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Année universitaire : 2019-2020 République Algérienne Démocratique et Populaire

Année universitaire : 2019-2020 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université 8 mai 1945 – GUELMA Faculté des Sciences et de la Technologie Département d’Electrotechnique & d’Automatique Polycopié de Cours Réalisés par : 1. Dr: AIDOUD MOHAMMED 2. Dr: SEBBAGH ABDENNOUR Automatismes industriels I SOMMAIRE SOMMAIRE ......................................................................................................................................... I LISTE DES FIGURES ...................................................................................................................... IV AVANT-PROPOS ............................................................................................................................. VI 1.1. FONCTION GLOBALE ...................................................................................................................................... 1 CHAPITRE 1. INTRODUCTION AUX SYSTÈMES AUTOMATISÉS ...................................................... 1 1.1.1. MATIÈRE D’ŒUVRE : .................................................................................................................................. 1 1.1.2. VALEUR AJOUTÉE :..................................................................................................................................... 2 1.2. AUTOMATISATION ........................................................................................................................................ 2 1.3. STRUCTURE D'UN SYSTÈME AUTOMATISÉ ....................................................................................................... 3 1.3.1. LA PARTIE OPÉRATIVES (PO) : .................................................................................................................... 4 1.3.2. LA PARTIE COMMANDE (PC) : ..................................................................................................................... 5 1.3.3. LA PARTIE RELATION (PR) ......................................................................................................................... 5 1.4. CLASSIFICATION DES SYSTÈMES AUTOMATISÉS : ............................................................................................ 6 1.4.1. CLASSIFICATION SUIVANT LE DOMAINE D’APPLICATION : ............................................................................ 6 1.4.2. CLASSIFICATION SUIVANT LA NATURE DE LA MATIÈRE D’ŒUVRE ................................................................ 6 1.4.3. CLASSIFICATION SUIVANT LA NATURE DES FLUX ......................................................................................... 6 1.4.4. CLASSIFICATION SUIVANT LES CRITÈRES TECHNICO-ÉCONOMIQUES ............................................................. 7 1.5. SPÉCIFICATION DES NIVEAUX DU CAHIER DES CHARGES : ............................................................................... 7 1.5.1. DÉFINITION D’UN CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL ............................................................................... 7 1.5.2. OBJECTIFS DU CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL .................................................................................... 8 1.5.3. MÉTHODOLOGIE DU CAHIER DES CHARGES FONCTIONNEL ........................................................................... 8 1.5.3.1. L’étude d’opportunité ............................................................................................................................. 8 1.5.3.2. L’étude de faisabilité .............................................................................................................................. 8 1.5.3.3. L’Analyse Fonctionnelle du Besoin ........................................................................................................ 9 1.5.3.4. L’Expression Fonctionnelle du Besoin.................................................................................................... 9 1.6. OUTILS DE REPRÉSENTATION DES SPÉCIFICATIONS FONCTIONNELLES : ........................................................... 9 2.1. DÉFINITION ET NOTIONS DE BASES ............................................................................................................... 11 CHAPITRE 2 : LE GRAFCET ...................................................................................................................... 11 2.1.1. DÉFINITION ............................................................................................................................................. 11 2.1.2. DESCRIPTION DU GRAFCET .................................................................................................................... 11 2.1.3. LES AVANTAGES : .................................................................................................................................... 12 2.2. RÈGLES D'ÉTABLISSEMENT DU GRAFCET .................................................................................................. 