API

Les Automates Programmables
Industriels
1
Les Automates Programmables
Industriels
Plan
•
•
•
•
•
1- Généralités sur les systèmes Automatisés
2-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
3-Automates Programmables Industriels
4-Programmation des API
5-Supervision
2
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
I.
1.Système:
Un système permet de conférer une valeur ajoutée à un ensemble de matières
d’oeuvre dans un environnement ou un contexte donné.
I. 2- Automatisation:
consiste à apporter des modification sur un systèmes de sorte à ce qu’il exécute
toujours le même travail pour lequel il a été conçu et ce, sans l’intervention
humaines.
Exemples:
3
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Partie Commande
Partie Operative
I.1. Structure d’un système automatisé:
 une Partie Opérative (P.O.) procédant au traitement des
matières d’oeuvre afin d’élaborer la valeur ajoutée ;
 une Partie Commande (P.C.) coordonnant la succession des
actions sur la P.O. avec la finalité d’obtenir cette valeur
ajoutée.
4
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Cette partie de commande élabore les ordres transmis aux
actionneurs à partir des informations fournies par la machine au
moyen d’interrupteurs de position, thermostats et autres
dispositifs appelés capteurs.
La partie commande reçoit également des informations
transmises par un opérateur en fonctionnement normal, ou un
dépanneur en cas de réglage ou de mauvais fonctionnement de
la partie commande ou de la partie opérative.
5
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemple
PC
PO
6
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
• Exemples:
Actionneurs
•-Actionneurs:
C’est élément qui convertieMoteur
une énergie A vers une énergie B
• Pré-actionneur
C’est un élément qui distribue de l’énergie pour l’actionneur
• Capteur
est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique
observée en une grandeur utilisable, telle qu'une tension
électrique.
Vérin
7
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemples:
• -Actionneurs:
vannes Pompes
8
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemples:
• -Actionneurs:
Electrovanne
Voyants
9
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemples:
• -Actionneurs:
Afficheur
7 segments
VérinChauffante
Resistance
10
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemples:
• -Capteurs
Présence
humidité
11
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Exemples:
• -Capteurs
Bouton poussoir
12
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Structure générale d’un Automatisme
13
I-Généralités sur les Systèmes Automatisés
Structure générale d’un Automatisme
Simulation
Appuie
sur ON
Affichage
1-Traitement
de
l’information
2-Après
génère un
ordre
Distribue
l’énergie
Agie sur
le
Système
Capte
l’état du
système
Valeur
Ajoutée
14
II-Modélisation des cahiers des charges
(Grafcet)
15
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
1-Introduction
Pour établir le cycle de fonctionnement du processus, on utilise un outil
graphique appelé GRAFCET.
Ce graphe fonctionnel de commande permet de décrire les comportements
attendus de l’automatisme face aux informations qu’il reçoit, en imposant
une démarche rigoureuse, éventuellement hiérarchisée, évitant les
incohérences, les blocages ou les conflits dans le fonctionnement.
Le GRAFCET décrit tout système dont les évolutions peuvent s’exprimer
séquentiellement, c’est-à-dire dont la décomposition en étapes est possible.
Remarque
Il est maintenant le pilier du programme d’automatique et d‘informatique
Industrielle. D’autres outils complémentaires du grafcet ont été créés, le
Guide d'Etude des Modes de Marche et d'Arrêt (GEMMA – 1981…
16
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Définition
L'acronyme GRAFCET signifie : GRAphe Fonctionnel de Commande Etape
Transition.
Le grafcet est un outil graphique de description du comportement
d'un système à caractère séquentiel et combinatoire.
L'établissement d'un grafcet suppose la définition préalable :
- du système,
- des Entrées et des Sorties de la Partie Commande.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Un Grafcet comporte:
Liaisons
orientées
Etape
initiale
Réceptivité
Transition
Etape non
initiale
Action
18
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règle d'établissement du GRAFCET
•
•
•
Chaque liaison orientée relie une étape à une transition ou une
transition à une étape.
Un grafcet se lit de haut en bas.
Une flèche peut compléter la liaison en indiquant le sens de lecture s’il
y a un risque de confusion.
Etapes
• L'étape correspond à une situation élémentaire ayant un comportement
généralement stable.
• Pendant une étape, les organes de commande ne changent pas d'état.
• Une étape est soit active soit inactive.
• L'étape se représente par un carré repéré par une variable numérique
placée au centre du carré.
• Lorsqu'une étape est active, on peut le préciser par un point.
