AutomatismeAutomatisme

Un système de production est dit automatisé lorsqu’il peut gérer de

manière autonome un cycle de travail préétabli qui se décompose

en séquences et/ou en étapes.

Ce cours permet de comprendre la structure d’un Système Automatisé

de Production et de définir les différentes parties de ce système.

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• Système Automatisé de Production (SAP):Système autonome de création de valeur ajoutée.Sous des impératifs de sécurité, productivité, adaptabilité…

Matière d’œuvreMatière d’œuvre

+

Valeur ajoutée

Système automatisé de production

Bouteille + bouchon.

Pièce non percée

Matière brute

Pièce au point A

SAP

Bouteille bouchée

Pièce percée

Pièce finie

Pièce au point B

Objectif: Augmenter la compétitivité des produits en réduisantle coût unitaire de chaque produit.

Introduction

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Exemple de SAPExemple de SAP: chaîne de palettisation.: chaîne de palettisation.

Agir sur la matière d’œuvre

Ventouse, convoyeur

Transformer l’énergie

Moteur, Vérin

Acquérir des informations

Capteur de Position

Traiter les donnéesémettre des ordres

API

Communiquerlocalement et à distance

Terminaux de dialogue

Distribuer l’énergie

Contacteur électriqueDistributeur pneumatique

Les systèmes automatisés, utilisés dans le secteur industriel, possèdent une structure de base identique. Ils sont constitués de plusieurs parties plus ou moins complexes reliées entre elles :

• la partie opérative (PO) ;

• la partie commande (PC) ou système de contrôle/commande

I. Analyse fonctionnelle d’un SAPI. Analyse fonctionnelle d’un SAP

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Energie convertie

Energie du réseau de distribution

Ordres

Informations Evénements

Capteurs

Acquérir de l’information

Préactionneurs

Distribuer l’énergie

ActionneursConvertir l’énergie en

action

EffecteursAgir sur le produit

Constituants de dialogueCommunication-les opérateurs-les postes de travail amont/aval/-avec d’autres systèmes (ERP, BdD...)

PARTIE COMMANDE

Traiter les informations

Echange d’énergie

Echange d’informations

Ajout de valeur ajoutée

Consignes, Messages

Matière d’œuvre

Matière d’œuvre+

valeur ajoutée

Partie opérative/ Partie commandePartie opérative/ Partie commande

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Energie convertie

Energie sécurisée

Ordres

informations Évènements

Capteurs

Acquérir de l’information

Préactionneurs

Distribuer l’énergie

ActionneursConvertir l’énergie en

action EffecteursAgir sur le produit

PARTIE COMMANDE

Traiter les informations

Ajout de valeur ajoutée

Matière d’œuvre

Matière d’œuvre+

valeur ajoutée

Appareillages de distribution

Adapter, Isoler, Sécuriser

Réseaux d’énergie (pneumatique, électrique, hydraulique)

Partie commande

(PC)

Partie Opérative

(PO)

Chaîne d’action

I.2 Partie opérativeI.2 Partie opérative

Elle gère, selon une suite logique, le déroulement ordonné des opérations à réaliser. Il reçoit des informations en provenance des capteurs de la Partie Opérative, et les restitue vers cette même Partie Opérative en direction des pré-actionneurs et actionneurs. L’outil de description de la partie commande s’appelle le GRAphe Fonctionnel de Commande Etape / Transition (GRAFCET ).

I.1 Partie commandeI.1 Partie commande

•des pré-actionneurs (distributeurs, contacteurs) qui reçoivent des ordres de la partie commande;•des actionneurs (vérins, moteurs, vannes) qui ont pour rôle d’exécuter ces ordres. Ils transforment l’énergie pneumatique (air comprimé), hydraulique (huile sous pression) ou électrique en énergie mécanique ;

•des capteurs qui informent la partie commande de l´exécution du travail. Par exemple, on va trouver des capteurs mécaniques, pneumatiques, électriques ou magnétiques montés sur les vérins. Le rôle des capteurs (ou détecteurs) est donc de contrôler, mesurer, surveiller et informer la PC sur l’évolution du système

C’est la partie visible du système. Elle comporte les éléments du procédé, c’est à dire :

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I.3. Les capteurs I.3. Les capteurs

I. 3.1 types de capteursI. 3.1 types de capteursLes détecteurs (ou capteur T.O.R.)Les détecteurs (ou capteur T.O.R.): - Un détecteur fournit une information binaire à la partie commande.(Présence d’une pièce ou non, seuil de température atteinte, Vérin sorti…)

- Il existe différentes familles technologiques de détecteurs: mécanique, optique, inductif, capacitif… dont les caractéristiques distinctes sont des éléments de choix.

