pfe final

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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université M’hamed Bougara Boumerdes
Faculté des Siences de l’Ingenieur
Département : Maintenance Industrielle
MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN
Specialité : Génie Mécanique
Option : Mécatronique
THEME
Etude d’implémentation d’un Automate
S7-300 avec une interface Homme/machine
sur une aléseuse GSP ébauche - SNVI
Réalisé par : Hamani Hamza
Promoteur : Dr. M.A Mellal
Encadreur : Mr. Said Kial
Année universitaire : 2015/2016
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Remerciements
Je remercie tout d’abord ALLAH le tout-puissant de nous
avoir donné le courage, la volonté et la patience de mener à
terme ce présent travail.
Je tiens à remercier mes parents et ma famille qui m’ont
apporté tout le soutien nécessaire ainsi que leur aide durant
toute la période de la réalisation de ce mémoire, en particulier
ma chère sœur sadjia.
Je remercie Mr. M.A.Mellal, docteur à l’Université de
M’Hamed Bougera de Boumerdès, de m’avoir accueilli, ainsi
que pour aide et son assistance.
Je remercie Mr. Said Kial, mon encadreur, pour son aide et
disponibilité tout au long de ce projet.
Je remercie également le président et les membres du jury qui
ont eu l’amabilité d’examiner ce document et d’évaluer son
contenu.
Je tiens à remercie toute personne ayant contribué de près ou
de loin à l’aboutissement de mes efforts.
Merci à mes professeurs et formateurs du primaire à
l’université.
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Sommaire
Remerciement
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction Générale …………………………………………………………………………1
Chapitre I : Etude technologique de la machine
I.1 Introduction………………………………………………………………………………..2
I.2 Description générale de la machine………………………………………………………..2
I.3 Principaux éléments de l’aléseuse GSP Ebauche………………………………………….3
I.3.1 Partie Unité de travail………………………………………………………………….3
I.3.2 Partie automatisée……………………………………………………………………...4
I.4 Partie commande…………………………………………………………………………..4
I.5 Poste de contrôle…………………………………………………………………………..6
I.6 Partie opérative…………………………………………………………………………….8
I.6.1 Installation hydraulique………………………………………………………………..8
I.6.2 Installation pneumatique……………………………………………………………...11
I.7 Principe de fonctionnement de la machine………………………………………………13
I.7.1 Fonctionnement actuel de la machine………………………………………………...13
I.7.1.1 Blocage Table…......................................................................................................13
I.7.1.2 Bridage de la pièce………………………………………………………………..14
I.7.1.3 Usinage Pièce……………………………………………………………………..15
I.7.1.4 Débridage Pièce…………………………………………………………………..16
I.7.1.5 Déblocage table…………………………………………………………………..16
I.7.2 Capteurs………………………………………………………………………………16
I.7.2.1 Capteur de pression……………………………………………………………….16
I.7.2.2 Capteur niveau d’huile……………………………………………………………16
I
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I.7.2.3 Capteurs de position d’unité et de la table………………………………………..17
I.7.3 Actionneurs………………………………………………………………………….....17
I.7.3.1 Actionneur hydraulique…………………………………………………….…..….17
I.7.3.2 Actionneurs électriques…………………………………………………….….…...19
I.7.4 Pré actionneurs……………………………………………………………………..…..21
I.7.4.1 Pré actionneurs hydraulique……………………………………………………......21
I.7.4.2 Pré actionneur électriques……………………………………………………..…...22
I.7.5 appareils de sécurité…………………………………………………….………….….24
I.7.5.1 Clapets………………………………………………………………………..…....24
I.7.5.2 Régulateurs………………………………………………………………………...25
I.8 Critiques fonctionnement actuel……………………………………………………..……26
I.9 Proposition……………………………………………………………………………..….26
I.10 Conclusion…………………………………………………………………………….....27
Chapitre II : Automates programmables et Matériels nécessaire
II.1 Introduction……………………………………………………………………………....28
II.2 Historique………………………………………………………………………………...28
II.3 Définition…………………………………………………………………………………28
II.4 Rôle des API……………………………………………………………………………...28
II.5 Nature des informations traitées par l’automate…………………………………………..29
II.6 Architecture des automates…………………………………………………………….....29
II.6.1 Aspect extérieur……………………………………………………………………...29
II.6.2 Structure interne………………………………………………………………….…..30
II.6.2.1 Module d’alimentation……………………………………………………….......31
II.6.2.2 Unité centrale…………………………………………………………………….31
II.6.2.3 Module d'entrées/sorties…………………………………...……………………32
II.6.2.4 Module de fonction……………………………………………………………...33
II
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II.6.2.5 Module de communication………………………………………………………33
II.6.2.6 Eléments auxiliaires………………………………………………...……….……34
II.7 Automates programmables………………………………………………………..………34
II.7.1 Automate programmable TSX21………………………………………………..…...34
II.7.2 Présentation de la gamme SIMATIC de SIEMENS…………………………….…..35
II.7.3 Programmation de l’API…………………………………………………………..…37
II.8 Choix de l’API…………………………………………………………………………...37
II.9 Fonctionnement de base d’un API………………………………………………………37
II.10 Environnement……………………………………………………………………….….38
II.11 Interface Homme-Machine……………………………………………………………...39
II.11.1 Choix de l’HMI………………………………………………………………….…39
II.12 Matériels nécessaire pour l’étude……………………………………………………..…40
II.12.1 Automate S7-300……………………………………………………………...…....40
II.12.1.1 Modules S7-300……………………………………………………………….40
II 12.1.2 Présentation de la CPU………………………………………………….…….40
II.12.1.3 Avantage de l’automate S7-300…………………………………………….…42
II.12.2 Panel utilisée………………………….…………………………………………..…42
II.12.3 Capteur à proximité inductif…………………………………………….……….…44
II.12.4 Moteur asynchrone………………………………………………………………….44
II.13 Etude économique…………………………………………………………………….....45
II.13.1 Devis quantitatif et estimatif………………………………………………….….....45
II.14 Conclusion………………………………………………………………………….……46
Chapitre III : GRAFCET et Programmation STEP7
III.1 Introduction……………………………………………………………………………...47
III.2 GRAFCET……………………………………………………………………………....47
III.2.1 Eléments caractéristique du GRAFCET……………………………………………47
III.2.2 Structure de base…………………………………………………………………....49
III
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III.3 Réalisation des grafcet de fonctionnement de la machine……………………………....52
III.3 Logiciel Simatic STEP7…………………………………………………………………64
III.4 Création d’un projet step 7………………………………………………………….…..66
III.4.1 Configuration matériel……………………………………………….………….….68
III.4.2 Table des Mnémoniques…………………………………………………………....70
III.4.3 Blocs du programme utilisateur………………………………………………….…70
III.4.4 Structure de programme……………………………………………………………71
III.4.5 Programmation et processus du bloc OB1………………………………….………71
III.4.6 Simulation………………………………………………………………….…….…81
III.5 Conclusion………………………………………………………………………………82
Chapitre IV : Win CC et interface graphique
IV.1 Introduction..…………………………………………………………….………………83
IV.2 Avantages de la supervision..……………………………………………………………83
IV.3 Win CC flexible et ses avantages…..……………………………….……………………83
IV.3.1 Principales fonctions offertes par Win CC flexible…..…………………………….84
IV.3.2 Utilisation et configuration de Win CC flexible…..………………………………..85
IV.3.2.1Composants des systèmes………..…………………………………………….85
IV.3.3 Intégration dans l’environnement SIMATIC……..………………………………...85
IV 3.3.1 totally integrated automation…………..……………………………………...85
IV.3.3.2 Utilisation directe de mnémoniques STEP7 sous Win CC…..………………..85
IV.3.3.3 Configuration……………..…………………………………………………...86
IV.3.4 Eléments de Win CC flexible…..…………………………………………………..86
IV.3.4.1 Win CC flexible engineering system..………………………………………...86
IV.3.4.2 Win CC flexible Runtime…..…………………………………………………87
IV
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IV.3.4.3 Système graphique………..…………………………………………………...87
IV.3.5 Liaison Automate/IHM…..…………………………………………………………87
IV.4 Programmation de l’interface Homme-Machine…..……………………………..…....…88
IV.5 Conclusion…..…………………………………………………………………………...93
Conclusion Générale………………………………………………………………………..…94
Bibliographie…………………………………………………………………………………..95
Annexes………………………………………………………………………………………...96
V
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Liste des figures
Figure I.1 : Pont de véhicule lourd.
Figure I.2 : Opération alésage.
Figure I.3 : Structure d’un système automatisé.
Figure I.4 : Automate programmable TSX 21.
Figure I.5 : Armoire électrique.
Figure I.6 : Pupitre de commande.
Figure I.7 : Poire.
Figure I.8 : Constitution de la centrale hydraulique<<REXROTH>>.
Figure I.9 : Unité FRL (Filtre-régulateur-lubrificateur).
Figure I.10 : Fonctionnement du coussin d’air de la table.
Figure I.11 : Distributeurs hydrauliques.
Figure I.12 : Vérins blocage table et capteur position table.
Figure I.13 : Vérin d’inclinaison 1V1.
Figure I.14 : Les vérins de blocage inclinés 3V3, 3V4, 3V5, 3V6.
Figure I.15 : Capteur de position.
Figure I.16 : Vérin simple effet.
Figure I.17 : Vérin double effet.
Figure I.18 : Moteur asynchrone.
Figure I.19 : Moteurs de l’aléseuse GSP ébauche.
Figure I.20 : le distributeur à tiroir.
Figure I.21 : Symbolisation du distributeur.
Figure I.22 : Electrovanne.
Figure I.23 : Contacteur de puissance.
Figure I.24 : Contacteur auxiliaire.
Figure.I.25 : Relai thermique.
VI
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Liste des figures
Figure I.26 : Clapet anti -retour simple.
Figure I.27 : Clapet anti-retour taré.
Figure I.28 : Principe du réglage de débit.
Figure II.1 : Différents types d’automates.
Figure II.2 : Structure interne d'un API.
Figure II.3 : API S7-200.
Figure II.4 : API S7-300.
Figure II.5 : API S7-400.
Figure II.6 : différents modules constituant S7-300.
Figure II.7 : CPU 314.
Figure II.8 : Panel touche écran Siemens.
Figure II.9 Capteur à proximité inductif.
Figure III.1 : Transition et réceptivité.
Figure III.2 : Séquence unique.
Figure III.3 : Séquences simultané.
Figure III.4 : Sélection de séquence.
Figure III.5 : Séquence exclusive.
Figure III.6 : Macro étape.
Figure III.7 : Grafcet blocage table.
Figure III.8 : Macro étape blocage.
Figure III.9 : Macro étape blocage.
Figure III.10 : Grafcet bridage pièce.
Figure III.11 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.12 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.13 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.14 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.15 : Macro étape bridage pièce.
VII
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Liste des figures
Figure III.16 : Grafcet déblocage table.
Figure III.17 : Grafcet débridage pièce
Figure III.18 : Grafcet Moteur de graissage.
Figure III.19 : Grafcet Moteur tourne broche.
Figure III.20 : Macro étape Moteur tourne broche.
Figure III.21 : Grafcet moteur vitesse lente.
Figure III.22 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.23 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.24 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.25 : Grafcet moteur vitesse rapide.
Figure III.26 : Macro étape moteur vitesse rapide
Figure III.27 : Grafcet moteur tournage table.
Figure III.28 : Macro étape moteur tournage table.
Figure III.29 : Assistant de STEP7.
Figure III.30 : Choix de la CPU.
Figure III.31 : Choix du bloc et langage de programmation.
Figure III.32 : Choix du nom et création du projet.
Figure III.33 : Fenêtre SIMATIC MANAGER d’un projet.
Figure III.34 : Configuration du matériel.
Figure III.35 : Création du programme S7.
Figure III.36 : Table des mnémoniques.
Figure III.37 : Blocs qui structurent le programme.
Figure III.38: Bloc FC1.
Figure III.39 : Bloc FC4.
Figure III.40 : Bloc FC11.
VIII
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Liste des figures
Figure III.41 : Bloc FC14.
Figure III.42 : Bloc FC12.
Figure III.43 : Bloc FC13.
Figure III.44 : Bloc FC3.
Figure III.45 : Bloc FC24.
Figure III.46 : Bloc FC10.
Figure III.47 : Application de simulation STEP 7 (PLCSIM).
Figure IV.1 : Milieu de fonctionnement Win CC Flexible.
Figure IV.2 : Liaison MPI.
Figure IV.3 : Vue d’accueil.
Figure IV.4 : Pupitre de commande.
Figure IV.5 : Capteurs.
Figure IV.6 : Actionneurs.
Figure IV.7 : Blocage de la table.
Figure IV.8 : Bridage de la table.
Figure IV.9 : Moteurs.
Figure IV.11 : Alarmes.
IX
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Liste des tableaux
Tableau I.1 : Partie unité de travail.
Tableau I.2 : Constitution vérin simple effet.
Tableau II.1 : LED de visualisation d’état et de défaut.
Tableau II.2 : Le commutateur de mode de fonctionnement de l’API.
Tableau II.3 : Devis quantitatif et estimatif du projet.
Tableau III.1 : Etapes de GRAFCET.
Tableau III.2 : Actions associe aux étapes.
Tableau III.3 : Langage basique de programmation.
Tableau IV.1 : Eléments interface Win CC flexible.
Figure IV.10 : Usinage pièce.
X
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Introduction Générale
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Introduction Générale
Introduction Générale
L’évolution rapide des technologies nouvelles a permis de contourner la plupart des
difficultés rencontrées dans le monde industriel, et a fourni plusieurs possibilités pour
satisfaire les exigences et les critères demandés tels que la productivité, la sécurité,
l’optimisation des coûts de production et l’amélioration des conditions de travail.
L’automatisation des procédés industriels est actuellement l’un des axes où on fait appel,
de plus en plus, aux technologies évoluées à mesure que les exigences du monde industriel
ont aussi évolué. Parmi celles-ci, figurent les Automates Programmables Industriels (API),
qui offrent la solution adaptée aux besoins exigés.
L’automate programmable industriel est l’organe principal de la boucle de réglage placée
dans un procédé industriel, en vue de le contrôler. Il a pour tâche principale, la récolte des
informations relatives à l'état du système, à partir des différents capteurs via ses interfaces
d’entrées, et les traiter pour prendre une décision ; et ainsi commander les actionneurs via ses
interfaces de sorties suivant une logique de fonctionnement mise en évidence, par un
programme inscrit dans la mémoire.
Le but de ce travail est l’élaboration d’une solution à base d’API pour le changement de la
commande actuelle de la machine GSP ébauche piloté par l’automate TSX 21 par un
automate de nouvelle génération ainsi que l’implémentation d’une interface homme/machine
(Pupitre de commande), pour faciliter l’opération de l’entretien et maintenance a SNVI de
rouiba.
Le présent travail s’articule autour de quatre parties. La première partie présente une
description du processus actuel de la machine industriel effectué, les différents constituants
de la machine.
Dans la deuxième, on présentera une étude générale sur les automates programmables
industriels ainsi que l’API, l’interface homme machine, le matériel choisis pour effectuer
l’automatisation et les avantages apportés ainsi qu’une estimation des couts du projet.
La troisième partie, présente les grafcet qui agissent sur le nouveau fonctionnement de la
machine ainsi l’interface de programmation STEP7 et les blocs de fonctionnement
programmé par STEP 7.
Quant à la quatrième et dernière partie, elle sera consacrée à la présentation de logiciel
Win CC flexible pour élaboration et présentation de l’interface Homme/machine avec toutes
les vues utilisé.
Enfin, on terminera l’étude par une conclusion générale qui discutera les avantages
apportés et les perspectives visées en termes de réalisation et installation.
1
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Chapitre I
Etude technologique de la
machine
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
I.1 Introduction
La machine que nous avons à automatisée, paraît si complexe que nous ne puissions pas
la décrire ici en détail. Néanmoins, nous jugeons très nécessaire de décrire le processus de
cette machine comme étant l’élément de base, et cela sans oublier l’appareillage utilisé, les
opérations et les étapes que subit le produit brut avant qu’il soit une pièce finie.
Dans ce chapitre, nous allons décrire le fonctionnement de notre machine en s’intéressant
aux parties hydraulique et pneumatique qui sont gérées par un automate (TSX 21), ainsi qu’à
la partie moteur qui est gérée par une armoire électrique. Toutes ces parties seront remplacées
par un nouvel automate de type S7-300 qui permet de gérer les 3 parties (hydraulique,
pneumatique et moteur).
I.2 Description générale de la machine
L’aléseuse GSP (Guillemin-Sergot-Pegard) est considérée comme étant une machine
d’importance capitale dans le parc machine de la société national des véhicules industrielle a
rouiba, elle s’insère dans la chaine de production travaillant en série. Une panne sur ce
dispositif peut entrainer l’arrêt de toute la chaine. Les pièces usinées sur cette machine sont
les ponts de véhicules « lourd » (Voir figure I.1).
Figure I.1 : Pont de véhicule lourd.
L’usinage d’une surface cylindrique par action d’un outil sur la pièce nécessite un
mouvement de rotation et un mouvement de translation.
Conformément à la règle générale d’usinage, on s’efforcera de mettre en mouvement
l’ensemble le plus léger. Cette règle s’applique tout particulièrement au mouvement rapide
qui peut produire des effets d’inertie importants.
2
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Le rôle de notre unité d’intervention est l’usinage de surfaces cylindriques intérieures
pour les cuves des ponts arrière << Opération alésage>>.
Par définition l’alésage est une opération qui consiste à usiner une surface cylindrique ou
conique intérieure (Voir figure I.2).
Figure I.2 : Opération alésage.
I.3 Principaux éléments de l’aléseuse GSP Ebauche
L’aléseuse GSP comporte deux parties :
 Une partie unité de travail.
 Une partie automatisée.
I.3.1 Partie Unité de travail
Les constituants de cette partie sont représentés au tableau I.1 (Voir annexe A).
Tableau I.1 : Partie unité de travail.
1
Unité de glissement
12
Système de blocage table.
2
Support Table
13
Support boite d’avance.
3
Glissière
14
Indicateur de niveau d’huile.
4
Moteur graissage
15
Système poulie courroie.
5
Vérin indexage table
16
Broche porte outil.
6
Mandrin avance broche
17
Support pièce.
7
Moteur avance rapide
18
Poignée distributeur manuel.
8
Bridage pièce gauche
19
Tableau des poignées de commande
9
Bridage pièce centrale
20
Moteur avance lente
10
Pièce(Pont)
21
Bâti
11
Bridage pièce droite
3
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
I.3.2 Partie automatisée
L’automatisation est une conception qui permet à un système de passer d’une situation
initiale à une situation finale sans une intervention humaine. La structure de base de tout
système automatisé est représentée sur la figure I.3
Machine en
installation
Actionneur
Acquisition des
données
Dialogue
Homme/machine
Traitement des
données
Commande de
puissance
Figure I.3 : Structure d’un système automatisé.
Le système automatisé de la machine GSP ébauche peuvent être scindés en :
 Partie commande
 Poste de contrôle
 Partie opérative
I.4 Partie commande
C’est la partie qui élabore la commande de la partie opérative. Cette commande doit être
coordonnée selon la réalisation la plus sure de l’automatisme. La partie opérative reçoit donc
des ordres provenant de la partie commande [1].
4
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
 Automate programmable TSX21
C’est l’automate programmable qui commande la partie hydraulique de notre machine
(Voir figure I.4).
Les inconvénients de cet automate sont illustrés au Chapitre 2.
Automate
programmable
TSX21
Figure I.4 : Automate programmable TSX 21.
 Armoire électrique
Alimenté par un réseau de 380V,elle abrite les composants électriques, un disjoncteur
général pour la protection contre les court-circuit, Un relais de phase pour la protection
contre la baisse de tension et la surtension, contacteur moteur, relais thermique contre la
surcharge, transformateur, un sectionneur de mise Sous tension de la partie opérative. Elle est
pour rôle de commandé la partie moteur (moteurs électrique) (Voir figure I.5).
5
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.5 : Armoire électrique.
I.5 Poste de contrôle
Composé des pupitres de commande et de signalisation, il permet à l’opérateur de
commander le système (marche, arrêt, départ cycle..). Il permet également de visualiser les
différents états du système à l’aide de voyants, de terminal de dialogue ou d’interface
homme/machine (IHM).
 Pupitre de commande
Il comporte plusieurs boutons poussoirs, afin de commander les différentes opérations et
des leviers de manœuvre pour la commande manuelle (Voir figure I.6).
6
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.6 : Pupitre de commande.
Inconvénients
- Il n’assiste pas l’opérateur dans les opérations de diagnostic et de maintenance
- Il ne permet pas de détecté les défauts de marche de la machine.
- Problème de remplacement à chaque fois que les boutons poussoir sont défectueux
- Espace occupé (encombrement)
- Il ne répond pas aux besoins actuels, tel qu’il ne permis pas la supervision de
processus ainsi que les différentes alarmes de la machine.
7
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
 Poire
Elle appartient au pupitre de commande, elle comporte 2 boutons poussoirs, (S2) pour le
blocage de la table ainsi que pour le bridage de la pièce et (S3) pour le déblocage de la table et
le débridage de la pièce (Voir figure I.7).
Figure I.7 : Poire.
I.6 Partie opérative
Elle procède au traitement des matières d’œuvre afin d’élaborer la valeur ajoutée.
La partie opérative est constituée de pré-actionneurs (électrovannes, distributeurs,…),
d’actionneurs (vérins, moteurs,…), des capteurs (de position, de pression,…).
Dans le but de faire fonctionner la partie hydraulique de notre machine, ainsi que la
partie pneumatique qui soulèvera la table, la machine dispose de deux installations nécessaires
à son fonctionnement :
I.6.1 Installation hydraulique
Elle a pour but d’alimenter les vérins hydrauliques en huile, et cela par l’intermédiaire
des distributeurs.
Elle est constituée d’une centrale hydraulique, d’un appareil de distribution et de
conditionnement ainsi que d’un ensemble de vérins (Voir Annexe B).
8
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
a) Centrale hydraulique <<REXROTH>>
C’est l’ensemble assurant le conditionnement du fluide et sa mise sous pression.
a.1) Constitution d’une centrale hydraulique (Voir figure I.8) [2] :
Figure I.8 : Constitution de la centrale hydraulique<<REXROTH>>.
9
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Cette centrale hydraulique assure une pression constante de (25-75) bars, elle comprend :

