SOMMAIRE INTRODUCTION ................................................................................. 2 CHAPITRE I : CAHIER DES CHARGES ........................................... 3 CHAPITRE II : ETUDE THEORIQUE ............................................. 08 SYSTÈMES AUTOMATISÉS ...................................................................... 08 I- Définition ....................................................................................................... 08 Description d’un système automatisé ............................................................ 08 Automate programmable industiel ................................................................. 08 II- GRAFCETS .............................................................................................. 09 1) Etude de système ........................................................................................................ 12 1- a) Tableaux des variables ....................................................................................... 12 1- b) Grafcets ............................................................................................................... 14 Global ............................................................................................................ 15 Etape F1 ......................................................................................................... 16 Etape F5 ......................................................................................................... 17 Initialisation ................................................................................................... 17 CHAPITRE III : ETUDE PRATIQUE ............................................... 18 I- PRÉSENTATION DES OUTILS POUR LA RÉALISATION PRATIQUE ............... 18 1) TIA PORTAL ......................................................................................................... 18 2) WinCC ................................................................................................................... 19 CONCLUSION ................................................................................... 22 BIBLIOGRAPHIE .............................................................................. 23 ANNEXES .......................................................................................... 24 INTRODUCTION L’objectif de l’automatisation des systèmes est de produire, en ayant recours le moins possible à l’homme, des produits de qualité et ce pour un coût le plus faible possible. Un système automatisé est un ensemble d’éléments en interaction, et organisés dans un but précis : agir sur une matière d’œuvre afin de lui donner une valeur ajoutée. En effet le but de notre projet est d’automatiser un système qui permet de trier les pièces et les assembler selon la matière (métal ou plastique) et l'épaisseur à base d'automate Siemens. Dans ce rapport, nous présenterons progressivement le projet en commençant par le cahier de charge du système, d’une étude théorique dont on propose les Grafcets, les équations et les actions. Puis une étude pratique avec supervision dans le logiciel TIA PORTAL, toutes ces étapes seront effectuées pour commander et superviser notre système. 2 Chapitre I : CAHIER DES CHARGES Le sujet de notre projet est la conception et la réalisation de la commande et de la supervision d'un système automatisé à base d'automate SIEMENS, permettant le tri et l'assemblage de pièces selon la matière (métal ou plastique) et l'épaisseur. Il est donc demandé : - De concevoir les différentes modes marches, d’arrêt et de fonctionnement du système. D’écriture le programme step7 et/ou GRAPH7 correspondant en utilisant TIA PORTAL. De réaliser le câblage des entrées et sorties de l’automate siemens avec le système. De proposer et d’élaborer une supervision du système par WinCC ou OPC server et Panorama. Description du système d’assemblage : Le système mis en œuvre est une maquette didactique matérialisant deux convoyeurs. Cette maquette peut être reliée à un automate programmable. (image) Deux boutons (Start et Stop) permettent le démarrage et l’arrêt du système. Le double convoyeur se compose d’un 1er convoyeur commandé par un moteur (conv1) et utilisé pour le tri des pièces selon la matière (métal ou plastique) et selon la