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AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIEL 1 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 2 LES AUTOM

AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIEL 1 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 2 LES AUTOMATES PROGRAMMABLES Comme annoncé au Chapitre précédent, les machines de productions modernes sont pratiquement toutes commandées par des systèmes programmables . Cela signifie que le fonctionnement de ce type de machine est complètement régi par un programme constitué d'une suite d'instructions stockées dans une mémoire. Ces instructions sont exécutées séquentiellement par un processeur central unique qui a accès à tous les capteurs et actuateurs de la machine SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO DEFINITION 3 Les automates programmables sont des appareils utilisés pour réaliser la partie commande d’une machine automatisée. Les premiers automates ont étés conçu au milieu du siècle dernier pour répondre à la demande des constructeurs d’automobiles américains. Ces appareils comportent une mémoire programmable qui stocke des instructions composant les fonctions d’automatisme d’une commande comme par exemple : SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO - Logique séquentielle et combinatoire ; - Temporisation, comptage, décomptage, comparaison ; - Calcul arithmétique ; -Réglage, asservissement, régulation, etc., pour commander, mesurer et contrôler au moyen d’entrées et de sorties (logiques, numériques ou analogiques) différentes sortes de machines ou de processus, en environnement industriel. - Les automates les plus récents comportent des interfaces qui permettent de les raccorder directement sur un réseau Ethernet, certain font même office de serveur web pour afficher des pages de diagnostique accessibles par un navigateur standard. 4 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 5 Dans d'autres pays, on lui donne le nom de : • PC comme Programmable Controller (Royaume-Uni) • PLC comme Programmable Logic Controller (Etats-Unis) • PBS comme Programmable Binary System (Suède) En France, on nomme Automate Programmable Industriel (API) une unité de contrôle dédiée à la gestion d'un cycle qui évolue en fonction d'événements extérieurs le plus souvent de type tout ou rien. SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 6 On peut dire donc que le rôle de l'automate est de réagir aux changements d'état de ses entrées en modifiant l'état de ses sorties selon une loi de contrôle déterminée à priori par le concepteur du système. Cette loi est dite combinatoire si, à chaque instant, l'état des sorties peut être directement déduit de l'état des entrées. Elle est de type séquentiel, s'il faut en plus tenir compte de l'évolution antérieure du système. SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Exemples d’application des API • Les exemples de systèmes automatisés de production sont nombreux. Les plus représentatifs et les plus gourmands en automates (50% de la production mondiale certaines années) sont les centres de fabrication d'automobiles. • Les systèmes automatisés ne sont pas toujours dédiés à la production mais l'architecture des systèmes, les outils et les méthodes d'analyses restent les mêmes : l'un des plus grands chantiers d'automatismes industriels en France aujourd'hui est la supervision des nouveaux tunnels de l'A86 (circulation automobile). 7 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 8 Enfin, un nouveau domaine s'est greffé au monde des automaticiens, c'est celui de la gestion technique de bâtiments (contrôle des accès, gestion de la climatisation, escalators et ascenseurs, sécurité…). Dans les systèmes de traitement de l’information, les API occupent une place de choix. Les équipements notés « commande » sont souvent des automates. Remplaçant initialement des ensembles en technologie câblée (relais électromagnétiques ou statiques,composants pneumatiques), SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Nous considérerons comme automate programmable un système - construit autour d’un processeur numérique, spécifique ou non ; - pouvant être relié à de nombreux signaux physiques ; - fonctionnant grâce à une protection adaptée dans des conditions industrielles; - doté d’un logiciel de programmation permettant un traitement simple des variables booléennes (Tout ou Rien, TOR en abrégé) ; - doté de possibilités d’échanges avec d’autres processeurs. 9 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Autre Définition d’un API norme française EN 61131-1 : 10 L’API est un système électronique fonctionnant de manière numérique, destiné à être utilisé dans un environnement industriel, qui utilise une mémoire programmable pour le stockage interne des instructions orientées utilisateur afin de mettre en œuvre de fonctions spécifiques, telles que des fonctions de logique, de mise en séquence, de temporisation, de comptage et de calcul arithmétique, pour commander au moyen d’entrées et de sorties Tout-ou-Rien ou analogiques divers types de machines ou de processus. SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 11 L’automate programmable et ses périphériques associés sont conçus pour pouvoir facilement s’intégrer à un système d’automatisme industriel et être facilement utilisés dans toutes leurs fonctions prévues. » SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Les API comportent quatre parties principales : – Une mémoire ; – Un processeur ; – Des interfaces d’Entrées/Sorties ; – Une alimentation (240 Vac → 24 Vcc). Ces quatre parties sont reliées entre elles par des bus (ensemble câablé autorisant le passage de l’information entre ces 4 secteurs de l’API). Ces quatre parties réunies forment un ensemble compact appelé automate Caractéristique d’un API 12 Contexte (Dans les années ‘60) : • Condition d’utilisation en milieu industriel : bruit électrique, poussière, température, humidité, … • Simplicité de mise en œuvre : doit être utilisable par le personnel en place, programmation facile • Coûts acceptables • les ordinateurs exigent un environnement particulier • les ordinateurs sont d’un coût astronomique • les ordinateurs sont d’une utilisation complexe SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 13 Départ: Génie Industriel • Variété et nombre des entrées/sorties • Grandeur physique – tension, courant, etc. – pression, débit, etc. • Nature – analogique – numérique (« digital ») – logique (tout ou rien, « discrète ») SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 14 L’automate est à dimensionner selon l’application à réaliser. Un vaste choix de gammes est proposé par les différents les fabricants. • Les micro automates sont, comme leur nom l’indique, de toutes petites unités avec une structure fixe comprenant de 4 à 20 entrées-sorties, généralement tout-ou-rien. Ils sont utilisés pour réaliser de petits automatismes autonomes en logique combinatoire. Généralement ils se programment avec un langage simplifié qui leur est propre. SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO • Les automates compacts sont des appareils avec un nombre fixe d’entrées-sorties digitales et analogiques. Ils sont cependant extensibles par blocs jusqu’à environ 250 entrées-sorties. Ils sont principalement exploités pour des applications de complexité moyenne avec de la logique séquentielle et un traitement limité des fonctions analogiques. • Les automates modulaires sont des machines rapides et puissantes qui travaillent avec des processeurs performants. Ce sont de véritables ordinateurs multitâches et multiprocesseurs. Une CPU peut traiter plus de 8000 entrées-sorties. 15 • Les automates à architecture distribuée sont constitués d’un ensemble de processeurs et d’interfaces d’entrées-sorties reliées par un réseau. Ce type de structure est employé pour l’automatisation de machines complexes (par exemple : rotative d’imprimerie), pour des processus très étendus (par exemple : réseaux de distribution) ou lorsque les contraintes de sûreté de fonctionnement imposent la redondance des systèmes de contrôle- commande (par exemple : industries chimiques, pétrochimique, nucléaire). 16 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 17 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Une manière simple de classer les automates est de considérer leur nombre d’entrées / sorties. Caractéristiques des E/S 18 • E/S standards (logiques) 5 Volts (CC) 12 Volts (CC) 24 Volts (CA, CC) 48 Volts (CA, CC) 120 Volts (CA, CC) 230 Volts (CA, CC) 100 Volts (CC) • E/S standards (analogiques) 0 à 5 V 0 à 10 V −5 à +5 V −10 à +10 V 0 à 20 mA 4 à 20 mA • Langage de programmation très simple (diagramme échelle, « ladder ») SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Les précurseurs 19 • Allen Bradley (60% du marché Nord-Américain) • Siemens • ALSPA (1971 - France) • Modicon • Télémécanique (1971 - France) 20 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 21 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Organisation Fonctionnelle de l’Automate 22 Automate non-modulaire Organisation fonctionnelle de l’Automate • Automate modulaire 23 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Automate modulaire 24 Départ: Génie Industriel SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 25 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 26 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO TSX micro de chez Télémécanique 27 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO Présentation module d’entrées/sorties DMZ 28DR 28 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO TSX 17-20 de chez Télémécanique 29 Départ: Génie Industriel SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 30 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 31 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 32 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 33 SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 34 Départ: Génie Industriel Description des Automates programmables Les automates programmables sont des appareils utilisés pour réaliser la partie commande d’une machine automatisée Les automates sont utilisés pour réaliser toutes sortes de commandes : Des plus simples • Ouverture, fermeture de porte ou de barrières, • Éclairage, surveillance de la distribution d’énergie. • Commande de ventilation, • Petites machines d’assemblage, • Signalisation routière. SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 35 Aux plus complexes • Contrôle et régulation de processus dans l’industrie chimique ou pétrochimique, • Asservissement multiaxes pour des centres d’usinages, • Régulation de machine pour l’usinage des plastiques (injection, extrusion), • Régulation de systèmes thermiques pour l’industrie ou le bâtiment (chaufferie ou production de froid), • Surveillance du trafic routier et ferroviaire, SYSTEMES AUTOMATISES M.ILBOUDO 36 La structure interne d'un API se situe entre le microcontrôleur et l'ordinateur : • comme le microcontrôleur il possède globalement seulement un processeur et des mémoires, • en plus du microcontrôleur, il est une entité capable de dialoguer avec d'autres systèmes et on peut lui ajouter très facilement des modules uploads/Industriel/ 3-api-structure-et-langages.pdf