Un réservoir (position 16).

Un moteur électrique asynchrone (380v, 50HZ), P=1.1KW, N=1500tr/mn.
(position 13).

Une pompe hydraulique (position 12).

Une crépine à l’aspiration.

Un filtre à très haute finesse (position 18).

Une valve d’arrêt type AFEA100.

Un manomètre plus un robinet d’isolement permettant le contrôle de la pression
(position 17).

Un bac d’huile
B) Appareils de distribution et de conditionnement hydraulique (pré-actionneurs
hydrauliques)

09 distributeurs à tiroir bistable à centre partiel fermé 4/3 à commande
électromagnétique (position 1).

04 distributeurs à clapet monostable 2/2 à commande électromagnétique (position
9).

02 accumulateurs (position 8).

02 pressostats (capteurs de pression) (position 10).

08 régulateurs de pression (position 3).

08 régulateurs de débit (position 4).

12 clapets anti-retours à pilotage.

02 clapets anti-retours.
c) Ensemble de vérins

Un vérin d’indexage pour le blocage de la table (1V1)

4 vérins pour le blocage de la table.

10 vérins pour le bridage de la pièce : (1V1, 2V, 2V1, 3V1, 3V2, 3V3, 3V4, 3V5,
3V6, 3V7).
10
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
I.6.2 Installation pneumatique
Dans les systèmes pneumatiques, l’air comprimé est utilisé comme source d’énergie. De
production facile, il présente un certain nombre d’avantages et de plus, à la base, il est
disponible partout en quantité illimitée. L’air comprimé utilisé dans les systèmes
pneumatiques est au départ de l’air à la pression atmosphérique porté artificiellement à une
pression élevée appelée pression d’utilisation [2].
Toute installation pneumatique assurant une production et une distribution d’air
comprend :




Un compresseur avec un réservoir d’air
Un système de traitement de l’air
Un dispositif de sécurité et de régulation
Un ensemble de circuits de distribution généralement réalisé en tube acier ou cuivre
Notre installation pneumatique de l’aléseuse GSP Ebauche est divisée en plusieurs
composants :

La source d’air de pression.

Mano-distributeur : sert à alimenter ou dés-alimenter le circuit.

Filtre à air : assure un bon fonctionnement dans le circuit, ainsi que la séparation
entre le fluide et les particules indésirables.

Tendeur de débit : permet le réglage de la pression désirée, tout en maintenant
cette pression constante.

Manomètre : indique la pression qui passe dans le circuit.

Lubrificateur : permet de diminuer les frottements et l’usure prématurée.

Electrovalve : appareil à commande électrique permettant de mettre le récepteur
dans un état libre ou bien de pression.
Pour le traitement de l’air, le matériel utilisé est une unité de conditionnement d’air
comprimé appelée FRL (Filtre – Régulateur – Lubrificateur) (Voir figure I.9).
L’air à la sortie du compresseur est véhiculé dans des conduites en acier vers le lieu
d’utilisation. Sa qualité est indispensable pour assurer la longévité des équipements
pneumatiques.
L’unité de conditionnement est destinée à préparer l’air en vue de son utilisation dans les
systèmes en le débarrassant des poussières, vapeurs d’eau et autres particules nuisibles qui
risqueraient de provoquer des pannes dans l’installation.
11
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Cet ensemble est constitué de 3 appareils montés en série dans un ordre déterminé. Il se
compose de la façon suivante :



Un filtre qui épure l’air et le purge de l’eau qu’il contient
Un régulateur de pression qui maintient l’air à une pression constante et réglable
Un lubrificateur qui a pour rôle d’incorporer à l’air un brouillard d’huile afin de
lubrifier les parties mobiles des composants pneumatiques.
Régulateur
Vanne d’arrêt
Filtre
Lubrificateur
Alimentation
Figure I.9 : Unité FRL (Filtre-régulateur-lubrificateur).
Dans notre cas, l’énergie pneumatique est utilisée pour alimenter le coussin avec de l’air
comprimé d’une pression de 7 Bar. Dans le but de soulever la table par rapport au bâti de la
machine (Voir figure I.10), et de réussir le pivotement de la table de 180°, guidé par un
roulement, et un moteur asynchrone a fin d’effectuée l’alésage du deuxième côté du pont
arrière du véhicule « lourd ».
Pour permettre le pivotement de la table, il faut créer un coussin d’air entre le support et
la table par circulation d’air comprimé qui soulève la table. Apres avoir tournée la table celleci doit être positionnée, indexée et bloquée pour assurer le déroulement de la deuxième
opération d’usinage.
12
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.10 : Fonctionnement du coussin d’air de la table.
I.7 Principe de fonctionnement de la machine
I.7.1 Fonctionnement actuel de la machine
Afin d’usiner la pièce (pont) il faut tout d’abord que la table soit bloquée, ensuite nous
procédons au bridage de la pièce (le bridage et le blocage se font à l’aide d’un système
hydraulique) (Voir Annexe B), l’orientation de la table se fait grâce à un système
pneumatique (coussin d’air + orientation manuelle).
I.7.1.1 Blocage Table
Au début, l’opérateur presse le bouton poussoir (S2), l’API TSX21, excite la bobine du
distributeur (position 1) EV1+(234) du vérin d’indexage et simultanément l’excitation de la
bobine du distributeur EV10(334) afin d’ouvrir l’accumulateur d’indexage (Voir figure I.11).
Figure I.11 : Distributeurs hydrauliques.
A la fin d’indexage, l’API active la bobine du distributeur EV2-(236) pour le blocage de la table à
travers les 4 vérins de blocage, une temporisation donnera la fin de cette opération (Voir figure I.12).
13
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.12 : Vérins blocage table et capteur position table.
I.7.1.2 Bridage de la pièce
Comme condition initiale, on excite la bobine du distributeur EV6-(337) qui donne l’ordre au
vérin 3V7de sortir .Ce dernier est utilisé par l’opérateur comme un vérin de repérage. Après un nouvel
appui sur le BP (S2), L’API active le distributeur EV3+(276) qui provoque l’avancement du vérin
d’inclinaison 1V1 (serrage centrale de la pièce) (Voir figure I.13).
Figure I.13 : Vérin d’inclinaison 1V1.
La fin de cette opération est indiquée par une temporisation, ce qui provoque l’excitation
de la bobine du distributeur EV4+(272) et fait avancer le vérin 2V pour le serrage gauche.
Cette étape prend fin dès que le temps limité par la temporisation s’écoule. Le TSX21 excite à
présent la bobine du distributeur EV5+(275) ce qui provoque l’avance du vérin 2V1.
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Etude technologique de la machine
Suite à cette opération, le TSX21 excite les bobines EV6+(336) et EV7+(271)
simultanément permettant ainsi de faire sortir le vérin 3V2 et reculer 3V7 (excitation de
EV6+), et faire sortir le vérin 3V1 (excitation EV7+), l’opération se termine par une durée
fixé par un temporisateur.
Après l’exécution de toutes les étapes vue précédemment, la bobine du distributeur
EV8+(232) reçoit la commande pour que les vérins 3V3, 3V4, 3V5, 3V6 sortent en même
temps et la bobine du distributeur EV12(333) reçoit la commande d’ouvrir l’accumulateur
pour maintenir une pression constante durant le bridage de la pièce, la fin de cet étape est
donné par la fin d’une temporisation (Voir figure I.14).
Figure I.14 : Les vérins de blocage inclinés 3V3, 3V4, 3V5, 3V6.
I.7.1.3 Usinage Pièce
Une action sur le bouton poussoir départ cycle (DCY) provoque tout d’abord la marche
du moteur de graissage, ce qui provoque la mise en marche du moteur à vitesse rapide (VR).
L’unité d’alésage se déplace longitudinalement, lorsqu’elle arrive au premier capteur (capteur
position de travail FC_Pt), le moteur à vitesse lente(VL) se met alors en marche, déclenchant
la rotation de la broche (l’outil de travail procède à l’enlèvement de la matière).
La fin de l’usinage du premier côté de la pièce est donnée par un capteur de fin d’alésage
(FC_Fu), ce dernier ordonne à l’unité de reculer avec une vitesse lente (VL) jusqu’au capteur
position de travail FC_Pt, procédant ainsi la mise en marche du moteur vitesse rapide (VR),
15
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Etude technologique de la machine
ce qui fait que l’unité de travail recule en vitesse rapide jusqu’au capteur de sécurité arrière
(SA).
I.7.1.4 Débridage Pièce
Apres un appui de l’opérateur sur le bouton poussoir (S3), l’API excite simultanément les
distributeurs EV3-(272), EV4-(273), EV5-(274), EV6-(337), EV7-(270), EV13(335), EV8(233) pour faire reculer tous les vérins qui bridaient la pièce pour ainsi la libérer de tout
blocage.
I.7.1.5 Déblocage table
Après l’usinage soit fait, l’opérateur passe à l’étape libération table pour qu’il puisse faire
l’usinage du côté droit du pont en appuyant sur le bouton poussoir (S3), l’API donne alors la
commande au distributeur EV1-(235) ce qui fait reculer le vérin d’indexage ce qui excite la
bobine EV2+(237) à son tour pour que les vérins de blocage avance dans le but de débloquer
la table, une temporisation suivra pour donner la fin de cette étape, ce qui activera
l’électrovanne pneumatique coussin d’air (CA) pour que l’opérateur puisse tourner la table.
I.7.2 Capteurs
I.7.2.1 Capteur de pression
Les capteurs de pression à membrane sont généralement constitue d’une membrane lie a
une tige qui se déplace lorsque une pression est appliqué sur la membrane .La mesure de ce
déplacement est effectuée par un capteur de déplacement a transformateur différentiel.
Les capteurs de pression à membrane les plus utilisés sont les pressostats : la tige lie à la
membrane actionne directement un contact .L’information délivré est alors de type tout ou
rien. Le type de capteur utilisé est PZ4N FJ01 [4].
I.7.2.2 Capteur niveau d’huile
Il détecte la présence d’huile par une valeur prédéterminée et il délivre en sortie une
information binaire TOR.
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Etude technologique de la machine
I.7.2.3 Capteurs de position d’unité et de la table
Ces dispositifs permettent, à partir d’une action mécanique directe, la commutation d’un
ou plusieurs contacts électriques. On trouve dans cette catégorie Les détecteurs et
interrupteurs de position (ou fin de course) à commande mécanique (Voir figure I.15).
Figure I.15 : Capteur de position.
I.7.3 Actionneurs
Les composants permettant de mettre en mouvement les organes des machines sont
Appelés "actionneurs". Ce sont essentiellement des moteurs et des vérins. Ils produisent de
l'énergie mécanique à partir d'énergie électrique, hydraulique ou pneumatique, mais sont
presque toujours contrôlés par des signaux de commande électrique.
Le processus dispose de différents actionneurs qui réalisent la partie opérative. Deux
technologies sont appliquées au sien de cette machine: les actionneurs hydrauliques, et les
actionneurs électriques.
I.7.3.1 Actionneur hydraulique
Dans un circuit, l’actionneur hydraulique constitue l’outil indispensable pour convertir
l’énergie hydraulique en énergie mécanique grâce à un fluide sous pression. Cette conversion
se fait : par des mouvements rotatifs (moteurs), par des mouvements de translation linéaire
(vérins à simple ou à double effet).
Vérins
Le vérin hydraulique est un appareil moteur qui transforme une énergie hydraulique en
énergie mécanique de translation. C’est le moyen le plus simple pour obtenir un effort animé
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
d’un mouvement rectiligne. Il peut être moteur dans un seul sens pour les vérins à simple effet
ou dans les 2 sens pour les vérins à double effet [2].
a) Vérins simple effet
Ce vérin ne peut développer un effort que dans un seul sens. La course de rentrée
s’effectue grâce à un ressort de rappel (ou un autre dispositif) incorporé entre le piston et le
flasque avant. Il ne possède de ce fait qu’une seule entrée d’air. Ce type de vérin peut
travailler en poussant ou en tirant (Voir figure I.16).
Avantage

Les vérins simples effet sont économiques et la consommation de fluide est
réduite.
Inconvénients

Ils sont plus longs que les vérins double effet.