Les capteurs analogiquesLes capteurs analogiques :- Un capteur analogique fournit une image électrique (tension 0-10V ou courant 4-20mA) d’une grandeur physique évoluant continument dans le temps, dans une gamme de variation donnée.

Les capteurs numériques (ou codeurs)Les capteurs numériques (ou codeurs)

- Les codeurs transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions,..., pouvant être lus sur 8, 16,32 bits.

Rôle: Fournir à la PC des informations sur l’état du système. Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques exploitables par la PC

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Détecteur de position mécanique (TOR)Détecteur de position mécanique (TOR)

Détecteur de position Symbole principe

Utilisation:

Détecteur de position, fin de course,

Détection de présence d’objets solides

Avantage

•sécurité de fonctionnement élevée

•fiabilité des contacts.

•tension d'emploi élevée

•mise en œuvre simple, fonctionnement visualisé.

•grande résistance aux ambiances industrielles

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Détecteur de inductif Symbole principe

basée sur la variation d’un champ magnétique à l’approche d’un objet conducteur du courant électrique

Utilisation:

Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets métalliquesL'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de position.

Avantages

•Pas de contact physique avec l’objet détecté. •Pas d’usure•Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres. •Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche. •Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante

Détecteur de proximité inductif (TOR)Détecteur de proximité inductif (TOR)

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Utilisation:

Détection à courte distance d’objets métalliques ou non.

Avantages

Idem détecteur inductif mais plus cher et pas de pièces en mouvement

•Pas de contact physique avec l’objet détecté. •Pas d’usure. •Détecteur statique, pas de pièces en mouvement. •Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres. •Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche. •Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante

Détecteur de inductif Symbole principe

basé sur la variation d’un champ électrique à l’approche d’un objet quelconque.

Détecteur de proximité capacitif (TOR)Détecteur de proximité capacitif (TOR)

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Détecteur de inductif Symbole principe

Les détecteurs photoélectriques se composent ssentiellement d'un émetteur de lumière associé à un récepteur photosensible.

Utilisation:

Détection de tout objet opaque.

Avantages

•Pas de contact physique avec l’objet détecté. •Pas d’usure.•Détection sur de grande distance. •généralement en lumière infrarouge invisible, indépendante des conditions d'environnement •Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante

Détecteur de proximité photoélectrique (TOR)Détecteur de proximité photoélectrique (TOR)

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détection photoélectriquesdétection photoélectriques

barrage •2 boitiers •portée : 30m •pas les objets transparents

Symbole

                  

                                                   Système réflex

•1 boitier •portée : 15m •pas les objets transparents et réfléchissants

Symbole

           

                                                   Système proximité

•1 boitier •portée : dépend de la couleur de l'objet•pas les objets transparents

Symbole

           

                                                   

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I. 3.2 Critère de choix d’un capteurI. 3.2 Critère de choix d’un capteur

•Critères de choixCritères de choix

Ambiance industrielle: Poussiéreuse, humide, explosive…

Nature de la détection

Nombre de cycle de manœuvre.

Nombre et nature des contacts requis

Place disponible….

