AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL

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27/12/2015
AUTOMATISME
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Opérateur
Compte
Rendu
Un Système Automatisé est toujours composé d'une Partie Commande et
d'une Partie Opérative.
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27/12/2015
SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
La Partie Commande
C'est la partie qui gère le fonctionnement du Système Automatisé.
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SYSTEMES AUTOMATISES
La partie commande reçoit les consignes de l'opérateur.
Ordres
Opérateur
Compte
Rendu
La Partie Commande
C'est la partie qui gère le fonctionnement du Système Automatisé.
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SYSTEMES AUTOMATISES
Elle adresse des ordres à la partie opérative.
La partie commande reçoit les consignes de l'opérateur.
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
La Partie Commande
C'est la partie qui gère le fonctionnement du Système Automatisé.
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SYSTEMES AUTOMATISES
Elle adresse des ordres à la partie opérative.
La partie commande reçoit les consignes de l'opérateur.
Ordres
Opérateur
Compte
Rendu
La Partie Commande
C'est la partie qui gère le fonctionnement du Système Automatisé. Elle reçoit des Compte-rendu de la partie
opérative.
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SYSTEMES AUTOMATISES
La partie commande reçoit les consignes de l'opérateur.
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
La Partie Commande
C'est la partie qui gère le fonctionnement du Système Automatisé.
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Opérateur
logique câblée: A partir du cahier des charges, on réalise
le fonctionnement de ce système en le câblant (Relais.
contacts,...) dépend de la technologie utilisée
Compte
Rendu
logique programmée: Les éléments extérieurs à la partie
commande (boutons poussoirs, capteurs, bobines de
contacteurs, pré actionneurs, ...) sont raccordés à un
système informatique ( automate programmable), celui-ci
étant programmé pour répondre au cahier des charges
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
avantages
inconvénients
Logique câblée
Logique programmée
Peu coûteuse lorsque le système est peu
complexe au niveau de sa partie
commande
Si on désire modifier l'automatisme, il faut
tout décâbler pour recâbler !
Le fonctionnement de l'automatisme est modifiable par
programme (ce programme peut être élaboré "hors machine"
puis implanté en peu de temps).
Le prix de revient est plus élevé que celui d'une logique
câblée lorsque l'automatisme est simple.
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PARTIE COMMANDE
AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL
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AUTOMATE PROGRAMMABLE
INDUSTRIEL
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DEFINITION (Norme française EN 61131-1):
« Système électronique fonctionnant de manière numérique, destiné à être
utilisé dans un environnement industriel, qui utilise une mémoire
programmable pour le stockage interne des instructions orientées
utilisateur aux fins de mise en oeuvre de fonctions spécifiques, telles que
des fonctions de logique, de mise en séquence, de temporisation, de
comptage et de calcul arithmétique, pour commander au moyen d’entrées
et de sorties Tout-ou-Rien ou analogiques divers types de machines ou de
processus.
L’automate programmable et ses périphériques associés sont conçus pour
pouvoir facilement s’intégrer à un système d’automatisme industriel et être
facilement utilisés dans toutes leurs fonctions prévues. »
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6
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Nous considérerons comme Automate Programmable un système :
construit autour d’un processeur numérique, spécifique ou non;
pouvant être relié à de nombreux signaux physiques ;
fonctionnant grâce à une protection adaptée dans des conditions
industrielles ;
doté d’un logiciel de programmation permettant un traitement simple
des variables booléennes (Tout ou Rien, TOR en abrégé) ;
doté de possibilités d’échanges avec d’autres processeurs.
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Les fonctions que l’automate doit remplir :
un rôle de commande où il est un composant d’automatisme, élaborant
des actions, suivant une algorithmique appropriée, à partir des
informations que lui fournissent des détecteurs (Tout Ou Rien) ou des
capteurs (analogiques ou numériques) ;
un rôle de communication dans le cadre de la production :
avec des opérateurs humains : c’est le dialogue d’exploitation,
avec d’autres processeurs, hiérarchiquement supérieurs (calculateur
de gestion de production), égaux (autres automates intervenant dans la
même chaîne) ou inférieurs (instrumentation intelligente).
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L'A.P.I. est un équipement spécialement conçu pour
l'industrie et destiné à piloter des chaînes de montages,
productions, manutentions, robots industriels, machines
outils…
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Alimentation
Registres de travail
Fonctions spécifiques
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Processeur
Un processeur est l'unité fonctionnelle capable
d'interpréter et d'exécuter les instructions du
programme.
