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. . . . . . . . . . . . . . . . . . Notes de cours d’Automatique et Informatiqu

. . . . . . . . . . . . . . . . . . Notes de cours d’Automatique et Informatique Industrielle Grafcets et Automates Programmables . . . Classe : 2 éme Année Génie Électrique (Bac+4) . . . . . . . . . Mohamed Ben Messaoud, Maître de Conférences HDR, Docteur Ingénieur en Automatique École Nationale d’Ingénieurs de Sfax Université de Sfax, Tunisie version 2012 1 M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 1 CHAP I GENERALITES SUR LES AUTOMATES PROGRAMMABLES DESCRIPTION D'UN SYSTEME AUTOMATISE INDUSTRIEL La fonction globale d'un système est de conférer (ou donner) une valeur ajoutée à un ensemble de matière d'oeuvre dans un environnement donné (fig.1.1.) Fig.1.1. Le système et son environnement Un système de production est dit "industriel" si l'obtention de cette valeur ajoutée a un caractère reproductible et peut être exprimée et quantifiée en termes économiques. L'automatisation consiste à transférer tout ou une partie des tâches de coordination, auparavant exécutés par des opérateurs humains, dans un ensemble d'objets techniques appelé Partie Commande (PC). L'opération d'automatisation présente les avantages suivants: - accroître la production et la compétitivité du produit, - améliorer la qualité grâce à une meilleure répétitivité, - s'adapter à des contraintes particulières d’environnement (milieu poussiéreux, radioactif, chaud etc...). M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 2 STRUCTURE FONCTIONNELLE D'UN SYSTEME AUTOMATISE Tout système automatisé se décompose en deux parties interdépendantes (Fig.1.2.): -Une partie opérative (PO) qui est le processus physique à automatiser; dans cette partie on trouve les préactionneurs, les actionneurs (moteurs, vérins, contacteurs...) et les détecteurs ou les capteurs (fin de course, détecteurs de passage ...). -Une partie commande (PC) constituée de l'unité de traitement des différentes grandeurs responsables à la bonne marche de l'automatisme qui peut être réalisée soit en logique câblée à l'aide des cartes électroniques ou des séquenceurs, soit en logique programmée par des automates programmables conçu spécialement pour fonctionner dans un milieu industriel. Fig.1.2. Structure d'un système automatisé DEFINITION DE LA LOGIQUE PROGRAMMEE Logique câblée Dans un équipement en logique câblée les différents composants sont interconnectés par un câblage représentatif du fonctionnement de la machine. Logique programmée En logique programmée, le fonctionnement d'un équipement (initialement représenté par un schéma électrique à contact, un logigramme, ou un diagramme fonctionnel) est traduit en équations booléennes puis en un programme d'instructions (qui peut être traité par un ordinateur, un mini ordinateur, ou un Automate Programmable) suivant l'importance du problème à résoudre. Le programme à réaliser est chargé dans la mémoire programme. L'unité centrale le traite équation par équation. Toutes les informations qui circulent entre les différents ensembles fonctionnels sont gérées par l'unité centrale suivant le schéma de la figure 1.3. M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 3 Fig.1.3. Diffèrent module d'un équipement programmable INFORMATION ET ORDRE De point de vue partie commande, les entrées (ou informations) correspondent aux transfert d’information de la partie Commande vers la Partie Opérative. Les sortie (ou ordres) sont les ordre transmis de la partie Commande vers la Partie Opérative et qui seront exécutées par les préactionneurs ou les actionneurs directement. La première étape d’automatisation d’un système est de dresser un tableau comportant toutes les informations et les ordres. EXEMPLES Station de pompage d'un réservoir Motopompe Utilisation N.Bas N.Haut Fig.1.4. Schéma de principe Tableau d’informations et ordres. Informations Ordres - Détection du niveau Haut, - Détection du niveau Haut. - Activer la vanne de remplissage, - Arrêter la vanne. M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 4 CHAP II ARCHITECTURE DES AUTOMATE PROGRAMMABLE INTRODUCTION Un automate est un ensemble constitué de l'unité de traitement logique et des fonctions d'automatisme et qui matérialise la partie commande dans un système automatisé. Dans le sens large du terme, un automate peut être matérialisé soit en logique câblée soit en logique programmée. Dans le cas de la logique câblée, la réalisation est assurée par des modules d’étapes dont la fonction est décrite par la figure x.x. Fig.2.1. Schéma d'un module d'étape. L’activation et la désactivation de la sortie Qi sont assurées par les combinaisons « Et » et « OU » respectivement. le nombre de module d'étapes est égal au nombre d'étape d'un GRAFCET. Exemple des modules d’étapes : Séquenceurs pneumatiques, bascules RS, dont l'équation de sortie pour un arrêt prioritaire est: i+1 i Q = (S +Q ).R Qi : relais de maintient ; R entrée de RAZ prioritaire ; S entrée de Mise à 1. Exemple: Exemple: Fig.2.2. Matérialisation d'un grafcet par des bascules. M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 5 La logique câblée présente l’avantage de