19
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Différents types d’étapes :
20
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
1.
Etape initiale
 S’actives au début de fonctionnement du système automatisé (SA).
• Elles se représentent par un double carré.
• Il peut y avoir plusieurs étapes initiales sur un grafcet.
• Ces étapes peuvent alors être placées n’importe où sur le grafcet.
• Sur un grafcet à une seule étape initiale, on préfère la position haute pour
en faciliter la lecture.
21
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Macro-étape
•
C’est une représentation unique d’une succession d’étapes et de
transitions.
•
Dans un grafcet, une macro-étape est unique.
•
On ne pourra l'appeler qu'une seule fois.
•
Il peut y avoir plusieurs macro-étapes dans un grafcet.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Tâche
•
Une tâche est un sous-programme et peut être appelée à plusieurs reprises
Etapes encapsulantes
Il y a encapsulation d'un ensemble d'étapes, dites encapsulées, par une étape,
dite encapsulante, si et seulement si lorsque cette étape encapsulante est active,
l'une, au moins, des étapes encapsulées est active.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Actions associées à l'étape
les étape peuvent être associées à une ou à plusieurs actions (ou tâches), qui
définissent ce que doit faire le système, chaque fois que ces étapes sont activent.
Les actions peuvent être de natures diverses, le rectangle peut avoir des dimensions
quelconques et comporter plusieurs actions.
24
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Actions associées à l'étape
Actions conditionnées
Certaines actions associées à des étapes peuvent être conditionnées par des
contraintes externes ou internes.
L'ordre émis peut être :
---conditionnelle
-Retardée
Continueactif, noté S (Set)
-maintenu
Limitée
- désactivé, noté R (Reset).
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Transition
• Une transition indique la possibilité d'évolution d'une étape à l'étape suivante.
• A chaque transition on associe une ou des conditions logiques (booléennes) qui
traduisent la notion de réceptivité.
• La réceptivité est une fonction combinatoire d'informations booléennes telles
que :
- états de capteurs,
- impulsion sur un bouton poussoir;
- action d'un temporisateur, d'un compteur;
- état actif ou inactif d'autres étapes, etc.
Remarque: La
uneréceptivité
Réceptivité 5s/x14
toujourssignifie
vraie : s'écrit
qu’elle"=sera
1". vraie 5 secondes après
l'activation de l'étape repérée 14.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Liaisons Orientées
• Les liaisons indiquent les voies d'évolution du grafcet.
• les liaisons qui se font du haut vers le bas ne comportent pas de flèche.
• on peut utiliser des flèches pour préciser l'évolution du grafcet en cas de risque
de confusion.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règles d’évolution du Grafcet
Règle 1: Situation initiale.
• La situation initiale caractérise le comportement initial de la partie
commande vis - vis de la partie opérative.
• Correspond à l'étape active au début du fonctionnement.
• Elle traduit généralement un comportement de repos
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règles d’évolution du Grafcet
Règle2: Franchissement d'une transition
Le franchissement d'une transition s'effectue si:
• l'étape précédente est active
• la réceptivité associée est vraie
Lorsque ces deux conditions sont réunies, la transition devient
franchissable et est obligatoirement franchie.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règles d’évolution du Grafcet
Règle3: Évolution 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.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règles d’évolution du Grafcet
Règle4:
Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément
franchies.
31
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Règles d’évolution du Grafcet
Règle5: ACTIVATION et DESACTIVATION simultanées
Si au cours du fonctionnement de l'automatisme une même étape doit être
simultanément activée et désactivée, elle reste activée.
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Structure de bases
Divergence en « OU »
Convergence en « OU »
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Structure de bases
Divergence en « ET »
Convergence en « ET »
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Structure de bases
Saut d’étape / Reprise de séquence
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Structure de bases
Forçage
Le forçage à 1 des actions (sorties) est un ordre émis par un grafcet de niveau
supérieur vers un ou des grafcets de niveau inférieur ayant pour effet d'annuler les
actions associées aux étapes de ce ou de ces grafcets.
Remarque : l'ordre de forçage est toujours prioritaire sur les autres conditions
d'évolution.
Le forçage de situation est un ordre émis par un grafcet supérieur vers un
grafcet inférieur pour qu’il passe immédiatement de sa situation courante dans
une situation imposée sans franchissement de transition.
- forçage dans la situation S=(n, p, q) : F/Gn : (n, p, q),
- forçage dans une situation vide : F/Gn : ().
