Fascicule de TD - neanne.univ-tln.frneanne.univ-tln.fr/IMG/pdf/m2102_autom_fascicule_td.pdf · Automatisme TD M2102 TD 1 - Gestion de chauffage pour un bâtiment tertiaire → Architecture

M2102 : Automatisme

- Fascicule de TD -

DUT GEII - S2

Automatisme TD M2102

TD 1 - Gestion de chauffage pour un bâtiment tertiaire

→ Architecture des S.A, adressage des données, langage LD

Nous allons nous intéresser à la gestion d'équipements de chauffage dans un local à usage tertiaire (bureaux), en vue d'optimiser l'énergie consommée.

1.Câblage & configuration du système.

Les ventilo-convecteurs sont des équipements terminaux destinés à diffusé l'air conditionné par le système de production de chaud/froid, afin d'assurer le confort thermique des occupants.

Le local considéré est dans la configuration suivante :

Afin d'éviter les gaspillages, on souhaite respecter le cahier des charges suivant :

Les ventilo-convecteurs 1 et 2 ne peuvent fonctionner si une baie est ouverte;

– Le ventilo-convecteur 3 ne peut fonctionner si la baie 1 ou(et) 2 est(sont) ouverte(s);

– Le ventilo-convecteur 4 ne peut fonctionner si la baie 2 ou(et) 3 est(sont) ouverte(s);

Chaque ventilo-convecteur dispose par ailleurs d'une commande individuelle marche/arrêt.

Deux sondes de températures (intérieures et extérieures) sont utilisées pour la régulation de température de l'air diffusé par les ventilio-convecteurs.

Le synoptique suivant récapitule les différents composants technologiques mis en œuvre et leurs interactions :

IUT de Toulon Département GEII 2/39

Baie vitrée n°1 Baie vitrée n°2 Baie vitrée n°3

Ventilo-conv n°1 Ventilo-conv n°2

Ventilo-conv n°3 Ventilo-conv n°4


1. En utilisant les documentations des cartes d'entrées/sorties données dans le cours, proposez un schéma decâblage de la partie commande, en justifiant des éventuels choix technologiques effectués.

2. Complétez la colonne "adresses CEI" du tableau suivant :

Mnémonique Description Adresses CEI

T_int Sonde de température intérieure …......

T_ext Sonde de température extérieure …......

VC1 Commande du ventilo-vonvecteur n°1 …......




BV1 Contact (N.F) détectant l'ouverture de la baie 1 …......



MA1 B.P (contact N.O) de marche / arrêt du ventilo-vonvecteur n°1 …......






1.Pilotage des ventilo-convecteurs

1. Proposez un programme en langage LD permettant de gérer 4 bits mémoire "Auto1" à "Auto4" correspondantchacun à une autorisation de fonctionnement d'un ventilo-convecteur, en fonction des détecteurs d'ouverturedes baies vitrées.

2. En utilisant les fonctions "mémoire RS" et "détection de front montant", complétez le programme précédent enajoutant la gestion de 4 bits mémoire "Dmd1" à "Dmd4" correspondant chacun à une demande de marche d'unventilo-convecteur, relative à l'appui sur le B.P correspondant ("MA1" à "MA4").

3. Complétez le programme précédent en ajoutant le pilotage des sorties VC1 à VC4, à partir des bits mémoire"Auto1" à "Auto4" et "Dmd1" à "Dmd4".

4. En utilisant les blocs de temporisation appropriés, proposez une solution permettant de ne prendre en comptel'ouverture d'une baie que si celle-ci dure plus de 5s.

2. Régulation de température

Les sondes de température sont utilisées par un sous programme permettant de réguler la température de l'air ensortie des ventilo-convecteurs.

1. Quel format est utilisé pour coder les températures mesurée par la carte 750-461 (cf doc dans le cours) ? Quelleest la plage de valeurs correspondante ? Cela vous paraît-il approprié aux mesures à réaliser ?

Une variable globale contient la consigne de température du bâtiment (fournie par un superviseur) « CONS » (formatINT). La régulation de température se fait via la sortie TOR%QX2.0 pilotée selon le cycle d’hystérésis suivant :

2. Proposez un programme en langage ST répondant au fonctionnement demandé.


'1'

'0'

%QX2.0

Tint

CONSCONS-0,3

CONS+0,3


TD 2 - Séquences Parallèles, Temporisations & ActionsConditionnelles

Exercice 1 : Centrale à béton.