Choix du capteurChoix du capteur

II.Chaîne de distribution de l’énergie dans les SAPII.Chaîne de distribution de l’énergie dans les SAP

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Technologie pneumatique Technologie électriqueAvantages:Avantages:•Mise à disposition généralisée.•Source autonome et secourue.•SAP « tout électrique »•Silencieux•Précaution à prendre en atmosphère humide (IP)

AvantagesAvantages::

•Énergie propre de mise en œuvre aisée•Sécurité de fonctionnement•Grande vitesse de déplacement des vérins

Principaux éléments de mise en œuvrePrincipaux éléments de mise en œuvre

Réseau d’énergie

Appareillage de distribution

Pré-actionneur Principaux actionneurs

pneumatique Compresseur •Cellule FRL•Sectionneur•Démarreur progressif

Distributeur Vérin

électrique Réseau EDF ou autonome

SectionneurInterrupteurDisjoncteurRelais thermique

Contacteur • Moteur• Résistance chauffante

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Mise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatiqueMise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatique

Compresseur ( jusqu’à 10 bars)(1bar = 1daN/cm2)

Symbole du compresseur intégré

Production d’énergie pneumatiqueElle est assurée par un compresseur, animé par un moteur électrique. Ce compresseur intégré est constitué d’un filtre, du système de compression de l’air, d’un refroidisseur assècheuret d’un dernier filtre. La pression de sortie est de l’ordre de 10 bars. Un réservoir permet de réguler la consommation.

La distribution d’énergie pneumatique se fait par canalisations rigides reliées par des cols de cygnes pour éviter de recevoir des impuretés ou de l’eau pouvant séjourner dansles conduites.

Pour supprimer ces impuretés ou ces eaux stagnantes, il y a des purgeurs au point bas de chaque raccordement, et les canalisations ont une légère pente.

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En tête de ligne, l’air doit être:

• Filtré pour assécher l’air et filtrer les particules solides.

• Réglé et régulé via un manodétendeur.

• Lubrifié pour éviter la corrosion et diminuer les frottements

Conditionnement de l’air1- Unité FRL

Avant d’utiliser l’air, il faut le filtrer, l’assécher, le graisser et réguler sa pression. Ainsi, avant chaque SAP (Système Automatisé de Production), on place une unité de conditionnementFRL qui adapte l’énergie pneumatique au système. Cette unité FRL est constituée d’un Filtre, d’un mano-Régulateur et d’un Lubrificateur.

2. SectionneurAfin de mettre le système en ou hors énergie, on utilise un sectionneur pneumatique. C’est une vanne, qui peut être manoeuvrée manuellement ou électriquement. Son rôle est d’isoler le circuit pneumatique du système par rapport à la source, et de vider ce circuit lors de la mise hors énergie.

3. Démarreur progressifIl assure une montée progressive de la pression dans l’installation en agissant sur la vitesse de remplissage du circuit. Monté en sortie du FRL et avant le sectionneur général, il protège les personnes d’une brusque remise en service des actionneurs.

Principaux actionneurs en technologie pneumatiquePrincipaux actionneurs en technologie pneumatiqueLes actionneurs pneumatiques convertissent l’énergie de puissance pneumatique en énergie mécanique de translation, de rotation ou d’aspiration. Leurs principales caractéristiques sont : la course, la force et la vitesse. Parmi les actionneurs pneumatiques, on retrouve principalementles vérins, les moteurs et les ventouses.

1.1. Vérin simple effetVérin simple effet

• un seul orifice d’admission d’air.• le retour à la position d’ équilibre s’effectue via un ressort dès lorsqu’on place

l’unique chambre à l’échappement

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2. Vérin double effet2. Vérin double effet

• deux orifices d’admission d’air.• Déplacement contrôlé dans les 2 sens

• Le vérin double-effet offre certaines possibilités impossible à réaliser avec un vérin simple-effet (amortissement fin de course etc..).

• Le vérin simple-effet est plus économique et consomme moins d’air.

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Autres types de vérin pneumatiqueAutres types de vérin pneumatique

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Vérin sans tige.

Vérin à double tige.