hauteur. Un détecteur de hauteur des pièces est installé sur ce 1er convoyeur pour déterminer la validité des pièces détecté au passage par un capteur optique (Opt1) le convoyeur s’arrête lorsque la pièce est sous le détecteur de hauteur. Le moteur (hmdrv) sera démarré pour déterminer la hauteur grâce aux capteurs de hauteur (hbdc : gauge est au plus basse position, htdc : gauge est à la plus haute position et hght hauteur est correcte). Un capteur inductif (Ind) permet de détecter les pièces métalliques lorsqu’elles sont détectées par un capteur optique (Opt2) Deux bobines (Sol2 et Sol3) permettent de guider les pièces vers l’une des chutes (Chut1 et Chut2) 3 Le 2ème convoyeur (Conv2) permet l’assemblage des pièces : la pièce base est fournie par le distributeur 2 (Disp2), et la pièce complémentaire est fourni par l’une des chutes (Chut1 et Chut2). Le 2ème convoyeur (Conv2) et le distributeur (Disp2) sont actionnés lorsque l’un des capteurs optiques (Opt3 et Opt4) situés aux extrémités des chutes, détecte la pièce complémentaire (métal ou plastique). Ceci permettra l’assemblage des deux pièces par le passage de la pièce de base sous la pièce complémentaire. Une bobine (Sol4) permettra à la fin de guider la pièce montée vers l’une des deux positions de stockages selon le type de la pièce complémentaire. Deux capteurs optiques (Opt5 et Opt6) placés aux positions de stockages détecte l’arrivé de pièce finalisé. Liste des actions possibles pour commander la plate-forme : Nom Désignation Sol3 Bobine de guidage vers la 2ème chute Sol2 Bobine de guidage vers la 1er chute Hmdrv Moteur du système de mesure de hauteur Disp1 Distributeur de rondelle (pièce) Conv1 1er convoyeur (supérieur) Chut2 Distributeur de rondelle de la 2ème chute Chut1 Distributeur de rondelle de la 1er chute Sol4 Bobine de guidage vers la sortie Conv2 2ème convoyeur (inférieur) Disp2 Distributeur de la pièce de base 4 Liste des entrées logiques disponibles : Nom Désignation Stop Bouton Stop (Arrêt) Hbdc Gauge est à la plus basse position Htdc Gauge est à la plus haute position Hght Hauteur est correcte Opt1 Capteur optique avant la gauge de hauteur Opt2 Capteur optique du capteur inductif Ind Capteur inductif Opt6 Capteur optique de la 2ème sortie Opt5 Capteur optique de la 1er sortie Opt4 Capteur optique de la 2ème chute Opt3 Capteur optique de la 1er chute Start Bouton Start (Démarrage) Le fonctionnement du système le tri de pièce est comme suit : Par action sur le bouton start, le moteur (Hmdrv) démarre pour mettre la jauge de mesure de la hauteur en position haute (Htdc). Puis le 1er convoyeur (Conv1) démarre, et le distributeur (Disp1) est actionné pour placer une pièce (métallique ou plastique) sur le convoyeur 1. Un capteur (Opt1) détecte le passage de la pièce, ce qui libère le distributeur. Après 1.5s, le convoyeur 1 s’arrête et le moteur Hmdrv du système de mesure de la hauteur démarre, jusqu’à ce que la jauge soit en position basse (Hbdc), 5 le capteur (Hght) indique que la hauteur est correcte. Et après 0.2s, le moteur Hmdrv permet de remettre la jauge en position haute (Htdc). Ensuite le convoyeur 1 démarre, et un capteur optique (Opt2) détecte la pièce lorsqu’elle est sous le capteur inductif (IND). Selon le type de la pièce (métal ou plastique) et si la hauteur de la pièce est correcte, l’une des 2 bobines (Sol1 et Sol2) sera actionné pour guider la pièce vers l’une des 2 chutes (Chut1 et Chut2). Et au bout d’une petite temporisation, le cycle redémarre. Le fonctionnement du système d’assemblage de pièce est comme suit : Lorsque le bouton Start est actionné, le distributeur de la 1er chute (Chut1) est actionné pour fournir la pièce (rondelle). Le capteur optique (Opt3) indique la présence ou non de la pièce. Si la pièce est non disponible, le distributeur de la 2ème chute (Chut2) sera actionné. Le capteur optique (Opt4) indique la présence ou non de la pièce. Et le cycle recommence jusqu’à ce que l’un des deux capteurs optiques (Opt3 ou Opt4) détecte la présence d’une pièce. Le convoyeur (Conv2), et le distributeur (Disp2) sont actionnés lorsque l’un des capteurs optiques (Opt3 et Opt4) situés aux extrémités des chutes, qui détectent la présence d’une pièce complémentaire (métal ou plastique). Ceci permettra l’assemblage des deux pièces par le passage de la