1AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS

(API)

2I. INTRODUCTION

Historique : les API sont apparus aux Etats-Unis vers 1969.

Objectif de dpart : rpondre aux dsirs des industries de lautomobile, de dvelopper des chanes de fabrication automatises, qui pourraient suivre lvolution des techniques et des modles fabriqus.

Evolution : lAPI sest de plus en plus dvelopp en raison :

de sa souplesse (du point de vue mise en uvre, ...),

de lvolution croissante des CPU,

mais aussi parce que dans les automatisations de commande complexe, les cots de cblage et de mise au point devenaient trop levs.

3Rle et emploi :.

LAPI est un appareil que l'on programme pour effectuer des oprations cycliques. Il reoit des donnes par ses entres, celles-ci sont ensuite traites par un programme dfini, et le rsultat obtenu est dlivr par ses sorties.

4Principe :.

La particularit essentielle de lAPI est de s'adapter aux besoins de chaque machine par une programmation. Matriellement, c'est un botier li l'extrieur par deux flux de signaux :

Les signaux d'entre : signaux en retour de la machine, signaux de commande issus du pupitre...

Les signaux de sortie : signaux de commande mis vers la machine, signaux de visualisation vers le pupitre...

5Capacit dun automate :. Elle est dtermine par le nombre de ses entres, de ses sorties,

ainsi que sa capacit mmoire ncessaire pour stocker le programme dans lunit centrale.

Programmation :. Elle peut s'effectuer de trois manires diffrentes :

sur l'API lui-mme l'aide de touches. avec une console de programmation relie par un cble l'API avec un PC et un logiciel appropri.

6Objectifs de lautomatisation

L'automatisation consiste transfrer tout ou partie des tches de coordination, auparavant excutes par des oprateurs humains, dans un ensemble d'objets techniques appel partie commande. Ceci permet de :

accrotre la productivit du systme, c'est--dire augmenter la quantit de produits (en terme de rentabilit, comptitivit, accroissement de production...) ;

amliorer la flexibilit de production (tches physiques ou intellectuelles pnibles pour l'homme ; tches rptitives, ...) ;

s'adapter des contextes particuliers (environnements hostiles pour l'homme ; milieu salin, spatial, nuclaire...) ;

d'autres objectifs, caractres sociaux, financiers... peuvent s'ajouter ceux-ci.

7II. STRUCTURE DES API

II.1 Rappel sur la structure dun systme automatis

Tout systme automatis comporte :

- une partie oprative (P.O.) procdant au traitement des matires doeuvre afin d'laborer la valeur ajoute;

- une partie commande (P.C) coordonnant lasuccession des actions sur la partie oprative avec la finalit d'obtenir cette valeur ajoute.

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9II.2 Aspect extrieur des API

Les API sont disponibles modulaires (diffrents types de microprocesseurs et dentres-sorties) et sous diverses prsentations : coffret, pack, cartes

Pour les ambiances difficiles (temprature, poussire, risque de projection ...), les API utiliss sont en botier tanche, supportant une large gamme de temprature.

Les contraintes de lenvironnement industriel se prsentent sous trois formes :

environnement physique et mcanique ; pollution chimique ; perturbation lectrique.

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II.3 Structure interne d'un API

La structure interne dun API peut se reprsenter comme suit :

La structure interne dun API est assez voisine de celle dun systme micro-programm. Le compteur de programme est un simple squenceur, qui met cycliquement en communication, dans un ordre immuable, les mots de mmoire programm avec le processeur.

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Les API comportent quatre principales parties (Figure ci-dessus) :

une mmoire ; un processeur; des interfaces dentres-sorties ; une alimentation 230 V, 50/60 Hz (AC) - 24 V (DC).

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III. DESCRIPTION DES ELEMENTS DUN API

III.1 La mmoire

Il existe dans les automates, plusieurs types de mmoires qui remplissent des fonctions diffrentes qui sont entre autres : conception et laboration du programme ; conservation du programme

La Zone mmoire va permettre : De recevoir les informations issues des capteurs dentres, De recevoir les informations gnres par le processeur et

destines commander des sorties (valeur des compteurs, des temporisations, ),

De recevoir et conserver le programme du processus.

Action possible sur une mmoire : ECRIRE pour modifier le contenu dun programme, EFFACER pour faire disparatre les informations qui ne sont

plus ncessaires, LIRE pour en lire le contenu dun programme sans le modifier.

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Technologie des mmoires :

RAM (Random Acces Memory): mmoire vive dans laquelle on peut lire, crire et effacer (contient le programme) ;

ROM (Read Only Memory): mmoire morte accessible uniquement en lecture.

EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) : mmoires mortes reprogrammables ; effacement aux rayons ultra-violets.

EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) : mmoires mortes reprogrammables ; effacement lectrique

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III.2 Le processeur

Le microprocesseur ralise toutes les fonctions logiques ET, OU, les fonctions de temporisation, de comptage, de calcul... partir d'un programme contenu dans sa mmoire.

Il est connect aux autres lments (mmoire et interfaces E/S) par des liaisons parallles appeles ' BUS ' qui vhiculent les informations sous forme binaire...

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Interfaces dentres : elles sont destines :

Recevoir linformation en provenance des capteurs ; Traiter le signal en le mettant en forme, en liminant les

parasites et en isolant lectriquement lunit de commande de la partie oprative.

Interfaces de sorties : elles sont destines :

Commander les pr-actionneurs et lments des signalisations du systme ;

Adapter les niveaux de tensions de lunit de commande celle de la partie oprative du systme en garantissant une isolation galvanique entre ces dernires.

III.3 Les interfaces

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Linterface dentre comporte des adresses dentre. Chaque capteur est reli une de ces adresses.

Linterface de sortie comporte de la mme faon des adresses de sortie. Chaque pr-actionneur est reli une de ces adresses.

Le nombre de ces entres et sorties varie suivant le type dautomate.

III.4 Une alimentation lectrique

Tous les automates actuels sont quips d'une alimentation 240 V 50/60 Hz, 24 V DC. Les entres sont en 24 V DC et une mise la terre doit galement tre prvue.

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IV. FONCTIONNEMENT DES API

Lautomate programmable est un systme de traitement logique dinformations, dont le programme de fonctionnement est effectu partir dinstructions tablies en fonction du processus raliser.

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LAPI est construit autour dun microprocesseur ;

Les entres sont nombreuses et acceptent les signaux venant des capteurs ;

Les sorties sont traites pour actionner les actionneurs ;

Le langage de programmation est simple et accessible rapidement ;

La mmoire est en partie prise par le programme moniteur (contrle fonctionnement de lautomate, gestion interne des traitements).

IV.1 Principe gnral de fonctionnement dun API

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Dune faon gnral, on a (voir figure ci-dessus) : Le programme de traitement des informations est stock en

mmoire. Lunit de traitement pilote le fonctionnement de lautomate. La console de programmation assure le dialogue entre

loprateur et lautomate. Enregistrement du programme et transfert dans lautomate.

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IV.2 Mise en oeuvre

A partir dun problme dautomatisme donn, dans lequel on a dfini les commandes, les capteurs et le processus raliser, il faut :

- Etablir le GRAFCET (ou lorganigramme,logigramme, quations logiques, ) ;

Ecrire le programme (criture des instructions) ;

Rentrer le programme laide de la console de programmation ;

Transfrer le programme dans lunit centrale de lautomate ;

Tester vide (mise au point du programme) ;

Raccorder lautomate la machine.

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IV.3 Choix dun API

Les critres de choix essentiels dun automate programmable industriel sont :

Les comptences/expriences de lquipe dautomaticiens et la mise en oeuvre et programmation de la gamme dautomate;

Les capacits de traitement du processeur (vitesse, mmoire, donnes, oprations, ...);

Le nombre et le type des entres/sorties ncessaire;

La qualit du service aprs-vente;

Etc.

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Le processeur peut excuter un certain nombre doprations logiques; lensemble de ces instructions boolennes, et des instructions complmentaires de gestion de programme (saut, mmorisation, adressage ...) constitue un jeu dinstructions.

V. JEU DINSTRUCTIONS

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V.1 Oprations logiques de base

Les oprations logiques de base sont :

Lecture de l'tat d'une variable (Load, If, ... etc); Et logique (AND); OU logique (OR, + ...); Affectation ou gal ( = , SET , ....); Ngation ou PAS (NOT , Non , Pas).

V.2 Instructions complmentaires

Les instructions complmentaires sont la mmorisation, la temporisation, le comptage, le saut (avant ou arrire),

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V.3 Langages d'automates

Les automates programmables industriels doivent pouvoir tre utiliss facilement par du personnel habitu aux techniques classiques d'automatisation et peu l'informatique.

Ceci a conduit les constructeurs des API concevoir des langages d'application spcialement adapts la ralisation d'automatisme.

On distingue :

Les langages graphiques :

LD : Ladder Diagram ( Diagrammes chelle ) FBD : Function Block Diagram ( Logigrammes ) SFC : Sequential Function Chart ( Grafcet)

Les langages textuels :

IL : Instruction List (Liste dinstructions). ST : Structured Text (Texte structur).