Vérin rotatif…

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3.Ventouse de préhension3.Ventouse de préhension.Le passage de l’air dans le rétrécissement augmente la vitesse de l’air et diminue sa pression (p2 < p1). Il se crée alors une dépression qui permet d’aspirer l’air de la ventouse, ou un fluide. Ce phénomène s’appelle l’effet Venturi

Une ventouse développe un effort F = Pr . S, avec S : surface de contact avec la pièce saisie et soumise à la dépression, et Pr : pression relative (Pr = Patm – Pi et Pi est la pression interne = « dépression » créée)

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Critères de choix d’un vérin:Critères de choix d’un vérin:1.La course.2.La force développée

2.1 Forces disponiblesAvec l’air comprimé, on dispose d’une énergie potentielle exploitable sous forme statique ou sous forme dynamique par transformation en énergie cinétique. 2.1.1 Force statiqueEn faisant agir l’air comprimé sur une face immobile, on obtient une force statique Fs proportionnelle à la pression p et à sa surface d’action S :

avec la force Fs exprimée en daN, la pression p de l’air comprimé en bars et la surface S en cm².

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Exemple :Soit un vérin double effet de diamètre intérieur 50 mm et de diamètre de tige 20 mm, avec une pression de 6 bars. La force statique tige sortie vaut :

En rentrée de tige, la section est égale à Svérin - Stige :

2.1.2 Force dynamique

Si la face est mobile en translation, la force dynamique Fd obtenue pendant le mouvement est plus faible car elle dépend des forces qui s’opposent à son déplacement : force liée à la pression opposée (dite contre-pression), force defrottement, force d’inertie.

On a alors l’expression suivante :

Avec la force dynamique Fd et la somme des forces résistantes ΣFr exprimées en daN, la pression p de l’air comprimé en bars et la surface S en cm².

On définit le rendement η d’un vérin comme étant le rapport de la force dynamique sur la force statique. Les mesures montrent que η est compris entre 0,8 et 0,95. On peut donc, faute de connaître le rendement exact du vérin, estimer la force dynamique en prenant pour η la valeur minimum de 0,8.D’où : Force dynamique Fd = Force statique Fs x 0,8

Pour être certain d’utiliser le vérin dans de bonnes conditions, on définit le taux de charge t.

Avec Fcharge : effort à vaincre pour déplacer la charge ; et Fs : poussée théorique.En pratique : 0,5 ≤ taux de charge t ≤ 0,75. Le taux de 0,5 est usuel.

Exemple:Reprenons les données de l’exemple précédent. Si le rendement est de 88 % (perte de 12 %), l’effort réellement disponible en poussant est :

avec un taux de charge de 0,6. La charge que peut réellement déplacer le vérin, en poussant, à la vitesse envisagée et dans de bonnes conditions est :

Fcharge = (0,6 x 117.8) daN = 70,68 daN

Les pertes dues aux frottements et à la contre-pression sont : (117.8 – 70.68) daN.

Exercice: Détermination d’un vérin

Soit un vérin servant au transfert de pièces, sous une pression de 6 bars. A l’issue des calculs de statique et de dynamique, l’effort que doit développer le vérin est de 118 daN en poussant

• Taux de charge :Une fois le type choisi (vérin simple effet, vérin double effet, vérin spécial, …), à partir des données, il va falloir déterminer le diamètre D. Le diamètre de tige d dépend de D (normes). C’est ici que le taux de charge t entre en jeu. Le taux de charge usuel est de 0,5, c’est à dire que le vérin va travailler à 50 % de ses capacités.Avec un taux de charge de 0,5, le vérin devra être capable de développer en poussant :

• Diamètres et course :La course du vérin est fonction de la longueur de déplacement désirée. On peut limiter extérieurement la course d’un vérin trop long, par une butée, fixe ou réglable. Pour calculer le diamètre D, il faut d’abord calculer la section S, avec Fnécessaire et la pression p de l’air comprimé :La section du vérin devra donc être au moins égale à :

Il va ensuite falloir choisir le diamètre parmi les diamètres normalisés. Deux solutions sont possibles :

- soit on choisit un diamètre légèrement inférieur, et le taux de charge sera plus grand,- soit on choisit un diamètre légèrement supérieur, et le taux de charge sera plus petit.

Dans notre exemple, nous choisirons un diamètre D égal à 80 mm, ce qui nous donnera un taux de charge t de 0,39.

La section S s’écrit en fonction du diamètre D :

Une autre méthode pour déterminer le diamètre d’un vérin consiste à utiliser les abaques du constructeur donnant les efforts dynamiques développés par le vérin en fonction de son diamètre et de la pression relative.