pièce de base sous la pièce complémentaire. Une bobine (Sol4) permettra à la fin de guider la pièce montée vers l’une des deux positions de stockages selon le type de la pièce complémentaire. Deux capteurs optiques (Opt5 et Opt6) placés aux positions de stockages détecte l’arrivé de pièce finalisé. Et le cycle recommence. Le fonctionnement envisagé est le suivant : - A la mise sous tension, la lampe STOP clignote, et un appui sur le bouton STOP, la partie opérative sera mise à l’état initial, puis la lampe START clignotera. - Interrupteur Mode I : Automatique continu enclenché par le bouton poussoir START et lampe L1 sera allumé. - Interrupteur Mode II : Mode cycle par étape. Le cycle par étapes accomplit les mêmes opérations du cycle automatique qu’on vient de décrire ci-dessus, en pas à pas ; c’est-à-dire chaque étape sera démarrée à tour de rôle par le bouton Function. La lampe relative au poussoir Function clignote à une fréquence de 200ms. 6 - Le système s’arrête si le bouton Stop doit être actionné, ou si l’une des pistes de sortie est pleine (capteurs Opt5 ou Opt6 reste active), la lampe L2 clignotera, et la lampe Function s’allumera. Après élimination du problème, un appui sur le bouton Function (acquittement) est nécessaire pour revenir à l’état d’arrêt. Le guide GEMMA correspondant au fonctionnement souhaité contiendra les modes de marques et d’arrêts suivant : CI A6 A1 <Mise PO dans état initiale> Stop A5 <préparation pour remise en route après défaillance> <Arrêt dans état initiale> CP2 Start.CP1 F5 <Marches de Vérification dans l'ordre> Fin_cyc A2 <Arrêt demandé en fin de cycle> ̅̅̅̅̅̅ 𝐶𝑃1 F1 <Production normale> ̅̅̅̅̅̅ 𝐶𝑃2 Function D1 <Marche ou Arrêt en vue d'assurer la sécurité> Stop Figure 1 : Gemma de fonctionnement Mise PC sous énergie 7 Chapitre II : ETUDE THEORIQUE Commander le système doit passer par une étude théorique : - - Réaliser les grafcets des deux fonctionnements (Tri et Assemblage) à partir de cahier des charges, à l'addition d'un grafcet général et d'autre de l'arrêt d'urgence. Déduire les équations de chaque étape et chaque action, traduire ces informations dans TIA PORTAL en langage LADDER ou LIST. Avant de passer aux Grafcets de système, on définira d'abord un système automatisé. I. Un système automatisé: Définition: Un système est dit automatisé s'il exécute le même cycle de travail pour lequel il a été programmé. Description d'un système automatisé : Partie « Commande » : Elle est en générale composée d'ordinateurs, de mémoires et de programmes. Elle transmet les ordres aux actionneurs à partir : - De programme qu'elle contient. - Des informations reçues par les capteurs. - Des consignes données par l'utilisateur ou l'opérateur. Partie « Opérative » : Elle consomme de l'énergie électrique, pneumatique (air) ou hydraulique (eau ou huile) Elle contient : - Des capteurs, qui transforment les variations de grandeurs physiques en signaux électriques (température, luminosité, présence, position...) - Des actionneurs, qui transforment l'énergie reçue en énergie utile (vérin, moteur, voyant...) Un automate programmable industriel: Un automate programmable industriel (API) est un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriel par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers les prés actionneurs (partie opérative) à partir de données d’entrées capteurs, de consignes et d’un programme informatique (partie commande ou PC). 8 Automate Programmable Industriel (API) Les programmes des API sont traités selon un cycle précis : acquisition de toutes les entrées – traitement des données (calculs) – mise à jour des sorties. Le temps d’un cycle d’API varie selon la taille du programme, la complexité des calculs et de la puissance de l’API. Le temps de cycle est généralement de l’ordre de quelques millisecondes. Les API se caractérisent par rapport aux ordinateurs par leur fiabilité, leur consommation d’énergie et leur facilité de maintenance. Les modules peuvent être changés très facilement et le redémarrage des API est très rapide. II. Grafcets : Le Grafcet est un outil de représentation graphique du cahier des charges qui accompagnera le système automatisé, de sa conception à son exploitation. Ainsi, les gens de production et de procédés pourront eux-mêmes élaborer la programmation d'un système