12 2.2.1. ETAPE ...................................................................................................................................................... 12 2.2.2. ACTIONS ASSOCIÉES AUX ÉTAPES ............................................................................................................. 13 2.2.3. TRANSITION ............................................................................................................................................. 13 2.2.4. LIAISONS ORIENTÉES ................................................................................................................................ 14 2.2.5. CLASSIFICATION DES ACTIONS ASSOCIÉES AUX ÉTAPES ............................................................................. 14 2.2.5.1. Actions continues : ............................................................................................................................... 14 2.2.5.2. Actions conditionnelles: ....................................................................................................................... 14 2.2.5.3. Action maintenue sur plusieurs étapes: ................................................................................................. 15 2.2.5.4. Action mémorisée : .............................................................................................................................. 16 2.3. RÈGLES D'ÉVOLUTION D'UN GRAFCET ....................................................................................................... 16 2.4. SÉLECTION DE SÉQUENCE ET SÉQUENCES SIMULTANÉES : ............................................................................. 17 2.4.1. SÉLECTION DE SÉQUENCE ......................................................................................................................... 17 II 2.4.2. SÉQUENCES SIMULTANÉES........................................................................................................................ 18 2.4.3. SAUT D’ÉTAPES ET REPRISE DE SÉQUENCE................................................................................................. 18 2.4.4. AIGUILLAGE ENTRE DEUX OU PLUSIEURS SÉQUENCES (DIVERGENCE EN OU) ............................................. 19 2.4.5. PARALLÉLISME ENTRE DEUX OU PLUSIEURS SÉQUENCES ........................................................................... 20 2.4.6. LIAISON ENTRE GRAFCETS : ...................................................................................................................... 22 2.5. ORGANISATION DES NIVEAUX DE REPRÉSENTATION ..................................................................................... 22 2.5.1. LES DEUX NIVEAUX DE REPRÉSENTATION. ................................................................................................ 23 2.6. MISE EN ÉQUATION D'UN GRAFCET : ............................................................................................................ 24 2.6.1. RÈGLE GÉNÉRALE : .................................................................................................................................. 25 2.6.3. SÉQUENCES PARALLÈLES .......................................................................................................................... 27 2.6.4. GESTION DES MODES MARCHE/ARRÊT ET ARRÊT D'URGENCE ................................................................... 27 2.7. MATÉRIALISATION D'UN GRAFCET ........................................................................................................... 28 2.7.1. CAS D'UN GRAFCET LINÉAIRE.................................................................................................................... 28 2.7.2. DIVERGENCE SIMPLE EN ET ...................................................................................................................... 30 2.7.3. DIVERGENCE EN OU ................................................................................................................................ 30 2.7.4. CONVERGENCE EN ET .............................................................................................................................. 31 2.7.5. CONVERGENCE EN OU ............................................................................................................................. 31 2.7.6. EXEMPLE DE GRAFCET AVEC SÉLECTION DE SÉQUENCE ............................................................................. 31 3.1. DÉFINITION ................................................................................................................................................. 34 CHAPITRE 3 : AUTOMATE PROGRAMMABLE ..................................................................................... 34 3.2. STRUCTURE INTERNE ET DESCRIPTION DES ÉLÉMENTS D'UN A.P.I : ............................................................... 34 3.3. CHOIX DE L'UNITÉ DE TRAITEMENT : ............................................................................................................ 37 3.4. CHOIX D'UN AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL : ............................................................................... 