Processeur
Dans un API le processeur gère
l'ensemble
des
échanges
informationnels en assurant:
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
 la lecture des informations d'entrée.
U.A.L
 l'exécution des instructions du programme
mis en mémoire
Accumulateur
Registres de travail
 la commande ou l'écriture des sorties
Fonctions spécifiques
Alimentation
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Pour réaliser ces différentes fonctions, le processeur se compose :
d'une unité logique(UL) ou Unité
Logique et Arithmétique (ULA ou UAL
abréviation en anglais) opérations
logiques: ET, OU, NON; Opérations
arithmétiques: addition, multiplication,…
Processeur
un accumulateur: registre de travail
dans lequel est stocké temporairement
un résultat
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
un registre d'instruction: circuit qui
interprète
les
instructions
d'un
programme et sélectionne les éléments
nécessaires à l'UAL.
un compteur de programme ou
compteur ordinal: c'est un registre qui
contient l'adresse de la prochaine
instruction à exécuter.
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Alimentation
Registres de travail
Fonctions spécifiques
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Espace Mémoire
zone mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Entrées
La Zone mémoire va permettre:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
 De recevoir les informations issues des capteurs
d'entrées
 De recevoir les informations générées par le
processeur et destinées à la commande des sorties
(valeur des compteurs, des temporisation, …)
 De recevoir et conserver le programme du
processus
Sorties
Processeur
Action possible sur une mémoire :
 LIRE pour en lire le contenu d'un programme sans le modifier
ECRIRE pour modifier le contenu d'un programme
 EFFACER pour faire disparaître les informations qui ne sont plus nécessaire
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Espace Mémoire
zone mémoire
Interfaces
-Données
Entrées
-Programme:
Technologie des mémoires :
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Sorties
Pour stocker des informations, deux zones mémoires
sont nécessaires:
 Mémoire morte ( ROM : Read Only Memory)
 Mémoire vive (RAM
Processeur
: Random Access Memory)
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mémoire morte
 mémoire morte (ROM: Read Only Memory) pour stocker le
programme source ainsi que les variables initiales et les consignes
fournies par le constructeur. C'est une mémoire pour laquelle le
contenu est sauvegardé en cas de coupure du courant . Et seule la
lecture est possible.
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mémoire vive
Pour stoker temporairement les résultats internes. Elle s'efface
automatiquement en cas de coupure de courant électrique. Les
mémoires vives appelées à lecture-écriture (ou encore RAM: Random
Acces Memory) sont organisées en mots binaire. Chaque mot
fonctionne comme un registre à lecture et écriture parallèles.
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Les interfaces d'entrées/sorties
Les entrées reçoivent des informations en provenance des éléments de
détection et du pupitre opérateur.
Les sorties transmettent des informations aux pré-actionneurs et aux
éléments de signalisation du pupitre.
Interfaces d'entrées
Elles sont destinées à :
• Recevoir l'information en provenance du capteur
• Traiter le signal en le mettant en forme, en éliminant les parasites et en
isolant électriquement l'unité de commande de la partie opérative.
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Interfaces de sorties :
Elles sont destinées à :
•Commander les pré-actionneurs et éléments des signalisation du
système
•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.
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Opérateur
Compte
Rendu
La Partie Opérative
Machines …
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Opérateur
Compte
Rendu
Les Capteurs permettent de détecter des phénomènes physiques (présence d'un objet, présence
d'une chaleur, présence d'une lumière...)
Il existe deux grandes familles de capteurs : Les Capteurs à contact et les Capteurs sans contact.
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
Les Capteurs permettent de détecter des phénomènes physiques (présence d'un objet, présence
d'une chaleur, présence d'une lumière...)
Il existe deux grandes familles de capteurs : Les Capteurs à contact et les Capteurs sans contact.
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Capteurs
Capteur Fin de Course
Capteur Position
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SYSTEMES AUTOMATISES
Ordres
Compte
Rendu
Opérateur
Les Actionneurs permettent de transformer l’énergie reçue en un phénomène physique
(déplacement, dégagement de chaleur, émission de lumière ...).