Deux sous-ensembles identiques composés d'un moteur, d'un réducteur et d'une vis d'Archimède permettentd'alimenter la bétonnière en sable et en ciment. (fig. 1)

fig.1 : Synoptique de la bétonnière automatisée

Une électrovanne commande l'arrivée d'eau. Un vérin permet le basculement de la bétonnière.Le dosage simultané des trois produits est réalisé en réglant les durées d'alimentation des actionneurs M1, M2 et EV.

La bétonnière tourne pendant le dosage, puis tourne encore pendant 5s et tourne pendant le basculement.

Désignation Mnémonique Adresse CEI

Départ Cycle Dcy %IX0.0

Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en sable M1 %QX0.0

Mise en Rotation de la vis pour l'alimentation en ciment M2 %QX0.1

Électrovanne d'eau EV %QX0.2

Bétonnière Rotation (mélange) Rot %QX0.3

Basculement pour le versement du béton Bascu %QX0.4

Retour en position horizontale Retour %QX0.5

Fin de course haut fch %IX0.1

Fin de course bas fcb %IX0.



Le programme SFC ci-dessous décrit le cycle de production de béton :

1. Complétez le chronogramme du document annexe correspondant à ce programme.

2. Décrire en quelques phrases le cycle précédent (mentionner les durées de mélange, la rotation et le basculementde la bétonnière).

3. Proposer un grafcet linéaire (sans divergence ni convergence) utilisant des actions limitées dans le temps, ayantexactement le même fonctionnement que le grafcet précédent.

Exercice 2 : chaîne de remplissage de bidons d'huile.

Nous allons baser notre étude sur une chaîne de remplissage de bidons d'huile comprenant deux postes de travail« poste de remplissage » et « poste de bouchage » (cf fig.2)

La dépose et le retrait des bidons sur le tapis ne sont pas gérés par l'automatisme qui gère la chaîne de remplissage.Le fonctionnement est le suivant :

− Le tapis avance d’un pas.

− Les postes de remplissage et de bouchage travaillent simultanément :

− Remplissage : Descente vérin B, ouverture vanne VAN pendant 3 secondes puis fermeture vanneet rentrée vérin B.

− Bouchage : En position haute un bouchon se place, par gravité, dans la tête de vissage. Descentevérin A avec rotation de la tête de vissage, puis remontée du vérin sans vissage.



fig. 2 : synoptique de la chaîne "bouchage/remplissage"

Variables d'entrées/sorties :

Description Mnémonique Adresse CEIRotation tapis. TAPIS %QX0.0Détection rotation 1/4 de tour. Pas %IX0.0Poste de bouchage :Vérin A double effet,Distributeur bistable.

Descendre. Des_A %QX0.1Remonter. Mon_A %QX0.2Détection vérin A en bas. a1 %IX0.1Détection vérin A en haut. a0 %IX0.2Rotation tête de vissage VIS %QX0.3

Poste de remplissage :Vérin B simple effet,Distributeur monostable

Descendre. Des_B %QX0.4Le relâchement de B provoque la remontée

Détection vérin B bas. b1 %IX0.3Détection vérin B en haut. b0 %IX0.4Ouverture vanne VAN %QX0.5

Q1 ) Établir le Grafcet de niveau 2 de l'automatisme décrit ci-dessus.

En fonction de la chaîne amont gérant l'arrivée des bidons, il se peut qu'il y ait absence de bidon sur certains « pas »du tapis. La présence ou non d'un bidon aux 2 postes est détectée par les capteurs suivants :

Description Mnémonique Adresse CEIPrésence Bidon au Poste de Remplissage pbpr %IX0.5Présence Bidon au Poste de Bouchage pbpb %IX0.6

Q2 ) En modifiant le moins possible la structure du programme précédent, prendre en compte la présence ou non des bidons aux postes de bouchage et de remplissage.


Magasin de bouchons

Tapis pas à pas

Vérin B

Bidons

Vanne

Réservoird’huile

Vérin A

Tête de vissage


Document - réponse


Dcy

Fch

Fcb

Init.X

E1.X

E2.X

E3.X

E4.X

E5.X

E6.X

E7.X

E8.X

M1

M2

EV

ROT

BASCU

RETOU

0s 1mn 2mn t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t

t


TD 3 - Séquences alternatives, synchronisation de graphes

Installation de production d'air comprimé

Une installation de production d’air comprimé doit être mise en place afin de fournir l’énergie nécessaire à desmatériels de régulation et d’instrumentation pneumatiques :

