Chapitre 4: Langages de Programmation - cours-examens.orgcours-examens.org/images/An_2016_1/Veille/Industrie_automobile/...8 Exemple O2 I2 I3 I1 O1 O2=1 O1=1 + _ _ + A B Problème:

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Chapitre 4: Langages de Programmation

Pierre DuysinxUniversité de Liège

Introduction

Trois phases à la mise en œuvre d’un automate programmable

La conception Outils méthodologiques et modes de représentations propres àl’automaticien

La programmationTransposer la loi de contrôle en langage propre à l’automate

L’exécution du programmePrise en charge par un logiciel interne au PLC, l’exécutif

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Introduction

Importance de la cohérenceSur la facilité d’utilisationSur les performancesSur la maintenance

ProblèmesCombinatoire: les sorties sont déterminées en fonction des entrées uniquementSéquentiel: les sorties dépendent aussi de l’histoire via des variables internes mémorisées

Problèmes combinatoires

DEFINITIONProblème combinatoire: tous les signaux provenant du processus sont susceptibles de provoquer à n’importe quel moment une réaction de l’automateCas typique: surveillance de condition d’alarme

MODE DE REPRÉSENTATIONFormalisme à relaisLogigrammesEquations booléennes

Hypothèse: Modules fonctionnels travaillant en parallèle et de manière instantanée

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O1 I2 I3 I4 I5 = ( . + ) . ( + )I1

I1 I2 I4 O1

I3 I5

Relais

1

&

&

>=1

I1

O1

I2

I3

I4

I5 >=1

Blocs fonctionnels

Equationbooléenne


PROGRAMMATIONLangages à relaisLangages en logigrammesLangages en texte structuré

Programmer = reproduire l’équation et les schémas de représentationTraduction automatique en instructions machine

Langages par liste d’instructionsUtilisateur traduit l’équation en la décomposant et en la sérialisantMoins cohérentAttention à la séquenceLisibilité faible Documentation nécessaire

= Prolongation naturelle desmodes de représentation

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Ladder diagramme (Allen Bradley)

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Texte structuré (Télémécanique Schneider))

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Liste d’instructions (Siemens S7)


Logigrammes (Siemens S7)

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EXECUTIONSimuler au mieux le mode de fonctionnement en parallèle simultanéExécuter les instructions de manière linéaire et cycliqueScrutation des entrées au début du cycle et copies de sorties à la fin de chaque cycle

Problèmes séquentiels

DEFINITIONSouvent les problèmes industriels sont de nature séquentielle (problème avec transports d’outil, de matière…)A un moment donné, seul une série limitée de signaux donnés doivent être pris en considération et seuls un nombre limité de commandes sont susceptibles d’être appliquées au processus

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Exemple

O2I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A B

Problème:Par pression sur un bouton poussoir (I1), un chariot initialement en A (capteur I2 ouvert) est mis en mouvement vers la position B (sortie O1 vraie) Arrivé en B (capteur I3 ouvert) , le chariot repart en sens inverse (sortie O2 vraie) jusque ARecommencer si I1 vrai

ExempleO2

I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A B

Etape 1: chariot en position de départ (In2=0) , moteur arrêté (out1=out2=0)Seul l’entrée In1 peut faire évoluer l’état du systèmeSeule la sortie out1 est activable

Etape 2:Après pression de In1, le chariot est en mouvement vers B (out1=1)Seule l’entrée In3=0 peut faire évoluer la situation

Etape 3:Suite à l’arrivée du chariot en B (In3=0), retour du chariot vers A (out1=0, out2=1)Seule In2 peut faire évoluer la situation

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Conception de contrôles séquentiels

FORMALISME PARALLELEDans le cas de l’exemple simple, on peut encore envisager de concevoir le système de contrôle par un mécanisme parallèle c’est-à-dire utiliser les outils combinatoires.Exemple

O2I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A B

I2

O1

O2

O1

O2

I1

I3

I3

I2

Exemple (suite)

O2I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A BI2

O1

O2

O1

O2

I1

I3

I3

I2

Conception parallèle

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FORMALISME PARALLELEDifficultés du contrôle parallèle

Disparition de la séquence caractéristique dans le mode de programmationLa scrutation cyclique systématique des entrées qui conduit au mode parallèle est inutile,

Il n’y a jamais qu’une seule entrée qui peut faire évoluer le systèmeLa scrutation cyclique systématique des sorties est en principe superflue

Les entrées ne peuvent avoir une influence que lorsqu’on passe d’une étape à l’autre

Extension à des problèmes complexes extrêmement difficiles


FORMALISMES SEQUENTIELSPour prendre en charge la conception de systèmes séquentiels on a mis au point différents formalismes

Flow chartDiagrammes d’état: (state flow)GRAFCET: GRAF = graphe – C = commande – E = étape - T= transition

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Conception de contrôles séquentielssequentialproblem

simple/small

steps with

complex/large

single process

STATE DIAGRAM

EQUATIONSBLOCK LOGIC

shorterdevelopmenttime

performanceis important

multiple

SFC/GRAFSET

PETRI NET

processes

buffered (waiting)state triggers

no waiting withsingle states

SEQUENCE BITS

FLOW CHART

some deviations

very clear steps


first scan

STA

STB

STC

A

B

C

D

State diagramm

START

Reset all values off

start button pushed?