38 3.5. LES INTERFACES D'ENTRÉES-SORTIES : ........................................................................................................ 38 3.6. OUTILS GRAPHIQUES ET TEXTUELS DE PROGRAMMATION : ........................................................................... 41 3.6.1. OBJETS COMMUNS À TOUS LES LANGAGES ................................................................................................ 41 3.6.2. LANGAGE LD ........................................................................................................................................... 42 3.6.3. LANGAGE IL ............................................................................................................................................ 42 3.6.4. LANGAGE FBD ........................................................................................................................................ 43 3.6.5. LANGAGE SFC ......................................................................................................................................... 43 3.6.6. LANGAGE ST ........................................................................................................................................... 44 3.7. MISE EN ŒUVRE D'UN AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL : ................................................................ 45 4.1. INTRODUCTION : .................................................................................................................................... 47 CHAPITRE 4 : GUIDE D'ETUDE DES MODES MARCHE ET ARRÊT (G.E.M.M.A) ........................... 47 4.2. CONCEPT ET STRUCTURATION DU GEMMA................................................................................................. 48 4.2.1. PARTIE COMMANDE HORS ÉNERGIE : ......................................................................................................... 48 4.2.2. PARTIE COMMANDE EN ÉNERGIE ET ACTIVE : ............................................................................................ 48 4.3. LES RECTANGLES-ÉTATS : ........................................................................................................................... 49 4.4. PROCÉDURES DE FONCTIONNEMENT (LA FAMILLE F) .................................................................................... 52 4.4.1. PRODUCTION NORMALE (F1) ................................................................................................................... 52 4.4.2. MARCHES DE PRÉPARATION (F2) .............................................................................................................. 52 4.4.3. MARCHES DE CLÔTURE (F3) ..................................................................................................................... 53 4.4.4. MARCHES DE VÉRIFICATION DANS LE DÉSORDRE (F4) ............................................................................... 53 4.4.5. MARCHES DE VÉRIFICATION DANS L’ORDRE (F5) ...................................................................................... 54 4.4.6. MARCHES DE TEST (F6) ............................................................................................................................ 55 4.5. PROCÉDURES D'ARRÊT (LA FAMILLE A) ....................................................................................................... 55 4.5.1. ARRÊT DANS L’ÉTAT INITIAL (A1) ............................................................................................................ 55 4.5.2. ARRÊT DEMANDÉ EN FIN DE CYCLE (A2) ................................................................................................... 55 4.5.3. ARRÊT DEMANDÉ DANS UN ÉTAT DÉTERMINÉ (A3).................................................................................... 56 4.5.4. ARRÊT OBTENU (A4) ................................................................................................................................ 56 4.5.5. PRÉPARATION POUR REMISE EN ROUTE APRÈS DÉFAILLANCE (A5) ............................................................. 56 4.5.6. MISE DE LA P.O. DANS UN ÉTAT INITIAL (A6) ........................................................................................... 56 III 4.5.7. MISE DE LA P.O. DANS UN ÉTAT DÉTERMINÉ (A7) .................................................................................... 57 4.6. PROCÉDURES EN DÉFAILLANCES (LA FAMILLE D) , ....................................................................................... 57 4.6.1. ARRÊT D’URGENCE (D1) .......................................................................................................................... 57 4.6.2. DIAGNOSTIC ET/OU TRAITEMENT DE DÉFAILLANCE (D2) ........................................................................... 58 4.6.3. PRODUCTION TOUT DE MÊME (D3) ............................................................................................................ 58 4.7. UTILISATION PRATIQUE DU GEMMA ET APPLICATIONS. .............................................................................. 