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VI.1 Principe

Les commandes d'automatismes cbls sont de plus en plus remplaces par des API ou des micro-ordinateurs qui assurent la commande et le rglage des machines, d'lments de machine ou d'tapes de fabrication.

A partir du moment o tous ces quipements sont de type informatique, il devient intressant de les interconnecter un mini-ordinateur ou un automate de supervision.

VI. RESEAUX DAUTOMATES

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En conformit avec la philosophie des automates, les besoins de communication inter-automates sont couverts par des rseaux d'automates.

L'interconnexion entre deux automates peut tre ralise trs simplement en reliant certaines sorties d'un automate des entres de l'autre automate et vice-versa.

Inconvnient : Cette mthode ne permet pas de transfrer directement des variables internes d'un automate sur l'autre. Elle devient coteuse en nombre dentres/sorties lorsque le systme devient plus complexe.

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VI.2 Diffrents types de rseaux dautomates

VI.2.1 Rseau en toile

Dans ce cas, un centre de traitement commun, change avec chacune des autres stations. Deux stations ne peuvent pas changer directement entre elles (Figure ci-dessous).

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VI.2.2 Rseau en anneau

Chaque station peut communiquer avec sa voisine. Cette solution est intressante lorsqu'une station doit recevoir des informations de la station prcdente ou en transmettre vers la suivante.

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VI.2.3 Rseau hirarchis

C'est la forme de rseaux la plus performante. Elle offre une grande souplesse d'utilisation.

Les informations peuvent circuler entre stations d'un mme niveau ou circuler de la station la plus volue (en gnral un calculateur) vers la plus simple, et rciproquement.

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un API, comme tout systme de commande complet, doit procurer les aides au rglage et au dpannage de la machine au cours de son exploitation, mais aussi permettre :

la visualisation des tats des entres et des sorties ; la visualisation de l'avancement du cycle par exemple par

l'affichage des tapes actives ; laccs aux diffrents rglages : temporisations, comptages...

L'installation doit donc permettre d'assurer les trois fonctionssuivantes :

Programmation lors de la premire mise en oeuvre ; Commande automatique de la machine ; Aide l'exploitation (rglages et dpannages).

VII. Instructions spcifiques pour une premire mise en uvre de lAPI

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Dans cette configuration, tous les points d'accs sont situs sur lAPI, qui est utilis la fois pour la commande automatique, la programmation et l'aide l'exploitation.

Cette configuration, plus classique prvoit un terminal de programmation amovible, permettant une programmation servant plusieurs machines ; il peut tre trs dvelopp, et faciliter la programmation et les rglages

VII.1 Principales configurations pour mise en uvre des API

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Cette configuration fait correspondre un appareil chaque fonction :

La commande automatique est assure par l'automate programmable implant en coffret;

La programmation se fait par un terminal amovible ; L'aide l'exploitation s'effectue par un terminal

d'exploitation implant sur pupitre, et qui permet les rglages et dpannages.

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VII.2 Exploitation directe du grafcet avec un logiciel

Lorsquun logiciel adapt lautomate est disponible, la procdure suivre pour implanter le programme est le suivant :

Etablir le grafcet conformment au cahier des charges;

Utiliser le module graphique du logiciel pour insrer la version schmatise du grafcet;

Sauvegarder puis compiler le programme conformment au manuel;

Procder diverses simulations pour tester les tapes, transitions, etc, et valider ainsi le modle;

Transfrer vers lautomate;

Tester.

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VII.3 Exploitation indirecte du grafcet

Lorsquon ne dispose pas dun logiciel adapt lautomate, il reste la possibilit de :

Convertir le grafcet en langage Ladder (ou schmas contact);

Convertir le grafcet en langage LI (Liste dinstructions);

Convertir le grafcet en schmas contact.

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VII.4 Prsentation et raccordement automate

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VIII. Le langage contacts ou Ladder Diagramme

Le ladder diagramme est un mode de programmation utilisant une symbolique beaucoup plus lisible que les codes boolen ou listes dinstructions.

Lide de base de ce langage consiste utiliser le principe des rseaux contacts pour reprsenter les fonctions logiques raliser.

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Symbolique Ladder

Les symboles utiliss dans ce mode de programmation sont :

: variable d'entre ou contact fermeture ;

: variable d'entre complmente ou contact ouverture;

-( )- : variable de sortie (O0,2 sortie automate, etc..);

-(S)- : sortie mise un mmorise (S = set);

-(R)- : sortie mise zro mmorise (R = reset),

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Rgle

Le ET logique de plusieurs variables est reprsent dans le langage Ladder par la mise en srie des symboles associs ces variables.

Le OU logique de plusieurs variables est reprsent dans le langage Ladder par la mise en parallle des symboles associs ces variables.

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