API mise en oeuvre
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TS Electrotechnique V1.0 Mise en œuvre et raccordement des Automates Programmables Industriels 1. Raccordement de l’unité de traitement ...................................................................................... 2 2. Raccordement des entrées/sorties TOR de l’unité de traitement ................................... 3 2.1 Principe de raccordement des entrées ................................................................................ 3 2.2 Exemple de raccordement ........................................................................................................ 3 2.3 Raccordement des capteurs à sorties statiques............................................................... 4 2.4 Exemple de raccordement de détecteurs ........................................................................... 5 2.5 Caractéristiques des entrées logiques.................................................................................. 6 2.6 Entrées alternatives................................................................................................................... 7 2.7 Caractéristiques des sortie TOR statiques........................................................................ 8 2.8 Caractéristiques des sortie TOR à relais ........................................................................... 9 3. Raccordement des entrées/sorties analogiques à l’unité de traitement ........................ 11 3.1 Entrées analogiques ................................................................................................................... 11 3.2 Sorties analogiques ....................................................................................................................13 4. Autres raccordements possibles sur l’unité de traitement .................................................14 4.1 Exemple d’utilisation ..............................................................................................................15 4.2 Caractéristiques électriques ...................................................................................................15 5. Modules de communication .............................................................................................................17 S.Ph -1- TS Electrotechnique V1.0 1. Raccordement de l’unité de traitement On retrouve sur ce schéma de mise en œuvre des automates télémécanique gamme TSX 17 : Q Sectionneur général. KM Contacteur de ligne ou disjoncteur (facultatif). KA Contacteur d'asservissement piloté par la sortie SECU 00,00 en marche auto. Di1 Disjoncteur magnétothermique type GB2-CB 08 ou fusible. Di2 Disjoncteur magnétothermique type GB2-CB .. ou fusible. Si une adaptation de tension est nécessaire pour la commande des pré actionneurs, ajouter derrière Di2 un transformateur de tension. Il faut relier un point du secondaire à la borne de terre Gnd. Gnd Borne de terre. Doit être située le plus près possible de chaque borne de terre de protection des modules. RG Masse de référence à relier à la terre usine. j Vers bornes d'alimentation des extensions en courant alternatif. k Vers schéma circuit de commande. l Vers commande des pré actionneurs des extensions en courant alternatif. m Raccordement des terres de protection, à réaliser par un conducteur vert/jaune S.Ph -2- TS Electrotechnique V1.0 S = 2,5mm2, de longueur la plus courte possible 24VCC interne réservé à l'alimentation des capteurs raccordés au TSX 17 et à celle d'un seul module de sorties analogiques TSX ASG 200. n Il est également possible de rencontrer des automates alimentés exclusivement en 24 V continu ou alternatif. 2. Raccordement des entrées/sorties TOR de l’unité de traitement 2.1 Principe de raccordement des entrées Capteur Adaptation en tension Mise en forme Information Alimentation capteur GND Etage d’entrée API Dans la pratique, les entrées sont souvent groupées par 2, 4, 8, 16, 32 ou plus afin de limiter le nombre de bornes de connexion. De ce fait ces différentes entrées, d’un point de vue de l’information, ont un point commun électrique. L’alimentation des différents capteurs est fournie soit par l’automate soit par une source de tension externe (la tension d’alimentation est presque toujours de 24 V continu). 