Désignation Mnémonique Adresse CEI

Pressostat "pression moyenne (7 bars)" atteinte PSM %IX0.0

Pressostat "pression haute (8 bars)" atteinte PSH %IX0.1

Électrovanne d'alimentation en air comprimé de l'installation EV %QX0.0

Mise sous tension du compresseur 1 C1 %QX0.1

Mise sous tension du compresseur 2 C2 %QX0.2

Voyant vert indiquant que le cycle de régulation est en cours Vv %QX0.3

Voyant rouge indiquant qu'une demande d'arrêt est en cours Vr %QX0.4

détecteur "vanne de purge fermée" pf %IX0.4

Bouton poussoir de marche bpm %IX0.5

Bouton poussoir d'arrêt de l'installation bpa %IX0.6



L’installation est composée de deux compresseurs identiques C1 et C2 pouvant délivrer chacun un débit de 1 500 m3par heure dans les conditions normales de température et de pression pour une pression de 12 bar :La pression est contrôlée dans le ballon au moyen de pressostats repérés PSM et PSH délivrant respectivement un '1'lorsque la pression atteint 7 Bars et 8 Bars.

Le circuit de distribution vers les installations peut être coupé par l’électrovanne EV qui est ouverte au repos. lesdétecteurs de fin de course evf et evo permettent de détecter respectivement que l'électrovanne EV est ouverte oufermée.

Note : AR1 et AR2 sont des clapets anti-retour (ne sont pas à prendre en compte pour l'exercice).

● Fonctionnement :

A partir d’un état de repos où la pression dans le ballon est égale à la pression atmosphérique, à condition que lavanne (manuelle) de purge soit fermée (pf = ‘1’), la vanne EV est fermée, les compresseurs C1 et C2 mis en marche, etle voyant Vv allumé (il restera allumé tant que le cycle est en cours).

Les compresseurs s’arrêtent lorsque la pression atteint 8 bar dans le ballon. EV s’ouvre alors, permettant ainsil'alimentation des appareils de régulation.

La pression dans le ballon chute alors et quand elle atteint 7 bar le compresseur C1 seul se remet en marche. 2possibilités sont alors à envisager :

– Le compresseur C1 seul suffit pour ramener une pression de 8 bar dans le ballon et là, il s’arrête.

– Un défaut survient et le compresseur C1 ne suffit pas à ramener la pression à 8 bar au bout de 10 minutes,alors le compresseur C2 vient au secours de C1.

Le cycle tourne en boucle.

1. Établir le programme "G1" en langage SFC correspondant au fonctionnement ci-dessus.

Le grafcet ci-dessous sert à mémoriser (et à signaler) les demandes de marche/arrêt :

G0 :

2. Traduire ce grafcet en un programme SFC, et assurez la synchronisation avec le programme G1 précédent enutilisant les variables d'étape.

3. Proposez une modification sur "G1" permettant d'alterner le compresseur (C1 ou C2) qui est utilisé seul.


20

21

« BP marche »

« BP arrêt »

« Arrêt demandé »

« Marche demandée »

TD4 - PONT ROULANT

→ Modes de marche

1. GENERALITES : Le pont roulant est un moyen de manutention indispensable dans bien des secteurs industriels. Lescentrales hydrauliques, les constructions navales, l'armement, les cimenteries, la sidérurgie, les usinesd'incinération d'ordures ménagères… sont autant d'exemples qui témoignent de l'utilité de ce moyen delevage et de transbordement.

Il se compose généralement d'une poutre simple ou composée appelée portée ; de deux sommiers surlesquels se trouvent fixées les extrémités de la poutre (ces sommiers portent également les roues ou galetsqui permettent au pont de se mouvoir longitudinalement) ; d'un chariot mobile le long de la portée quiporte l'engin de levage (treuil) l'ensemble chariot-engin étant dénommé " équipage mobile de levage ".

Ces appareils permettent, au moyen des mouvements de levage, direction et translation, de déplacer ou detransborder une charge en tout point d'un volume parallélépipédique.


Repère schéma Adresse API Mémonique Désignation

M1 Moteurs asynchrones triphasés permettant ledéplacement du treuil, du chariot et du pontM2

M3

KM10 %QX0.0 Gauche Contacteurs (commande 24Vcc, puissance 400V tri).A chaque moteur est associé 2 contacteurspermettant leur mise en rotation dans les deux sensde marche.