Dans notre exemple, le vérin doit développer 236 daN en poussant (ce qui inclut un taux de charge de 0,5), sous une pression de 6 bars. nous avons le choix entre les diamètres 63 et 80 mm.

• Amortissement :Une masse M en mouvement à une vitesse v possède une énergie cinétique qu’il faut dissiper en fin de course. Les vérins non amortis doivent être associés à des amortisseurs extérieurs. Les vérins standard disposent de dispositifs d’amortissement réglables dont les capacités sont limitées. Si le vérin arrive en fin de course, il convient de vérifier qu’il peut absorber l’énergie cinétique des masses en mouvement. Pour cela, il faut utiliser les abaques constructeur : on définit le point de rencontre entre la vitesse de déplacement et la masse à déplacer. Pour amortir cette charge, il faudra utiliser le vérin dont la courbe passe par ce point, ou le vérin dont la capacité d’amortissement est immédiatement supérieure à celle nécessaire.

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Actions réalisables à l’aide de vérins:

Si le vérin ne peut pas absorber cette énergie, il faut soit choisir un vérin de diamètre supérieur, soit disposer d’amortisseurs extérieurs, ou encore diminuer la vitesse dedéplacement de la charge si cela est permis.

Pré-actionneur pneumatique: les distributeursPré-actionneur pneumatique: les distributeurs

les distributeursles distributeurs

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Le distributeur a pour fonction de distribuer l’air dans les chambres du vérin en fonction des ordres qu’il reçoit. La commande (ou pilotage) du distributeur peut être manuelle, mécanique, électrique, pneumatique ou hydraulique. Il est constitué d’une partie fixe et d’une partie mobile appelée tiroir.

1. La partie fixe: Elle est dotée d’orifices connectés :

• à l’énergie source (air comprimé),• à l’actionneur,• à l’échappement.

2. Le tiroir : partie mobile, coulissant dans la partie fixe, est doté de conduites permettant le passage de l’air entre les différents orifices de la partie fixe. Les positions que peut occuper le tiroir sont symbolisées par des cases. Les flèches représentent le sens de passage de l’air pour chaque position du tiroir (un T représente un orifice obturé).

Un distributeur est caractérisé par : le nombre des orifices : 2, 3, 4 ou 5 ; le nombre des modes de distribution ou positions : 2 ou 3 ; le type de commande du pilotage assurant le changement de position :

simple pilotage avec rappel par ressort ou double pilotage.

la technologie de pilotage : pneumatique, électrique ou mécanique 

Symboles et conventions :

Une position pour chaque case

Orifice présent sur chaque case

Flèche indiquant le passage de l’air comprimé

Une voie Sourcepression

ÉchappementOrifice fermé

Le tiroir en se déplaçant selon l’ordre de la partie commande, donne différentes positions du distributeur :

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La commande des distributeurs:Il existe 2 types de distributeurs :

-Distributeur monostable.le tiroir est rappelé à sa position initiale par un ressort, dès la disparition du signal de pilotage.

-Distributeur bistable. le tiroir garde sa position en l’absence de signal de pilotage

Le signal de commande du tiroir peut-être:

• manuel.• mécanique,• pneumatique, • électrique.

La propriété fondamentale d'un distributeur est le débit d'air qui le traverse dans des conditions données de pressions en amont et en aval. Le coefficient KV permet de comparer les possibilités de débit d'air d'un distributeur.

La norme précise que le KV indique le débit d'eau en litres / minute qui traverse le distributeur en écoulement permanent lorsque la perte de charge (différence de pression) entre l'entrée et la sortie est de 1bar.

Abaque permettant le calcul du KV.Exemple:

Données : les caractéristiques de fonctionnement sont les suivantes :pression p = 6 bars,taux de charges du vérin T = 0,5diamètre du piston : D = 80 mmtemps de course t = 3 scourse du vérin : 50 cm

Solution :

1. Construire le point Y, issue de l'intersection de la courbe de taux de charge avec la droite de pression.

2. Construire le point X, issu de la droite en passant par Y et le point de la droite définissant le temps d'une course (3s)

3. Construire le point Z, situé à l'intersection de la droite "cylindré" et d'une droite ayant pour points extrêmes :

- la valeur du diamètre du piston du vérin (80 mm).- La course du vérin (50 cm).