Open inlet valveClose outlet valve

Is tank full?

stop button pushed?

Open outlet valveClose inlet valve

no

no

yes

yes

no

yes

Flow chart

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FORMALISMES SEQUENTIELSLe GRAFCET aussi connu sous le nom SFC (Sequential Function Chart)

Normalisation CEI IEC 848Les carrés = étapes de fonctionnementLes rectangles associées = les actions à prendre si étape activeLe passage d’une étape à l’autre est verrouillé par une condition logique appelée réceptivitéLorsqu’une étape est active et que la réceptivité est vraie, on passe automatiquement à l’étape suivante tandis que l’étape précédente est désactivée


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Exemple (suite)

I1 Réceptivité : bouton poussoir

Réceptivité : arrivée en B

Réceptivité : retour en A

Etape 1 : Arrêt en A

Etape 2 : Mouvement de A vers B

Etape 3 : Mouvement de B vers A

Actions

I3

I2

1 O1 = 0 ; O2 = 0

O1 = 1 ; O2 = 0

O1 = 0 ; O2 = 1

2

3

GRAFCETGraphe de Commande Etape-Transition

O2I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A B


PROGRAMMATIONIl est parfaitement possible de transposer un GRAFCET en programme automate à partir d’un grand nombre de langages.

La programmation peut sembler assez lourde à première vue, mais l’intérêt réside principalement dans la résolution de problèmes assez complexesMontrer clairement la séquence réaliséeSystématiser la conception des systèmes: conditions d’activation et de désactivation se construisent de manière systématiqueFaciliter la mise au point, les tests, la maintenance

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Exemple (suite)

O2I2 I3

I1

O1

O1=1O2=1

+_

_

+

A B


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PROGRAMMATIONCaractère détourné de l’approche:

Le mode de représentation séquentiel du problème de départ est transposéen un mode de représentation parallèle afin de pouvoir être programméLa programmation donne lieu à une exécution purement séquentielle

La programmation de GRAFCET est loin d’être simple et peut donner lieu à des biais et des pièges qui seront expliqués au chapitre 6.

Langages séquentiels

Etant donné l’importance des problèmes séquentiels en pratique, les automates sont pourvus d’outils de programmation séquentielle pour faciliter la tâche du programmateur

Extension des langages combinatoiresFonction de relais bistables SR (set reset) ou relais à accrochage LATCH

Passe à 1 avec SET et y reste.Retombe à 0 et y reste avec RESET

Langage GRAFCETDe plus en plus de constructeurs offrent un mode de programmation graphique basé sur le GRAFCETA l’exécution, les étapes actives apparaissent en surbrillance

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Langages séquentiels

Exemple de langage de programmation en GRAFCETSource : ALLEN-BRADLEY

Exécution séquentielle

Deux prolongements possiblesOpérer la traduction du GRAFCET dans un langage parallèle traditionnelAdapter l’exécution à la nature séquentielle du problème

Opérer la traduction du GRAFCET en langage parallèleExécution cyclique aveugle avec les inconvénients

Balayage de tout le programmeScrutation de toutes les entrées Recalcul de toutes les sorties

Travail bidirectionnel: au niveau du GRAFCET pour la conception et au niveau du programme pour les tests

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Exécution de nature séquentielleLe processeur ne vérifie que les conditions logiques qui intéressent l’évolution du système, c.-à-d. les réceptivitésDétermine les actions correspondantes à l’étapeLangages GRAFCETConséquences favorables sur le temps d’exécution: très grands programmes en mémoire tout en gardant un bon temps d’exécution


En pratique dans un automate on trouve:Plusieurs séquences se déroulant en parallèleDes fonctions combinatoires (traitement d’alarmes)

Partie combinatoire: placée dans une première branche exécutée linéairement et cycliquementBranches séquentielles: dans une série de branches réservées. Le scheduler vérifie la bonne évolution des branches, effectue les évolutions, mémorise l’état d’avancement.Cohérence entre la conception, la programmation et l’exécution d’un automatisme

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LD : Ladder Diagram

IL : Instruction List

FBD : Function Block Diagram

SFC : Sequential Function Chart

ST : Structured Text

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