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Actionneurs
Moteur Asynchrone
Tannage-machine
Vérin
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Registres de travail
Fonctions spécifiques
Alimentation
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Alimentation
Registres de travail
Fonctions spécifiques
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Registres de travail
Fonctions spécifiques
Alimentation
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Alimentation
Registres de
travail
Fonctions spécifiques
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Architecture d'un API
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Registres de travail
Fonctions spécifiques
Alimentation
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Espace Mémoire
Interfaces
-Données
-Programme:
Instructions de:
- lecture
- Ècriture
- test
Entrées
Capteurs
Sorties
Actionneurs
Processeur
Registre
d'instructions
Décodeur
d'instructions
Compteur de
programme
U.A.L
Accumulateur
Alimentation
Registres de travail
Fonctions spécifiques
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PROGRAMMATION DES API
Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique
programmable utilisée pour piloter des systèmes automatisés.
Dans un API cyclique, le programme s'exécute dans une boucle permanente.
Dans chaque itération de cette boucle ou cycle, trois types d'actions sont
effectuées:
1. l'acquisition des entrées
2. l'exécution du programme et
3. l'affectation des sorties
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A chaque début de cycle, l'automate détecte une
Autotests cycliques
éventuelle reprise secteur puis effectue une série
d'autotests cycliques (tests des mémoires, E/S,…)
Acquisition des
entrées
Traitement
du
programme
"L'acquisition des entrées" consiste à lire les
valeurs des bits d'entrées sur les modules
d'entrées de l'automate et à les mémoriser
dans la mémoire "image des entrées".
Le programme est alors exécuté dans l'ordre
croissant des adresses.
Mise à jour des
sorties
En exécutant chaque instruction, l'automate
lit la valeur d'une entrée dans la mémoire
"image des entrées", ou inscrit dans la table
"image des sorties" la valeur prise par une
sortie.
A chaque fin de cycle, l'automate met à jour les sorties:
il transfert les valeurs de sorties contenues dans la
mémoire "image des sorties" aux modules de sorties.
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Norme IEC 61131-3
Un API est programmé à l'aide de langages spécialisés, fournis par son constructeur
et utilisables au travers d'une interface (un logiciel sur PC, un pupitre...). Ces
langages peuvent être classés en 5 grandes familles
Les cinq langages sont :
SFC (« Sequential Function Chart ») : issu du langage GRAFCET, ce langage, de haut
niveau, permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels ;
FBD (« Function Block Diagram », ou schéma par blocs) : ce langage permet de
programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des
opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables ;
LD (« Ladder Diagram », ou schéma à relais) : ce langage graphique est
essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (true/false) ;
ST (« Structured Text » ou texte structuré) : ce langage est un langage textuel de
haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins
complexe ;
IL (« Instruction List », ou liste d’instructions) : ce langage textuel de bas niveau est
un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
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Norme IEC 61131-3
Un API est programmé à l'aide de langages spécialisés, fournis par son constructeur
et utilisables au travers d'une interface (un logiciel sur PC, un pupitre...). Ces
langages peuvent être classés en 5 grandes familles
Les cinq langages sont :
SFC (« Sequential Function Chart ») : issu du langage GRAFCET, ce langage, de haut
niveau, permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels ;
FBD (« Function Block Diagram », ou schéma par blocs) : ce langage permet de
programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des
opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables ;
LD (« Ladder Diagram », ou schéma à relais) : ce langage graphique est
essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (true/false) ;
ST (« Structured Text » ou texte structuré) : ce langage est un langage textuel de
haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins
complexe ;
IL (« Instruction List », ou liste d’instructions) : ce langage textuel de bas niveau est
un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
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Norme IEC 61131-3
Un API est programmé à l'aide de langages spécialisés, fournis par son constructeur
et utilisables au travers d'une interface (un logiciel sur PC, un pupitre...). Ces
langages peuvent être classés en 5 grandes familles
Les cinq langages sont :
SFC (« Sequential Function Chart ») : issu du langage GRAFCET, ce langage, de haut
niveau, permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels ;
FBD (« Function Block Diagram », ou schéma par blocs) : ce langage permet de
programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des
opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables ;
LD (« Ladder Diagram », ou schéma à relais) : ce langage graphique est
essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (true/false) ;
ST (« Structured Text » ou texte structuré) : ce langage est un langage textuel de
haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins
complexe ;
IL (« Instruction List », ou liste d’instructions) : ce langage textuel de bas niveau est
un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
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Norme IEC 61131-3
Un API est programmé à l'aide de langages spécialisés, fournis par son constructeur
et utilisables au travers d'une interface (un logiciel sur PC, un pupitre...). Ces
langages peuvent être classés en 5 grandes familles
Les cinq langages sont :
SFC (« Sequential Function Chart ») : issu du langage GRAFCET, ce langage, de haut
niveau, permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels ;
FBD (« Function Block Diagram », ou schéma par blocs) : ce langage permet de
programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des
opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables ;
LD (« Ladder Diagram », ou schéma à relais) : ce langage graphique est
essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (true/false) ;
ST (« Structured Text » ou texte structuré) : ce langage est un langage textuel de
haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins
complexe ;
IL (« Instruction List », ou liste d’instructions) : ce langage textuel de bas niveau est
un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
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Norme IEC 61131-3
Un API est programmé à l'aide de langages spécialisés, fournis par son constructeur
et utilisables au travers d'une interface (un logiciel sur PC, un pupitre...). Ces
langages peuvent être classés en 5 grandes familles
Les cinq langages sont :
SFC (« Sequential Function Chart ») : issu du langage GRAFCET, ce langage, de haut
niveau, permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels ;
FBD (« Function Block Diagram », ou schéma par blocs) : ce langage permet de
programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des
opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables ;
LD (« Ladder Diagram », ou schéma à relais) : ce langage graphique est
essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (true/false) ;
ST (« Structured Text » ou texte structuré) : ce langage est un langage textuel de
haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins
complexe ;
IL (« Instruction List », ou liste d’instructions) : ce langage textuel de bas niveau est
un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
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langage LD
 Le (Ladder Diagram) est une représentation graphique d’équations
booléennes combinant des contacts (en entrée) et des relais (en sortie).
 Il permet la manipulation de données booléennes, à l’aide de symboles
graphiques organisés dans un diagramme comme les éléments d’un
schéma électrique à contacts.
 Les diagrammes LD sont limités à gauche et à droite par des barres
d’alimentation
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Les composants graphiques élémentaires d’un diagramme LD sont :
Barre d'alimentation à gauche
Barre d'alimentation à droite
Arc de liaison horizontal
Arc de liaison vertical
Liaisons multiples verticales et horizontales
Contact associé à variable
Relais associé à une variable sortie ou interne
arcs de liaisons horizontaux ou verticaux
Liaison Horizontale ET
Liaison verticale
OU
Liaison multiple
v1
input1
output1
input1
output1
v2
output2
input2
output2
v3
output3
État de l’extrémité droite :
(v1 OU v2 OU v3)
output1 := input1;
output2 := input1;
output1 := input1 OU input2;
output2 := input1 OU input2;
output3 := input1 OU input2;
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Contacts
input1
I
I
input2
output1
P
Contact direct
Contact inversé
ouput1 := input1 AND (input2 AND NOT (input2prev));
(* input2prev est la valeur de input2 au cycle précédent *)
input1
I2
Contact à détection
de front positif
output1
N
I3
P
input2
N
ouput1 := input1 AND (NOT( input2) AND input2prev);
(* input2prev est la valeur de input2 au cycle précédent *)
Contact à détection
de front négatif
RELAIS
input1
output1
output2
(* Équivalence ST *)
output1 := NOT (input1);
output2 := input1;
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27/12/2015
RELAIS
Relais à action SET
Un relais à action SET permet le forçage d’une sortie booléenne en fonction
de l’état d’un arc de liaison.
Q1
S
Relais à action RESET
Un relais à action RESET permet le forçage d’une sortie booléenne en
fonction de l’état d’un arc de liaison.
Q1
R
49
Exemple de relais à action SET et RESET :
I1
Q1
S
I2
Q1
R
(* Équivalence ST *)
IF I1 THEN
Q1 := TRUE;
END_IF;
IF I2 THEN
Q11 := FALSE;
END_IF;
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Relais à détection de front montant
Un relais positif permet le forçage d’une sortie booléenne Q1 en fonction de l’état d’un arc de liaison.
Q1
P
 La variable est forcée à TRUE quand la liaison à gauche passe de l’état FALSE à l’état TRUE
: front montant.
Relais à détection de front descendant
Un relais négatif permet le forçage d’une sortie Q2 en fonction de l’état d’un arc de liaison.
Q2
N
 La variable est forcée à TRUE quand la liaison à gauche passe de l’état TRUE à l’état FALSE :
front descendant.
EXEMPLE
52
26
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