4. Relier le point X au point Z, et chercher son intersection avec la droite des KV; on trouve la valeur du KV, soit ici KV =5,4.

Eléments de distribution d’énergie pneumatiqueEléments de distribution d’énergie pneumatique

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Le réducteur de vitesse.Le réducteur de vitesse.Unidirectionnel, cet élément permet de régler la vitesse de déplacement des vérins, en limitant le débit d’échappement correspondant

P1

1

2

1

2

1

V1

12

S1

1

-Y -Y

5 1

4 2

3

2

1

2

1

-Y1

A2A1

-Y2

A2A1

Le bloqueur.Le bloqueur.Il s’agit d’un simple distributeur 2/2 permettant de bloquer le mouvement d’un vérin pendant sa course, ou bien à l’arrêt.Il est nécessaire de le placer au plus près du vérin à bloquer.

Le silencieux.Le silencieux.Dispositif limitant les bruits lorsque de l’air comprimé part à l’échappement

Le réducteur de vitesse

Les Automates Programmables industriel (API)

1. La structure

Il gère et assure la commande d’un système automatisé. Il se compose de plusieurs parties et notamment d’une mémoire programmable dans laquelle l’opérateur écrit, dans un langage propre à l’automate, des directives concernant le déroulement du processus à automatiser.

Son rôle consiste donc à fournir des ordres à la partie opérative en vue d’exécuter un travail précis comme par exemple la sortie ou la rentrée d’une tige de vérin, l’ouverture ou la fermeture d’une vanne. La partie opérative lui donnera en retour des informations relatives à l’exécution du-dit travail.

Structure interne d’un API

Les API comportent quatre parties principales :

- Une mémoire ;- Un processeur ;- Des interfaces d’Entrées/Sorties ;- Une alimentation (240 Vac ; 24 Vcc).

Ces quatre parties sont reliées entre elles par des bus. Ces quatre parties réunies forment un ensemble compact appelé automate.

1.1 Description des éléments d’un API

Le processeur :Son rôle consiste d’une part à organiser les différentes relations entre la zone mémoire et les interfaces d’E/S et d’autre part à gérer les instructions du programme.

Les interfaces :L’interface d’Entrées comporte des adresses d’entrée, une pour chaque capteur relié. L’interface de Sorties comporte des adresses de sorties, une pour chaque pré-actionneur. Le nombre d’E/S varie suivant le type d’automate. Les cartes d’E/S ont une modularité de 8, 16 ou 32 voies. Elles admettent ou délivrent des tensions continues 0 - 24 Vcc.

La mémoire :Elle est conçue pour recevoir, gérer, stocker des informations issues des différents secteurs du système que sont le terminal de programmation (PC ou console) et le processeur, qui lui gère et exécute le programme. Elle reçoit également des informations en provenance des capteurs. Il existe dans les automates plusieurs types de mémoires (RAM , EEPROM).

L’alimentation :Tous les automates actuels utilisent un bloc d’alimentation alimenté en 240 Vac et délivrant une

tension de 24 Vcc.

1.2 Langages de programmation pour API

Chaque automate possède son propre langage. Mais par contre, les constructeurs proposent tous une interface logicielle répondant à la norme CEI1 1131-3. Cette norme définit cinq langages de programmation utilisables qui sont :

• GRAFCET (SFC) : ce langage de programmation de haut niveau permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels.

• Schéma par blocs (FBD) : 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.

• Schéma à relais (LD) : ce langage graphique est essentiellement dédié à la programmation d’équations booléennes (True/False).

Pour programmer l’automate, l’automaticien peut utiliser :

* une console de programmation ayant pour avantage la portabilité.

* un PC avec lequel la programmation est plus conviviale, communiquant avec l’automate par le biais d’une liaison série RS232 ou RS485 ou d’un réseau de terrain

Le GRAFCET ou GRAphe Fonctionnel de Commande Étape/Transition

Son but est la description du fonctionnement de l’automatisme contrôlant le procédé. C’est tout d’abord un outil graphique, puissant, directement exploitable, car c’est aussi un langage pour la plupart des API existants sur le marché. Il comprend :

• des étapes associées à des actions ;• des transitions associées `a des réceptivités ;• des liaisons orientées reliant étapes et transitions.