automatisé. De plus, le Grafcet est un outil graphique qui permet l'élaboration des séquences d'un système automatisé d'une façon littérale dès le début du projet sans exiger une connaissance approfondie des technologies utilisées. Figure 2 : Grafcet d'un système automatisé (exemple) 9 Mise en équation d’une étape (d'une façon général) : 10 Une transition est soit validée soit non validée. Elle est validée lorsque toutes les étapes immédiatement précédentes sont actives. Elle ne peut être franchie que : - Lorsqu’elle est validée. - ET que la réceptivité associée à la transition est VRAIE. La traduction de cette règle donne la Condition d’Activation de l’étape i : 𝐶𝐴𝑋𝑖 = 𝑋𝑖−1 . 𝑅𝑖−1 Le franchissement d’une transition entraine l’activation de toutes étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes. La traduction de cette règle donne la Condition de Désactivation de l’étape i : 𝐶𝐷𝑋𝑖 = 𝑋𝑖 . 𝑅𝑖 = 𝑋𝑖+1 Si la CA et la CD de l’étape ils sont faux, l’étape i reste dans son état. C’est ce qu’on appelle l’effet mémoire. C’est-à-dire que l’état Xi à l’instant R + delta(t) dépond de l’état précédente de Xi à l’instant R. D’après ces trois points, on peut donc écrire : 𝑋𝑖 = 𝑓(𝐶𝐴𝑋𝑖 , 𝑋𝑖 , 𝐶𝐷𝑋𝑖 ) 11 1- Etude du système : 1- a) Tableaux des variables : Actions : Les sorties suivants seront liées au entrées de l'automate du type Output. Nous donnerons des détails sur la répartition des différents branchements de l'automate par la suite : Nom Désignation Type Sol3 Bobine de guidage vers la 2ème chute Bool Sol2 Bobine de guidage vers la 1er chute Bool Hmdrv Moteur du système de mesure de hauteur Bool Disp1 Distributeur de rondelle (pièce) Bool Conv1 1er convoyeur (supérieur) Bool Chut2 Distributeur de rondelle de la 2ème chute Bool Chut1 Distributeur de rondelle de la 1er chute Bool Sol4 Bobine de guidage vers la sortie Bool Conv2 2ème convoyeur (inférieur) Bool Disp2 Distributeur de la pièce de base Bool Nom Désignation Type Stop Bouton Stop (Arrêt) Bool Hbdc Gauge est à la plus basse position Bool Entrées : 12 Htdc Gauge est à la plus haute position Bool Hght Hauteur est correcte Bool Opt1 Capteur optique avant la gauge de hauteur Bool Opt2 Capteur optique du capteur inductif Bool Ind Capteur inductif Bool Opt6 Capteur optique de la 2ème sortie Bool Opt5 Capteur optique de la 1er sortie Bool Opt4 Capteur optique de la 2ème chute Bool Opt3 Capteur optique de la 1er chute Bool Start Bouton Start (Démarrage) Bool Intermédiaires : Toutes les variables citées précédemment sont des variables physiques, c'està-dire que pratiquement seront connectées à des entrées réelles. Nous avons des variables intermédiaires dans l'automate. Nous avons ajouté ces variables pour nous aider dans la supervision, et dans le traitement des données dans l'automate. Dans le tableau suivant ces différentes variables : Nom Désignation Type V Drapeau =1 quand la taille est correcte (Hght) Bool CP1 Interrupteur Mode I : Automatique Bool CP2 Interrupteur Mode II : Mannuel Bool Function Bouton de Function Bool XF1 Action pour commencer le Mode I Bool XF5 Action pour commencer le Mode II Bool L1 Lampe L1 Bool 13 L2 Lampe L2 Bool Stop1 Bouton Stop Bool Start1 Bouton Start Bool Clignote Memento de cadence Bool Init Initialisation Bool Arret Bouton Arrêt Bool T Drapeau du type de pièce (=1 si Métal) Bool Function1 Bouton Function du lampe Bool P =0 pour métal drapeau au block2 Bool FinCycle =X10+X11+X12 début du cycle de mode I Bool K Arrêt quand l’une des sorties est pleine (voir annexe) Bool 1- b) Grafcets : Pour que le système de notre monte-charge puisse fonctionner normalement comme indiqué dans le cahier de charge, après considération des données du Gemma vu précédemment, nous remarquons que : L’étape A6 (Mise PO dans Etat initial) : correspond à l’initialisation du système, il sera géré par un grafcet. L’étape F1 (Production normale) : correspond au mode de fonctionnement normal (automatique). Il sera géré par un grafcet aussi. L’étape F5 (Marche de vérification dans le désordre) : Cette étape correspond au mode de fonctionnement manuel. Ce genre de mode est utilisé pour faire des tests sur le système, ou de la maintenance. Cette partie du système aura son propre grafcet aussi. En fin nous aurons un grafcet global. Ce grafcet représentera l’ensemble du gemma, les différents grafcets énoncés récemment seront mis en commun avec les autres blocs non cités (A1,A2,A5). 