2.2 Exemple de raccordement S.Ph -3- TS Electrotechnique V1.0 Sur l’exemple ci-dessus (automate de base Télémécanique TSX 17-21) on peut voir les sorties sur la partie supérieure de l’API et les entrées sur la partie inférieure. On peut noter que l’API est alimentable de 110 à 240 V AC.Il délivre aussi une alimentation 24 V CC pouvant fournir 250 mA. Cette fonction est très utile pour interfacer les entrées. On remarque que toutes les entrées TOR ont un commun 0V déjà relié par le constructeur à l’intérieur de l’automate ; le câblage des entrées de type contact libre de potentiel (ou contact sec) s’en trouve simplifié. Les sorties TOR à relais proposent différents groupes (de une à quatre) avec ou sans commun. 2.3 Raccordement des capteurs à sorties statiques Il existe de nombreux types de capteurs/détecteurs sur le marché ; Leur seul point commun est le type de raccordement électrique comme on peut le voir ci dessous : capteurs deux fils : ils se câblent comme des interrupteurs de position mécanique mais leur courant résiduel ou leur tension de déchet peut les rendre incompatibles avec certains automates programmables industriels. S.Ph -4- TS Electrotechnique V1.0 - Capteurs 3 fils : il en existe deux types, à sortie PNP pour les automates ayant des entrées avec une masse commune. (absorption de courant ou puit de courant) - et NPN pour les automates ayant des entrées avec un ‘ plus’ commun. (injection de courant) 2.4 Exemple de raccordement de détecteurs S.Ph -5- TS Electrotechnique V1.0 2.5 Caractéristiques des entrées logiques On retrouve dans cette documentation différentes caractéristiques telles que : les niveaux logiques nominaux correspondant à +24V pour un niveau logique ‘1’ et 0V pour un niveau logique ‘0’ pour un module à logique positive. En logique négative, on a l’inverse. Les valeurs limites d’entrées correspondent à des zones de niveaux logiques définies ci-dessous : (en logique positive) S.Ph -6- TS Electrotechnique V1.0 Tension d’entrée V1 H V1 L V0H Niveau logique ‘1’ Indéterminé Si la valeur de la tension présente sur l’entrée se situe dans la zone indéterminée, l’API conserve dans la mémoire image des entrées la valeur précédemment acquise sur l’entrée lorsqu’elle était dans un état logique définissable. Niveau logique ‘0’ V0L Ces zones permettent de définir un niveau d’immunité au bruit. Cette caractéristique permet de s’affranchir des inconvénients d’un signal perturbé au niveau amplitude. - Le temps de réponse des entrées est configurable de 0,1 à 7,5s sur n’importe quel changement d’état (du niveau logique ‘1’ vers ‘0’ ou bien de ‘0’ vers ‘1’). Le signal présent sur l’entrée n’est donc pris en compte qu’au bout du temps de réponse configuré. Il permet ainsi de filtrer (filtre passe bas) le signal présent sur l’entrée de manière à le ‘déparasiter’. Cette caractéristique permet de s’affranchir des inconvénients d’un signal d’entrée perturbé au niveau fréquentiel. La fréquence maximum du signal que l’on acquérir sur l’entrée est donc de 5 Hz. - l’impédance d’entrée permet de calculer le courant absorbé par l’entrée. - le niveau d’isolement permet de connaître la valeur de la tension maximale supportable par l’entrée pendant un temps donné. 2.6 Entrées alternatives S.Ph -7- TS Electrotechnique V1.0 Ce type de module d’entrée permet de s’affranchir de l’utilisation d’une source de tension continue. Seuls les capteurs ayant une sortie par ‘contact sec’ peuvent être utilisés. Du point de vue des caractéristiques temporelles, on peut remarquer que les temps de réponses sont de l’ordre de la dizaine de millisecondes. Ces entrées sont donc à réserver à la prise en compte de signaux lents. L’impédance d’entrée est considérée comme capacitive. Elle se compose en fait d’un redresseur suivi d’un étage de filtrage. Les valeurs nominales de tension d’entrée peuvent aller jusqu’à 230 V pour le module TSX DEZ 08A5. 2.7 Caractéristiques des sortie TOR statiques Ces sorties sont réservées à des pré actionneurs ou à des actionneurs alimentables sous tension continue et de faible puissance. La sortie est principalement composée d’un transistor. S.Ph -8- TS Electrotechnique V1.0 - La tension d’alimentation nominale commutable est de 24 V CC pour les modules présentés ici. - le courant maximum commutable est de 0,625 A. (0,5 A nominal) - la tension de déchet (0,3 V) correspond à la valeur que l’on trouve aux bornes de la sortie lorsque le transistor PNP qui la compose est passant. Le courant de fuite lorsque le transistor de sortie est bloqué est inférieur à 0,5 mA. - du point de vue temporel, on peut remarquer que le temps de commutation est extrêmement bref (0,5 ms). - les sorties sont protégées contre les surtensions par diode zener, contre les courts circuits par limitation de courant. Une protection contre une inversion de polarité est aussi présente. 