L’automate Programmable Industriel








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AIFT industrie

AUTOMATISME

Origine : GE

BEP MSMA

L’automate Programmable Industriel

Page sur










Nous avons vu précédemment que système automatisé n’était pas forcement synonyme d’automate industriel :
1/ Comparaison logique câblée, logique programmée :


  • Logique câblée : elle est réalisée avec des composants reliés entre eux électriquement (fil ou circuit imprimé) selon un schéma conforme au fonctionnement de l’équipement




  • Logique programmée : elle est réalisée à partir d’un dispositif programmable identique quel que soit l’équipement. On introduit dans ce dispositif un programme d’instruction conforme au fonctionnement de l’équipement.


Inconvénient de la logique câblée :


Alors S_____O qu'est ce que tu fais?

- En cas de modification du cycle, il faut recâbler l'équipement.
-
Encore 3 mois, 3 KM de câblage et c'est bon......pffffftttt
On rencontre des difficultés pour intégrer des fonctions complexes telles que comptage, calculs...
- Encombrement et complexité de la réalisation pour les équipements importants.


Principe général de la logique programmée :
Des fonctions logiques, de calcul, de comparaison... existent à l'intérieur d'une unité logique et arithmétique (ALU). Elles sont sollicitées à partir d'un programme qui ouvre et ferme des portes logiques en fonction des informations 0, 1 qu'il renferme.

On distingue les données d'entrée ou de sortie des instructions du programme. Toutes ces valeurs binaires étant mises en mémoire.
PARTIE 1

Définition d'un automatisme
I Introduction

On donne le nom d'automatisme à tout dispositif assurant le fonctionnement d'une machine ou d'une installation sans intervention humaine ou avec un minimum d'intervention.

Un automatisme élémentaire peut s'illustrer par un convecteur électrique qui se met en chauffe ou hors chauffe en fonction de la température détectée par son thermostat.

Le même convecteur dont le fonctionnement dépend non seulement de la température de la pièce à chauffer mais aussi de la fermeture de la fenêtre, de l'heure de la journée et de la température à atteindre à une heure donnée, constitue un automatisme plus évolué.
Exemple : Station de pompage automatique :


P-O


P1





N3










P2

N2






N1





P3









P-C

Informations des détecteurs de niveau

Commande

des pompes


Equipement d'automatisme








Ordres de l'opérateur

Informations vers l'opérateur

Pupitre opérateur



Cette station, devant alimenter en eau un quartier urbain est un exemple d'automatisme industriel. Cette installation comprend par exemple trois pompes identiques P1, P2 et P3 déversant leur eau dans un réservoir, chacune étant actionnée par un moteur électrique. Le fonctionnement de ces pompes dépend d'une part du niveau d'eau dans le réservoir, niveau décelé par trois capteurs N1, N2 et N3, d'autre part de l'identification de la dernière pompe en service de manière à assure une permutation automatique de leur commande pour en harmoniser l'usure.
L'automatisme prend en charge l'ensemble du fonctionnement de la station de pompage et tient informé l'opérateur sur son état (service effectif, n° de pompe en action...). Ce dernier n'intervient que pour la mise en service ou hors service de l'installation et pour en surveiller le bon fonctionnement.
Les "automatismes" touchent ainsi tous les domaines de la vie économique et sociale dans les secteurs industriels (production, transformation, manutention...), tertiaire (magasinage automatique, transport de personnes...) habitat (porte de garage, régulation de chauffage...).

II Structure d'un système automatisé







Moteurs, vérins...

Machine







































Acquisition des données (capteurs)

Commande de puissance (préactionneurs)







Pupitre

Dialogue homme/machine


Traitement de l'information









En règle générale, un automatisme se compose de :


  • La partie opérative qui concerne la machine ou l'installation à commander (c'est dans l'exemple de la station de pompage, l'ensemble constitué par les pompes, leurs moteurs, et le réservoir).




  • La partie commande qui concerne l'ensemble des moyens permettant de coordonner les actions de la partie opérative. Elle comporte quatre fonctions principales :


 L'acquisition des données,
 le traitement de l'information,
 le dialogue homme/machine,
 la commande de puissance.

L'acquisition de données :
Elle fournit à la fonction traitement toutes les informations sur l'état de la machine. Elle est réalisée par des capteurs (interrupteurs de position, pressostats, génératrices tachymétriques...).



Capteur de proximité :

Les capteurs électriques ou électroniques peuvent être de type "Tout Ou Rien" fournissant des informations continue (un courant électrique, une tension...). Ces informations sont le plus souvent représentatives d'une grandeur physique mais peuvent aussi représenter un comptage de pièces, la détection d'un défaut de fonctionnement.
Le traitement de l'information :
Il envoie des informations vers la commande de puissance en fonction de l'état de la machine, du fonctionnement souhaité, des consignes et ordres de marche affichés par l'opérateur sur le pupitre de commande de l'installation.

Automate programmable

Le dialogue homme / machine
Il consiste d'une part à fournir à l'opérateur l'ensemble des informations de surveillance et de fonctionnement de la machine, d'autre part à recueillir les ordres de cet opérateur. Les moyens utilisés sont des voyants, voire des écrans cathodiques, des listings d'imprimantes d'une part, des boutons-poussoirs, des claviers d'autre part.


Pupitre de commande et ensemble dialogue homme/machine :

La commande de puissance
Les informations émanants de la fonction traitement permettent d'agir sur les actionneurs. Les moyens utilisés sont des contacteurs électromagnétiques (commande Tout-Ou-Rien, des moteurs ou des électrovannes), des variateurs de vitesse électronique (commande des moteurs à vitesse variable), divers dispositifs d'électronique de puissance (commande de chauffage par exemple ) ou des distributeurs pneumatiques.