14 Grafcet Global: A5=X30, A6=X31, A1=X32, F5=X33, F1=X34 et A2=X34 15 L’étape F1: 16 L’étape F5: Grafcet d’initialisation: 17 Chapitre III : ETUDE PRATIQUE I. Présentation des outils pour la réalisation pratique 1. Logiciel TIA PORTAL La plate-forme Siemens TIA (Totally Integrated Automation) Portal est la dernière évolution des logiciels de programmation Siemens. Cette plate-forme regroupe dans un seul logiciel la programmation des différents dispositifs d’une installation. On peut donc avec ce logiciel, programmer et configurer, en plus de l’automate, les dispositifs HMI, les variateurs, etc. Figure 1 : TIA Portal Pour travailler sur Logiciel TIA portal on a passé par les étapes suivant : Création d’un projet et paramétrage de l’automate Démarrage du logiciel Création d’un nouveau projet Ajout d’un automate Présentation de l’interface Ajout du module de simulation Relevé des adresses utilisées pour les entrées/sorties Liaison avec l’automate Chargement de la configuration dans l’automate 18 Programmation de l’automate Création d’une table de variables Types de variables Tables de visualisation Ajout d’un Grafcet Appel du Grafcet depuis le bloc de programme principal Création du Grafcet Variables utiles pour la programmation du Grafcet Gracet Remise à zéro du Grafcet 2. WINCC Le SIMATIC WinCC dans le Totally Integrated AutomationPortal (TIA Portal) fait partie d'un nouveau concept d'ingénierie intégré qui offre un environnement d'ingénierie homogène pour la programmation et la configuration de solutions de commande, de visualisation et d'entraînement. Ce framework d'ingénierie est une avancée fondamentale dans le développement de logiciels et représente le développement continu et conséquent de la philosophie TIA. WinCC dans le TIA Portal est le logiciel pour toutes les applications IHM allant de solutions de commande simples avec des Basic Panels aux applications SCADA pour systèmes multipostes basés sur PC. La gamme de solutions offerte par le prédécesseur de SIMATIC WinCC flexible s'en trouve considérablement élargie. Pour les applications très complexes avec des solutions Plant Intelligence ou des architectures redondantes, il existe également SIMATIC WinCC V7, tandis que WinCC Open Architecture s'adresse aux applications à fort besoin d'adaptation aux spécificités du client, ainsi qu'aux plateformes nonWindows. Figure 2 :WinCC 19 Avantages - Interface de configuration innovante sur la base de technologies logicielles de pointe - Concept de bibliothèque global pour objets et blocs d'affichage librement définissables - Outils intelligents au service d'une configuration graphique et du traitement de données de masse Le travail pratique - BLOCs (voir annexe) Ce bloc contient les équations des actions (voir annexes) : - Déclaration d’initialisation - API du système réalisé: - Caractéristiques: Mémoire de travail de 192 Ko ; 0,1 ms/kilo-instructions ; DI24/DO16 ; AI5/AO2 intégrées ; 4 sorties d'impulsions (2,5 kHz) ; 4 voies de comptage et de mesure avec codeurs incrémentaux 24 V (60 kHz) ; fonction de positionnement intégrée ; interface MPI + DP (maître DP ou esclave DP) ; configuration multi rangée pouvant comporter jusqu'à 31 modules ; Possibilité d'émission et de réception pour l'échange direct de données ; temps de cycle constant du bus ; routage ; communication S7 (FB/FC chargeables). 20 - Supervision du système réalisé: - Liaison API et WinCC : 21 CONCLUSION Dans ce travail, on a essayé de présenter les différentes étapes nécessaires pour la réalisation d’un système automatisé à base de l’automate siemens. La première partie a été consacré pour connaitre quelques définitions sur l’automatisme ainsi la création des grafcets des systèmes, les équations, et enfin les étapes à suivre pour réaliser le système sur le logiciel et sa supervision. De plus ce projet nous a permis de s’habituer à réaliser des projets d’automatisme et surtout de travailler sur des logiciels très importants dans le domaine d’automatisation. Notre travail reste ouvert à d’autre amélioration pour les générations future. 22 BIBLIOGRAPHIE - Documentation de M. AZOUGAGH 23 ANNEXES - Configuration des actions en LADDER : 24 25 26 27 - Configuration des Blocs : 28 29 30