KM11 %QX0.1 Droite

KM20 %QX0.2 Montee

KM21 %QX0.3 Descente

KM30 %QX0.4 Avant

KM31 %QX0.5 Arriere

S10 %IX0.0 fc_g Détecteurs de fin de course

S11 %IX0.1 fc_d

S20 %IX0.2 fc_h

S21 %IX0.3 fc_b

S30 %IX0.4 fc_av

S31 %IX0.5 fc_ar

S1 %IX0.6 Dcy Bouton poussoir de départ cycle

I1 %IX0.7 Charge_OK Sélecteur manuel bistable

2. Schémas de commande et de puissance

1. Rappelez la fonction du contacteur électrique au sein d'un système automatisé, et son principe defonctionnement.

2. Complétez l'extrait du schéma de commande/puissance fourni en annexe 1.

3. Commande selon les axes X et Y L'étude qui suit porte sur le transbordement d’une charge selon les axes X et Y (le déplacement du pont roulant selonl’axe Z n’est pas pris en compte pour l'instant). La position initiale du crochet est en haut à gauche.

Le chargement et le déchargement sont effectués manuellement. L'opérateur valide le chargement en basculantl'interrupteur (Charge OK à '1') et en appuyant sur Dcy (idem pour le déchargement avec Charge OK à 0).

Il ne peut y avoir simultanéité de mouvement selon les axes X et Y.

1. Proposez un programme SFC utilisant les mnémoniques du tableau ci-dessus et répondant au fonctionnementdemandé.



4.Commande selon les axes X, Y et Z On souhaite charger 3 containers sur une remorque à partir d'une simple impulsion sur le bouton poussoir DCY. Lecrochetage et décrochetage manuels restent inchangés.

Le déplacement d'une charge à l'autre (selon l'axe des Z) est de 10 secondes et ne peut être effectué que si le chariotest en position S10. Le cycle terminé, le pont roulant revient en position d'origine en prévision d'un nouveautransbordement de 3 containers sur une nouvelle remorque.

La position S30 est à prendre en considération dans les conditions initiales. En revanche la position S31 n'est jamaisatteinte.

1. Proposez un programme SFC utilisant les mnémoniques du tableau ci-dessus et répondant au fonctionnementdemandé.

5. Commande en X, Y et Z avec modes de marche et d’arrêt

Le pupitre de commande suivant est ajouté :

L'opérateur ou le service de maintenance a la possibilité d'effectuer des déplacements à vide afin de vérifier dans ledésordre le bon fonctionnement du système.

Un arrêt d'urgence AU peut être demandé depuis tous les états du système. Il doit avoir un effet immédiat sur lesdéplacement et doit provoquer le forçage à la situation initiale du GRAFCET G_auto.

L'arrêt d'urgence déverrouillé, la poursuite du cycle entamé n'est possible qu'en mode manuel (Manu), mouvementaprès mouvement grâce aux commandes Bpav, Bpar, Bpmo, Bpde, BPdr et Bpga. Ce n'est qu'une fois le systèmeramené en situation initiale que le mode AUTOMATIQUE pourra être de nouveau envisagé.



Les Programmes :

– GS: le GRAFCET de Sécurité gère la prise en compte de l'arrêt d'urgence.

– G_auto : le GRAFCET gérant le mode automatique est celui trouvé précédemment, à ceci près qu'il estnécessaire de prendre en compte GS et l'existence d'un mode manuel dans la gestion des sorties.

– Manu : Équations logiques permettant l'activation des différents mouvements à l'aide des boutons poussoirsdu pupitre, en mode manuel.

Le programme principal PLC_PRG suivant réalisera l'appel de ces différents programmes :

1. Écrire le programme GS en langage SFC.

1. Écrire le programme Manu en langage LD (ce programme gère les variables de sorties locales « Ga, Dr, Av, Ar,Mo, De).

2. Apportez les modifications au programme G_auto (ce programme gère à présent des variables de sortieslocales).

3. Complétez PLC_PRG afin que les sorties de l'API soient gérées par le mode automatique ou le mode manuellorsque le programme correspondant est actif.

4. La coupure des sorties de l'API par le programme de l'automate en cas d’arrêt d'urgence est-elle suffisante dupoint de vue de la sécurité des biens et des personnes ? Proposez une solution adaptée en complétant le schémaétabli dans la partie 2.



Annexe 1 : Schéma de commande et de puissance du moteur M1.



Gestion automatisée d'une serre

→ Sorties MLI, gestion du temps

1. Présentation du système.

L'objet de l'étude est une serre possédant un système d'arrosage automatisé. La serre possède différentes zones danslesquelles sont cultivés des végétaux différents. L'arrosage des différentes zones est géré en fonction des périodes del'année.

Le contrôleur (Wago 750-849) pilote 16 électrovannes proportionnelles grâce à 2 cartes de sorties PWM 750-511 (cfdocumentation annexe).

