon unique une combinaison des variables de sortie y. Exemple : une illustration triviale en est le commutateur à deux positions qui commande une lampe. M.N. Kabbaj, 2019 3 2.2 Logique séquentielle La connaissance de l’entrée (ou action) ne suffit plus à prédire le comportement du dispositif, il faut également connaître son état. C’est là la caractéristique d’une logique séquentielle. Un exemple type est celui d’une lampe commandée par un bouton poussoir. Lorsqu’aucune contrainte temporelle ne conditionne la propagation des signaux, la logique séquentielle est dite asynchrone. En revanche, il peut être avantageux de n’autoriser la propagation des signaux de couche à couche qu’à certains instants privilégiés, usuellement périodiques et conditionnés par des « tops » d’horloge : la logique séquentielle est alors dite synchrone. 3 Technologies des automatismes L’automaticien dispose de nombreux outils technologiques pour réaliser l’organe de commande de son système que l’on regroupe habituellement en deux catégories fondamentales : les solutions câblées et les solutions programmées. 3.1 Logique câblée Dans cette logique de commande, l'enchaînement des fonctions de commande d'un automatisme dépend de l'organisation du réseau d'interconnections qui relie entre eux les différents composants de l'équipement. Une telle logique n'est valable que pour l'automatisme pour lequel, elle a été conçue ; elle est figée. Cette logique est réalisée à base d’une technologie fluidique, ou une technologie électrique (Relayage électromagnétique, Statique électronique). Les outils câblés présentent un certain nombre de limitations parmi lesquelles nous retiendrons :  leur encombrement (poids et volume) ;  leur manque de souplesse vis-à-vis de la mise au point des commandes de l’évolution de celles-ci (amélioration, nouvelles fonctions) ;  la difficulté de maîtriser les problèmes complexes ;  le coût de réalisation des composants ; M.N. Kabbaj, 2019 4  la complexité de recherche de pannes et donc du dépannage. 3.2 Logique programmée L’informatique offre une alternative technologique à l’automaticien et lui ouvre des possibilités nouvelles liées à la puissance de traitement et aux facilités de mémorisation de l’information. Les applications techniques relèvent de l’informatique industrielle. Le principe des logiques programmables est de substituer le câblage par un programme informatique.  Carte à microprocesseur  Micro-ordinateur  Automate Programmable Industriel (API) Mémoire des données instructions Processeur U Y M.N. Kabbaj, 2019 5 Chapitre 2 Architecture des Automates Programmables industriels 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. L’API s’est ainsi substitué aux armoires à relais en raison de sa souplesse (mise en œuvre, évolution), mais aussi parce que dans les automatismes de commande complexe, les coûts de câblage et de mise au point devenaient trop élevés. Le cahier des charges de ces nouvelles machines comprenaient aussi des spécifications sur les conditions d’utilisation en milieu industriel perturbé, sur la variété et le nombre des entrées/sorties industrielles, sur la simplicité de mise en œuvre par le personnel en place et naturellement sur les coûts de développement des automatismes. On écartait ainsi les autres solutions programmées traditionnelles : mini-ordinateur, etc. Les contraintes de l’environnement industriel peuvent être de trois types :  Environnement physique et mécanique : vibrations, chocs, température, humidité,..;  Pollution chimique : gaz corrosifs, vapeurs d’hydrocarbures, poussières métalliques ou minérales ;  Perturbations électriques : parasites d’origine électrostatique, interférences électromagnétiques. Les API s’adressent à des applications que l’on trouve dans la plupart des secteurs industriels :  Mécanique et automobile  Industries chimiques  Industries pétrolières  Industries agricoles et alimentaires  Transports et manutention  Applications diverses : surveillance, sécurité, … M.N. Kabbaj, 2019 6 2. Architecture d’un API 2.1 Organisation matérielle Les API sont disponibles sous forme compacte ou modulaire. La configuration minimale comporte les éléments suivants :  Module d’UC : c’est l’ensemble des dispositifs nécessaires au fonctionnement logique interne de l’API. Le module comporte un microprocesseur, des circuits périphériques de gestion des entrées/sorties, des mémoires nécessaires pour stocker les programmes, les données et les paramètres de configuration du système.  Modules d’entrées / sorties : dont le rôle est l’échange de données entre la partie opérative et la partie commande. Les modules d’E/S peuvent être « Tout Ou Rien » ou «analogiques ».  Modules de communication comprenant des : • Interfaces série utilisant dans la plupart des cas comme support de communication, les liaisons RS-232 ou RS-422/RS-485 ; • Interfaces pour assurer l’accès à un bus de terrain ; • Interfaces d’accès à un réseau Ethernet.  Module d’alimentation qui à partir des tensions usuelles des réseaux (220V, 50/60Hz (AC)), fournit les tensions continues nécessaires au fonctionnement des circuits électroniques (±5V, ±12V, ±15V, ±24V).  Console de programmation, généralement séparée du bâti de l’automate qui est utilisée pour écrire le programme, le transmettre dans la mémoire de l’automate et également le modifier. 2.2 Structure interne La structure interne d’un API est représentée sur la figure suivante : Figure 2.1 : Structure interne d’un API M.N. Kabbaj, 2019 7 Elle est composée de quatre parties principales : a. CPU (Central Processing Unit) : C'est l’unité de traitement ; elle réalise toutes les fonctions logiques et arithmétiques selon le programme et les informations contenus dans la mémoire de l’API : elle lit l'état des capteurs, lit et écrit dans la mémoire et actualise les sorties. b. La mémoire : Elle est conçue pour recevoir, gérer, stocker des informations issues des différents secteurs du système. Elle permet :  De stocker le programme du processus.  De stocker les informations issues des entrées ;  De stocker les informations générées par le processeur et destinées à la commande des sorties (valeur des sorties, des temporisations, etc.) ;  De stocker les informations liées à des calculs intermédiaires. Il existe dans les automates plusieurs types de mémoires qui remplissent des fonctions différentes :  la conception et l’élaboration du programme font appel à la RAM et l’EEPROM;  la conservation du programme pendant l’exécution de celui-ci fait appel à une EPROM. c. Les modules d'Entrées/Sorties (E/S) :  Le module des entrées a pour rôle de recevoir les informations en provenance des capteurs et de l’IHM, les traiter en les mettant en forme, en éliminant les parasites d'origine industrielle et en isolant électriquement l'unité de commande de la partie opérative pour la protection (isolation galvanique) ;  Le module des sorties transmet des informations aux pré-actionneurs et aux éléments de signalisation de l’IHM, tout en adaptant les niveaux de tension de l'unité de uploads/Industriel/ 2019-cours-automatismes-1.pdf