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Figeage
Le figeage de la P.O. est un blocage sur place de tous les actionneurs de la
P.O. Ce résultat est rendu possible si un choix technologique approprié des préactionneurs a été fait.
Le figeage de situation : blocage des évolutions du grafcet dans sa situation
courante.
37
II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Exo: 01 : système de bouchage et de remplissage
0
Dyc*CI
1
CI: LIQ*BCH*BTL
PR: présence bouteille
4
PR
2
PB: présence bouteille
PB
5
RPL
BCH
FR: Fin Remplissage
FB: Fin bouchage
Dcy: Départ de cycle
FR*Stp
FB*STP
FR*Stp
3
FB*STP
6
Stp: Stop
RPL: Remplissage
BCG: Bouchage
=1
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Mise en équation du Grafcet
Xn: variable de l’étape n
Xn =0 ---------> étape non activée
Xn =1 ----------> étape activée
CAXn: les conditions d’activation de Xn
CAXnTableau
= XN-1*Rn
de Karnaugh
CDXn:
CaXn/CDXn
les conditions de désactivation de Xn
00
01
Xn CDXn = X *Rn+1
N
0
0= XN+1 0
1
1
CDXn*Xn
0
11
10
1
1
1
1
CAXn
Table de verité
CAXn CDXn Xn
Xn+
0
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
On élimine la variable qui change
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II-Modélisation des cahiers des charges (Grafcet)
Mise en équation du Grafcet
Xn=CAXn+CDXn * Xn
Exp: 01
CAX2=X1*a
CDX2=X3
X2=X1*a+X3*X2
Exp: 02
CAX4=X6*X8*e
CDX4=X5*X7
X4=X6*X8*e+X5*X7*X4
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II-Modélisation des cahiers des charges (GEMMA)
Définition
l'acronyme GEMMA signifie : Guide d'Etude des Modes de Marche et d'Arrêt.
Exemples :
•
Un four en fonctionnement automatique aura besoin d'un
préchauffage avant de pouvoir fonctionner.
•
Une vis extrudeuse d'une machine à injecter le plastique aura
besoin d'un préchauffage avant de pouvoir fonctionner.
•
Un arrêt d'urgence doit pouvoir être activé à tout instant.
• Le GEMMA est un guide graphique structuré qui propose des modes de
fonctionnement types.
• Selon les besoins du système automatisé à étudier on choisit d'utiliser
certains modes de fonctionnement.
• Le guide graphique GEMMA est divisé en "rectangle d'état".
• Chaque rectangle d'état a une position précise sur le guide graphique et est
relié à un ou plusieurs autres rectangles d'états par des flèches orientées.
• Le passage d'un rectangle d'état à un autre s'effectue un peu à la manière
du franchissement d'une transition de grafcet.
41
II-Modélisation des cahiers des charges (GEMMA)
A: Procédures d’Arret F: Procédures de Fonctionnement D: Procédures de défaillance
Zone de Production
42
III-Automates Programmables Industriels
HISTORIQUE
Les automates programmables sont apparus aux USA vers 1969, ils étaient destinés
à l'origine à automatiser les chaînes de montages automobiles.
C'est en 1971 Qu'ils firent leur apparition en France, ils sont de plus en plus
employés dans toutes les industries.
ROLE ET EMPLOI
Comme son nom l'indique c'est un appareil que l'on programme pour effectuer des
opérations cycliques, il reçoit des données par ses entrées, celles-ci sont ensuite
traitées par un programme défini, le résultat obtenu étant délivré par ses sorties.
ENTREES
Elles sont de plusieurs sortes à savoir :
•
Contacts secs : Contacts, relais, fin de course, pressostats, thermostats……
•
Analogiques en courant : 0 -20mA, 4 -20mA (mesures)
•
Analogiques en tension : 0 -2,5V, 0 -5V, 0 -10V (mesures)
43
III-Automates Programmables Industriels
Sorties
Elles sont de plusieurs sortes à savoir :
•
Contacts secs : Contacts ou triacs
•
Analogiques en courant : 0 -20mA, 4 -20mA (régulation)
•
Analogiques en tension : 0 -2,5V, 0 -5V, 0 -10V (régulation)
Unité centrale
44
III-Automates Programmables Industriels
CAPACITE D'UN AUTOMATE
Elle est déterminée par le nombre de ses entrées, de ses sorties, ainsi que sa capacité
mémoire nécessaire à stocker le programme dans l'Unité Centrale.