Chaque sortie PWM sert à envoyer une commande à un groupe de 4 électrovannes (soit 1 zone).

L'ouverture d'une électrovanne est fixée par le rapport cyclique du signal de commande qui lui est envoyé : 0%correspond à la fermeture, 20% à l'ouverture complète, les valeurs intermédiaires permettent une ouverturegraduelle entre ces 2 positions.

• Le fonctionnement attendu est le suivant :

État des Vannes Zone 1 Zone 2 Zone 3 Zone 4

Printemps Ouvert à 3/4 Ouvert Ouvert à 3/4 Ouvert

Été Ouvert à 1/4 Ouvert à 1/4 Ouvert à 1/2 Ouvert à 3/4

Automne Fermé Ouvert à 1/4 Fermé Ouvert à 1/2

Hiver Fermé Fermé Fermé Ouvert à 1/4


Zone 1

Zone 2

Zone 3

Zone 4


2. Gestion du temps. Il s'agit dans cette partie de déterminer la saison en cours, pour pouvoir ensuite générer les commandes adéquates.Le programme principal (PLC_PRG) suivant est implanté dans le contrôleur :

La fonction « SysRTCGetTime » fournit la date et l'heure actuelle au format DT# grâce à l'horloge interne del'automate.

1. Écrire le sous-programme « Arrosage » en langage SFC (sans actions pour le moment) dont les étapesreprésentent les saisons de l'année ; le programme sera écrit pour l'année 2015.

2. Complétez le programme précédent afin qu'il puissé fonctionner pour les années suivantes.

3. Pilotage des électrovannes .

Extrait de documentation des cartes de commande PWM 750-511 :

Adressage des sorties PWM utilisées par le programme :

Mnémonique Adresse Désignation

Zone1 %QW1 Mot de commande fixant le rapport cyclique de commande des EV de la zone 1




1. Écrire, sous formes d'actions d'entrée programmées en langage ST, les consignes de rapport cycliques des 4zones en fonction des saisons.


TD6 - Chaîne de Fabrication de sucre

1. Présentation du système.

Il s’agit d’automatiser un des appareils de la chaîne de fabrication du sucre à partir de la betterave. Le jus sucré est extrait de la betterave puis concentré par évaporation de l’eau et enfin cristallisé dans desappareils de cuisson. Le jus extrait contient des cristaux de sucre et du sirop. Pour séparer ces deuxconstituants, on utilise une essoreuse rotative. Cet appareil fait l’objet de l’étude qui va suivre.

L'essoreuse est constituée d’un tamis en forme de bol qui est entraîné en rotation à grande vitesse par unmoteur MB à 1500 tours/minute. Le jus extrait de la betterave est introduit à l’intérieur, et par l’effet dela force centrifuge, le sirop traverse le tamis et est récupéré sur les parois de la cuve tandis que lescristaux restent prisonniers. Lorsque l’épaisseur de cristaux est suffisante la rotation du bol est arrêtée puis inversée à petite vitesse etun couteau racleur (mu par un vérin VR) vient décoller les cristaux du tamis. Le synoptique correspondant est donné en annexe 1, la liste des E/S et variables utilisées en annexe 2.

Le programme d'automatisation est implanté dans un API Wago 750-849 muni de :– 1 carte d'entrées T.O.R 750-430– 1 carte de sorties T.O.R 750-530– 1 carte d'entrées analogiques 750-467(annexe 4)

Le programme principal « PLC_PRG », écrit en langage CFC, a la structure donnée en annexe 3.

2. FONCTIONNEMENT NORMAL. • État initial : La cuve est supposée à l’arrêt et le couteau racleur en position haute.

L’opérateur lance le cycle en basculant le commutateur Ma/Ar en position « Marche ».

• Le bol est mis en rotation, et lorsque la petite vitesse est atteinte, on introduit le jus de betteraveet on commande la grande vitesse.

• Le frein est actionné quand le système de pesage détecte le poids maximum. Le bol s’arrête alors et la rotation est inversée pendant que le couteau racleur réalise cinq va et

vient successifs en petite vitesse.

• Un lavage à l’eau permet de dissoudre les cristaux restants, l’essoreuse s’arrête lorsque le poidsnul est retrouvé.

• Suivant la position du commutateur Ma/Ar le cycle reprend ou non.

1. Proposez une association « vérin + distributeur » pour VR.

2. Établir le grafcet de production normale « GPN » en langage SFC traduisant le cahier des charges ci-dessus. (la déclaration des entrées / sorties doit apparaître, conformément au bloc GPN de l'annexe 3et à la liste des variables décrites dans l'annexe 2).