La vitesse de la tige est difficile à régler et les courses proposées sont limitées
(jusqu'à 100mm).

Utilisation : travaux simple (serrage, éjection, levage,…).
Figure I.16 : Vérin simple effet.
1
2
3
4
5
Flasque ou fond arrière
Flasque ou fond avant
Tube
Joint de piston
Tige
6
7
8
9
Ressort de rappel
Entrée d’air
Piston
Douille
Tableau I.2 : Constitution vérin simple effet
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Etude technologique de la machine
Il existe également des vérins simple effet, avec un rappel en position initiale (tige rentrée
ou sortie), qui sont utilisés pour des opérations de bridage de pièces
b) Vérins double effet
L’ensemble tige plus piston peut se déplacer dans les deux sens sous l’action du fluide
(en tirant et en poussant). L’effort en poussant (sortie de tige) est légèrement plus grand que
l’effort en tirant (rentrée de tige) car la pression n’agit pas sur la partie de surface occupée par
la tige (Voir figure I.17).
Figure I.17 : Vérin double effet.
 Avantage
 Plus grande souplesse d’utilisation ;
 Réglage plus facile de la vitesse par contrôle du débit à l’échappement ;
 Ils offrent de nombreuses réalisations et options ;
 Ce sont les vérins les plus utilisés industriellement ;
 Inconvénients
 Ils sont plus coûteux.
I.7.3.2 Actionneurs électriques
Moteurs
Le moteur asynchrone utilisé dans notre machine est alimenté directement par le réseau
industriel triphasé ou monophasé, est utilisé dans le monde entier. Il correspond à la solution
technologique la plus économique lorsque la vitesse d’entrainement de récepteur mécanique
doit rester quasiment constante malgré les variations de couple résistant. Parmi ces
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Etude technologique de la machine
applications nombreuses et varie, on peut citer les station de pompage, les ascenseur,les
machines-outils(travail des métaux ou du bois ) [3] (Voir figure I.18).
Figure I.18 : Moteur asynchrone.
On dispose de 05 moteurs asynchrones (Voir figure I.19) :

Moteur asynchrone à vitesse rapide (VR) : 380V, 50HZ, P=3KW, N=750tr/mn,
courant nominal=7A. La mise en marche de ce moteur (VR) provoquant l’avance
de l’unité (boite d’avance).

Moteur asynchrone à vitesse lente (VL) : 380V, 50HZ, P=1,5KW, N=750tr/mn.
(VL) est mise en marche lorsque l’unité est arrivée à la position de travail.

Moteur asynchrone de rotation (tourne broche) : 380V, 50HZ, P=0.75KW,
N=1400tr/mn.

Moteur asynchrone d’arrosage : 380V, 50HZ, P=0.55KW, N=3000tr/mn, Courant
nominal=1.2A.

Moteur asynchrone de graissage : 380V, 50HZ, P=0.04KW, N=1500tr/mn,
Courant nominal=2A.
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Etude technologique de la machine
Figure I.19 : Moteurs de l’aléseuse GSP ébauche.
I.7.4 Pré actionneurs
I.7.4.1 Pré actionneurs hydraulique
Distributeurs TOR
Ces appareils sont destiné a orienté la circulation du fluide dans une ou plusieurs
directions. Ce sont les aiguillages de la veine fluide, les différentes positions de service sont
obtenues au moyen de commande manuelles, électrique (comme dans notre cas),ou par
fluides (pneumatique ou hydraulique. Ils sont placés entre le groupe hydraulique et les
actionneurs. Les plus utilisés sont les distributeurs à tiroir [2] (Voir figureI.20).
Corps
Tiroir
Figure I.20 : le distributeur à tiroir.
21
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 Symbolisation
Figure I.21 : Symbolisation du distributeur.

Le nombre de position
Le tiroir du distributeur peut prendre différentes positions. Chaque
position est symbolisée par une case. A l’intérieur de chaque case, on indique les
chemins que peut emprunter le fluide, ainsi que le sens d’écoulement.

Le nombre d’orifice
En se déplaçant dans l’alésage du corps, le tiroir vient mettre en communication les
différents orifices du distributeur. Ces orifices dont le nombre varie ont une désignation
normalisée :
- Arrivée de la pression : P
- Retour au réservoir : T
-Utilisation (branchement des actionneurs) : A et B
La désignation du distributeur se fait sous la forme : Distributeur « nombre d’orifice » /
« nombre de position ».
De plus en plus, la commande ou le pilotage des distributeurs est assuré par une
électrovanne à partir d’un signal électrique. Le rôle de cette dernière est de transformer le
signal électrique en un signal pneumatique (cas d’un circuit pneumatique) destiné à provoquer
l’inversion du distributeur (Voir figure I.22).
Figure I.22 : Electrovanne.
22
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Etude technologique de la machine
I.7.4.2 Pré actionneur électriques
Contacteurs
a) Contacteur de puissance
Le contacteur de puissance est chargé d’établir le circuit électrique. Il comprend une
partie fixe et une partie mobile. La partie mobile est équipée de ressort qui provoque
l’ouverture du contacteur à la mise hors tension (Voir figure I.23).
Figure I.23 : Contacteur de puissance.
b) Le contacteur auxiliaire
Le contacteur auxiliaire permet de réaliser des fonctions d’automatisme. Il est
normalement fermé ou normalement ouvert (Voir figure I.24).
Figure I.24 : Contacteur auxiliaire.
23
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Etude technologique de la machine
Relais thermique
Le relais thermique est un appareil qui protège le récepteur placé en aval contre les
surcharges et les coupures de phase .Pour cela, il surveille en permanence le courant dans le
récepteur .En cas de surcharge le relais thermique n’agit pas directement sur le circuit de
puissance .Un contact de relais thermique ouvre le circuit de commande d’un contacteur qui
coupe le courant dans le récepteur (Voir figure I.25).
Figure.I.25 : Relai thermique.
I.7.5 appareils de sécurité
I.7.5.1 Clapets
C’est un composant hydraulique élémentaire, simple dans sa conception et son
Fonctionnement, qui est très utilisé seul ou intégré à d’autres appareils.
Il permet la circulation du fluide dans un seul sens. Il est donc implanté dans un
Circuit lorsque l’on veut empêcher le retour ou la vidange de la colonne d’huile.
C’est un appareil parfaitement étanche [2] :
a) Clapet anti-retour simple
Il permet le passage du fluide dans un seul sens. On rencontre également des clapets
comportant un ressort de tarage permettant de ne déclencher leur ouverture qu’à partir d’une
certaine valeur de pression (3 à 5 bars) (Voir figure I.26).
24
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.26 : Clapet anti -retour simple.
b) Clapet piloté
Il est utilisé dans le but de conserver une pression dans le circuit placé en aval. Il
possible avec ce type de clapets d’établir un débit inverse en pilotant l’orifice de pilotage
externe. Ils sont souvent utilisés comme éléments de sécurité. Il faut par contre prévoir une
décompression des canalisations amont et des canalisations de pilotage. Il est recommandé de
placer les clapets au plus près de l’actionneur (Voir figure I.27).
Figure I.27 : Clapet anti-retour taré.
I.7.5.2 Régulateurs
a) Régulateur de débit
Unidirectionnel, cet élément permet de régler la vitesse de déplacement du vérin, en
limitant le débit de retour correspondant (Voir figure I.28).
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
Figure I.28 : Principe du réglage de débit.
a) Régulateur de pression
Il limite et régule la pression dans un circuit. Il transforme une pression d’alimentation
variable en une pression de sortie fixe quelle que soit les variations causées par les conditions
hydrauliques, les accidents de terrain, les techniques de pompage ….etc.
Le régulateur de pression permet aussi d’obtenir une hauteur d’irrigation uniforme et une
flexibilité de fonctionnement ainsi qu’un contrôle de la performance d’arrosage.
I.8 Critiques fonctionnement actuel
Le fonctionnement actuel de cette machine ne répond pas à l’usage actuel, surtout avec le
développement technologique du monde industriel qui exige ces paramètres : La sécurité, le
temps, le cout et la qualité. Donc les inconvénients de fonctionnement actuel sont :





l’intervention humaine à chaque étape de travail
les temporisations utilisées dans les vérins qui permettent D’augmenter le temps de
travail (absence des capteurs fins de course).
Tournage manuel de la table afin d’effectue l’usinage de l’autre côté de la pièce.
Absence d’un capteur de détection de pièce.
Difficulté de visualisation des pannes et processus de la machine.
I.9 Proposition
Afin d’obtenir un fonctionnement idéal de notre machine, On propose :
1) l’utilisation d’un seul bouton de départ(DCY) de la machine pour éliminer
l’intervention humaine à chaque étape de travail.
2) Implémentation des capteurs fins de course sur les vérins.
3) Ajouter un moteur asynchrone pour la rotation de la table afin d’effectue l’usinage de
l’autre côté de la pièce.
4) Un capteur de détection des pièces.
5) L’automate Siemens S7-300.
6) HMI pour la visualisation des pannes et processus de la machine.
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Chapitre I
Etude technologique de la machine
I.10 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons cité les différents composants du matériel utilisé dans
l’aléseuse, ainsi que le processus correspondant. Tout cela en vue de modéliser le système
pour pouvoir ensuite concevoir un système de commande moderne du processus, basé
essentiellement sur l’entité New Automate Programmable Industriel, La réussite et la
performance d’une installation automatisée par un automate programmable industriel repose
essentiellement sur une bonne compréhension de l’installation et de la qualité des actionneurs
qu’elle comporte, ce qui facilite la modélisation et la programmation que nous effectuerons
dans les chapitres suivant
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Chapitre II
Automates programmables
et matériels nécessaire
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
II.1 Introduction
L’industrie moderne que l’on peut qualifier d’industrie de qualité et de quantité, ne cesse
d’exiger un matériel de contrôle de plus en plus performant afin de réaliser les deux objectifs,
simultanément. Et c’est pour cette raison qu’on voulait remplacer les dispositifs de commande
classiques avec tous les inconvénients qui en découlent (logique câblée très compliquée,
encombrement, difficulté d’entretien …) par des autres beaucoup plus performants et
avantageux. Ce serait certainement l’Automate Programmable Industriel (API) qui devient de
nos jours le cœur de toute unité industrielle moderne.
Dans ce chapitre une description plus ou moins détaillée de l’API et de tout ce qui y est
lié en terme de soft et hard.
II.2 Historique
Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante aux
Etats Unis, à la demande de l'industrie automobile américaine (General Motors en leader), qui
réclamait plus d'adaptabilité de ses systèmes de commande. Ce n’est qu’en 1971 qu'ils firent leur
apparition en France.
Les années soixante-dix connaissent une explosion des besoins industriels dans le
domaine de l’automatique, de la flexibilité et l’évolutivité des Systèmes Automatisés de
Production (SAP) [5].
II.3 Définition
L’automate programmable industriel A.P.I ou Programmable Logic Controller PLC est un
appareil électronique programmable. Il est défini suivant la norme française EN16113111,
adapté à l'environnement industriel, et réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la
commande de pré actionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logiques, analogiques ou
numériques. C’est aujourd’hui le constituant essentiel des automatismes. On le trouve non
seulement dans l’industrie, mais aussi dans les déférents secteurs.
II.4 Rôle des API
 Rôles de commande
Il élabore des actions, suivant un algorithme approprié, à partir des informations que lui
fournissent des détecteurs tout ou rien (TOR) ou des capteurs (analogiques ou numériques).
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
 Rôle de communication
Avec des opérateurs humains (dialogue d’exploitation) ou avec d’autres processeurs,
hiérarchiquement supérieurs (calculateur de gestion de production)
II.5 Nature des informations traitées par l’automate
Les informations peuvent être de type [6] :

Tout ou rien(T.O.R) : C’est le type d’information délivrais par un détecteur, un bouton
poussoir ou un commutateur. Cette information ne peut prendre que deux états
(vrais/faux, 0 ou 1).

Analogique : C’est le type d’information délivrée par un capteur (pression, température).
Cette information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien
déterminée.

Numérique : C’est le type d’information délivrée par un ordinateur. Cette information est
continue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale.
II.6 Architecture des automates
II.6.1 Aspect extérieur
Les automates peuvent être de types compact ou modulaire.
Type compact
On distinguera les modules de programmation (LOGO de Siemens).
Il intègre le processeur, l’alimentation, les entrées et les sorties. Selon les modèles et les
fabricants, il pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage rapide, E/S
analogique…) et recevoir des extensions.
Ces automates, sont généralement destinés à la commande de petits automatismes.
Type modulaire
Le processeur, l’alimentation et les interfaces d’entrées/sorties résident dans des unités
séparées (modules) et sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant ‘’ le fond de panier’’ (bus
plus connecteurs).
Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes ou de puissance, capacité de
traitement et flexibilité sont nécessaire.
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
Automate compact ZELIO de Schneider.
Automate modulaire OMRO.
Automate modulaire SIEMENS.
Figure II.1 : Différents types d’automates.
II.6.2 Structure interne
En général un automate programmable se constitue essentiellement de :
1) un module d’alimentation.
2) une unité centrale.
3) un module d’entrées/sorties.
4) un module de communication .
5) Elements auxiliaires.
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Module de
Communication
CM
Module de Fonctions
FM
Module d’Entrées
Sorties
SM
Unité Centrale
Automates programmables et Matériels nécessaire
CPU
Module d’alimentation
PS
Chapitre II
Figure II.2 : Structure interne d'un API.
II.6.2.1 Module d’alimentation "PS"
Il est composé de blocs qui permettent de fournir à l’automate l’énergie nécessaire à son
fonctionnement, et assure la distribution d'énergie aux différents modules, il convertit la tension
du réseau (AC 220 V) en tension de service (DC 24V, 12V ou 5V).
Un voyant est positionné en générale sur la façade pour indiquer la mise sous tension de
l’automate.
II.6.2.2 Unité centrale "CPU"
La CPU est une carte électronique bâtie autour d’un ou plusieurs processeurs, elle
comprend aussi des moyens de stockage, qui sert à sauvegarder les programmes et les données.
Processeur
Le processeur est chargé d'exécuter le programme utilisateur, il doit assurer des
opérations logiques et arithmétiques ainsi que des fonctions de temporisation et du comptage.
Il peut être issu de la technologie câblée ou de la technologie à microprocesseur [7].
Les principaux registres existants dans un processeur sont :
a) Accumulateur
C’est le registre où s’effectuent les opérations du jeu d’instruction, les résultats sont
contenus dans ce registre spécial.
b) Registre d’instruction
Il reçoit l’instruction à exécuter et décode le code opération. Cette instruction est désignée
par le pointeur.
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
c) Registre d’adresse
Ce registre reçoit, parallèlement au registre d’instruction, la partie opérande de
l’instruction. Il désigne le chemin par lequel circulera l’information lorsque le registre
d’instruction validera le sens et ordonnera le transfert.
d) Registre d’état
C’est un ensemble de positions binaires décrivant à chaque instant la situation dans
laquelle se trouve précisément la machine.
e) Pile
Une organisation spéciale de registres constitue une pile, ces mémoires sont utilisées pour
contenir le résultat de chaque instruction après exécution.
Ce résultat sera utilisé ensuite par d’autre instruction, et cela pour faire place à la nouvelle
Informations dans l’accumulateur.
Mémoires
Un système à processeur est toujours accompagné d’un ou de plusieurs types de
mémoires. Elles permettent de stocker :



le système d'exploitation dans des ROM ou PROM,
Le programme dans des EEPROM,
Les données système lors du fonctionnement dans des RAM.
II.6.2.3 Module d'entrées/sorties "SM"
Le module E/S assure le rôle d’interface pour la partie commande, qui distingue une
partie opérative (les sorties), où les actionneurs agissent physiquement sur le processus, et une
partie d’acquisitions (les entrées) récupérant les informations sur l’état de ce processus et
coordonnant en conséquence les actions pour atteindre les objectifs prescrits (matérialisés par
des consignes).
En plus d'assurer la communication entre la CPU et les organes externes, le module d'E/S
doit garantir une protection contre les parasites électriques, c'est pourquoi la plus part des
modules E/S font appel au découplage optoélectronique.
Différents types de modules sont disponibles sur le marché selon l’utilisation souhaitée,
les plus répandus sont :
a) Module Entrées/sorties TOR (Tout ou Rien)
Permet de raccordé l'automate à des capteurs TOR (boutons poussoirs, fins de course,
capteurs de proximité, capteurs photoélectriques ... ) ou à des pré-actionneurs (vannes,
contacteurs, voyant pneumatique, électrovannes, relais de puissance, LED ..).
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
L’état de chaque entrée ou sortie est visualisé par une diode électroluminescente. Le nombre
d’entrées / sorties sur une carte est de : 4, 8, 16, 32, qui peuvent fonctionner :

En continu : 24V, 48V.

