Telechargé par Meriem Sedoud

Chapitre 1 prime

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Chapitre 1 : généralités sur l’automatisme :
I. Notion du système :
1. Définition d’un système technique :
Un système technique est un ensemble organisé d’éléments fonctionnels en
interaction, conçu pour répondre à un besoin.
La fonction globale d’un système est d’apporter une valeur ajoutée à un
ensemble de matières d’œuvre dans un environnement ou un contexte donné.
-Ces flux entrants et sortants peuvent être de types « énergie », « matière » ou
« information ».
2. Définition d'un système de production :
Un système de production est un système à caractère industriel possédant les
caractéristiques suivantes :
- L'obtention de la valeur ajoutée présente un caractère reproductible.
- La valeur ajoutée peut être exprimée et quantifiée en termes économiques.
II.
Automatisation :
1. Définition :
- L’automatisation consiste à « rendre automatique » les opérations qui
exigeaient auparavant l’intervention humaine.
- L’automatisation est considérée comme l’étape d’un progrès technique ou
apparaissent des dispositifs techniques susceptibles de seconder l’homme,
non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son
travail intellectuel de surveillance et de contrôle.
Une autre définition :
- L’automatisation d’une production consiste à transformer l’ensemble des
tâches de commande et de surveillance, réalisées par des opérateurs
humains, dans un ensemble d’objets techniques appelés partie commande.
Cette dernière mémorise le savoir faire des opérateurs, pour obtenir
l’ensemble des actions à effectuer sur la matière d’œuvre, afin d’élaborer
le produit final.
- L'automatisme consiste en l'étude de la commande de systèmes
industriels.
2. Le niveau d’automatisation :
Il y a différents degrés d’automatisation qui vont du niveau totalement manuel
correspondant à 0% d’automatisation à un niveau total d’automatisation (100%)
dans lequel l’homme ne joue aucun rôle dans l’accomplissement de la tâche.
Cependant, dans la plupart des applications, l’operateur humain et la machine
automatisée coopèrent pour mener à bien la tâche ou la mission à accomplir.
Dans les systèmes de haut degré d’automatisation, l’operateur humain joue
seulement le rôle de superviseur.
III.
Système automatisé :
1. Définition :
- Un système est dit automatisé s’il exécute toujours le même cycle de travail
d’une manière autonome à chaque fois que les conditions initiales sont remplies.
- un système automatisé a pour but :
 diminuer les tâches de l’être humain.
 exécuter des tâches répétitives , pénibles ou dangereuses pour l’homme…
 économiser le temps et l’énergie humaine .
 réaliser l’abondance , la qualité , rapidité et la précision dans la production
…
 augmenter la sécurité des personnes ,de produit et de matériels.
2. Structure d’un système automatisé :
un système automatisé est composé de :
* partie commande : « cerveau» c’est la partie qui traite les informations, elle
gère et contrôle selon une suite logique le déroulement du cycle : reçoit les
consignes de l'opérateur et les comptes rendus de la partie opérative ( Les
comptes rendus de la partie opérative sont les signaux envoyés par les capteurs
installés sur les machines) et adresse des ordres à la partie opérative.
* partie opérative « corps »: que l’on appelle également partie puissance, c’est
la partie visible du système , permet de transformer la matière d’œuvre
entrante en effectuant les actions ordonnées par la partie commande.
- la partie opérative peut être mécanique, électrique, pneumatique, ou
hydraulique, et bien souvent un assemblage de ces technologies .
- Pour exécuter les ordres de la partie commande , la partie opérative est équipée
de :
 actionneurs : sont des composants capable de produire un phénomène
physique (déplacement, dégagement de chaleur, émission de lumière...) à
partir de l'énergie qu'il reçoit…parmi les actionneurs on peut citer : les
moteurs ,les vérins pneumatiques ou hydrauliques ,les vannes ....
 capteurs :sont des éléments capable de détecter (avec ou sans contact) un
phénomène physique dans leur environnement ( présence ou déplacement
d'un objet, chaleur, lumière) et de rendre compte de ce phénomène à la
partie commande. Parmi les capteurs on peut citer : les capteurs optiques
,les capteurs de contact ,les capteurs de mouvement ...
- Un système automatisé, quel qu'il soit, nécessite un opérateur, c'est une
personne qui donne des consignes au système et qui est capable de comprendre
les signaux que la partie commande lui renvoie.