2.8 Caractéristiques des sortie TOR à relais Ces sorties sont réservées à des pré actionneurs ou à des actionneurs alimentables sous tension continue ou alternative. Les puissances commutables sont importantes, la sortie étant physiquement composée d’un contact sec à fermeture. S.Ph -9- TS Electrotechnique V1.0 du point de vue électrique sur charge alimentée en alternatif, ces sorties commutent jusqu’à 1 A sous 220 V en régime AC12 (charge résistive) pour 1 million de manœuvres (durée de vie S.Ph - 10 - TS Electrotechnique V1.0 électrique). Pour le même point de fonctionnement, la durée de vie électrique descend à 0,15 millions de manœuvres en régime AC 15 (charge inductive) On peut remarquer que plus l’intensité à commuter est importante (jusqu’à 1A) plus la durée de vie électrique est diminuée. Le temps de réponse de ces sorties est de l’ordre de la dizaine de ms. Ces sorties ne sont pas protégées. Il faut donc adapter une protection en fonction de la charge placée sur la sortie ou par groupe de sorties. 3. Raccordement des entrées/sorties analogiques à l’unité de traitement 3.1 Entrées analogiques Dans certains automatismes, il est nécessaire de connaître la valeur d’une variable analogique (Température, pression, débit, vitesse, position...). Un module de conversion assure généralement la mise en forme de la variable mesurée (par exemple conversion d’une température en tension directement proportionnelle). Cette tension peut être ensuite envoyée vers un module de conversion analogique/numérique (entrée +10V/-10V, 0V/+10V, 0mA/20mA ou 4mA / 20mA) situé sur l’automate. Un mot au format 8, 10 ou 12 bits permet alors à l’automate de traiter cette variable par de la programmation (gestion d’alarme, contrôle, asservissement...) S.Ph - 11 - TS Electrotechnique V1.0 - les entrées peuvent se présenter sous forme de modules avec entrées en tension (TSX AEZ 801) ou en courant (TSX AEZ 802). Elles sont parfois intégrées directement au bloc de base de l’API comme sur le TSX 37-22 par exemple. S.Ph - 12 - TS Electrotechnique V1.0 Principe d'acquisition des mesures : Un module d'entrées analogiques ne comporte qu'un circuit de conversion analogique/numérique CAN (temps de conversion: 32 ms par entrée), les 4 entrées sont scrutées et converties séquentiellement. Ce qui représente un temps total de conversion de 128 ms pour les quatre voies. Le type de tension d’entrée peut être en tension (TSX AEZ 801) ou en courant (TSX AEZ 802) suivant la distance de transmission. Au delà de quelques mètres, une liaison en courant est impérative pour limiter l’erreur de mesure (problème de chute de tension en ligne). Sur certains types de modules, il est possible de relier directement le capteur sans interfaçage du signal (TSX AEZ 414) La fréquence de coupure indique la valeur maximale théorique de la fréquence du signal d’entrée que peut échantillonner le module. Le nombre de bit formant le mot numérique résultat de la conversion défini la précision. Avec 11 bits, on obtient une précision de 10/211 =4,88mV. Le bit de signe permet de définir le signe de la tension convertie. 3.2 Sorties analogiques De même qu’il est possible d’acquérir un signal analogique en entrée, il est possible de générer un signal sur une sortie analogique. Un module de conversion assure la mise en forme de la variable à convertir (par exemple élaboration d’une tension de consigne vitesse pour un variateur). S.Ph - 13 - TS Electrotechnique V1.0 la gamme de sortie permet de choisir une sortie en tension ou en courant suivant la distance de transmission du signal élaboré par la sortie. Au delà de plusieurs mètres, une sortie en courant s’impose. Le temps de restitution indique le temps mis par le convertisseur numérique/analogique CNA pour effectuer la conversion du mot numérique en valeur analogique à partir de l’instant ou le mot est placé en entrée du convertisseur. La résolution maximale (variation du bit de poids faible) est de 10/211 =4,88mV La sortie peut être unipolaire (positive uniquement) ou bipolaire (positive et négative) . Une sortie bipolaire est par exemple utile si l’on doit commander un variateur ayant une entrée permettant d’inverser le sens de rotation par la consigne. 