En alternatif : 24V, 48V, 100/120V, 2210/240V
b) Module Entrées/Sorties analogique
Il Permet de traiter les signaux analogiques. Il est muni d'un convertisseur analogique/
numérique pour les entrées et un autre numérique/analogique pour les sorties. Il existe des
modules à 2, 4, 8 voies.
II.6.2.4 Module de fonction "FM" (Cartes spécialisés)
Le module de fonction ou «Fonction Module » est un module additionnel ou des cartes
Spécialisées peuvent être connectés. Ces cartes comportent un processeur spécifique ou une
carte électronique spécialisée, elles assurent non seulement la liaison avec le monde extérieur
mais aussi une partie du traitement pour soulager le processeur. On peut citer : les cartes
d'axe, les concentrateurs de communication, les cartes E/S déportées, les cartes de comptage
rapide, les cartes de pesage, les cartes de régulations PID…

Cartes de comptage rapide
Elles permettent saisir des événements plus courts que la durée du cycle travaillant à des
fréquences qui peuvent dépasser 10kHz.

Les Entrées/Sorties déportées
Leur intérêt est de diminuer le câblage en réalisant la liaison avec détecteur, capteurs ou
actionneurs au plus près de ceux-ci, ce qui a pour effet d’améliorer la précision de mesure.
La liaison entre le boîtier déporté et l’unité centrale s’effectue par le biais d’un réseau de
terrain suivant des protocoles bien définis.
L’utilisation de la fibre optique permet de porter la distance à plusieurs kilomètres.
II.6.2.5 Module de communication "CM"
C’est un module de communication qui comprend les consoles et les boîtiers de tests.
Consoles
Les consoles permettent la programmation, le paramétrage et les relevés d’informations,
ils peuvent également afficher le résultat de l’autotest comprenant l’état des modules
d’entrées et de sorties, l’état de la mémoire, de la batterie, etc. Ils sont équipés (pour la
plupart) d’un écran à cristaux liquides .
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
Pendant la phase de programmation les consoles permettent : l’écriture, la modification,
l’effacement et le transfert d’un programme dans la mémoire de l’automate ou dans une
mémoire EPROM.
Pendant la phase de réglage et d’exploitation elles permettent : de visualiser ou
d’exécuter le programme pas à pas, de forcer ou de modifier les données (les entrées, les
sorties, les bits internes, les registres de temporisation, les compteurs...).
Certaines consoles ne peuvent être utilisées que connectées à un automate car c'est ce
dernier qui leurs fournit l’alimentation et la mémoire de travail, c'est les consoles de
programmation On-line, avec ces consoles le programme introduit par l'utilisateur est
directement mémorisé dans l'automate.
D’autres consoles peuvent fonctionner de manière autonome grâce à leurs mémoires
interne et à leurs alimentations, c'est les consoles de programmation Offline, elles offrent un
plus grand confort, le programme écrit de cette façon est appelé source, il est compilé par la
console puis transféré dans la mémoire de l'automate [8].
Les boîtiers de tests
Les boîtiers de test quand a eu sont destinées aux personnels d’entretien, ils
permettent de visualiser le programme ou les valeurs des paramètres (affichage de la ligne de
programme à contrôler, visualisation de l’état des entrées et des sorties...)
II.6.2.6 Eléments auxiliaires
Il s’agit principalement de :



Un support mécanique (un rack) : l’automate se présentant alors sous forme d’un
ensemble de cartes, d’une armoire, d’une grille et des fixations correspondantes.
Un ventilateur : il est indispensable dans les châssis comportant de nombreux modules
ou dans le cas où la température ambiante est susceptible de devenir assez élevée (plus
de 40 °C).
Un indicateurs d’état : il indique la présence de tension, l’exécution du programme
(mode RUN), la charge de la batterie, le bon fonctionnement des coupleurs.
II.7 Automates programmables
II.7.1 Automate programmable TSX21
L’automate programmable TSX21 est un mini automate de type compact, sous forme
d’un boitier en aluminium extrudé anodisé, venant en complément de la gamme des
automates télémécanique.
Les différentes cartes constituant cet automate sont :
34
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Chapitre II


Automates programmables et Matériels nécessaire
La carte mémoire (EPROM ou RAM) de capacité 1024 ou 2048 mots de 12 bits
suivant la configuration. Elle est utilisée pour l’écriture ou effacement des données
dans les mémoires.
Cartes d’entrées/sorties : on trouve une a quatre cartes selon la configuration, chaque
cartes comporte : 16 entrées TOR visualisées, 8 sorties TOR de 2A, 8 sorties TOR de
0.4A.
La fonction réaliser par l’automate TSX21 est définie par une suite d’instruction. Le
programme exécuter par le processeur est enregistré dans la mémoire.
Généralement, le TSX21 ne nécessite pas d’alimentation particulière, mais sous forme
d’énergie à partir de l’alimentation des capteurs et des actionneurs extérieurs. En effet,
L’alimentation du régulateur de tension de la logique de l’automate s’effectue à partir de la
première carte d’entrées (une seule alimentation suffit).
 Entées : nombre maximal : 64 entrées, modularité : 16.
 Sorties : nombre maximal : 32 sorties, modularité : 8.
 Entrées/sorties programmable : nombre maximal : 32 E/S, modularité : 8.
 Temporisation analogique : l’automate TSX21 peut être équipé de : 1 à 4 cartes
d’entrées/sorties et 1a 2k de mémoire EPROM.
Inconvénients
L’automate programmable TSX21 ne répond pas à l’usage actuel tel que :


Les entrée/sortie de cet automate programmable sont limitées
C’est un automate compact qui ne peut pas gérée ou automatisé
un processus complexe
II.7.2 Présentation de la gamme SIMATIC de SIEMENS
Siemens reste le seul à proposer une gamme complète de produits pour l’automatisation
industrielle, par le biais de sa gamme SIMATIC. L’intégration globale de tout
l’environnement d’automatisation est réalisée grâce à:



Une configuration et une programmation homogène des différentes unités du système.
Une gestion cohérente des données.
Une communication globale entre tous les équipements d’automatisme mis en œuvre.
35
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
SIMATIC S7
Cette gamme d’automates comporte trois familles :
 S7-200, qui est un Micro-automate modulaire pour les applications simples, avec
possibilité d’extensions jusqu'à 7 modules, et une mise en réseau par l’interface
multipoint (MPI) ou PR OFIB US.
Figure II.3 : API S7-200.
 S7-300, est un Mini-automate modulaire pour les applications d’entrée et de milieu de
gamme, avec possibilité d’extensions jusqu’à 32 modules, et une mise en réseau par
l’interface multipoint (MPI).
Figure II.4 : API S7-300.
 S7-400, est un automate de haute performance pour les applications de milieu et haut
de gamme, avec possibilité d’extension à plus de 300 modules, et une possibilité de
mise en réseau par l’interface multipoint (MPI), PR OFIB US ou Industrial Ethernet
36
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
Figure II.5 : API S7-400.
II.7.3 Programmation de l’API
La programmation des API peut s’effectuer de trois manières possibles : sur l’API
lui-même à l’aide de touches, avec une console de programmation relié par un câble
spécifique, ou avec un PC et un logiciel approprié. Chaque constructeur a eu son propre
logiciel de programmation .dans notre cas on utilise le logiciel Simatic manager step 7 pour la
programmation des automates programmable SIEMENS.
II.8 Choix de l’API
Le choix de l’automate programmable se fait après avoir établi le cahier de charge du
système a automatisé, cela en considérant un certain nombre de critères importants :

La capacité de traitement du processeur (vitesse, données, opération, temps réel…).

Le type et le nombre des entrées / sorties.

Le cout de l’automate.

La simplicité et la facilité de l’utilisation des logiciels de configuration.

La qualité du service après-vente.
II.9 Fonctionnement de base d’un API
1) Le module central CPU
La tension du signaleur est connectée sur la barrette de connexion du module d’entrée.
Dans la CPU (module central), le processeur qui traite le programme se trouve dans la
mémoire, il interroge les entrées de l’appareil pour savoir si elles délivrent la tension ou non.
Au même temps, il ordonne au module de sortie de commuter sur le connecteur de la barrette
37
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
de connexion correspondante en fonction de l’état de tension sur les connecteurs des modules
de sorties. Les appareils à positionner et les lampes indicatrice sont connectés ou déconnectés.
2) Réception des informations sur les états du système
Le S7-300 reçoit des informations sur l’état du processus via les capteurs de signaux
reliés aux entrées. Il met à jour la mémoire image au début de chaque cycle de programme en
transférant l’état des signaux d’entrées des modules vers la mémoire image des entrées qui
permet à la CPU de savoir l’état de processus.
3) Exécution du programme utilisateur
Après avoir acquis les informations d’entrée et exécuter le système d’exploitation, la
CPU passe à l’exécution du programme utilisateur, qui contient la liste d’instruction à
exécuter pour faire fonctionner le procédé. Il est composé essentiellement de bloc de donnée,
de bloc d’organisation.
4) La commande du processus
Les consoles de programme ((SIMATIC)) sont des outils pour la saisie, le traitement et
l’archivage des données du processus, ainsi que la suppression du programme. Avec l’atelier
logiciel ((SIMATIC)), l’utilisateur dispose d’une gamme d’outils complète de chaque tache
d’automatisation. Le raccordement entre l’automate et la console est réalisé par l’interface
multi points (MPI).
5) Mise en œuvre d’un automate
A partir d’un problème d’automatisme donné, dans lequel on définit les commandes, les
capteurs, les organes de sortie et le processus à réaliser, il faut établir :

Le grafcet niveau 1 et le grafcet niveau2.

Faire le repérage des entrées/sorties.

Ecrire le programme, le charger dans la mémoire RAM/EPROM et le transférer dans
l’unité centrale de l’automate.

Tester à vide (mise au point).

Raccorder l’automate a la machine.
II.10 Environnement
Dans le cadre d’une évolution conduisant à une automatisation de plus en plus globale,
l’automate est de moins en moins acquis seul, et même si c’est le cas, il doit pouvoir se
connecter à d’autres matériels à processeur, et dialoguer avec les agents d’exploitation.
Les types de communication supportés par les API modernes sont : la communication avec un
opérateur par un pupitre ou un terminal industriel : ils permettent une communication hommemachine, et ce dans les deux sens (clavier, …)
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
II.11 Interface Homme-Machine (HMI)
Les concepts d’automatisation modernes ont, sans cesse, des exigences croissantes en
matière de visualisation des processus. Plus particulièrement, il est impératif que la conduite
des processus au niveau machine fournisse une réponse adaptée aux besoins de simplicité et
de performances. L’objectif est de présenter rapidement et de manière fiable, des données de
processus immédiatement compréhensible par l’opérateur, par exemple, sous la forme d’une
courbe graphique. Il est donc indispensable d’archiver les données de processus dès le niveau
machine, d’où l’indispensabilité des interfaces homme –machine.
Une interface homme-machine (IHM) est une interface qui permet une interaction entre un
être humain et une machine.
Deux composants sont nécessaires dans une interface homme-machine. La première est
une entrée, un utilisateur humain a besoin d’une certaine façon d’injecter des commandes à la
machine, ou la régler. Des exemples de dispositifs d’entrée incluent des claviers, des clés, des
commutateurs, des écrans tactiles et des souris. Tous ces dispositifs peuvent être utilisés pour
envoyer des commandes à un système, ou même un ensemble interdépendant de systèmes.
L’interface nécessite également une sortie, ce qui permet à l’appareil de maintenir
l’utilisateur humain mis à jour, sur l’état d’avancement des commandes ou à exécuter des
commandes dans l’espace physique. Par exemple, les utilisateurs disposant d’un écran qui
peut afficher des informations. Les sorties peuvent également comprendre des choses aussi
simple que des voyants d’état qui alertant les gens.
Les SIMATIC Panels de siemens font leurs preuves depuis des années dans les
applications et les secteurs les plus divers. Ils possèdent non seulement un design innovant,
mais offrent également des performances élevées. Avec une efficacité de l’ingénierie
inégalée.
Les pupitres SIMATIC sont clairement structurés :

Les SIMATIC HMI Basic Panels offrent des fonctions de base pour les applications
IHM simples.

Les SIMATIC HMI Confort Panels conviennent aux applications exigeantes.
II.11.1 Choix de l’HMI
Dans notre projet on introduit un nouvel objet qui est la station HMI en choisissant le
type du pupitre sur lequel, les informations seront transmises, et adaptable a l’automate
programmable utilisé
39
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
II.12 Matériels nécessaire pour l’étude
Après avoir analysé les besoins de la machine aléseuse GSP Ebauche (Voir chapitre1) on a
opté pour le matériel suivant :

Un API SIEMENS S7-300 et un module d’entrées/sorties TOR.

Un Multi panel 370 '' 12'' Touch.

Des capteurs à proximité inductifs pour les fins de course des vérins et la détection de
présence de présence pièce.
Un moteur asynchrone pour le tournage de la table.

II.12.1 Automate S7-300
II.12.1.1 Modules S7-300
L’automate programmable S7-300 est d’une forme modulaire, permet un vaste choix de
gamme de module suivant (Voir figure II.6)[9] :
Figure II.6 : différents modules constituant S7-300.
II 12.1.2 Présentation de la CPU
Figure II.7 : CPU 314.
40
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
Les CPU de la série S7-300 Représenté sur la figure II.9 se compose des éléments suivants
(Voir tableau II.1et II.2) :
Tableau II.1 : LED de visualisation d’état et de défaut.
Couleur de signalisation
Rouge
Rouge
VERTE
Jaune
Verte
LED de visualisation
SF
BATF
DC 5V
FRCE
RUN
Jaune
STOP
Défaut
Défaut de matériel ou de logiciel
Défaillance de la pile
L’alimentation 5V cc est correcte
Le forçage permanent est actif
CPU en mode RUN
CPU en mode STOP ou ATTENTE
ou en Démarrage
Tableau II.2 : Le commutateur de mode de fonctionnement de l’API.
Position
Signification
RUN-P
Mode de fonctionnement
RUN-PROGRAM
RUN
Mode de fonctionnement
RUN
STOP
Mode d’arrêt
MRES
Effacement Général
Explication
-La CPU traite le programme
utilisateur.
-Le programme peut être
modifié.
-Dans cette position la Clé ne
peut pas être retirée.
-La CPU traite le programme
utilisateur.
-Le programme ne peut être
modifié qu’avec légitimation
par mot de passe la Clé peut
être retirée.
-La CPU ne traite aucun
programme utilisateur.
-La Clé peut être retirée.
-Position instable du
commutateur, pour effectuer
l’effacement général il faut
respecter un ordre particulier
de commutation
Pile de sauvegarde ou accumulateur
L’utilisation de l’accumulateur ou de la pile de sauvegarde est nécessaire pour l’horloge
temps réel.
La pile de sauvegarde est aussi utilisée pour :
- la sauvegarde du programme utilisateur s’il n’est pas enregistré dans la mémoire morte.
- pour étendre la zone rémanente de données.
41
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
L’accumulateur est rechargé à chaque mise sous tension de la CPU. Son autonomie est de
quelques jours voir quelques semaines, au maximum. La pile de sauvegarde n’est pas
rechargeable mais son autonomie peut aller jusqu’à une année.
Carte mémoire
La CPU S7-314 IFM utilisée n’est pas dotée d’une carte mémoire mais il faut savoir que
la plupart des CPU en possèdent, son rôle est de sauvegarder le programme utilisateur, le
système d’exploitation et les paramètres qui déterminent le comportement de la CPU et des
modules en cas de coupure de courant.
Interface MPI (interface multipoint)
L’interface MPI est l’interface de la CPU utilisée pour la console de programmation
(PG), le pupitre opérateur (OP) ou pour la communication au sein d’un sous réseau MPI.
La vitesse de transmission typique est de 187,5 k bauds.
II.12.1.3 Avantage de l’automate S7-300

Une construction compacte et modulaire, libre de contrainte de configuration.

