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COURS AUTOMATISMES INDUSTRIELS 2ÈME ANNÉE GÉNIE MÉCANIQUE Moez AYADI A.U. : 201

COURS AUTOMATISMES INDUSTRIELS 2ÈME ANNÉE GÉNIE MÉCANIQUE Moez AYADI A.U. : 2016 / 2017 MINISTÈRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ISET — Nabeul Département Génie mécanique Avant-propos Ce cours a été réalisé pour servir comme support aux étudiants de l’ISET de Nabeul. Il ne prétende en aucun cas regrouper toute la science de l’automatisme industriel, mais se place plutôt comme un document permettant une initiation à cette science en présentant quelques-unes de ses multiples facettes. Son élaboration est le fruit d’un travail minutieux de recueil, de lecture et de synthèse de diverses sources documentaires : livres, cours et sites internet. L’auteur tient à mentionner que la plupart des figures et illustrations présentes dans ce cours sont à la propriété des détendeurs du droit d’auteur et que leur reproduction dans ce cours est uniquement pour une utilisation pédagogique. SOMMAIRE PARTIE A : SYSTEME COMBINATOIRE 1 CHAPITRE I : Système de numération et codage de l’information 2 I. Systèmes de numérations 2 1. Système décimal 2 2. Système binaire 2 2.1. Conversion binaire-décimal 2 2.2. Conversion décimal-binaire 3 3. Système octal 3 3.1. Conversion octal-décimal 3 3.2. Conversion décimal-octal 3 4. Système hexadécimal 4 4.1. Conversion hexadécimal-décimal 4 4.2. Conversion décimal- hexadécimal 4 4.3. Conversion hexadécimal-octal 5 II. Notion de codage 5 CHAPITRE II : Algèbre de Boole et porte logique 7 I. Introduction 7 II. Variables et fonctions logiques 7 1. Variables logiques 7 2. Fonctions logiques 8 3. Eléments de base 8 3.1. Variables d’entrées 8 3.2. Variables de sorties 8 III. Les opérations fondamentales de l’algèbre de Boole et les propriétés associées 8 1. Structure de l’algèbre de Boole 8 2. Propriétés 9 2.1. Sur une seule variable 9 2.2. Sur plusieurs variables 9 IV. Matérialisation des opérateurs logiques 10 1. Porte NON 10 2. Porte OU 10 3. Porte ET 10 4. Porte NAND 10 5. Porte NOR 10 6. Porte XOR 11 CHAPITRE III : Recherche et simplification des fonctions logiques combinatoires 12 I. Introduction 12 II. Fonctions logiques décrites par une table de vérité 12 1. Fonction complétement définie 12 2. Fonction incomplètement définie 12 3. Recherche d’une fonction logique à partir de sa table de vérité 13 III. Simplification des fonctions logiques 13 1. Simplification algébrique 13 2. Simplification graphique par le tableau de KARNAUGH 14 2.1. Règles de simplification 14 2.2. Diagramme de KARNAUGH 14 2.3. Simplification des expressions logiques à l’aide du tableau de KARNAUGH 15 PARTIE B : SYSTEME SEQUENTEIL 17 CHAPITRE I : LE GRAFCET 18 I. Eléments de base 18 1. Etapes et actions associées 18 2. Transitions et réceptivités associées 19 II. Application 19  Poste de perçage 19  Travail demandé 20  Réponse 20 III. Structure de base d’un GRAFCET 21 1. Structure à séquence unique 21 2. Structure à séquence simultanées 22 3. Structure à sélection de séquence 22 IV. Liaison entre GRAFCETS 23 V. Mise en équation d’un GRAFCET 23 1. Règle générale 23 VI. Les notions avancées 24 1. Application 24 2. Structures hiérarchisées d’un grafcet 25 2.1. Structure d’un sous-grafcet 25 2.2. Structure d’un grafcet de tache 26 2.3. Structure de l’expansion en macro-étape 26 CHAPITRE I : LE GEMMA 28 I. Introduction 28 II. Les états 28 1. Les états « F » : Procédures de fonctionnement 28 2. Les états « A » : Procédures d’d’arrêts 29 3. Les états « D » : Procédures en défaillances 30 III. Sélection des modes de marche et d'arrêt 32 IV. Conditions d'évolution entre modes de marches et d'arrêts 32 CHAPITRE I : Les automates programmables industriels (API) 34 I. Introduction 34 II. Structure générale d’une installation automatisée 34 III. Structure générale des API 35 IV. Critères de choix d'un API 35 V. Exemples d’API 36 VI. Programmation de l’automate siemens 36 1. Affectation des bornes du S7-200 (CPU 221) 36 2. Types de variables 36 3. Jeu d'instructions 37 4. Sécurité 38 5. Exemple de programmation LADDER 39 6. Application 40 ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 1 PARTIE A SYSTEME COMBINATOIRE ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 2 Chapitre 1 : Système de numération et codage de l’information I.Systèmes de numérations : L’ensemble des outils informatiques sont basés sur les mêmes principes de calcul (loi de tout ou rien). Les calculs habituels sont effectués dans le système de numération décimal, par contre le calculateur électronique ne peut pas utiliser ce système car le circuit électronique ne permet pas de distinguer 10 états. Le système de numération binaire ne comportera que 2 états 0 ou 1. 