59 4.7.1. MISE EN CONTEXTE .................................................................................................................................. 59 4.7.2. UTILISATION DU GEMMA (SÉLECTION DES MODES ET DES ÉVOLUTIONS). ................................................ 60 4.7.3. UTILISATION DU GEMMA (CONDITIONS D'ÉVOLUTION ENTRE MODES MARCHES / ARRÊTS) ....................... 62 4.7.4. EXEMPLES TYPES DE GEMMA : ............................................................................................................... 63 4.8. PASSAGE DU GEMMA À UNE SPÉCIFICATION GRAFCET : .......................................................................... 68 4.8.1. EFFET DU GEMMA SUR LE GRAFCET : ..................................................................................................... 69 4.8.1.1. Elaboration du Grafcet de conduite d’un système : .............................................................................. 69 4.8.1.2. Enrichissement du Grafcet : ................................................................................................................. 69 4.8.1.3. Découpage en tâches ............................................................................................................................ 70 4.8.1.4. Cas de l’arrêt d’urgence : ...................................................................................................................... 73 4.8.1.5. Les arrêts d’urgence par inhibition des actions : .................................................................................... 74 4.8.1.6. Les arrêts d’urgence par figeage : ......................................................................................................... 74 4.8.1.7. Les arrêts d’urgence utilisant une tâche spéciale : ................................................................................. 75 RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................................... 76 IV LISTE DE FIGURE FIGURE 1.1. FONCTION GLOBALE D’UN SYSTÈME ............................................................................................................ 1 FIGURE 1.2. PRINCIPE D'AUTOMATISATION .................................................................................................................... 2 FIGURE 1.3. STRUCTURE D'UN SYSTÈME AUTOMATISÉ ...................................................................................................... 3 FIGURE 1.4. CONTACTEURS OU RELAIS (POUR LES MOTEURS ÉLECTRIQUES) ........................................................................... 4 FIGURE 1.5. DISTRIBUTEURS (POUR LES VÉRINS) ............................................................................................................. 4 FIGURE 1.6. LE SYSTÈME ET LE MILIEU EXTÉRIEUR ............................................................................................................ 7 FIGURE 2.1. SITUATION DES ÉTAPES D'UN SYSTÈME AUTOMATISÉ ...................................................................................... 13 FIGURE 2.2. ACTIONS ASSOCIÉES AUX ÉTAPES ............................................................................................................... 13 FIGURE 2.3. TRANSITION ASSOCIÉE UNE CONDITION LOGIQUE APPELÉE RÉCEPTIVITÉ .............................................................. 13 FIGURE 2.4. LIAISONS ORIENTÉES ENTRE LES ÉTAPES ET LES TRANSITIONS ............................................................................ 14 FIGURE 2.5. CHRONOGRAMME DE L’ACTION CONTINUE .................................................................................................. 14 FIGURE 2.6. CHRONOGRAMME DE L’ACTION CONDITIONNELLE SIMPLE ............................................................................... 14 FIGURE 2.6. CHRONOGRAMME DE L’ACTION RETARDÉE .................................................................................................. 15 FIGURE 2.7. CHRONOGRAMME D’ACTION DE DURÉE LIMITÉE ........................................................................................... 15 FIGURE 2.8. ACTION MAINTENUE SUR PLUSIEURS ÉTAPES ................................................................................................ 15 FIGURE 2.9. ACTION À EFFET MAINTENUE PAR UNE ACTION MÉMORISÉE ........................................................................... 16 FIGURE 2.10. FRANCHISSEMENT D'UNE TRANSITION ...................................................................................................... 17 FIGURE 2.12. DÉBUT DE SÉLECTION DE SÉQUENCE ......................................................................................................... 17 FIGURE 2.13. FIN DE SÉLECTION DE SÉQUENCE.............................................................................................................. 18 FIGURE 2.14. DÉBUT DE SÉQUENCES SIMULTANÉES ....................................................................................................... 18 FIGURE 2.15. FIN DE SÉQUENCES SIMULTANÉES ............................................................................................................ 