- Le dialogue entre l’operateur et la machine peut être effectué par une Interface
Homme-Machine informatisée, un pupitre ou une boite à bouton.
-Les informations entre la partie commande et la partie opérative passent
souvent par l’intermédiaire d’interfaces. Cette dernières assurent une
compatibilité entre les signaux qui circulent entre la partie commande et la partie
opérative. On en distingue deux types :
_ Celles qui permettent un changement de niveau d’énergie : relais instantanés,
contacteurs auxiliaires…
_ Celles qui permettent un changement de type d’énergie : interfaces
électropneumatiques, contacts à pression…
3. Chaîne fonctionnelle d’un système automatisé :
Une chaîne fonctionnelle est un sous-ensemble d’un système automatisé. On
peut distinguer au sein des systèmes deux chaînes, l’une agissant sur les flux de
données, appelée chaîne d’information (Chaîne d'acquisition), l’autre agissant
sur les flux de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie (Chaîne d'action)
I.
Les différentes approches de l’automatisme :
 Les systèmes logiques :
On désire étudier le comportement global du système automatisé, et ainsi,
décrire l'ordre dans lesquels le système effectue les différentes tâches (actions =
sorties). Alors, toutes les chaînes d'actions et d'acquisition (sorties et entrées)
sont représentées par des variables de type logique (signal binaire 0 ou 1).
Chaque grandeur ne connaît que deux états différents, on ne tient pas compte des
régimes transitoires : allumé/éteint, ouvrir/fermer, présent/absent, à l'arrêt/en
mouvement…
 Les systèmes continus :
On désire étudier le comportement temporel d'une seule chaîne d'action.
On prend en compte les régimes transitoires.
Les grandeurs d’entrées et de sortie ne sont plus binaires : elles sont analogiques
variateur de vitesse, thermostat…
II.
Différents types de commande :
Ils existent sur les SAP différents types de commandes :
5.1. Système automatisé combinatoire :
Ces système n'utilisent aucun mécanisme de mémorisation (ils n'ont pas de
mémoire) et à une combinaison des entrées correspond une seule combinaison
des sorties. La logique associée est appelée logique combinatoire.
Les systèmes automatisés utilisant la technique du «combinatoire» sont
aujourd'hui très peu utilisés. Ils peuvent encore se concevoir sur des mécanismes
simples où le nombre d'actions à effectuer est limité. Ils présentent en plus
l'avantage de n'utiliser que très peu de composants (vérins, distributeurs,
capteurs, cellules).
5.2. Système automatisé séquentiel :
Ces systèmes sont les plus répandus sur le plan industriel. Le déroulement du
cycle s'effectue étape par étape.
A une situation des entres peut correspondre plusieurs situations de sortie. La
sélection d'une étape ou d'une autre dépend de la situation antérieure du
dispositif. La logique associée est appelée « logique séquentielle ».
III.
Technologies des automatismes :
L’automaticien dispose de nombreux outils technologiques pour réaliser
l’organe de commande de son système que l’on regroupe habituellement en
deux catégories fondamentales :
 Les solutions câblées :
l’automatisme est réalisé par des modules raccordés entre eux selon un schéma
fourni par la théorie ou par l’expérience. Ces modules peuvent être
électromagnétiques, électriques, pneumatiques ou fluidiques.
En électricité ou en électronique, les liaisons sont faites par câbles électriques
alors qu’en fluidique il s’agit de canalisations reliant les différents composants.
Chaque opérateur des équations de commande booléennes est représenté
physiquement par un circuit.
Trois technologies permettent de réaliser des automatismes câblés : relais
électromagnétiques, modules logiques pneumatiques, cartes ou modules
électroniques.
Ils souffrent cependant d'un certain nombre de limitations parmi lesquelles nous
citons :
 Leur encombrement (poids et volume),
 leur manque de souplesse vis-à-vis de la mise au point des
commandes et de l'évolution de celles-ci (améliorations, nouvelles
fonctions, modification, etc.): Toute modification impose la
modification de câblage voire un changement de composants,
 Leur difficulté de maîtriser des problèmes complexes,
 La complexité de recherche des pannes et donc du dépannage,
 Leur coût élevé pour les systèmes complexes.
 les solutions programmées :
La technologie programmable consiste à substituer le fonctionnement de
l'automatise par un programme chargé sur un constituant programmable
c'est-à-dire des machines destinées à traiter de l'information. Leur utilisation
en gestion et en calcul scientifique est connue. Alors, les applications
techniques relèvent de l'informatique industrielle.
