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AUTOMATIQUE 3A Automates: notions et langages de programmation L3 PROMO 2021 Pa

AUTOMATIQUE 3A Automates: notions et langages de programmation L3 PROMO 2021 Par Tychique Nzalalemba TYCHIQUE NZALALEMBA 1 Introduction 1. Historique Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante, à la demande de l'industrie automobile américaine (GM), qui réclamait plus d'adaptabilité de leurs systèmes de commande. Les coûts de l'électronique permettant alors de remplacer avantageusement les technologies actuelles. Avant : utilisation de relais électromagnétiques et de systèmes pneumatiques pour la réalisation des parties commandes ⇒logique câblée Inconvénients : cher, pas de flexibilité, pas de communication possible Solution : utilisation de systèmes à base de microprocesseurs permettant une modification aisée des systèmes automatisés ⇒logique programmée Les ordinateurs de l'époque étant chers et non adaptés aux contraintes du monde industriel, les automates devaient permettre de répondre aux attentes de l'industrie. TYCHIQUE NZALALEMBA 2 Introduction 2. Définition L'Automate Programmable Industriel (API) est un appareil électronique programmable, adapté à l'environnement industriel, qui réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande de préactionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logique, analogique ou numérique. Le même type d’automate peut être utilisé pour différentes applications, la différence s’effectue avec le programme installé dans celui-ci. Pour réaliser ces programmes on utilise différents langages en fonction de l’automate, de l’utilisateur et du concepteur. L’ API traduit le langage de programmation en langage compréhensible directement par le microprocesseur. Ce langage est propre à chaque constructeur, il est lié au matériel mis en œuvre. TYCHIQUE NZALALEMBA 3 Introduction 3. Structure d’un système automatisé Tout système automatisé peut se décomposer selon le schéma ci-dessous : TYCHIQUE NZALALEMBA 4 Introduction 3. Structure d’un système automatisé Partie opérative : Elle agit sur la matière d’œuvre afin de lui donner sa valeur ajoutée. Les actionneurs (moteurs, vérins) agissent sur la partie mécanique du système qui agit à son tour sur la matière d’œuvre. Les capteurs/détecteurs permettent d’acquérir les divers états du système. Partie commande : Elle donne les ordres de fonctionnement à la partie opérative. Les préactionneurs permettent de commander les actionneurs ; ils assurent le transfert d’énergie entre la source de puissance (réseau électrique, pneumatique …) et les actionneurs. Exemple: contacteur, distributeur… Ces préactionneurs sont commandés à leur tour par le bloc traitement des informations. Celui-ci reçoit les consignes du pupitre de commande (opérateur) et les informations de la partie opérative transmises par les capteurs/détecteurs. En fonction de ces consignes et de son programme de gestion des tâches (implanté dans un automate programmable ou réalisé par des relais (on parle de logique câblée), elle va commander les préactionneurs et renvoyer des informations au pupitre de signalisation ou à d'autres systèmes de commande et/ou de supervision en utilisant un réseau et un protocole de communication. TYCHIQUE NZALALEMBA 5 Introduction 3. Structure d’un système automatisé Poste de contrôle : Composé des pupitres de commande et de signalisation, il permet à l’opérateur de commander le système (marche, arrêt, départ cycle …). Il permet également de visualiser les différents états du système à l’aide de voyants, de terminal de dialogue ou d’interface homme-machine (IHM). TYCHIQUE NZALALEMBA 6 Introduction 4. Nature des informations traitées par l'automate Les informations peuvent être de type : Tout ou rien (T.O.R.) : l'information ne peut prendre que deux états (vrai/faux, 0 ou 1 …). C'est le type d'information délivrée par un détecteur, un bouton poussoir, etc. Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien déterminée. C'est le type d'information délivrée par un capteur (pression, température …) Numérique : l'information est contenue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale. C'est le type d'information délivrée par un ordinateur ou un module intelligent. TYCHIQUE NZALALEMBA 7 Architecture des Automates 1. Aspect extérieur Les automates peuvent être de type compact ou modulaire. De type compact, on distinguera les modules de programmation (LOGO de Siemens, ZELIO de Schneider, MILLENIUM de Crouzet ...) des microautomates. Il intègre le processeur, l'alimentation, les entrées etles sorties. Selon les modèles et les fabricants, il pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage rapide, E/S analogiques ...) et recevoir des extensions en nombre limité. Ces automates, de fonctionnement simple, sont généralement destinés à la commande de petits automatismes. De type modulaire, le processeur, l'alimentation et les interfaces d'entrées/sorties résident dans des unités séparées (modules) et sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant le "fond de panier" (bus plus connecteurs). Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes où puissance, capacité de traitement et flexibilité sont nécessaires. TYCHIQUE NZALALEMBA 8 Architecture des Automates 1. Aspect extérieur TYCHIQUE NZALALEMBA 9 Architecture des Automates 1. Aspect extérieur TYCHIQUE NZALALEMBA 10 Architecture des Automates 2. Structure interne TYCHIQUE NZALALEMBA 11 Architecture des Automates 2. Structure interne Module d'alimentation: il assure la distribution d'énergie aux différents modules. Unité centrale: à base de microprocesseur, elle réalise toutes les fonctions logiques, arithmétiques et de traitement numérique (transfert, comptage, temporisation ...). Le bus interne: il permet la communication de l'ensemble des blocs de l'automate et des éventuelles extensions. Mémoires: Elles permettent de stocker le système d'exploitation (ROM ou PROM), le programme (EEPROM) et les données système lors du fonctionnement (RAM). Cette dernière est généralement secourue par pile ou batterie. On peut, en règle générale, augmenter la capacité mémoire par adjonction de barrettes mémoires type PCMCIA. Interfaces d'entrées/sorties : Interface d'entrée: elle permet de recevoir les informations du Système Automatisé de Production (S.A.P.) ou du pupitre et de mettre en forme (filtrage, ...) ce signal tout en l'isolant électriquement (optocouplage). Interface de sortie: elle permet de commander les divers préactionneurs et éléments de signalisation du S.A.P. tout en assurant l'isolement électrique. TYCHIQUE NZALALEMBA 12 Architecture des Automates 3. Fonctions réalisées Les automates compacts permettent de commander des sorties en T.O.R et gèrent parfois des fonctions de comptage et de traitement analogique. Les automates modulaires permettent de réaliser de nombreuses autres fonctions grâce à des modules intelligents que l'on dispose sur un ou plusieurs racks. Ces modules ont l'avantage de ne pas surcharger le travail de la CPU car ils disposent bien souvent de leur propre processeur. Les Cartes d'entrées/sorties : Au nombre de 4, 8, 16 ou 32, elles peuvent aussi bien réaliser des fonctions d'entrées, de sorties ou les deux. Ce sont les plus utilisées et les tensions disponibles sont normalisées (24, 48, 110 ou 230V continu ou alternatif ...). Les voies peuvent être indépendantes ou posséder des "communs". Les cartes d'entrées permettent de recueillir l'information des capteurs, boutons ... qui lui sont raccordés et de la matérialiser par un bit image de l'état du capteur. Les cartes de sorties offrent deux types de technologies: les sorties à relais électromagnétiques (bobine plus contact) et les sorties statiques (à base de transistors ou de triacs). TYCHIQUE NZALALEMBA 13 Architecture des Automates 3. Fonctions réalisées Les cartes de comptage rapide: elles permettent d'acquérir des informations de fréquences élevées incompatibles avec le temps de traitement de l'automate. Exemple: signal issu d'un codeur de position. Les 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. Les 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 analogiques sont normalisées : 0-10V ou 4-20mA. Autres cartes: ◦ Cartes de régulation PID ◦ Cartes de pesage ◦ Cartes de communication (Ethernet,...) ◦ Cartes d'entrées/sorties déportées TYCHIQUE NZALALEMBA 14 Architecture des Automates 4. Traitement du programme Automate Tous les automates fonctionnent selon le même mode opératoire : TYCHIQUE NZALALEMBA 15 Architecture des Automates 4. Traitement du programme Automate Traitement interne: L'automate effectue des opérations de contrôle et met à jour certains paramètres systèmes (détection des passages en RUN / STOP, mises à jour des valeurs de l'horodateur, ...). Lecture des entrées: L'automate lit les entrées (de façon synchrone) et les recopie dans la mémoire image des entrées. Exécution du programme: L'automate exécute le programme instruction par instruction et écrit les sorties dans la mémoire image des sorties. Ecriture des sorties: L'automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans la mémoire image des sorties. Ces quatre opérations sont effectuées continuellement par l'automate (fonctionnement cyclique). On appelle scrutation, l'ensemble des quatre opérations réalisées par l'automate et le temps de scrutation est le temps mis par l'automate pour traiter la même partie de programme. Ce temps est de l'ordre de la dizaine de millisecondes pour les applications standards. Le temps de réponse total (TRT)est le temps qui s'écoule entre le changement d'état d'une entrée et le changement d'état de la sortie correspondante : TYCHIQUE NZALALEMBA 16 Programmation des Automates 1. Programmation Elle s’effectue au moyen d’ un terminal de programmation qui permet également la mise en service ainsi que le réglage des variables internes. Ce terminal de programmation peut être utilisé: En mode local : Préparation du programme en bureau d’étude. Ou relié à l’ uploads/Industriel/ 3-programmation-des-automates.pdf