rapidité d’exécution, mais en cas de modification de fonctionnement ceci nécessite le changement de la carte. La modification est facilitée par l’utilisation de la logique programmée. AUTOMATE PROGRAMMABLE Un automate programmable est un dispositif technologique qui assure dans une logique programmée l'enchaînement automatique et continu des opérations arithmétiques et logiques relatives au déroulement d'un cycle. Historique Les automates programmables (API) se sont apparus aux USA vers 1969. Ils viennent remplacer les armoires de commande à base des relais électromagnétiques ; Le premier langage fut le langage "schéma à relais ou à contacts". Leur succès est dû essentiellement à la facilité avec laquelle un personnel non hautement qualifié peut le mettre en oeuvre et à leur faculté d'adaptation dans un milieu industriel avec tous leurs contextes difficiles. Caractéristiques essentielles d'un API Les APIs sont conçus essentiellement pour la commande des procédés industriels. Ils sont caractérisés par rapport aux autres outils informatiques par : - un appareillage capable d'être directement connecté aux détecteurs, capteurs et actionneurs. - Fonctionnement dans des sévères contraintes d'environnement (vibration, température, poussières, …) - programmable à partir des langages spécialisés directement applicable aux systèmes automatisés (Grafcet, schéma à contacts, logigramme …) Environnement d'un Automate Programmable Industriel L'automate programmable est conçu pour pouvoir fonctionner de façon autonome avec le procédé à commander. La communication se fait par l'intermédiaire des informations d'entrées et des sorties en provenance et vers le système à piloter. La figure 2.3 situe la place de l'automate dans son environnement industriel. Fig.2.3 L'automate dans son environnement M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 6 Principe de fonctionnement Comme tout outil de traitement informatique, l'automate programmable est une machine exécutant une suite d'instructions séquentiellement. A chaque période d'exécution, le fonctionnement s'effectue suivant le cycle suivant: Fig.2.4 un cycle de fonctionnement La lecture et écriture se font sous forme des MOT d'entrée ou de sortie. Le temps du cycle, qui est un paramètre important, est de quelques millisecondes aux vingtaines des millisecondes. La capacité d'un automate programmable se définit par: - Le nombre maximum d'entrées et des sorties, - La capacité de la mémoire programme, - Le nombre et la nature des fonctions auxiliaires de commandes: temporisateurs, compteurs, registres, - et la durée du cycle de scrutation de la mémoire par l'unité centrale. Structure d'un programme En cours de fonctionnement le programme est lu ligne par ligne;et son organisation est Initialisation des compteurs et temporisateurs Lecture du MOT d'entrée Exécution du programme Affectation du MOT de sortie Indication de la fin du programme. STRUCTURE FONCTIONNELLE D'UN API Fig.2.5 Diffèrent module d'un automate programmable Dans tout automate programmable, on trouve une structure de base comprenant les éléments essentiels suivants: M. Ben Messaoud Automate programmable Structure et Programmation 7 Alimentations: On élabore à partir des sources d'énergie usuelles, les tensions nécessaires à l'alimentation des circuits électroniques intégrés. Il doit garantir un certain niveau de sûreté de fonctionnement au moment de la coupure de secteur. Unité centrale: Elle est composée: - des mémoires vives RAM qui contiennent les données, - d'une mémoire morte reprogrammable EEPROM où sera enregistré le programme après mise au point, - du processeur qui est le véritable cerveau de l'automate, relié aux entrées et sorties et aux mémoires à l'aide d'un bus de communication; l'exécution du programme se fait suivant un ordre défini et séquentiel. Organes d'entrées - sorties: Ces organes réalisent les interfaces permettant de convertir les signaux d'entrées en niveaux logiques compatibles avec l'unité centrale, et les signaux logiques de sorties issues de l'unité centrale en signaux compatibles avec les organes récepteurs. Chaque voie d'entrée est filtré (parasites, rebondissement des contacts) et isolé électriquement (isolation galvanique). L'ensemble des bits des différentes voies constitue le MOT d'entrée. Périodiquement, le processeur adresse le module de sortie et provoque l'écriture du MOT correspondant. L'élément de commutation du module est soit électronique (transistors), soit électromécanique (relais). Programmateur: Cet organe permet à la fois de programmer l'unité centrale et de visualiser pas à pas le contenu de la mémoire. On y trouve: - les touches de fonctions AND, OR,... - les touches de services ENTREE, PAS à PAS, CLEAR... - un clavier numérique et un afficheur. Lorsque le programme est enregistré, le programmateur n'est plus nécessaire au fonctionnement. Autours de l'automate programmable peuvent exister plusieurs types de terminaux: - Le terminal de réglage, destiné au test et au réglage par le personnel d'entretien. - le console de programmation légère, capable d'établir un programme complet. ces terminaux peuvent recevoir uploads/Industriel/ 8-automate-programmable.pdf