L'informatique industrielle est une discipline conjuguant les théories de
l'automatique et les moyens de l'informatique dans le but de résoudre des
problèmes de nature industrielle.
L'informatique offre donc une alternative technologique à l'automaticien et lui
ouvre des possibilités nouvelles liées à la puissance de traitement et aux facilités
de mémorisation de l'information.
L’automatisme programmé est personnalisé par les choix matériels et par la
programmation.
Trois technologies permettent de réaliser des automatismes programmés : cartes
électroniques standards et spécifiques, micro et mini-ordinateurs, automates
programmables.
En termes d'avantage, nous citons:

Moins de câble et d'encombrement
 Fiabilité de l'automatisme.
 Facilité de modification
 Flexibilité
 Résolution des problèmes complexes.
Le choix de la technologie peut être résumé comme suit :
 Le micro-ordinateur est utilisé surtout dans les cas des systèmes
complexes (nombre d'E/S assez grand, calculs sur les réels, etc.).
 Les cartes électriques spécifiques sont utilisées pour résoudre un
problème bine défini. Elles sont appelées uniquement dans le cas où le
nombre d'exemplaire est supérieur à 100 car leur coût est assez élevé.
 Les cartes électroniques standards sont utilisées dans les automatismes
grand public : distributeurs, parking, etc.
 Les automates programmables sont utilisés dans les cas des systèmes
complexes, flexible et évolutifs.
IV.
L’automatisation et l’ industrie:
Dans l'industrie, l’évolution des technologies et les besoins de compétitivité
conduisent de plus en plus vers l’automatisation des systèmes de production.
Cette automatisation est plus simple à mettre en œuvre pour garantir un meilleur
déroulement du processus de production, vu les avantages offerts par ce système
de commande.
les automatismes sont devenus indispensables : ils permettent d'effectuer
quotidiennement les taches les plus ingrates, répétitives et, dangereuses. Parfois,
ces automatismes sont d'une telle rapidité et d'une telle précision, qu'ils réalisent
des actions impossibles pour un être humain. L'automatisme est donc synonyme
de productivité et de sécurité.
.
Les automatismes sont présents dans tous les secteurs d’activité (menuiserie,
textile, alimentaire, automobile…).
Le développement de l'industrie à entraîner une augmentation constante des
fonctions électroniques présentes dans un automatisme c'est pour ça que l'API
s'est substitué aux armoires à relais en raison de sa souplesse dans la mise en
œuvre, mais aussi parce que dans les coûts de câblage et de maintenance
devenaient trop élevés.
L’automate programmable industriel (API) apporte une solution sur mesure pour
les besoins d’adaptation et de flexibilité, au vu du nombre d’activités
économiques actuelles. Aujourd’hui, il est devenu l’élément le plus répandu de
l’installation automatisée
Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années
soixante (1969), à la demande de l'industrie automobile américaine…, qui
réclamait plus d'adaptabilité de leurs systèmes de commande.
IV.
Automate programmable industriel :
1. Définition:
L’automate programmable industriel A.P.I ou programmable logique Controller
PLC est un appareil électronique de traitement de l’information programmable
(par un personnel non informaticien) qui réalise des fonctions d'automatisme
pour assurer la conduite et la surveillance en temps réel de processus industriels.
Trois caractéristiques fondamentales le distinguent des outils informatiques tels
que les ordinateurs utilisés dans les entreprises et le tertiaire :
 Il peut être directement connecté aux capteurs et pré-actionneurs grâce à
ses entrées/sorties industrielles.
 Il est conçu pour fonctionner dans des ambiances industrielles sévères
(Température,vibrations, microcoupures de la tension d'alimentation,
parasites, etc…).
 Enfin, sa programmation à partir de langages spécialement développés
pour le traitement de fonctions d'automatisme facilite son exploitation et
sa mise en œuvre.
2. Quelques fabriquant des automates dans le monde :
• Siemens ( S7-200,S7-300,S7-400,S7-1200,LOGO . . .)
• Schneider électrique (TSX 17/37/57, TSX micro ,premium. . .)
• Rockwell Automation (micrologix 1200/1400,SLC-500, SLC5000 .. .)