1. Description du GRAFCET1.1 éléments graphiques de base

1.2 Exemple

1.3 Les différentes structures graphiques du Grafcet

1.4 - Les règles d'évolution: régissent le comportement de la partie commande.

3.6 - Les réceptivités:3.6.1 - Front montant et descendant d'une variable binaire:

Une variable est dite « externe » (ou d’entrée) si elle est :- délivrée par la partie opérative à commander (état des capteurs) ou par son environnement (état d’un bouton manipulé par l’opérateur),

Une variable est dite « interne » si elle est :- relative à la partie commande, c’est à dire à la situation dans laquelle se trouve le grafcet (l’état de l’étape i est représenté par la variable d’étape Xi : Xi=1 si l’étape i est active),- générée par le modèle GRAFCET (compteur, variable de calcul…).

3.6.2 - Temporisations:

3.6.3 Prédicats : (noté entre crochets)

3.6.4 - Expressions générales des réceptivités

3.7 - Représentation des actions:3.7.1 – Les différentes types d’actions

3.7.2 – Les actions mémorisées

3.7.2 – Construction d’un compteur

Exercice 1:Un tapis avance pas à pas et transporte des bidons vides qui seront remplis et ensuite bouchés à des postes de travail différents. L’approvisionnement en bidons n’est pas régulier et certains bidons peuvent manquer de temps à autre. La distance entre les bidons présents est fixée par des taquets situés sur le tapis et distants d’un pas. Un dispositif permet à chacun des deux postes décrits, de détecter la présence ou l’absence d’un bidon.

La réceptivité toujours vraie (= 1) qui suit les étapes d’attente 5 et 8 permet de synchroniser les opérations effectuées aux deux postes.

Exercice 2:Un dispositif automatique destiné à trier des caisses de deux tailles différentes se compose d’un tapis amenant les caisses, de trois poussoirs et de deux tapis d’évacuation. Le poussoir 1 pousse les petites caisses devant le poussoir 2 qui, à son tour, les transfère sur le tapis d’évacuation 2, alors que les grandes caisses sont poussées devant le poussoir 3, ce dernier les évacuant sur le tapis 3. Un dispositif de détection placé devant le poussoir 1 permet de reconnaître le type de caisse qui se présente.

Exercice 3:Une perceuse effectue un cycle de perçage qui est commandé par les variables Booléennes d, h, m, f, b et p (voir figure) qui sont les entrées de l’automatisme à décrire par grafcet ; (elles sont à 1 quand il y a contact). Les sorties de cet automatisme sont les variables booléennes M, D, et R (qui valent 1 quand les moteurs correspondant sont en marche). Le cycle commence lorsque l’on appuie sur le bouton poussoir d, s’il y a une pièce présente. Les pièces à percer peuvent être de deux types : pièce basse ou pièce haute. Dés le début du cycle, on a mise en route du moteur de descente et du moteur de rotation de la broche portant le foret. Lorsque la pièce est haute (ce qui est repéré par le fait que le contact b se produit avant le contact à mi-course m), la broche remonte jusqu’au contact h quand le contact m est atteint, puis redescend jusqu’au contact f avant de remonter jusqu’au contact h et la rotation s’arrête à ce moment là. Lorsque la pièce est basse le cycle est le suivant. Quand le contact f est atteint, la broche remonte jusqu’au contact h et la rotation s’arrête ce moment-là. Avant de recommencer un nouveau cycle, il faut que la pièce percée ait été retirée et remplacée.

Exercice 3

Exercice 4:Deux wagonnets sont chargés de transporter du gravier de la station A à la station B dans un déplacement aller-retour de leur parcours respectif.Le moteur M peut tourner dans le sens horaire (MH) et entraîner : – le wagonnet A de la station A vers la station B; – le wagonnet B de la station B vers la station A.Le moteur M peut aussi tourner dans le sens antihoraire (MA) et entraîner : – le wagonnet A de la station B vers la station A; – le wagonnet B de la station A vers la station B.L’électrovanne E1 commande l’ouverture de la cuve de chargement (E1O) ou sa fermeture (E1F). Au-dessus de la cuve de déchargement, les wagonnets basculent et se vident par simple entraînement mécanique pendant l’approche du wagonnet.