Une riche gamme de modules adaptés à tous les besoins du marché est utilisable en
architecture centralisée.

Une large gamme de CPU.

Une partie de la gamme est déclinée en version SIPLUS.

Une large plage de température de -25°C à +60°C.

Une meilleure tenue aux sollicitations mécaniques.

Une résistance à la pollution par des gaz nocifs, poussière et humidité de l’air.

Une condensation admissible augmentée grâce à un revêtement (Conformal Coating).
II.12.2 Panel utilisée (Multi Panel MP 370''12''Touch)
Pour notre application on a utilisé un Multi Panel MP 370 ''12''Touch en liaison avec
l’automate S7-300 (Voir figure II.8).
42
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
Figure II.8 : Panel touche écran Siemens.
Le multi Panel MP 370 ''12''Touch est le représentant de la catégorie de produits appelés
"Plate-forme multifonctionnelle". Les pupitres opérateurs offrent des possibilités de
communication avec le monde de la bureautique élargies.
Les appareils sont équipés des composants suivants :
•
Interface PROFIBUS.
•
Interface Ethernet pour la connexion à PROFINET.
•
2 interfaces USB.
•
Interface MPI.
•
Ecran TFT(LCD) couleurs jusqu'à 64k.
Fonctions système HMI
Un système IHM se charge des tâches suivantes:

Représentation du processus
Le processus est représenté sur le pupitre opérateur. Lorsqu'un état du processus évolue,
par exemple : l'affichage du pupitre opérateur est mis à jour.

Commande du processus
L'opérateur peut commander le processus via l'interface utilisateur graphique. Il peut par
exemple : définir une valeur de consigne pour un automate ou démarrer un moteur.

Vue des alarmes
Lorsque surviennent des états critiques dans le processus, une alarme est
Immédiatement déclenchée, par exemple : lorsqu'une valeur limite est franchie.
43
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Chapitre II

Automates programmables et Matériels nécessaire
Archivage de valeurs processus et d'alarmes
Les alarmes et valeurs processus peuvent être archivées par le système HMI. Vous
pouvez ainsi documenter la marche du processus et accéder ultérieurement aux données de la
production écoulée.

Documentation de valeurs processus et d'alarmes
Les alarmes et valeurs processus peuvent être éditées par le système HMI sous forme de
journal. Vous pouvez ainsi consulter les données de production à la fin d'une équipe par
exemple.
II.12.3 Capteur à proximité inductif
Ce sont des capteurs à proximité inductifs. L’application la plus courante concerne la
détection des fins de course des vérins. Ils sont alors fixés directement sur le corps d’un vérin.
Un détecteur sans contact est conçu pour détecter la fin de course ou le passage du piston. De
tels détecteurs simplifient grandement l’installation des moyens d’acquisition des
informations de position mus par des vérins. Ce capteur est utilisé aussi comme capteur de
détection de pièce. Le capteur utilisé est télémécanique XS118B3PAM12 (Voir figure II.11).
Figure II.9 Capteur à proximité inductif.
II.12.4 Moteur asynchrone
Apres l’analyse des besoins on a opté pour un moteur asynchrone qui est utilisable pour
le tournage de la table qui a ses caractéristiques :

Moteur pour tournage de la table : 380V,50HZ.P=1.5KW.N=750tr/min
44
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
II.13 Etude économique
Le critère économique, est un facteur déterminant dans le choix d’une solution. En effet,
le choix de cette dernière dépend non seulement des exigences techniques, mais aussi des
différents couts d’étude (Voir tableau II.3), de mise au point de maintenance.
La disponibilité du matériel (API et capteurs) au marché algérien, l’existence de la
documentation et le savoir-faire du personnel de l’entreprise sur le matériel, ont parfaitement
contribué au choix de matériel utilisé.
II.13.1 Devis quantitatif et estimatif
Tableau II.3 : Devis quantitatif et estimatif du projet
Matériel
Constructeur
Référence
Quantité
Prix unitaire
Montant
API
Siemens
S7-300
CPU314
1
220000.00
220000.00
Capteur à
proximité
inductif
Télémécanique
.
XS118B3PAM12
16
4000.00
64000.00
Multi Panel
Siemens
MP 370 12
1
31000.00
31000.00
Moteur
asynchrone
Sermat
1
12000.00
12000.00
Montant HT
327000.00
TVA 17%
55590.00
Montant TTC
382590.00
Main d’œuvre
300000.00
TOTAL
682590.00
Après avoir une estimation du cout de notre machine GSP ébauche actuel avec l’ancien
automate et l’étude des couts globaux du matériels nécessaire, y compris de la main d’œuvre,
On a fait une comparaison au prix d’une nouvelle machine qui faite la même opération
(alésage), on a déterminé que notre projet est dans les normes. Donc tout ça à nous pousser
d’avantage pour la réalisation de ce projet.
45
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Chapitre II
Automates programmables et Matériels nécessaire
II.14 Conclusion
L’API est un équipement spécialement conçu pour l’industrie et destiné à piloter des
chaines de montage, production, manutention, robots industriels, machines-outils…
Dans ce chapitre, nous avons présenté les différents constituants de l’API et IHM, ainsi
que les avantages qu’ils offrent en particulier en milieu industriel par rapport aux types de
commande.
Ensuite, nous avons présenté les différentes caractéristiques de l’API S7-300 et défini les
critères qui nous ont amené à faire le choix de ce dernier pour automatiser la machine GSP.
Enfin, nous avons fait une estimation des couts pour notre projet.
46
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Chapitre III
GRAFCET et
programmation STEP7
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
III.1 Introduction
L’étude technologique de la machine GSP ébauche a nous permet d’analyser et découvrir
les défauts de fonctionnement de la machine. Pour cette raison, on a exclus l’intervention
humaine à chaque étape de fonctionnement. Tout ça nous permet par la suite de réalisé les
grafcet de fonctionnement et la programmation du nouveau API s7-300 par un langage
graphique (CONT).
La programmation par langage graphique (CONT) consiste a remplacé des différentes
fonctionnalités et composants câblés par des objets fictifs simplement manipulables et
ajustables.
III.2 GRAFCET
Par définition, le grafcet est une alternative du schéma de séquence pour la description du
fonctionnement du procédé, il est caractérisé par sa structure et son contenu.
III.2.1 Eléments caractéristiques du GRAFCET
Le grafcet se compose d’un ensemble [2] :
 D’étapes auxquelles sont associées des actions
 De transitions auxquelles sont associées des réceptivités
 De liaisons orientées reliant les transitions aux étapes et les étapes aux transitions
a) Etapes
Une étape caractérise un comportement invariant d’une fraction ou de la totalité de la
Partie Commande. Pendant une étape les organes de commande et les capteurs ne changent
pas d’état (Voir tableau III.1).
Tableau III.1 : Etapes de GRAFCET.
Symbole
Description
commentaire
l’étape est représentée par un carré repéré
numériquement à sa partie centrale ou supérieure
15
Symbole d’étape
3
Entrée et sortie
d’étape
l’entrée d’une étape est figurée à la partie supérieure et
la sortie à la partie inférieure de son symbole
Etape active
si, à un instant donné, il est nécessaire de préciser la
situation du grafcet, on repère toutes les étapes actives à
cet instant en plaçant un point dans la partie inférieure
de son symbole
Etape initiale
elle est représentée en doublant les côtés du symbole
d’étape correspondant, elle correspond généralement au
comportement repos du système.
9

0
b) Les actions associées aux étapes
Pour traduire tout ce qui doit être exécuté chaque fois qu’une étape est active, on lui
associe une ou plusieurs actions élémentaires ou complexes (Voir tableau III.2).
47
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Chapitre III
15
GRAFCET et programmation STEP 7
Tableau III.2 : Actions associe aux étapes.
Symbole
Description
commentaire
Les actions sont décrites de
Les actions, qui sont le
façon littérale ou symbolique à
résultat du traitement
l’intérieur
d’un
ou
plusieurs
Action
logique des informations
rectangles reliés au symbole de
par la PC, peuvent être
l’étape à laquelle elles sont
Externes ou Internes
associées
c) Transitions
Une transition indique la possibilité d’évolution entre étapes. A chaque transition, on
associe une condition logique qui traduit la notion de réceptivité (Voir figure III.1).
3
Symbole de la transition
a.b
Condition logique de la réceptivité
4
Figure III.1 : Transition et réceptivité.
La réceptivité est une fonction combinatoire d’information telle que :
- Etats des capteurs.
- Action de bouton poussoir par l’opérateur.
- Action d’un temporisateur, d’un compteur.
- Etat actif ou inactif d’autre étape.
d) Règle de syntaxe
Ces règles précisent les conditions d’utilisation correcte des éléments caractéristiques du
GRAFCET. L’alternance étape – transition et transition - étape doit toujours être respectée. Il
en résulte que :
 Deux étapes ne doivent jamais être reliées directement mais doivent être
séparées par une transition.
 Deux transitions ne doivent jamais être reliées directement mais doivent
être séparées par une étape.
e) Règles d’évolution
Ces règles définissent les conditions dans lesquelles les étapes peuvent être activées ou
désactivées.
Règle 1 : Situation initial
La situation initiale du GRAFCET caractérise le comportement initial de la PC vis à vis
de PO et correspond aux étapes actives au début du fonctionnement.
Règle 2 : Franchissement d’une transition
Le franchissement d’une transition ne peut se produire que lorsque cette transition est
validée et que la réceptivité associée à cette transition vraie
48
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Règle 3 : Evolution des étapes actives
Le franchissement d’une transition entraîne simultanément l’activation de toutes les
étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement
précédentes.
Règle 4 : Evolution simultanée
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies. Cette
règle permet la décomposition du GRAFCET en plusieurs diagrammes tout en assurant de
façon rigoureuse leur interconnexion. Dans ce cas, les états actifs des étapes doivent être pris
en compte dans l’expression symbolique des réceptivités :




L’état actif de l’étape i est noté Xi
Son état inactif est noté Xi
Si l’étape i est active alors Xi = 1
Si l’étape i est inactive alors Xi =1
Règle 5 : Désactivation et activation simultanées
Si au cours du fonctionnement, une même étape doit être désactivée et activée
simultanément, alors elle reste active.
f) Niveau d’un grafcet.
Grafcet niveau 1 : il décrit le comportement de la partie commande vis-à-vis de la partie
opérative et l’opérateur.
Grafcet niveau 2 : pour décrire précisément comment l’automatisme devra physiquement
s’insérer dans l’ensemble qui constitue avec son fonctionnement.
III.2.2 Structure de base
Séquence unique
Une séquence unique est composée d’une suite d’étapes pouvant être activées les unes
après les autres. Chaque étape n’est suivie que par une seule transition et chaque transition
n’est validée que par une seule étape. La séquence est dite active si au moins une étape est
active. Elle est dite inactive si toutes les étapes sont inactives (Voir figure III.2).
9

Action A
a
10
Action B
b
11
Action C
c
Figure III.2 : Séquence unique.
49
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Séquences simultanées ou parallélisme structural
Lorsque le franchissement d’une transition conduit à activer plusieurs séquences en
même temps, ces séquences sont dites séquences simultanées (voir figure III.3).
Après l’activation simultanée de ces séquences, l’évolution des étapes dans chacune de ces
séquences devient alors indépendante. Pour assurer la synchronisation de la désactivation de
Plusieurs séquences en même temps, des étapes d’attente réciproque sont généralement
prévues sur le Grafcet.
 Les étapes 20 à 22 forment une séquence
 Les étapes 40 à 41 forment une séquence
 Les étapes 60 à 62 forment une séquence
 Les étapes 50 à 51 forment une séquence
 Les étapes 22 et 41 sont des étapes d’attente réciproque
 Les étapes 51 et 62 sont des étapes d’attente réciproque
6

g
20
Action A
40
a
21
Action C
60
c
Action D
d
Action B
61
b
Action E
e
22
41
=1
50
Action F
f
51
62
=1
70
Action G
Figure III.3 : Séquences simultané.
Sélection de séquence
Une sélection ou un choix d’évolution entre plusieurs étapes ou séquences se représente à
partir d’une ou plusieurs étapes par autant de transitions validées qu’il y a d’évolutions
possibles (Voir figure III.4)
50
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
1
23
10
13
30
40
33
Sélection entre 2 évolutions à partir d’une seule étape
Sélection entre 2 évolutions a partir de 2 étapes
Figure III.4 : Sélection de séquence.
Séquence exclusive
Pour obtenir une sélection exclusive entre plusieurs évolutions possibles à partir d’une
même étape, il est nécessaire de s’assurer que toutes les réceptivités associées aux transitions
sont exclusives, c’est à dire qu’elles ne peuvent pas être vraies simultanément (Voir figure
III.5).
1
1
𝑎̅ 𝑏
𝑏̅ 𝑎
23
𝑎̅ 𝑏
𝑎
33
23
33
Figure III.5 : Séquence exclusive.
Dans l’exemple de gauche ci-contre, ̅ et ̅ sont exclusives, si a et b sont vraies en même
temps, aucune transition ne peut être franchie.
Dans l’exemple de droite, la priorité est donnée à la transition (a) dans le cas où a et b sont
vraies simultanément.
Macro étapes
Par définition ,c’est une étape qui constitue plusieurs étapes ,elle est pour rôle
d’améliorer la lisibilité des grafcets et description des spécifications fonctionnelles
auxquelles doit répondre la partie commande d’un système automatisé (Voir figure III.6).
M1
Figure III.6 : Macro étape.
51
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
III.3 Réalisation des grafcet de fonctionnement de la machine
Les processus industriels sont, dans la plupart des cas, des systèmes séquentiels. On peut
alors les traduire sous forme de Grafcet .Dans cette partie on a élaboré juste le niveau 1, pour
le niveau 2(voir annexe C). Pour la simplification de notre travail on a dissocie notre grafcet
de fonctionnement global à des grafcet secondaire, et chacun de ces derniers a sa fonction
principal.
a) Grafcet blocage table
0
Capteur de pression .Bouton départ cycle. Mode
automatique .Mise sous tension. Sécurité arrière.
(Table à gauche ou à droite). capteur début
d’indexage. Capteur début de blocage
Avance vérin d’indexage
1
Ouvrir accumulateur
Arrêt d’urgence
Sécurité arrière. Mode automatique. Mise sous tension.
(Table à gauche ou à droite). Capteur de pression
.Capteur fin d’indexage
M1
Bouton mise à l’état initial. Sécurité
arrière. (Table à gauche ou à droite).
Mode automatique. Mise sous tension
.Capteur de pression
2
Recule vérin de blocage
Arrêt d’urgence
M2
Bouton mise à l’état initial. Sécurité
arrière. (Table à gauche ou à
droite).Mode automatique. Mise sous
tension. Capteur de pression
Sécurité arrière. Mode automatique. Capteur de
pression. (Table à gauche ou à droite).capteur fin de
blocage
Figure III.7 : Grafcet blocage table.
52
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étapes blocage table

Macro étape 1
10
Attente1
Bouton manuel. Mode manuel
Recule vérin d’indexage
11
Capteur début d’indexage
12
Attente2
Figure III.8 : Macro étape blocage.