• ABB (AC500,AC800C,S500 . . .)
• Omron (ZEN ,CPM 1A/2A/2C,CS1,CJ1. . .)
• Mitsubishi (MELSEC FX1S/FX1N ,série L ,système Q . . .)
• Yokugawa (FCN,FCN-RTU,FCJ . . .)
3. Applications des automates programmables :
Commande des machines
Automatisme du bâtiment
Machines outil a commande
Chauffage, climatisation.
numérique.
Distribution électrique.
Convoyage.
Eclairage.
Emballage.
Sécurité, alarmes.
Machines de chantier, engin de levage.
Régulation de Processus Chimie
Contrôle de systèmes
pétrochimie
Production et distribution d’énergie
pharmaceutique
(électricité ,pétrole, gaz)
Traitement des eaux
Transports (chemin de fer, routier,
Thermique, fours, métallurgie
marine).
4. Architecture matérielle des automates programmables industriels :
Un automate programmable est constitué de :
 une alimentation (220 V ---> 24 V).
 Unité de traitement de l’information
 (CPU) Processeur, unité arithmétique et logique
 Mémoire contenant le programme
 Mémoire contenant les données
 Interface pour la programmation
 Interfaces pour les signaux d’entrée
 Tout ou rien: 24 V DC
 Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc
 Interfaces pour les signaux de sortie
 Tout ou rien: 24 V
 Tout ou rien à contacts
 Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc.
Ces quatre parties sont reliées entre elles par des « bus» (ensemble de fils
autorisant le passage des informations entre ces secteurs de l'automate).
 La mémoire :
Elle est conçue pour recevoir, gérer, stocker des informations issues des
différents secteurs du système que sont le terminal de programmation (PC ou
console) et le processeur, qui lui gère et exécute le programme. Elle reçoit
également des informations en provenance des capteurs.
Il existe dans les automates deux types de mémoires qui remplissent des
fonctions différentes :
- La mémoire programme où est stocké le langage de programmation. Elle est
en général figée, c'est à dire en lecture seulement. (ROM : mémoire morte)
- La mémoire de données utilisable en lecture-écriture pendant le
fonctionnement c'est la RAM (mémoire vive). Elle fige les valeurs (0 ou 1)
présentes sur les lignes d'entrées, à chaque prise en compte cyclique de celle-ci,
elle mémorise les valeurs calculées à placer sur les sorties. Elle s'efface
automatiquement à l'arrêt de l'automate (nécessite une batterie de sauvegarde).
 Le processeur :
Son rôle consiste d’une part à organiser les différentes relations entre la zone
mémoire et les interfaces d’entrées et de sorties et d’autre part à exécuter les
instructions du programme de fonctionnement.
 Les interfaces et les cartes d'Entrées / Sorties:
- L’interface d’entrée comporte des adresses d’entrée. Chaque capteur est
relié à une de ces adresses.
- L’interface de sortie comporte des adresses de sortie. Chaque préactionneur est relié à une de ces adresses.
-
Figure 4.8 : Les interfaces d'entrées/sorties
- Cartes d'entrées :Elles sont destinées à recevoir l'information en
provenance des capteurs et adapter le signal en le mettant en forme, en
éliminant les parasites et en isolant électriquement l'unité de commande
de la partie opérative.
- Cartes de sorties:Elles sont destinées à commander les pré-actionneurs et
éléments des signalisations du système et adapter les niveaux de tensions
de l'unité de commande à celle de la partie opérative du système en
garantissant une isolation galvanique entre ces dernières.
Le nombre de ces entrées est sorties varie suivant le type d’automate. Les
cartes d'E/S ont une modularité´ de 8, 16 ou 32 voies. Les tensions
disponibles sont normalisées (24, 48, 110 ou 230V continu ou alternatif
...).
 L'alimentation électrique :
Tous les automates actuels sont équipés d'une alimentation 240 V 50/60 Hz, 24
V DC. Les entrées sont en 24 V DC et une mise à la terre doit également être
prévue.
5. Fonctionnement d’un automate programmable industriel :
L'automate programmable reçoit les informations relatives à l'état du système et
puis commande les pré-actionneurs suivant le programme inscrit dans sa
mémoire.
Généralement les automates programmables industriels fonctionnent selon le
même mode opératoire :
Traitement interne : L'automate effectue des opérations de contrôle et met à
jour certains paramètres systèmes (détection des passages en RUN / STOP,
mises à jour des valeurs de l'horodateur, ...).