3. Établir le programme « Mesures » en langage ST permettant de fournir au programme « GPN » les informations'MH', 'MZ', 'VH', 'VL' et 'VZ' à partir des valeurs mesurées sur les entrées analogiques.

3. Anomalies de fonctionnement. Deux anomalies de fonctionnement peuvent apparaître :

• L’arrêt d’urgence provoqué par l’opérateur de conduite lorsqu’il détecte visuellement un défaut defonctionnement. L’appui sur Aur provoque alors la ré initialisation du GPN et la mise en œuvre du grafcetd’urgence GUR :

• Le frein est activé jusqu'à atteindre la vitesse nulle• On attend alors que l'arrêt d'urgence ait été déverrouillé, et que le commutateur soit positionné en

sur « arrêt ». • Le bol est alors entraîné en vitesse lente, dans le sens « raclage », et le couteau effectue

parallèlement un aller-retour. Un nouveau cycle ne peut recommencer qu’après que le bouton Aur a été déverrouillé et que l’essoreuse a retrouvéson état initial.

• Lors de l’introduction du jus, un incident majeur de fonctionnement est provoqué par un déséquilibrede la charge dans le bol, appelé « balourd », entraînant une vibration importante. Cette anomalie estdétectée par le capteur Ba. Lorsque cet incident se produit, le grafcet de production normal GPN est figé et le grafcet de balourd GBA est lancé :

• Le frein est activé jusqu'à atteindre la vitesse lente• Le moteur est alors commandé en petite vitesse• Au bout d’une minute si le balourd a disparu le cycle normal reprend,

sinon la procédure définie par le GUR est mise en œuvre.

4. Établir le grafcet de balourd « GBA » en langage SFC traduisant le cahier des charges ci-dessus. (la déclarationdes entrées / sorties doit apparaître, conformément au bloc GBA de l'annexe 3 et à la liste des variables décritesdans l'annexe 2).

5. Établir le grafcet d'urgence « GUR » en langage SFC traduisant le cahier des charges ci-dessus (la déclarationdes entrées / sorties doit apparaître, conformément au bloc GUR de l'annexe 3 et à la liste des variables décritesdans l'annexe 2).

6. Complétez le nom des entrées permettant le figeage et la ré initialisation du programme SFC géré par le bloc'GPN'.

7. Prendre en compte la gestion des sorties TOR par les trois programmes SFC :

– En déclarant les actions comme variables internes à chaque programme SFC

– En créant un sous programme comportant une équation logique pour chaque sortie TOR, activées enfonction des variables précédentes (internes aux programmes SFC), et éventuellement de la variablePAUSE.



Annexe 1 : Synoptique du système


VR

Eau de rinçage

Jus de betterave


Annexe 2 : Liste des variables utiliséesEntrées TOR

Nom Adresse CommentairesMa_Ar %IX2.0 Commutateur à deux positions : '1' si position « Marche », '0' si, position « Arrêt »

Aur %IX2.1 Arrêt d'urgence (type NF)Ba %IX2.2 Détecteur de balourd ('1' si balourd)

CrH %IX2.3 Fin de course : '1' si Racleur en position hauteCrL %IX2.4 Fin de course : '1' si Racleur en position basse

Entrées AnalogiquesNom Adresse Commentaires

Mes_Masse %IW0 Mot délivré par l'entrée analogique EA1 de la carte 750-467. Le capteur correspondantdélivre un signal variant de 0 à 10V lorsque la masse mesurée dans l'essoreuse varie de 0à 5000 kg.

MH Variable booléenne interne, vraie si Masse > 4000 kg(correspond à l'essoreuse pleine)

MZ Variable booléenne interne, vraie si Masse < 5 kg (correspond à l'essoreuse vide)

Mes_Vit %IW1 Mot délivré par l'entrée analogique EA2 de la carte 750-467. Le capteur correspondantdélivre un signal variant de 0 à 10V lorsque la vitesse de l'essoreuse varie de 0 à 2000tr/mn.