Macro étape 2
13
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
16
14
Avance vérins de blocage
Capteur début d’indexage
Capteur début de blocage
17
Recule vérin
d’indexage
15
Attente
Figure III.9 : Macro étape blocage.
53
Attente
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
b) Grafcet bridage pièce
0
Sécurité arrière. Capteur de pression 1. Capteur
de pression 2. Table à gauche ou à droite. Mode
automatique. Capteurs vérins début d’indexage.
Capteurs vérins fin de blocage
1
Arrêt d’urgence
M1
Capteur vérin fin d’inclinaison
Bouton mise à l’état initial M10.2.
Mode automatique
2
Arrêt d’urgence
M2
Avance vérin 1v1
Avance vérin 2v
Capteur vérin fin de bridage droit
Bouton mise à l’état initial.M10.2.
Mode automatique
3
Arrêt d’urgence
Avance vérin 2v1
Capteur vérin fin de bridage gauche
M3
Bouton mise à l’état initial
.M10.2.Mode automatique
4
Arrêt d’urgence
M4
Bouton mise à l’état initial.
M10.2 .Mode automatique
A
Avance vérin 3v2
Avance
Recule vérin 3v7
Vérin 3v1
Capteur fin de course vérin 3v1
Capteur fin de course vérin 3v2
Capteur fin de course vérin de repérage
3v7
6
Ouverture accumulateur
Arrêt d’urgence
7
Avance vérin
3v3.3v4.3v5.3v6
Capteur fin de course vérin 3v3
Capteur fin de course vérin 3v4
2
Capteur fin de course vérin 3v5
Bouton mise à l’état initial M10.2.
Mode automatique
Capteur fin de course vérin 3v6
Figure III.10 : Grafcet bridage pièce.
54
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étapes bridage pièce
 Macro étape 1
7
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
8
Recule Vérin 1V1
Capteur vérin début d’inclinaison
9
Attente
Figure III.11 : Macro étape bridage pièce.

Macro étape 2
10
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
13
11
Recule vérins 2V
Capteur vérin début d’inclinaison
Capteur vérin début de bridage droit
14
Recule vérin 1V1
12
Attente
Figure III.12 : Macro étape bridage pièce.
M10.20=Capteur de pression 2.Table à gauche ou à droite. Sécurité Arrière
55
Attente
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Chapitre III

GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étape 3
15
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
20
Recule vérin 2V1
18
Capteur vérin début
de bridage gauche
21
Recule vérin 2V
16
Capteur vérin début
d’inclinaison
Capteur vérin début de
bridage droit
19
Attente
Attente
Recule vérin 1V1
17
Attente
Figure III.13 : Macro étape bridage pièce.

Macro étape 4
22
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
29
Recule vérin
3V2 et 3V1
27
Recule vérin
2V1
25
Recule vérin
2V
23
Recule vérin
1V1
Avance
vérin 3V7
Capteurs début de course
vérin 3V1et 3V2.Capteur
fin de repérage
30
Attente
Capteur vérin début
de bridage gauche
28
Capteur vérin début de
bridage droit
26
Attente
Attente
Figure III.14 : Macro étape bridage pièce.
56
Capteur vérin début
d’inclinaison
24
Attente
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Chapitre III

GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étape 5
31
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
40
Recule
vérins
3V3.3V4.
3V5.3v6
38
Recule vérin
3V2 et 3V1
36
Avance
vérin 3V7
Recule
vérin
2V1
34
Recule
vérin
2V
Recule
vérin
1V1
32
Fermeture
accumulateur
Capteurs début
de course vérins
3V3.3V4
.3v5.3V6
41
Attente
39
Attente
Capteur vérin
début de
bridage droit
Capteur vérin
début de bridage
gauche
Capteurs début de
course vérin 3V1 et 3V2.
Capteur fin de repérage
37
Attente
35
Attente
Capteur vérin
début
d’inclinaison
33
Attente
Figure III.15 : Macro étape bridage pièce.
c) Grafcet déblocage table
0
Capteur de pression 1. Sécurité arrière. Table à gauche ou à
droite. Mode automatique. Mise sous tension .Capteurs fin de
blocage
1
Recule vérin d’indexage
Sécurité arrière. Mode automatique. Mise sous tension. (Table à
gauche ou à droite). Capteur de pression 1 .capteur début indexage
2
Avance vérins de blocage
Accumulateur
Sécurité arrière. Mode automatique. Mise sous tension. (Table
à gauche ou à droite). Capteur de pression 1 Capteur début de
blocage
Figure III.16 : Grafcet déblocage table.
57
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
d) Grafcet débridage pièce
0
Sécurité arrière .capteur de pression1. Capteur de pression 2.Table à
gauche ou à droite. Mode automatique. Mise sous tension. Capteurs fin
de bridage
2
Recule vérins
1
Fermeture accumulateur
3v3.3v4.3v5. 3v6
Capteurs début de course vérins 3V3.3V4.3V5.3V6
3
Recule 3v1
Recule 3v2
Capteurs début de course vérins 3V1 et 3V2. Capteur fin
de course vérin de repérage 3v7
4
Recule 2v1
Capteur début de course vérin 2V1
Recule 2v
5
Capteur début de course vérin 2V
Recule 1v1
6
Capteur début de course vérin d’inclinaison
Figure III.17 : Grafcet débridage pièce
58
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
e ) Grafcet partie moteurs
1) moteur de graissage
0
Capteur niveau d’huile. Mise sous tension. Mode
automatique Table bloqué .pièce bridé
.
6
Moteur de graissage
Arrêt d’urgence
10
Sécurité arriere.M30.3
Attente
Capteur niveau d’huile. Mise sous tension.
Bouton mise à l’état initial
Figure III.18 : Grafcet Moteur de graissage.
2) Moteur tourne broche
0
Mise sous tension. Mode automatiqueM30.4. Table à
gauche ou à droite.M31.1.table bloqué. Pièce bridée
Arrêt d’urgence
1
Moteur tourne broche
M12
Bouton mise à l’état initial. Mode
automatique
M30.5. table à gauche ou à droite M31.1 .table
bloqué. Pièce bridée
Figure III.19 : Grafcet Moteur tourne broche.
59
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étape Moteur tourne broche
 Macro étape 12
21
Attente
Figure III.20 : Macro étape Moteur tourne broche.
3) Grafcet moteur vitesse lente
0
M30.2. Mise sous tension. Mode automatique. Table
à gauche ou à droite. Table bloqué. Pièce
bridée.M31.1
1
Unité avance vitesse lente
Arrêt d’urgence
Arrêt d’urgence
M10
M9
Capteur position de travail
Bouton mise
à l’état initial
Capteur fin usinage
2
Unité recule vitesse lente
Arrêt d’urgence
Capteur position de travail
M11
Bouton mise
à l’état initial
Figure III.21 : Grafcet moteur vitesse lente.
60
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étapes grafcet moteur vitesse lente
 Macro étape 9
17
Attente
Table à gauche ou à droite. Table
bloqué. Pièce bridée
18
Recule vitesse lente
Figure III.22 : Macro étape Moteur vitesse lente.

Macro étape 10
19
Attente
Figure III.23 : Macro étape Moteur vitesse lente.

Macro étape 13
20
Attente
Figure III.24 : Macro étape Moteur vitesse lente.
61
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
4) Grafcet moteur vitesse rapide
0
Sécurité arrière .table à gauche ou à
droite. Table bloqué. Pièce
bridée.M31.1
1
Unité avance vitesse rapide
Arrêt d’urgence
Arrêt d’urgence
M6
Capteur position de travail
M7
Table bloqué. Pièce bridée.
Sécurité arrière. Table à gauche
M31.1.table à gauche ou
à droite. Bouton mise à l’état
initial
ou à droite. Bouton mise à l’état
initial
Arrêt d’urgence
2
Moteur arrosage
M8
M30.5.Capteur position de travail
Sécurité arrière. Bouton
mise à l’état initial
3
Unité recule vitesse rapide
Arrêt d’urgence
M11
Sécurité arrière
Sécurité arrière.
Bouton mise à l’état
initial
Figure III.25 : Grafcet moteur vitesse rapide.
62
.
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Chapitre III

GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étape 11
16
Attente
Figure III.26 : Macro étape moteur vitesse rapide
5) Grafcet Moteur tournage table
0
Sécurité arrière. Table à droite. Table
débloqué. Pièce bridé. Mise sous tension
Mode automatique
1
Moteur tournage table
Table à gauche
Arrêt d’urgence
2
M14
Attente
Table bloqué
Bouton mise à l’état
initial.
3
Attente
Sécurité arrière
4
Attente
Table débloqué
5
Moteur tournage table
Table à droite
Figure III.27 : Grafcet moteur tournage table.
63
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Macro étape moteur tournage table
 Macro étape 14
6
Attente
Bouton manuel. Mode manuel
8
Moteur tournage table
Table droite
9
Attente
Figure III.28 : Macro étape moteur tournage table.
III.3 Logiciel Simatic STEP7
Par définition, STEP 7 est un logiciel de base qui nous permet la configuration et la
programmation des automates programmables .Il exécute sous un environnement Windows à
partir d’une console de programmation ou d’un PC.
Il existe plusieurs version tel que : STEP micro/Dos et Step micro/Win pour les
applications s7-300 et S7-400[10].
Le logiciel STEP 7 inclus les applications suivantes :
Gestionnaire de projets SIMA TIC Manager
SIMATIC Manager constitue l'interface d'accès à la configuration et à la programmation.
Ce gestionnaire de projets présente le programme principal du logiciel STEP 7 il gère toutes
les données relatives à un projet d'automatisation, il démarre automatiquement les
applications requises pour le traitement des données sélectionnées.
Langages de programmation
Pour la programmation des automates programmable on peut utiliser trois langages:
CONT (LD Ladder Diagram), LIST (IL Instruction List) et LOG (FBD Function Bloc
Diagram), d’autre langage de programmation peuvent être procurés sous forme de logiciel
additionnel, On peut citer : le SCL (ST Structured Text) et le GRAPH (Voir tableau III.3).
64
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Tableau III.3 : Langage basique de programmation.
CONT
LIST
E0.1
M0.1
A0.1
E0.1
LOG
M0.1
E0.1
= A0.1
E0.2
=A0.1
 Schéma à contacts (CONT)
Par définition, le schéma à contact est un langage de programmation graphique. Ce
langage est constitué de réseaux de contacts et de bobines entre deux barres d’alimentation, il
est proche des schémas électriques.
 Liste d’instruction (LIST)
Par définition, c’est un langage de programmation textuel. Comme son nom l’indique, le
programme est constitué d’une suite d’instruction. Ce langage est proche du langage de
programmation d’un microprocesseur.
 logigramme (LOG)
C’est un langage de programmation graphique qui utilise l'algèbre de Boole pour
représenter les opérations logiques. Les fonctions complexes, comme par exemple les
fonctions mathématiques, peuvent être représentées directement combinées avec les portes
logiques.
Configuration matériel
La configuration matériel nous permet de configuré et paramétré le matériel d’un projet
d'automatisation. Elle consiste à disposer les châssis (rack), les modules et les appareils de la
périphérie centralisée. Les châssis sont représentés par une table de configuration dans
laquelle on peut placer un nombre définis de modules, comme dans les châssis réels.
Editeur mnémonique
Il permet de gérer toutes les variables globales. C’est à dire la définition de désignations
symboliques et de commentaires pour les signaux du processus entrées/sorties, mémentos et
blocs.
Diagnostic du matériel
Il fournit un aperçu de l'état du système d'automatisation. Un symbole permet de préciser
le fonctionnement ou défaillance de chaque module.
65
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
De plus il permet l’affichage d'informations générales sur le module et son état, l’affichage
d'erreurs sur les modules de la périphérie centrale.
Le simulateur des programmes PLCSIM
L'application de simulation de modules S7-PLCSIM permet d'exécuter et de tester le
programme dans un automate programmable (AP) qu’on simule dans un ordinateur ou dans
une console de programmation. La simulation étant complètement réalisée au sein du logiciel
STEP7, il n'est pas nécessaire qu'une liaison soit établie avec un matériel S7 quelconque
(CPU ou module de signaux). L'AP S7 de simulation permet de tester des programmes
destinés aux CPU S7-300 et aux CPU S7-400, et de remédier à d'éventuelles erreurs.
III.4 Création d’un projet STEP 7
Afin de créer un nouveau projet STEP7 on se base sur deux données essentielles, les
programmes et la configuration du matériel, il est possible d’utiliser l’assistance de création
de projet ou bien créer le projet soit même et le configurer directement, cette dernière est un
peu plus complexe, mais elle nous permet aisément de gérer notre projet, tout d’abord il faut
démarrer le programme SIMATIC Manager, on aura la fenêtre principale qui s’affiche (Voir
figure III.29).
Figure III.29 : Assistant de STEP7.
On cliquant sur l’icône suivant, la fenêtre qui s’affiche nous permettre de choisir la CPU
(dans notre cas nous avons choisi la CPU 314) (Voir figure III.30).
66
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Figure III.30 : Choix de la CPU.
Apres avoir choisi la CPU, la fenêtre suivante va nous permettre de choisir les blocs à insérer,
ainsi le langage de programmation.
Dans notre cas nous avons choisi le bloc OB1 (bloc d’organisation) et le langage a contact
comme langage de programmation (Voir figure III.31).
Figure III.31 : Choix du bloc et langage de programmation.
Cliquant sur suivant, l’icône de la création de projet apparait pour le nommer (Voir figure
III.32).
67
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Figure III.32 : Choix du nom et création du projet.
Cliquant maintenant sur créer, la fenêtre suivante s’affiche (Voir Figure III.33).
Figure III.33 : Fenêtre SIMATIC MANAGER d’un projet.
III.4.1 Configuration matériel (Partie Hardware)
C’est une étape importante, qui consiste à disposer les châssis (rack), les modules et la
périphérie décentralisée.
Les modules sont fournis avec des paramètres définis par défaut .Une configuration matérielle
est nécessaire pour:
 modifier les paramètres ou les adresses préréglés d’un module,
 configurer les liaisons de communication.
On commence par le choix du châssis selon la station choisie auparavant, on aura le châssis
« RACK-300 » qui comprend un rail profilé.
68
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Sur ce profilé, l’alimentation préalablement sélectionnée se trouve dans l’emplacement n°1.
Parmi celles proposées notre choix s’est porté sur la « PS-307 10A ».
La « CPU 314» est impérativement mise à l’emplacement n°2.
Un module d’entrée/sortie TOR pour la configuration de notre matériel mise à l’emplacement
4 (le choix du nombre d’entrée/sortie et fait en fonction des besoins de notre machine)
(Voir figure III.34).
Figure III.34 : Configuration du matériel.
La configuration matérielle étant terminée, un dossier « Programme S7 » est automatiquement
inséré dans le projet (Voir figure III.35).
Partie
Hardware
Partie
Software
Figure III.35 : Création du programme S7.
69
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
III.4.2 Table des Mnémoniques (Partie Software)
Dans tout programme il faut définir la liste des variables qui vont être utilisées lors de notre
programmation. Pour cela la table des mnémoniques est créée. L’utilisation des noms appropriés
rend le programme plus compréhensible est plus facile à manipuler. Ce type d’adressage est
appelé « relatif » (Voir figure III.36)
Figure III.36 : Table des mnémoniques.
Pour créer cette table, on suit le cheminement suivant :
Programme S7
mnémoniques
Dans notre table des mnémoniques nous avons
 les sorties qui sont adressé avec A (exp : A4.2, A0.3….).
 Les entrées qui sont adressé avec E (exp : E3.2, E6.7….).
 Les Mémento qui sont des bits internes à l’automate qui sont adressé avec M (exp :
M0.4, M21.4).
III.4.3 Blocs du programme utilisateur
Le logiciel STEP7 dans ces différents langages de programmation possède un nombre
important de bloc utilisateur, destinés à structurer le programme utilisateur dont on peut citer
les blocs importants suivants :

Bloc d’organisation (OB).

Bloc fonctionnel (FB).

Bloc de données d’instance (DB d’instance).

Blocs de données globales (DB).

Les fonctions (FC).
70
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
III.4.4 Structure de programme
L’écriture du programme utilisateur complet peut se faire a partir du bloc d’organisation
OB1, cela n’est pas recommandé pour les programme de grande taille, ou même de taille
moyenne.
Pour les automatismes complexes, la subdivision en partie plus petites est
recommandée pour avantage de :

Standardiser certaines parties du programme.