4. Autres raccordements possibles sur l’unité de traitement Le comptage de pièces ou d'événements, le groupage d'objets, le contrôle de flux entrant et flux sortant, la mesure de longueur ou de position d'éléments, la mesure de vitesse, de fréquence ou de durée nécessitent des fonctions de comptage. Il existe des entrées dédiées à ce type de comptage ou de comptage/décomptage : Soit sur les entrées du module d'entrées/sorties “Tout ou Rien” classiques pour des signaux d’entrées ‘lents’. S.Ph - 14 - TS Electrotechnique V1.0 Soit sur des ‘entrées rapides’ intégrées ou non à l’unité de traitement pour des signaux de fréquence supérieure à quelque dizaine de Hertz. 4.1 Exemple d’utilisation Cet exemple permet de contrôler la bonne marche d'une pompe en prenant en compte sa vitesse de rotation. Cette vitesse doit être comprise entre un seuil bas (défaut pompe) et un seuil haut (désamorçage pompe). La mesure de la vitesse de la pompe s'effectue par la prise en compte des impulsions fournies par un codeur incrémental (ou détecteur de proximité) pendant une unité de temps (base de temps élaborée par l'automate TSX 37-22). La valeur courante obtenue est comparée aux deux seuils prédéfinis afin de déceler toute anomalie Cet exemple assure le comptage/décomptage d'objets situés dans un tunnel. Le système vérifie le non dépassement d'un seuil critique afin de déceler tout dysfonctionnement au niveau du tunnel. Cette application de comptage/décomptage comporte deux capteurs (détecteurs de proximité ou détecteurs photoélectriques) reliés à un compteur/décompteur à seuil. Chaque impulsion du capteur d'entrée incrémente le compteur, chaque impulsion du capteur de sortie le décrémente. Le dépassement du seuil maximal autorisé déclenche une alarme. 4.2 Caractéristiques électriques S.Ph - 15 - TS Electrotechnique V1.0 - Les fonctions de comptage peuvent être directement intégrées au module de base de l’API (TSX 37 22) ou bien être installés sous forme de modules (TSX CTZ 1A par exemple). S.Ph - 16 - TS Electrotechnique V1.0 -La fréquence maximale du signal envoyé sur ces entrées rapides peut aller de 40 kHz sur le module TSX CTZ 1A et jusqu’à 500 kHz pour le module TSX CTZ 2AA. - Les valeurs de tension logiques sont de 0 V pour l’état bas et de +5V pour le niveau logique 1 pour le module TSX CTZ 1A ou +24V pour le module TSX CTZ 2A. On retrouve aussi les valeurs limites de tension pour les niveaux logiques comme expliqué au paragraphe 2.5. - le type d’entrée caractérise le comportement de l’entrée : équivalent à une résistance (résistive) ou à absorption de courant (puit de courant). Les modules TSX CTZ 1A et TSX CTZ 2AA sont compatibles TTL, c'est-à-dire que le signal d’entrée peut être formée de créneaux 0-5V. 5. Modules de communication Les architectures réseau évoluent actuellement vers un standard de communication de type Ethernet. Les automatismes communiquant sont amenés à être intégré sur des architectures réseau existantes et péreine. C’est pourquoi on voit apparaître des modules de dialogue permettant de connecter un API sur un réseau Ethernet. S.Ph - 17 - TS Electrotechnique V1.0 Ces modules assurent plusieurs fonctions. : - Ils permettent un dialogue de l’API avec tout matériel placé sur le réseau Ethernet grâce au protocole TCP IP. - Ils peuvent embarquer un serveur WEB permettant d’obtenir des fonctions de supervision avec la conception de pages WEB utilisateur. - Ils permettent aussi une lecture de la configuration de l’API avec en plus des fonctions d’accès aux variables et données automate et un téléchargement possible d’applications. Exemple d’architecture Ethernet : Les flèches indiquent tous les dialogues possibles entre différents matériels. S.Ph - 18 - TS Electrotechnique V1.0 On retrouve sur ce module plusieurs connecteurs de branchement : - raccordement avec le terminal (API) connecteur ps2 - raccordement avec le réseau Ethernet (connecteur RJ 45) - raccordement avec un PC (connecteur Sub D 9broches) par liaison série RS232 - des leds de diagnostics Le module TSX ETZ 510 embarque une mémoire de 8 Mo pour stocker des pages WEB. (Programmation en HTML) tandis que le module TSX ETZ 410 n’a pas la fonction de serveur WEB. (Il permet juste à l’API d’obtenir une communication sur le réseau) - La vitesse de connexion au réseau peut être de 10 ou de 100 Mbits/s. S.Ph - 19 -