VH Variable booléenne interne, vraie si Vitesse > 1400 tr/mn(correspond à la grande vitesse)

VL Variable booléenne interne, vraie si Vitesse > 300 tr/mn (correspond à la petitevitesse)

VZ Variable booléenne interne, vraie si Vitesse < 1 tr/mn(correspond à l'arrêt)

Sorties T.O.RNom Adresse Commentaires

VE %QX0.0 Vanne d'injection d'eau de rinçageVJ %QX0.1 Vanne d'introduction du jus de betterave

S_VR %QX0.2 Sortie du vérin permettant la descente du couteau racleurR_VR %QX0.3 Rentrée du vérin permettant la montée du couteau racleurROT %QX0.4 Mise en rotation du moteur MR entraînant le bolGV %QX0.5 Activation de la grande vitesse de rotation du moteur MR

SENS %QX0.6 Choix du sens de rotation du moteur MR : '1' pour le raclage, '0' pour le reste du cycleFR %QX0.7 Commande du frein de l'essoreuse

DiversDEPART Variable d'entrée booléenne du programme GUR : le grafcet correspondant démarre si DEPART='1'

RESET Variable de sortie booléenne du programme GUR : GPN est réinitialisé si RESET='1'

PAUSE Variable de sortie booléenne du programme GBA : GPN est figé si PAUSE='1'

URGENCE Variable de sortie booléenne du programme GBA : GUR démarre si URGENCE='1'



Annexe 3 : Programme 'PLC_PRG'

Annexe 4 : Carte d'entrées analogiques 750-467


* Note : afin d'alléger la lecture, et de simplifier le sujet, la gestion des sorties par plusieurs grafcets simultanés n'apparaît pas ici.

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TD7 - Chaîne de Fabrication de bière

La fabrication de la bière comporte différentes étapes :Le maltage, le concassage, le brassage, la fermentation, la filtration et le conditionnement.Nous allons nous intéresser au brassage et à la fermentation. La partie opérative peut se décomposer en deux sous-ensembles :

- L’unité de brassage - L’unité de stockage du moût dans les fermenteurs.

La partie commande s’organise autour d’un système de supervision qui permet notamment de programmer lesrecettes et d’envoyer les ordres de fabrication à destination d’un automate programmable.

ÉTUDE DU BRASSAGE

L’opérateur donne l’ordre de brassage (dbra) d’une quantité de moût permettant de remplir complètement un desfermenteurs à condition que la chaudière et les trémies peseuses soient vides. La préparation du brassage commence par l’acheminement simultané des farines de malt et de houblon jusqu’auxtrémies peseuses ; ceci est réalisé par de l’air comprimé insufflé dans les canalisations et des turbines à godetsmotorisés. Puis le brassage nécessite l’introduction simultanée du malt et de l’eau en agitant et en chauffant le mélange réalisépar la recirculation du moût à travers un échangeur régulé en température. On ajoute le houblon lorsque la température atteint 48 °C. La quantité d’eau délivrée est mesurée indirectement par le niveau haut obtenu grâce à tous les éléments constitutifsdu moût (l’introduction des farines est plus rapide que l’introduction de l’eau). Le moût est maintenu en température pendant deux heures puis on arrête l’agitation et le chauffage. L’information fin de brassage (FBRA) est alors transmise au superviseur qui autorise (Valid(i)) en retour le transfert dumoût dans un fermenteur à l’aide de la pompe P2 qui s’arrête lorsque le niveau bas est atteint.

1. Réaliser le grafcet de préparation et brassage du moût en utilisant les mnémoniques d’entrées/sorties del’annexe.

FONCTIONNEMENT SÉQUENTIEL DU FERMENTEUR 1

La fermentation entraîne une élévation de température mais aussi une augmentation de pression par dégagementgazeux dans un réservoir clos. Une légère surpression de 10 % de la pression atmosphérique est bénéfique pour ledéroulement de la fermentation. Pour la survie du réservoir, cette surpression n’est tolérable que jusqu’à 30 % de la pression atmosphérique.L’électrovanne EVMA sert à doser cette pression. D’autre part, cette électrovanne doit rester ouverte lors duremplissage ou de la vidange d’un fermenteur.

2. Faire le grafcet permettant de remplir entièrement ou de vider totalement ou partiellement le fermenteur. Étape initiale : 200

Ordre de démarrage : valid(i) ou Du(i) Conditions d’arrêt : full f(i), empty e(i) ou Du(i)