B
eaucoup d'automatismes ont été réalisés en technologie électromécanique ou pneumatique.

Contacteurs électromécaniques

La technologie utilisée avec ces technologie est dite " logique câblée" car la fonction de traitement est obtenue par un câblage entre les contacts de contacteurs auxiliaires ou de relais en électromécanique et par une association de modules logiques ( ET, OU ) en pneumatique. C'est la nature même du câblage qui détermine le fonctionnement de l'automatisme.

Ces même automatisme sont maintenant réalisables en logique programmée notamment à partir de matériels industriels dits "automates programmables".

PARTIE 2

Notion de logique

I Logique combinatoire et séquentielle
La logique
Reprenons l'exemple du convecteur électrique. Il se mettra en chauffe :
 Si la température est inférieure à 19°C

ET la fenêtre fermée.

Par convention, cette situation est notée "1", et "0" dans le cas contraire.




19°C






19°C

















T °C < 19°C, thermostat fermé, convecteur en chauffe ="1"











19°C

19°C


















T °C > 19°C, thermostat ouvert, convecteur à l'arrêt ="0"


Logique combinatoire
Un automatisme est dit combinatoire si l'état de chaque sortie ne dépend à chaque instant que de l'état des entrée.
Logique séquentielle
Un automatisme est dit séquentiel lorsque l'état de la sortie à un instant donné dépend de :


  • L'état combinatoire de ses entrées,

  • Et de son état à l'instant précédent.



II Logique câblée
La logique câblée peut se réaliser avec différentes technologies : électromécanique, électronique, pneumatique. Chacune de ces technologies étant liée à un symbolisme spécifique dans la représentation des schémas.




Logique câblée : représentation électromécanique


a

b


S


c

a

Logique câblée : représentation logique statique électronique


b





c

S



a

Logique câblée : représentation logique pneumatique


&

b


>1

c



III Logique programmée
Ce procédé de traitement consiste à remplacer tous les constituants utilisés en logique câblée :


  • Contacteurs auxiliaires ou relais câblés en série ou en parallèle pour les technologie électriques,

  • Cellules logiques ( ET, OU ), mémoire, séquenceurs pour la technologie pneumatique,

  • Logique statique électronique, réalisée par câblage de cellules élémentaires qui ont laissé place aujourd'hui à la logique programmée.


En logique programmée, les fonctions logiques de base sont effectuées par un PROCESSEUR et portent le nom D'INSTRUCTIONS.
IV Le programme
Il consiste en une suite d'instructions décrivant les opérations logiques ou numériques à effectuer dans l'automate.

Chaque instruction comprend un CODE OPERATOIRE définissant l'opération à exécuter et un OPERANTE qui est l'information sur laquelle porte cette opération, identifié par un repère (généralement numéro d'entrée/sortie).
A chaque instruction est associée une ADRESSE pouvant être :


  • Soit un numéro définissant son emplacement dans le programme,

  • Soit un nom symbolique.


L
'écriture des programmes est exécutée à partir de matériels spécifiques dits "outils de programmation". Ces matériels disposent d'un clavier et d'éléments de visualisation permettant au programmeur de visualiser son travail à chaque instant.

PARTIE 3

Architecture et fonctionnement d'un automate programmable
I L'alimentation
Sous des tensions continues de quelques volt, avec des quantités importantes d'informations traitées à grande vitesse; il est nécessaire de prendre des précautions vis-à-vis de l'environnement industriel (parasites sur les lignes électriques ou rayonnement électromagnétique ).

L'alimentation fournit à partir des tensions 24, 48, 110, 240, 400V les tensions continues nécessaires au fonctionnement des circuits électroniques.
II L'unité centrale
Le processeur ( ou unité de traitement )
Il réalise toutes les fonctions logiques ET, OU..., les fonctions de temporisation... et éventuellement des fonctions de comptage, de calcul... à partir d'un programme contenu dans sa mémoire. Le processeur est connecté aux autres éléments (mémoire et interface E/S ) par un certain nombre de liaisons parallèles très souvent réalisées sur un circuit imprimé situé à l'arrière des appareils et non accessibles à l'utilisateur.

C'est par cet ensemble de liaison appelées BUS que cheminent les informations ( un ensemble de "0" et de "1" ) entre les différentes parties d'un automate.

Le processeur possède d'autres voies de communications avec l'extérieur, par exemple :


  • Dialogue avec l'outil de programmation momentanément raccordé à l'automate pendant la phase de mise au point du programme,

  • Raccordement sur un réseau local de communication inter-automates,

  • Raccordement à d'autres automates ou micro-ordinateur.





Communications inter-automates



Energie



OUTIL DE PROGRAMMATION












Processeur

Unité de traitement


Mémoire


E/S


ALIMENTATION












La mémoire
Elle contient sous forme BINAIRE des informations indispensables au bon fonctionnement d'un automate, et se compose de :


  • La mémoire PROGRAMME ( programme à exécuter ),

  • La mémoire des DONNEES ( état des entrées sorties et valeurs des compteurs et temporisateurs ).


Actions possibles sur une mémoire :


  • ECRIRE pour en modifier les contenu,

  • EFFACER pour en faire disparaître le contenu,

  • LIRE pour en consulter le contenu sans le modifier.


On évalue souvent la capacité d'une mémoire en capacité de 8 BITS* ou OCTETS.
Exemple : Mémoire de 4 Koctets.

4x103 x 8 bits = 32 000 BITS. Cette mémoire peut contenir 32 000 informations élémentaires "1" ou "0".
ACTIONS POSSIBLES SUR UNE MEMOIRE :



ECRIRE
EFFACER
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