Lecture des entrées : L'automate lit les entrées (de façon synchrone) et les
recopie dans la mémoire image des entrées.
Exécution du programme : L'automate exécute le programme instruction par
instruction et écrit les sorties dans la mémoire image des sorties.
Ecriture des sorties : L'automate bascule les différentes sorties (de façon
synchrone) aux positions définies dans la mémoire image des sorties.
Ces quatre opérations sont effectuées continuellement par l'automate
(fonctionnement cyclique)
Dans ce cas, le temps de réponse à une variation d’état d’une entrée peut être
compris entre un ou deux temps de cycle (durée moyenne d’un temps de cycle
est de 5 à 15 ms).
6. Types des automates programmables :
Les automates peuvent être de type compact ou modulaire
 automate programmable de type compact se présentent en une seule
unité où l’ensemble des fonctions à savoir alimentation, CPU, interface
entrée et sortie sont sur le même boitier .
- 10 à 250 entrées-sorties
- Nombre d’entrées-sorties extensible par blocs
- Fonctions analogiques et communications limitées
- Petits automatismes, logique combinatoire et séquentielle

automates programmable modulaire présente une alimentation,
CPU, interface entrée/sortie dans des boitiers indépendants les uns des
autres (les modules) et reliés entre eux par bus ou font de panier.
-
<4’000 entrées sorties par CPU
Nombre d’entrées-sorties modulables
Comptage
Commandes d’axes
Pesage
Communications
Sécurité
Automatismes complexes, régulation
numérique, asservissements
7. Critères de choix d’un automate :
Le choix d'un automate programmable est en premier lieu le choix d'une société
ou d'un groupe et les contacts commerciaux et expériences vécues sont déjà un
point de départ.
 Nombre d'entrées / sorties : le nombre de cartes peut avoir une
incidence sur le nombre de racks dès que le nombre d'entrées / sorties
nécessaires devient élevé.
 Type de processeur : la taille mémoire, la vitesse de traitement et les
fonctions spéciales offertes par le processeur permettront le choix dans la
gamme souvent très étendue.
 Fonctions ou modules spéciaux : certaines cartes (commande d'axe,
pesage ...) permettront de soulager le processeur et devront offrir les
caractéristiques souhaitées (résolution, ...).
 Fonctions de communication : l'automate doit pouvoir communiquer
avec les autres systèmes de commande (API, supervision ...) et offrir des
possibilités de communication avec des standards normalisés (Profibus
...).
 Nombre de temporisateurs.
8. Langage de programmation pour API :
La norme IEC 1131-3 définit cinq langages qui peuvent être utilisés pour la
programmation des automates programmables industriels :
Les langages graphiques :
 LD : Ladder Diagram ( Diagrammes échelle )
un langage graphique, le langage à contacts (LD) transcription de schémas à
relais, est adapté au traitement combinatoire.
Il offre les symboles graphiques de base : contacts, bobines, blocs. L'écriture
de calculs numériques est possible à l'intérieur de blocs opérations.
Exemple:
 FBD : Function Block Diagram ( Logigrammes )
 SFC : Sequential Function Chart ( Grafcet)
un langage Grafcet qui permet de représenter graphiquement et de façon
structurée le fonctionnement d'un automatisme séquentiel.
Exemple:
Les langages textuels :
 IL : Instruction List (Liste d’instructions).
le langage liste d'instructions (IL) est un langage "machine" qui permet
l'écriture de traitements logiques et numériques.
Exemple:
 ST : Structured Text (Texte structuré).
un langage littéral structuré (ST) qui est un langage de type "informatique"
permettant l'écriture structurée de traitements logiques et numériques.
Exemple:
9. Réseaux d'automates :
Avec le développement des systèmes automatisés et de l'électronique, la
recherche de la baisse des coûts et la nécessité actuelle de pouvoir gérer au
mieux la production et a partir du moment où tous les équipements sont de type
informatique, il devient intéressant de les interconnecter à un mini-ordinateur ou
à un automate de supervision (Figure 4.12).
Figure 4.12: Exemple d'une structure de contrôle et gestion de production
Remarque :
- dois-je ajouter des exemples à chaque élément défini.
- Les figures : je vais sois mettre d’autres bien illustrées sois bien
dessinées.
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