1. S y s t è m e d é c i m a l : (b a s e 1 0 : 1 0 é l é m e n t s d e 0 à 9) - Exemples: 6713 = 6.103 + 7.102 + 1.101 + 3.100 852, 39 = 8.102 + 5.101 + 2.100 +3. 10-1+ 9.10-2 2. S y s t è m e b i n a i r e: (b a s e 2: 2 é l é m e n t s 0 e t 1 = > 2 b i t s ) 1.1-Conversion binaire-décimal: - Exemple n°1: 101011(2) On fait la somme des pondérations (pondérations = bit ×puissance) On aura : 1.25+0.24+1.23+0.22+1.21+1.20 = 32+8+2+1=43(10) - Exemple n°2: 101,101(2) Somme des pondérations : 1.22+0.21+1.20+1.2-1+0.2-2+1.2-3 = 4+1+0,5+0.125 =5.625(10) ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 3 2.2- Conversion décimal-binaire: Exemple n°1: 53(10) =? (2) On fait la division successive par la base. Les restes de cette division donne le nombre dans la base 2, soit : 53(10) = 110101 (2) 3 / S y s t è m e o c t a l : ( b a s e 8 : 8 é l é m e n t s d e 0 à 7 ) 3.1-Conversion octal-décimal: - Exemple: 326(8) = 3.82+2.81+6.80 = 192+16+6 = 214(10) 3.2-Conversion décimal-octal: On a 2 méthodes: « passage par la base 2 » ou « divisions successives par 8 » Octal Binaire 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111  Passage par la base 2 : - Exemple: 735(10) = ?(8) 735(10) = 1 011 011 111(2) =1337(8) 53 2 1 26 2 0 13 2 1 6 2 0 3 2 1 1 2 1 0 ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 4  divisions successives par 8 735 8 7 91 8 3 11 8 3 1 8 1 0 4 / S y s t è m e h e x a d é c i m a l : ( b a s e 1 6 : 1 6 é l é m e n t s , 0 . . 9 , A , B , C , D , E e t F ) 4.1- Conversion hexadécimal-décimal: - Exemple: C3A5(16) = ? (10) 3A5(16) = 3.162+10.161+5.160 = 768+ 160+5 = 933 (10) 4.2- Conversion décimal-hexadécimal: On a 2 méthodes: « passage par la base 2 » ou « divisions successives par 16 » Base 10 Base 16 Base 2 0 0 0000 1 1 0001 2 2 0010 3 3 0011 4 4 0100 5 5 0101 6 6 0110 7 7 0111 8 8 1000 9 9 1001 10 A 1010 11 B 1011 12 C 1100 13 D 1101 14 E 1110 15 F 1111 ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 5  passage par la base 2 - Exemple: 735(10) = ? (16) 735(10) = 10 1101 1111(2) =2DF(16)  division successive par 16 735 16 15 45 16 13 2 16 2 0 735(10) =2DF(16) 4.3- Conversion hexadécimal-octal: - Exemple: 9D1 (16) =? (8) 9D1 (16) = 1001 1101 0001(2) =100 111 010 001 (2) = 4721(8) II- N o t i o n s d e c o d a g e: Un dispositif logique ou numérique est destiné à manipuler des informations diverses qui doivent être traduites par un ensemble de 0 et 1, obtenu suivant une loi de correspondance préétablie: c’est l’opération de codage de l’information. Codage (loi de correspondance) Information {Configuration binaire} -Exemples de codes : * Code ASCII: chaque touche du clavier est codée sur 8 bits, donc on peut coder 256 caractères. Exemple: Touche ‘A’ ==> code ASCII « 01000001 » ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 6 Tableau du code ASCII * Code DCB (Décimal Codée en Binaire): utilisé uniquement pour les chiffres décimaux. Ce code est obtenu en remplaçant individuellement chacun des chiffres du nombre à représenter par son équivalent binaire pur. Exemple : 7592(10)= 0111 0101 1001 0010(DCB) ISET Nabeul cours AII M. AYADI page 7 Chapitre 2 : Algèbre de Boole et portes logiques I- Introduction : Historique: George Boole (1815-1864) est un mathématicien autodidacte anglais qui voulait faire un lien entre la logique (étude de la validité du raisonnement) et la représentation symbolique utilisée en mathématique. Claude Shannon montre que l’algèbre de Boole peut uploads/Ingenierie_Lourd/ automatismes-industriels-2-eme-annee-gen-pdf.pdf