18 FIGURE 2.16. SAUT D’ÉTAPES ET REPRISE DE SÉQUENCE .................................................................................................. 19 FIGURE 2.17. AIGUILLAGE ENTRE DEUX OU PLUSIEURS SÉQUENCES .................................................................................... 19 FIGURE 2.18. PARALLÉLISME ENTRE DEUX OU PLUSIEURS SÉQUENCES ................................................................................ 20 FIGURE 2.19. LIAISON ENTRE GRAFCETS ...................................................................................................................... 22 FIGURE 2.20. GRAFCET DE NIVEAU 1 ET 2 ................................................................................................................. 24 FIGURE 2.21. GRAFCET ET SONT DIAGRAMME ÉCHELLE ................................................................................................ 24 TAB 2.1.TABLE DE VÉRITÉ DE L'ÉTAPE N ...................................................................................................................... 26 TAB 2.2. TABLEAU DE KARNAUGH ASSOCIÉ .................................................................................................................. 26 FIGURE 2.22. GRAFCET ET SONT DIAGRAMME ÉCHELLE ................................................................................................ 29 FIGURE 2.23. MATÉRIALISATION D'UN GRAFCET PAR BASCULE RS .................................................................................. 29 FIGURE 2.24. MATÉRIALISATION D'UN DIVERGENCE SIMPLE EN ET PAR BASCULES RS ............................................................ 30 FIGURE 2.25. MATÉRIALISATION D'UN DIVERGENCE EN OU PAR BASCULES RS ..................................................................... 31 FIGURE 2.26. MATÉRIALISATION D'UN CONVERGENCE EN ET PAR BASCULES RS .................................................................... 31 FIGURE 2.27. MATÉRIALISATION D'UN CONVERGENCE EN OU PAR BASCULES RS .................................................................. 31 FIGURE 2.28. SYSTÈME DE DEUX PONPES .................................................................................................................... 32 FIGURE 2.29. GRAFCET CORRESPONDANT À CE SYSTÈME DE DEUX PONPES .......................................................................... 32 FIGURE 2.30. GRAFCET CORRESPONDANT À P1 ET P2 MARCHENT À TOUR DE RÔLE ............................................................... 33 FIGURE.3.1. ARCHITECTURE D'UN API ....................................................................................................................... 34 FIGURE.3.2. ARCHITECTURE RÉELLE D'UN API S7-300................................................................................................... 35 FIGURE.3.3. INTERFACE D’ENTRÉE D'UN API ................................................................................................................ 36 FIGURE.3.4. INTERFACE DE SORTIE D'UN API ............................................................................................................... 37 FIGURE.3.5. FONCTIONNEMENT DE L’INTERFACE D’ENTRÉE D'UN API ................................................................................ 39 FIGURE.3.6. FONCTIONNEMENT DE L’INTERFACE D’ENTRÉE D'UN API ................................................................................ 40 FIGURE.3.7. SCHÉMA DE PRINCIPE D’UN MODULE TOR INDUSTRIEL .................................................................................. 40 FIGURE 4.1. LES TROIS FAMILLES DE MODES DE MARCHE ET D’ARRÊT ................................................................. 47 FIGURE 4.2. LES FAMILLES ET LES SOUS-FAMILLES DE PROCÉDURES. .................................................................. 49 FIGURE.4.3. REPRÉSENTATION D’UN RECTANGLE-ÉTAT ...................................................................................... 50 FIGURE.4.5. FEUILLE GEMMA .......................................................................................................................... 51 FIGURE.4.6. SÉLECTEUR DE MODES (MANUEL/AUTO) .................................................................................... 53 FIGURE.4.7. LE RECTANGLE-ÉTAT F2 EST RETENU, LE RECTANGLE-ÉTAT F3 N’EST PAS RETENU .......................... 61 FIGURE.4.8. CONDITIONS D'ÉVOLUTION ENTRE MODES MARCHES / ARRÊTS ......................................................... 63 FIGURE.4.9. GEMMA MINIMAL D’UNE MACHINE SEMI-AUTOMATIQUE ........................................................................... 63 FIGURE.4.10. GEMMA MINIMAL D’UNE MACHINE AUTOMATIQUE................................................................................. 63 V FIGURE.4.11. GEMMA D’UNE MACHINE AUTOMATIQUE OU SEMI-AUTOMATIQUE EXIGEANT UNE MARCHE DE PRÉPARATION ....... 64 FIGURE.4.12. GEMMA D’UNE MACHINE EXIGEANT UNE MARCHE DE PRÉPARATION ET UNE MARCHE DE CLÔTURE ..................... 64 FIGURE.4.13. GEMMA DE PRÉPARATION ET UNE MARCHE DE CLÔTURE ET AYANT UN ARRÊT DANS UN ÉTAT AUTRE QU’INITIAL ....... 65 FIGURE.4.14. GEMMA D’UNE MACHINE uploads/Industriel/ support-cours-automatisme-aidoud-2020.pdf