Les capteurs :– F1 révèle que le poids du wagonnet chargé (A ou B selon le cas) est atteint ;– F2 révèle que le wagonnet (A ou B selon le cas) atteint sa position de chargement.

Au démarrage, le wagonnet A est toujours vide et à la station A, le wagonnet B est vide aussi et à la station B.On veut devoir actionner le bouton DE pour démarrer le cycle et AR pour l’arrêter.

Exercice 4

Exercice 5:Soit un dispositif de manipulation pouvant servir 3 postes P1, P2 et P3 . Au repos, le dispositif est présent à l’un des 3 postes pince ouverte. Un pupitre comprend 3 boutons-poussoir correspondant à des demandes de transfert vers l’un des trois postes. Lorsque le dispositif est au repos, la demande d’un autre poste déclenche la séquence suivante :

– fermeture de la pince (prise de l’objet) ; – transfert à gauche ou à droite suivant demande ; – ouverture de la pince dès que le poste désiré est atteint.

Pour des raisons de simplification on suppose qu’un seul appel peut être effectué à la fois.

Exercice 5

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Exercice 6:Pour les deux morceaux de grafcet x et y, le petit carré noir indique qu’une étape est active.

1- Reproduisez ces morceaux de grafcet en indiquant les étapes actives à l’instant suivant, en supposant que a=b=1 et c=0.

2- Le cas (y) pose un problème. Comment le résoudre ?

3- Corriger les 6 erreurs du grafcet (z).

(x) (y) (z)

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1- Premier grafcet inchangé (pour franchir la transition, il faudrait que 12 soit active). Le deuxième grafcet met en œuvre une divergence en OU qui n’est pas faite pour provoquer une activation simultanée : On devrait faire 14 ou 15 mais pas les deux. Il faut donc mettre une priorité par exemple on rend le14 prioritaire sur le 15 en modifiant la réceptivité vers 15.

2- Il manque une étape initiale ; la transition du haut n’a pas de réceptivité ; l’action conditionnelle devrait faire apparaître un C ; il n’y a pas de transition entre 7 et 5 ; le

numéro 5 est utilisé 2 fois ; il manque une flèche ascendante.

Exercice 6

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Problème

Soit l’écluse représentée ci-desous. On considère le cas où une péniche se présente en amont.Le batelier doit appuyer un bouton sur le quai (Bouton amont) pour pouvoir passer de l’amont au

bief (partie centrale). Une fois que le batelier aura appuyé sur ce bouton, la porte 2 va se fermer (si elle est déjà fermée, comme sur la figure, alors tant mieux, cette étape sera plus vite

terminée ) Puis la vanne 1 va s’ouvrir jusqu’à ce que le niveau d’eau du bief atteigne le niveau haut. Ensuite la vanne va se fermer et la porte 1 va s’ouvrir.

Ensuite, le batelier a 15 minutes pour faire avancer sa péniche. Au bout de 15 minutes, la porte 1 se ferme puis la vanne 2 s’ouvre pour faire passer le niveau du bief jusqu’au niveau bas. C’est terminé, la porte 2 ne se ferme pas (la porte 2 se ferme si une péniche arrive en amont, comme

indiqué plus haut).

1. On prendra pour étape initiale le cas où la porte 1 est fermée, la porte 2 ouverte, le bief au niveau

bas. Faites le Grafcet du système.

Important : On ne connait rien de la technologie des éléments. Donc vous ferez un grafcet point de vue partie opérative (c'est-à-dire que vous écrivez des actions comme ‘Ouvrir Vanne 1’ et pas des codes comme OV1, de plus, faites comme si vous aviez tous les capteurs nécessaires : vanne

1 ouverte, vanne 1 fermée…) Pour la temporisation, utilisez la notation normalisée.

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Problème