45
III-Automates Programmables Industriels
46 46
Exemple:
Démarrage d’un moteur:
47
Comment fonctionne un Automate Programmable
Entrées
Sorties
API
En
48
Comment fonctionne un Automate Programmable
Grafcet:
LADDER
X1
X0
X0
X1
X1
S2
X0
S1
X1
S3
X1
X0
KM
49
Comment fonctionne un Automate Programmable
En
50
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Fenêtre d’accueil
Créer un nouveau projet
Ouvrir un projet
51
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Créer le projet
52
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Choisir l’Automate
53
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Fenêtre d’accueil
54
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
L’automate
L’automate
Choisir la HMI
Choisir
supervision
parPC
55
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
56
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
57
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Configuration matérielle
Projet
Détail Projet
Eléments matériels
58
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Table
mnémonique
Nouvelle
table
59
IV-Programmation des Automates Programmables Industriels
Logiciel
TIA Portal
Block
programme
Programme
principale
60
Exemple d’un séchoir
Pièce
Moteur
Four
Convoyeur
HMI / Pupitre
Caisse
61
Exemple d’un séchoir
Exemple:
Commande Manuelle
Commande Automatique
Bouton de validation
Réarmer le système
Bouton d’Arret d’urgence
62
Exemple d’un séchoir
A: Procédures d’Arret F: Procédures de Fonctionnement D: Procédures de défaillance
63
Exemple d’un séchoir
A: Procédures d’Arret F: Procédures de Fonctionnement D: Procédures de défaillance
Auto.Val
Auto.Val
30s
Val . Rearm
Dcy
30s
Teta
Acy
AUD
Teta>>
64
Aud
Exemple d’un séchoir
Exemple:
Modélisation
10
GPN{0}
GC{20}
AUD . Teta>>
11
AUD + Teta>>
GS
65
Exemple d’un
séchoir
20
x11
21
Rearm
22
KM2
30s/X21
23
Man.Val
Aut.Val.dcy
24
27
Teta
25
d
KM3
« GPN »
KM2
g
KM1
Aut.Val
Acy
26
KM2
30s/X21
GC
66
Exemple d’un séchoir
Exemple:
Modélisation
0
x25
1
KM1
KM3
x26
GPN
67
Exemple d’un séchoir
10
GPN{0}
GC{20}
20
x11
AUD . Teta>>
11
« Production »
21
Rearm
AUD + Teta>>
22
GS
KM1
30s/X21
23
Man.Val
Aut.Val.dcy
0
x25
1
KM1
25
« GPN »
KM2
g
KM1
Aut.Val
Acy
X26
26
GPN
27
Teta
KM3
d
KM3
24
KM1
30s/X21
68
GC
Exemple d’un séchoir
Mise en équation
Grafcet de Sécurité
X10 = X11* (Aud+Teta>>) + X11*X10
10
GPN{0}
GC{20}
AUD . Teta>>
X11 = X10* (Aud*Teta>>) + X10*X11
11
AUD + Teta>>
GS
Grafcet de Production Normale
X0 = X1* X26 + X1*X0+X10
X1 = (X0* X25 *Dcy+ X0 * X1) * X10
0
Dcy*x25
1
KM1
KM3
x26
GPN
69
Exemple d’un séchoir
Mise en équation
20
x11
Grafcet de conduite
21
X20 = X10+ X21*X20
X21 = (X20*X11+X22*X21)*X10
Rearm
22
KM1
30s/X21
X22 = (X21*Rearm+X23*X22+X27*Aut*val)*X10
23
X23 = (X22*t/30s+X24+X27*X23+X26*t/30s)*X10
X24 = (X23*aut*val*dcy+X25*X24)*X10
X27 = (X23*Man*val+X22*X27)*X10
Action
KM2 = X21*X25*G
KM3 = X1+X2*X23
« GPN »
KM2
g
KM1
Aut.Val
Acy
26
KM1 = X1+X2+X25*D
27
Teta
25
d
KM3
24
X25 = (X24*Teta*Val+X25*X26)*X10
X26 = (X25*Acy+X23*X26)*X10
Man.Val
Aut.Val.dcy
KM1
30s/X21
70
GC
70
Exemple d’un séchoir
Programmation Langage
LADDER
X10 = X11* (Aud+Teta>>) + X11*X10
X11
Aud
X10
Teta>>
X10
X10
X11
Aud Teta>>
X11
X11 = X10* (Aud*Teta>>) + X10*X11
X11
X10
71