Simplifier l’organisation du programme.

Modifier facilement le programme.

Simplifier le test du programme en l’exécutant section par section.

Faciliter la mise en service.
Pour cela nous avons subdivisé notre programme comme le montre la figure III.37
Figure III.37 : Blocs qui structurent le programme.
III.4.5 Programmation et processus du bloc OB1
OB1 est le bloc principal d’organisation, il fait appel aux fonctions (FC), chaque fonction
à son propre bloc fonctionnel et son programme. Pour notre programme nous avons 25 blocs
fonctionnels (25 FC), le reste des blocs apparaissent avec l’activation des alarmes.
a) Blocage table (Bloc FC1)
Dans ce bloc, le blocage de la table se fait avec des conditions obligatoires telles-que la
table doit être soit à gauche ou à droite, la pression de l’huile constance à 45 bars, la sécurité
arrière de l’unité de travaille ,capteur détection présence pièce assure que la pièce est
présenté.
Deux possibilité sont possible, dès que l’appui sur le bouton départ cycle (DCY) ou dès que
la fin de tournage table, l’électrovanne du vérin d’indexage EV1+(234) s’excite et
l’accumulateur EV10(334) s’ouvre, le vérin sort jusqu’au capteur fin de course FC_EV1+
puis il s’arrête. Après avoir l’information que le vérin d’indexage est sortie jusqu’au capteur
FC_EV1+, les vérins de blocage de la table commencent à reculer pour bloquer la table, une
fois qu’ils arrivent au capteur de fin de course FC_EV2-,, les capteurs fins de course de
blocage table donne l’information que la table est bloqué. (Voir figure III.38)
71
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Figure III.38: Bloc FC1.
b) Bridage piece (Bloc FC4)
Apres avoir l’information que la table a été bloqué, et le capteur de détection assure que
la pièce est présenté, Le bridage de la pièce est commencé. Le vérin d’inclinaison
commencera par bloquer la pièce au milieu jusqu’à l’arrivé au capteur fin de course
FC_EV3+, ensuite viendra le tour de sortir par ordre les vérins de blocage droit et gauche
72
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
2V,2V1 jusqu’à arriver aux capteurs fin de course FC_EV4+et FC_EV5+, et simultanément
3V1,3V2,3V7 jusqu’à arriver aux capteurs fin de course FC_EV6+, FC_EV7+,FC_EV9-,cette
dernière étape donne l’information au 4 vérins inclinés pour sortir simultanément, viendront
brider complètement notre pièce jusqu’à l’action sur les capteurs FC_EV83+, FC_EV84+,
FC_EV85+,FC_EV8+,les capteurs fin de course donne l’information que la pièce est bridé
(Voir figure III.39).
Figure III.39 : Bloc FC4.
73
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Une fois le blocage de la table et le bridage de la pièce effectué, la prochaine étape sera
celle de l’usinage de la pièce, c'est-à-dire que la machine va procéder à l’alésage du pont.
Pour cela nous avons décomposé le fonctionnement de l’unité d’alésage, en programmant
chaque moteur dans son propre bloc fonction.
L’usinage de la pièce requiert le fonctionnement de cinq (5) moteurs au total, qui seront
répartie dans quatre (4) blocs fonction qui sont reliés entre eux à partir des réseaux qu’on a
programmés, les moteurs et leurs blocs fonction sont donnés si dessous :
-
Bloc FC11 : Fonctionnement du moteur de graissage.
-
Bloc FC12 : Fonctionnement moteur vitesse rapide et moteur d’arrosage.
-
Bloc FC13 : Fonctionnement moteur vitesse lente.
-
Bloc FC14 : Fonctionnement moteur tourne broche.
c) Usinage pièce (BLOC FC11, FC12, FC13et FC14)
Pour commencer on doit avoir un niveau d’huile suffisant pour le fonctionnement du
moteur de graissage. Après le reçoit de l’information que la table est bloqué et la pièce bridé,
Une autre possibilité est possible pour l’usinage de l’autre côté de la pièce c’est l’attente de
tournage de la table jusqu’à ce qu’il actionne sur le capteur table gauche, le moteur de
graissage se met en marche ,l’unité était prête à fonctionner, ce qui provoquera le tournage
moteur vitesse rapide et ainsi l’avancement de l’unité en vitesse rapide jusqu’au capteur fin
de course « position de travail» (FC_Pt).
L’unité de travail se mettra alors en avance vitesse lente en faisant tourner simultanément
le moteur tourne broche qui procédera à l’alésage de la pièce a usiné.
Une fois arrivé au capteur fin de course « fin d’usinage» (Fc_Fu), l’unité de travail se
met a reculé en vitesse lente jusqu’au capteur « position de travail » (FC_Pt), simultanément
l’arrêt du moteur de tourne broche.
Notre unité de travail continue a reculé en déclenchant la vitesse rapide jusqu'au capteur
« Sécurité arrière »(SA), ce qui nous donne la fin de l’usinage d’un côté du pont.
Les figures III.40, III.41, III.42 et III43 montrent les blocs fonction des moteurs sur Step 7
dans notre bloc d’organisation OB1.
74
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Moteur de graissage (Bloc FC11)
Bloc fonction qui contient les réseaux de marche et d’arrêt du moteur de graissage, il mis
en travail juste après le blocage de la table et le bridage de la pièce, une autre possibilité de
mise en marche, c’est après la fin de tournage table et l’action sur le capteur table gauche
(Voir figure III.40).
Figure III.40 : Bloc FC11.
Moteur tourne broche (Bloc FC14)
Ce bloc contient les réseaux de marche et arrêt du moteur tourne broche. Ce moteur mis en
marche lors d’action sur le capteur « position de travail» (FC_Pt), et s’arrête dès l’action sur le
capteur « fin d’usinage» (Fc_Fu) (Voir figure III.41).
Figure III.41 : Bloc FC14.
75
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Moteurs vitesse rapide et arrosage (Bloc FC12)
Bloc qui contient les réseaux de marche et arrêt des deux moteurs, vitesse rapide et
arrosage. Le moteur à vitesse rapide mis en marche juste après le blocage de la table et le
bridage de la pièce, une autre possibilité de mise en marche c’est après la fin de tournage table
et l’action sur le capteur table gauche .Ce moteur est déclenche l’avancement de l’unité
jusqu’à l’action sur le capteur« position de travail»(FC_Pt), Le moteur d’arrosage mis en
marche jusqu’à ce que l’unité faite un avance lente ,un recule rapide et l’action sur le capteur
« position de travail» (FC_Pt) (Voir figure III.42).
Figure III.42 : Bloc FC12.
76
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Moteur vitesse lente (Bloc FC13)
Bloc contenant les réseaux de marche et arrêt moteur vitesse lente.il mis en marche dès
que l’action sur le capteur fin de course « position de travail» (FC_Pt).il déclenche
l’avancement lente de la table jusqu’au capteur « fin d’usinage» (Fc_Fu) et le recule lente de
cette dernière jusqu’au capteur « position de travail» (FC_Pt) (Voir figure III.43)
Figure III.43 : Bloc FC13.
d) Déblocage table (Bloc FC3)
Une fois que l’usinage du premier côté du pont terminé, nous devons débloquer la table
pour pouvoir la tourner dans le but de commencer l’usinage du deuxième coté. Au moment
que la table fait un recule rapide pour revient à sa position initial, le vérin d’indexage recule
jusqu’à l’action sur le capteur début d’indexage FC_EV1-, ensuite l’avancement des vérins de
blocage jusqu’à l’action sur le capteur FC_EV2+.
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Cette étape est pareille pour le deuxième déblocage de la table pour revenir à son état
initial après la fin d’usinage de deux coté (Voir figure III.44).
Figure III.44 : Bloc FC3.
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
e) Tournage table (BLOC24)
Une fois que l’usinage du premier côté du pont terminé, et la table débloqué,
il faut tourner la table pour la bloqué à nouveau, dans le but d’usinage du deuxième côté du
pont. La table tourne jusqu’à l’action sur le capteur table gauche, ce qui déclenche par la suite
trois(3) attentes successive, la première jusqu’à ce que la table soit bloqué pour
l’avancement de l’unité afin de faire l’usinage de l’autre côté de la pièce, la deuxième
’jusqu’à ce que l’unité revient à l’état initial(SA) après l’usinage de l’autre côté de la pièce, et
la dernière jusqu’à ce que la table soit débloqué a nouveau.
Après le déblocage de la table, le moteur tourne à nouveau pour que la table revienne à l’état
initial, donc l’action sur le capteur table droite (Voir figure III.45).
Figure III.45 : Bloc FC24.
f) Débridage de la pièce (Bloc FC 10)
La fin de l’usinage du deuxième côté de la pièce signifie la fin de l’alésage
complet du pont, cela se traduit par le recule de tous les vérins qui bloquent notre pièce pour
que l’operateur puisse l’accrocher au levier a fin de la soulever et la déposer avec les autres
ponts alléser.
Donc pour gagner du temps, au moment que la table tourne, les vérins reçoivent
l’information de débridage, les vérins de bridage qui sont cité auparavant ont reculés (Voir
figure III.46).
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
Figure III.46 : Bloc FC10.
80
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
En ce qui concerne les blocs restants, ce sont des blocs macro qui contiennent les réseaux
des arrêts d’urgence de tous les blocs importants cités précédemment. On a préféré de séparer
les actions qui suivent les arrêts d’urgence et de les écrire dans leur propre bloc FC, cela
rendra plus simple la maintenance de la machine en cas de problème.
III.4.6 Simulation
D’après le manque des moyens et l’absence de l’automate, nous n’avons pas pu réaliser
l’armoire avec son système de commande et tester réellement l’exécution de ce programme.
Nous avons utilisé l’application S7-PLCSIM cité auparavant, qui permet de simuler un
automate de la famille SIEMENS.Le simulateur dispose d'une interface simple et accessible
permettant de visualiser et de forcer les différents paramètres utilisés par le programme
présente une interface simple et accessible, en effet pour changer l’état d’une entrée, il suffit
de cocher la case correspondante, les états des sorties changent automatiquement selon
l’évolution du programme. Lors de la simulation et dans la fenêtre de programmation
(CONT), chaque contact représentant une variable active est affiché en vert (les contacts non
actifs en pointillé).Ceci permet de suivre l’évolution du programme en détails. La simulation
nous a permis de tester les différentes situations que peut affronter le système de gestion des
alarmes de production. Nous concluons à la fin que notre programme répond exactement aux
exigences du cahier de charges et qu’il peut donc être transféré du PC vers l’automate qui lui
correspond(Voir figure III.47).
Etat de la
CPU
Forçage des
variables E/S
Figure III.47 : Application de simulation STEP 7 (PLCSIM).
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Chapitre III
GRAFCET et programmation STEP 7
III.5 Conclusion
Dans ce chapitre nous avons présenté le logiciel STEP7 qui nous a permis de
programmer le processus de notre machine On a réalisé les Grafcets que nous avons ensuite
transformé en réseaux de contact (Ladder) pour ainsi pouvoir simuler notre travail.La
supervision du processus de la machine GSP rend nécessaire le dialogue entre l’opérateur et la
partie commande sous forme d’un panel de visualisation que nous effectuerons dans le
chapitre suivant.
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Chapitre IV
Win CC et interface
graphique
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.1 Introduction
La supervision est une forme évolué de dialogue homme-machine, elle se fait à partir
d’un HMI programmé sous logiciel Win CC flexible par des graphes qui aident l’operateur
pour savoir l’état et processus de la machine GSP ébauche et qui permet de visualiser les
taches et facilitent l’intervention de l’operateur.
Dans ce chapitre on va présenter logiciel qui permet la programmation de l’HMI ainsi que
l’interface graphique de l’HMI qui se implémentera sur cette machine.
IV.2 Avantages de la supervision
L’avantage principal de la supervision est :




Surveillance de processus à distance
Détection des défauts
diagnostic et le traitement des alarmes
Traitement des données
IV.3 Win CC flexible et ses avantages
Win CC est un system de HMI performant utilisé sous Microsoft Windows XP ou
SEVEN, il constitue l’interface entre l’homme (opérateur) et la machine (installation
/processus) Le contrôle permanant dite de processus est assuré par les automates
programmables, il s’établit par conséquent une communication entre Win CC et l’opérateur
d’une part et entre Win CC et les automates programmables d’autre part.
La figure IIII.1 représente le Win CC flexible et son entourage.
Figure IV.1 : Milieu de fonctionnement Win CC Flexible.
83
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.3.1 Principales fonctions offertes par Win CC flexible
Le Win CC flexible offert plusieurs fonctions, on peut citer [11] :
Win CC flexible RT : gestion centrale du projet pour un accès rapide à toutes les données
projets et aux paramètres centraux.
Communication : déclaration et adressage des variables. Les variables peuvent être internes à
Win CC ou externes.
Vue : système graphique qui permet la visualisation librement configurable et le pilotage via
des objets entièrement graphiques.
Historique : compression et archivage des mesures et des alarmes.
Gestion des alarmes : système de messages pour la saisie des alarmes analogiques et des
alarmes TOR qui permet la visualisation des alarmes.
Paramétrages : système qui fait les paramétrages des alarmes.
Journaux : systèmes de journalisation pour la documentation à déclenchement temporel ou
événementiel de messages, d’actions opérateur et de données de processus temps réel sous
forme de rapport utilisateur ou de documentation de projet avec mise en page au choix.
Gestion utilisateur runtime : sécurité et paramétrage de runtime.
Autres outils : recettes, scripts, listes de textes graphique, dictionnaires, structures, gestion
des versions, diagnostics, paramétrage des pupitres, localisation.
Avantages

Visualisé l’état de la machine par un graphisme à l’écran (Dès que l’état d’un élément
de l’installation évolue, l’affichage est mis à jour).

commander le système à partir de l’interface utilisateur graphique (entrer une valeur
de consigne ou ouvrir une vanne).

Gestion des alarmes

Impression et archivage de toutes les variations du système

Il s’adapte de façon optimale aux exigences de tout type d’installation.

Il supporte de nombreuses configurations qui s’étendent du système monoposte aux
systèmes répartis à plusieurs serveurs en passant par les systèmes client-serveur.
84
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.3.2 Utilisation et configuration de Win CC flexible
IV.3.2.1Composants des systèmes
Win CC est un système modulaire. Il se compose du système de base Win CC peut être
complété avec des options et des modules complémentaires. Le système de base se subdivisé
en logiciel de configuration et en logiciel Runtime, Le logiciel de configuration permet de
créer un projet et Le logiciel Runtime permet de mettre le projet en œuvre dans le cadre du
processus.
IV.3.3 Intégration dans l’environnement SIMATIC
IV 3.3.1 totally integrated automation (TIA)
Ils font partie d’un automate complète, non seulement le système HMI tel que Win CC,
mais également d’autres composants tels que
les automates programmables, le bus de
processus et de périphérie. Win CC offre une intégration particulièrement extensive avec les
composants de la famille SIMATIC. Cette intégration assure [12] :

La continuité de la configuration et de la programmation

La continuité de l’archivage

La continuité de la communication.
IV.3.3.2 Utilisation directe de mnémoniques STEP7 sous Win CC
La continuité de la configuration et de la programmation permet d’utiliser directement les
mnémoniques de STEP7 sous Win CC. Les variables de processus sont le lien de
communication entre l’automate programmable et le système HMI. Sans les avantages de la
TIA, chaque variable doit être définir deux fois : une fois pour l’automate programmable et
une fois pour le système HMI. Il en résultat non seulement un double travail mais également
une très grande risque d’erreur. Win CC permet d’accéder à la table de mnémonique définie
sous STEP7 via :

Le dialogue de sélection des variables.

