Telechargé par Lydia Mezough

Un Systeme de tri et l assemblage de pie (1)

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