La barre de Win CC flexible Advanced
85
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.3.3.3 Configuration
Win CC permet de réaliser les configurations système suivantes :
-Système monoposte.
-Système multiposte.
a) Système monoposte : On appelle système monoposte, un pupitre opérateur directement
relie à un automate via le bus système. Généralement intégrés à la production, les systèmes
monopostes peuvent cependant également assurer le contrôle-commande de processus
indépendant ou de partie d’installation.
b) Système multiposte : Ils permettent la conduite de processus de la même partie de
l’installation par plusieurs opérateurs, chaque opérateur voyant les actions de l’autre. Les
indication du processus ou les acquittement des message depuis l’un des poste de conduite
sont continuellement à la disposition des autres poste de conduite. Plusieurs postes de
conduite fonctionnent solidairement dans un système multiposte. Ils utilisent en commune des
performances centralisées, par exemple l’acquisition de données ou l’archivage.
IV.3.4 Eléments de Win CC flexible
IV.3.4.1 Win CC flexible engineering system
Win CC flexible met à la disposition un éditeur spécifique pour chaque tache de
configuration on peut par exemple configurer l’interface utilisateur graphique d’un pupitre
opérateur avec l’éditeur de vues. Pour la configuration d’alarmes, on utilise par exemple
l’éditeur ‘alarme de bite’ .Toutes les données de configuration d’un projet sont enregistrées
dans une base de données projet.
L’interface Win CC flexible s2e compose des éléments suivants (Voir Tableau IIII.1) :
Tableau IV.1 : Eléments interface Win CC flexible.
1
Menus et barres d’outils
5
Fenêtré des alarme et avertissement
2
Boite à outils
6
Fenêtré des objets
3
Fenêtre du projet
7
Bibliothèque
4
Zone de travail
8
Fenêtre de propriétés
86
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.3.4.2 Win CC flexible Runtime
Le logiciel Runtime permet à l’opérateur d’assurer la conduite du processus.
IV.3.4.3 Système graphique
L’éditeur graphique
Les éditeurs graphiques tels que l’éditeur de vues affichent les objets correspondant aussi
bien dans la fenêtre du projet que dans la fenêtre des objets. Dans le cadre d’éditeur graphique
on ouvre chaque objet dans la zone de travail.
Bibliothèque
Les bibliothèques de composantes facilitent considérablement la création des vues. Il
suffit d’intégrer lors de la configuration les objets de la bibliothèque par glisser-déplacer Il
existe quatre bibliothèques (objet simple, objet complexe, graphique et bibliothèque),
IV.3.5 Liaison Automate/IHM
La liaison est établie en choisissant le protocole de communication qui est dans notre cas
l’interface multi points (MPI) (Voir figure IV.2).
Figure IV.2 : Liaison MPI.
87
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
IV.4 Programmation de l’interface Homme-Machine
Dans le but d’introduire les consignes, et de surveiller le comportement du processus et
les défauts qu’il peut présenter, on a programmé l’IHM de manière à faciliter la tâche de
surveillance et de maintenance pour le personnel.
Cette programmation a été faite avec le logiciel Win CC flexible, ou on a structuré nos
vues pour la supervision de la machine de la manière suivante :
Vue d’accueil
C’est une page d’accueil ou l’operateur peut accéder au vue pupitre par un bouton
<<Machine GSP Ebauche>>,pour permettre de naviguer dans les autres vues (Voir figure
IV.3).
Figure IV.3 : Vue d’accueil.
Vue pupitre d’opérateur
Cette vue permet à l’operateur d’intervenir directement sur le fonctionnement de la
machine, et cela en utilisant les différents boutons poussoirs mis à sa disposition
(Commutateur Mise sous tension, Bouton marche manuel(S3),Bouton remise à l’état initial
(S2) ,Bouton départ cycle (DCY) , Bouton d’arrêt d’urgence, commutateur mode manuel,
commutateur mode automatique(Voir figure IV.4).
88
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
Figure IV.4 : Pupitre de commande.
Vue Capteurs
Dans cette vue, l’operateur pourra vérifier le fonctionnement de toutes les entrées utilisé
par l’automate. Une lampe vert s’allume au niveau de chaque entrée sera alimentée.
Pour la simplification de l’action sur les capteurs on a mis des bouton ,par la suite sera retiré.
(Voir figure IV.5)
Figure IV.5 : Capteurs.
89
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
Vue Actionneurs
Dans cette vue, l’operateur pourra vérifier le fonctionnement de toutes les sorties utiliser
par l’automate. Une lampe verte s’allume et un clignotement rouge au niveau de chaque
sortie sera alimenté. Y compris les étapes d’attente (Voir figure IV.6).
Figure IV.6 : Actionneurs.
Vue blocage table
Cette vue est utilisé pour visualisé l’avance et recul vérins de blocage table ainsi que le
vérin d’indexage, à la fin de cette opération, une lampe TB (Table bloquer) s’allumera au
niveau des Actionneurs(Sorties) pour donner l’information que les vérins de blocage sont
sorties. (Voir figure IV.7).
Figure IV.7 : Blocage de la table.
90
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
Vue Bridage pièce
Cette vue est utilisé pour visualisé l’avance et recul des Vérins agissant sur le bridage de
la pièce (Voir figure IV.8).
Figure IIII.8 : Bridage de la table.
Moteurs
Cette vue permet à l’operateur de vérifier le fonctionnement des moteurs, pour cela
chaque moteur en marche clignotera afin de donner l’information de son fonctionnement
(Voir figure IV.9).
Figure IV.9 : Moteurs.
91
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
Vue Usinage pièce
Dans cette vue, nous avons représenté l’unité de travail qui va procéder à l’alésage de la
pièce, cette vue nous permettra de visualiser l’unité de travail, la direction vers laquelle se
dirige l’unité ainsi que la vitesse à laquelle elle se déplace (Avance rapide, avance lente,
recule rapide, recule lent..).Cette vue nous permet aussi de voir au niveau de quel capteur se
trouve l’unité de travail, on aura donc un changement de couleur des cercles représentant
l’état des capteurs quand ils seront actionnés (Voir figure IV.10).
Figure IV.10 : Usinage pièce.
Vue des alarmes
Cette vue permet de visualiser tous les problèmes et les avertissements que nous aurons
lors du fonctionnement de la machine, nous avons-nous même choisis dans quelles
circonstances les alarmes s’activent (table ni à gauche ni à droite, les deux capteurs d’un
même vérin actionnés en même temps, niveau d’huile insuffisant …).
L’operateur pourra alors visualiser le problème qui a déclenché l’alarme ainsi que l’heure
à laquelle ça s’est produite, il pourra ensuite appuyer sur le bouton « ACQUITTER » pour
92
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Chapitre IV
Win CC et interface graphique
enlever l’alarme du tableau une fois qu’il aura régler ce qui a causé l’alarme(Voir Figure
IV.11).
Figure IV.11 : Alarmes.
IV.5 Conclusion
La nouvelle solution à base d’API de type siemens S7-300 présente une nouvelle stratégie
adoptée par la société pour commander, superviser et maintenir le système d’entrainement qui
représente la principale composante de l’organisme.
Dans ce dernier chapitre, les différentes fonctions que Win CC peut offrir ont été
mentionnées. Ainsi que la démarche que nous avons suivie pour la réalisation de l’application
qui fait l’objet de ce travail. En effet, cette application qui répond au cahier de charges
représente une interface Homme/machine facile à manipuler que ce soit par le superviseur ou
par l’operateur chargé de la production. En outre, la navigation entre les vues peut se faire par
des boutons toujours visibles ou par des flèches qui se trouvent dans la majorité des vues ou
encore des raccourcis clavier.
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Conclusion Générale
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Conclusion Générale
Conclusion Générale
Au cours de notre stage pratique au sein de la SNVI, le travail que nous avons effectué a
été l’automatisation de la machine aléseuse GSP Ebauche par un automate de nouvelle
génération, sachant qu’actuellement il n’y a que la partie hydraulique qui est commandée par
l’automate TSX21, la partie moteur étant toujours commandée par l’armoire électrique.
En premier lieu, nous avons procédé par une étude descriptive de la machine aléseuse
GSP Ebauche ainsi que du cahier de charge de son fonctionnement. Ensuite nous avons
élaboré une modélisation cohérente de la machine à l’aide du GRAFCET. Le modèle
GRAFCET développé nous a permis d’atteindre plus facilement le langage de programmation
sur STEP7 et cela en transformant nos GRAFCET en réseaux à contacts (Langage Ladder),
une fois que la solution programmable dans l’automate S7-300 que nous allons utiliser a été
faite, nous avons effectué et testé le programme de commande par le logiciel S7-PLCSIM.
Le panel utilisé sert à faciliter et à augmenter les performances de la machine ainsi que
d’informer l’operateur en cas de danger survenu au cours du fonctionnement.
Dans ce projet, nous avons apporté des modifications techniques sur l’installation de
l’aléseuse GSP Ebauche, ce qui contribue à l’amélioration du taux de production ainsi que la
minimisation des arrêts de fonctionnement de la chaine de production, but voulus par toute
automatisation.
Enfin, ce que nous retenons du travail que nous avons effectué durant ces 3 mois à la
SNVI c’est que cette formation nous a permis de découvrir le monde industriel, ce qui est
primordial dans notre future vie d’ingénieur, ainsi nous avons pu tirer profit de l’expérience
engrangé par les ingénieurs de la société en collaborant avec eux sur le terrain.
Ayant atteint l’objectif assigné, nous espérons que notre travail verra naitre sa
concrétisation sur le plan pratique. En perspective, il est envisageable d’élargir
l’automatisation à d’autres machines de l’atelier et de prévoir leur supervision.
94
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Bibliographie
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Bibliographie
Bibliographie
[1] C. Sindjui, Le grand guide des systèmes de contrôle commande industriels, Lexitis
éditions, imprimé en union Européenne, édition 2014, ISBN : 978-2-36233-135-0.
[2] F.Hubert, Systèmes hydrauliques industriels, Cours BTS Maintenance industriel, lycée
Paul Emile Victor de Champagnole, France, 2015.
[3] A.Terras, Précis de physique et électricité appliqué en productique, Bréal éditions, 2004,
ISBN : 2749500853.
[4] M.Gerin, Guide des solutions d’automatisme, 2007, ISBN : 2-907314-53-X.
[5] A.Abriche, Réalisation et gestion d’un prototype de station de pompage à base d’un
automate programmable industriel, Mémoire du projet de fin d’étude pour l’obtention du
diplôme d’ingénieur en automatique, Ecole nationale polytechnique,2007.
[6] A.Gonzaga, Cours Les automates programmables industriels,2004.
[7] J.Hugh, Automating Manufacturing Systems with PLC’s, 1993-2005.
[8] G. MicheL, Architecture et application des automates programmable,DUNOD, Paris 1988.
[9] Documents technique SNVI Rouiba,1988.
[10] Formation vidéo STEP7 Al Asri Industriel,2013.
[11] A.Mehdi, Siemens WinCC Flexible ,Tutorial,2007.
[12] Z.Toubal, Automatisation et supervision de la chaine de tréfilage de bronze C 13 par un
API (s7-300 et WinCC flexible ),mémoire master fin d’etude,2013.
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Annexe A
Vue d’ensemble
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Annexe B
Schéma hydraulique
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Annexe C
GRAFCET niveau 2
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
GRAFCET niveau 2
a) Grafcet blocage table
0
PS1.DCY.AUTO.MST.SA.(TG+TD)
.FC_EV1-.FC_EV2+
EV1+
1
EV10
ARR URG
PS1.AUTO.MST.SA.(TG+TD).FC_EV1+
M1
S2.SA.TG+TD.AUTO.MST.
PS1
2
EV2-
ARR URG
PS1.AUTO.MST.SA.(TG+TD).FC_EV2-
M2
S2.SA.TG+TD.AUTO.MST.
PS1
XI
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
Macro étapes blocage table

Macro étape 1
10
Attente1
S3.MAN
11
EV1FC_EV1-
12

Attente2
Macro étape 2
13
Attente
S3.MAN
14
EV2+
16
FC_EV2+
17
EV1-
FC_EV1-
15
Attente
XII
Attente
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
b) Grafcet bridage pièce
0
SA.PS1.PS2.(TG+TD).AUTO.FC_
EV1+.FC_EV2-
1
ARR URG
EV3+
FC_EV3+
M1
2
S2.AUTO.M10.2
ARR URG
EV4+
FC_EV4+
M2
3
S2.AUTO.M10.2
ARR URG
EV5+
FC_EV5+
M3
4
S2.AUTO.M10.2
EV6+
EV7+
ARR URG
M4
FC_EV6+.FC_EV7+.FC_EV9S2.AUTO.M10.2
6
EV12
7
EV8+
ARR URG
2
FC_EV83+.FC_EV83+.FC_EV85+.
FC_EV86+
S2.AUTO.M10.2
M10.2= TG+TD).PS2.SA
XIII
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
Macro étapes bridage pièce
 Macro étape 1
7
Attente
S3.MAN
8
EV3FC_EV3-
9

Attente
Macro étape 2
10
Attente
S3.MAN
13
11
EV4-
FC_EV3-
FC_EV4-
14
EV3-
12
Attente
XIV
Attente
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ANNEXE C

GRAFCET niveau 2
Macro étape 3
15
Attente
S3.MAN
20
18
EV5-
19
Attente

EV3-
FC_EV3-
FC_EV4-
FC_EV5-
21
16
EV4-
17
Attente
Attente
Macro étape 4
22
Attente
S3.MAN
EV6-
29
27
EV4-
23
EV3-
EV7-
FC_EV6+.FC_EV7+.
FC_EV9-
30
25
EV5-
Attente
FC_EV5-
28
FC_EV4-
26
Attente
XV
Attente
FC_EV3-
24
Attente
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ANNEXE C

GRAFCET niveau 2
Macro étape 5
31
Attente
S3.MAN
40
EV8-
EV7-
EV13
FC_EV83+.
FC_EV83+
.FC_EV85+.
FC_EV86+
41
EV6-
38
Attente
36
EV5-
34
FC_EV6+.FC_EV7+. FC_EV5FC_EV9-
39
Attente
37
Attente
EV4-
32
FC_EV3-
FC_EV4-
35
Attente
EV3-
33
Attente
c) Grafcet déblocage table
0
PS1.SA.(TG+TD).AUTO.MST.FC_EV1+.FC_EV2-
1
EV1PS1.AUTO.MST.SA.(TG+TD).FC_EV1+
2
EV2+
EV11
PS1.AUTO.MST.SA.(TG+TD).FC_EV2+
XVI
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
d) Grafcet débridage pièce
0
SA.PS1.PS2.(TG.TD).AUTO.MST.FC_EV3+.FC_EV4+.
FC_EV5+. FC_EV6+.FC_EV7+.FC_EV9.FC_EV83+.FC_EV84+. FC_EV85+. FC_EV86+
2
1
EV13
EV8-
FC_EV83-.FC_EV84-.FC_EV85-.FC_EV86-.M10.2
3
EV6-
EV7-
FC_EV6-.FC_EV7-.FC_EV9+
4
EV5-
.
FC_EV5EV4-
5
FC_EV4-
EV3-
6
FC_EV3-
.
XVII
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
e ) Grafcet partie moteurs
1) moteur de graissage
0
CNH.MST.AUTO.MST.TB.PB
6
Moteur graissage
ARR URG
10
SA.M30.3
Attente
.
S2.AUTO
2) Moteur tourne broche
0
MST.AUTO.MST.(TG+TD).TB.PB.M30.4
.M31.1
ARR URG
1
Moteur tourne broche
M12
S2.AUTO
TG+TD).TB.PB.M30.5 .M31.1
XVIII
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
Macro étape Moteur tourne broche
 Macro étape 12
21
Attente
3) Grafcet moteur vitesse lente
0
M30.2. MST.AUTO (TG+TD). TB.PB
.M31.1
.
1
Unité avance vitesse lente
ARR URG
ARR URG.
M10
M9
FC_PT
S2
FC_FU
2
Unité recule vitesse lente
ARR URG.
M11
FC_PT
S2
XIX
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
Macro étapes grafcet moteur vitesse lente
 Macro étape 9
17
Attente
(TG.TD).TB.PB
18

Recule vitesse lente
Macro étape 10
19

Attente
Macro étape 13
20
Attente
XX
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
4) Grafcet moteur vitesse rapide
0
SA.(TG+TD).TB.PB.M31.1
1
Unité avance vitesse rapide
ARR URG.
ARR URG.
M6
FC_PT
M7
TB.PB.M31.1.(TG+TD).S2
SA.(TG+TD).S2.
ARR URG
2
Moteur arrosage
M8
M30.5.FC_PT
.
SA.S2
3
Unité recule vitesse rapide
ARR URG.
M11
SA
SA.S2
XXI
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ANNEXE C

GRAFCET niveau 2
Macro étape 11
16
Attente
5) Grafcet Moteur tournage table
0
SA.TD.Td.PB.MST.AUTO
1
Moteur tournage
table
TG
ARR URG
2
M14
S2
Attente
TB
3
Attente
SA
4
Attente
Td
5
Moteur tournage
table
TD
XXII
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ANNEXE C
GRAFCET niveau 2
Macro étape moteur tournage table
 Macro étape 14
6
Attente
S3.MAN
8
Moteur tournage table
TD
9
Attente
XXIII