3. Réaliser le logigramme permettant de gérer le maintien en pression correcte du fermenteur 1 entre p10 et p30.



ANNEXE 1 : Synoptique du système



ANNEXE 2 : Mnémoniques de l'unité de brassage

Sorties TOR

AGIT Commande de l'agitateur

EVE Électrovanne de versement de l'eau

EVH Électrovanne d'alimentation en houblon dans la chaudière

EVM Électrovanne d'alimentation en malt dans la chaudière

EVT Électrovanne d'évacuation du moût vers les fermenteurs

TH Turbine d'amenée du houblon dans la trémie

TM Turbine d'amenée du malt dans la trémie

VAH Électrovanne d’insufflation d'air comprimé dans la canalisation de houblon

VAM Électrovanne d’insufflation d'air comprimé dans la canalisation de malt

TIC Activation de la Régulation de température

P1 Pompe de recirculation du chauffage

P2 Pompe d'évacuation du moût vers les fermenteurs

FBRA Bit d'état transmis au superviseur en fin de brassage

Entrées TOR

nh Niveau haut de la chaudière (à '1' si recouvert)

nb Niveau bas de la chaudière (à '1' si recouvert)

wm0 Trémie malt vide

wm1 Trémie malt pleine

wh0 Trémie houblon vide

wh1 Trémie houblon pleine

Valid Bit d'autorisation de vidange de la chaudière, transmis par le superviseur

dbra Demande de brassage : Ordre de lancement du brassage

Entrée Analogique

Tt Température de la chaudière (valeur entière exprimée en centièmes de degrés Celcius)



ANNEXE 3 : Unité de Fermentation

Entrées TOR

FP Fermenteur Plein

FV Fermenteur Vide

p10 pression < 0,1 bar relatif

p30 pression >0,3 bar relatif

Du Demande d'utilisation du moût (vidange totale ou partielle) en provenance du superviseur

Valid Bit d'autorisation de vidange de la chaudièr en en provenance du supervisuer

Entrée Analogique

Dt Transmetteur de Densité

Sorties TOR

EVF Électrovanne de remplissage d'un fermenteur (NF)

EVMA Électrovanne de mise à l'air libre (NF)

EVU Électrovanne de vidange du fermenteur pour utilisation (NF)


TD 8 : Torréfacteur Industriel

1. Présentation du système

◦ Partie opérative

La partie opérative à automatiser consisté en une machine à torréfier le café, reproduisant à échelleréduite, un fonctionnement industriel :

fig.1 : Synoptique

Le système comporte une cuve au sein de laquelle vont se dérouler le chauffage et le brassage du café. Uncouvercle motorisé permet le chargement des grains par le haut.

Une pale rotative commandée en vitesse variable permet de réaliser le brassage de la matière d’œuvre,tandis qu'une résistance chauffante à ailette disposée sous la cuve assure son chauffage.

fig.2 : vue de 3/4 du malaxeur

Machine à torréfierMachine à torréfier

- Choix recette

- Chauffage

- Brassage

- Chargement / évacuation

Grains de Café Verts

Café torréfié

Moteur de commande du couvercle

Moteur de commande de la pale

Enceinte renfermant une résistance chauffante à ailettes


Les éléments mis en jeu au niveau de la P.O sont synthétisés dans le tableau suivant :

Désignation Repère Rôle Fonction

Moteur Triphasé M1 Mise en rotation des pales du malaxeur actionneur

Moteur Triphasé M2 Montée descente du couvercle actionneur

Résistance Triphasée R Chauffage de la cuve actionneur

Ailettes Diffusion de la chaleur produite par la résistance effecteur

Couvercle Isolation du contenu de la cuve effecteur

Pale Brassage des grains effecteur

Sonde PT 100 PT100 Mesure de la température de chauffe capteur

FDC Haut Détection de la butée haute du couvercle détecteur

FDC Bas Détection de la butée basse du couvercle détecteur

FDC Haut Détection de la butée haute du couvercle détecteur

Cellule Niveau Détection « niveau plein » atteint dans la cuve détecteur

Position pale Détection de la position de la pâle permettant l'ouverturedu couvercle sans sue celle-ci ne bute sur la paroi de la cuve

détecteur

→ Le schéma électrique de la partie puissance est disponible en annexe. 1

◦ Partie commande

La P.C est bâtie autour d'un API Wago 750-849 avec la configuration suivante :

• Carte 16 e TOR DC 24V : DDI 1602

• 8 Cartes 2 S TOR à Relais : 750-513

• Carte 2E analogiques universelles 4/20 mA : 750-454 ( 0 < Mots d'entrée < 32761 )

◦ Partie Relation

Le pupitre opérateur regroupe :

• un ensemble de commandes et signalisation (voyants, B.P et Inter). Ceux-ci permettent le pilotage manuelde chaque actionneur (lorsque le mode manuel est sélectionné) et la visualisation rapide des détecteurs dusystème

• Une IHM tactile Magelis : Cette interface permet à l'opérateur le choix du mode de fonctionnement : Manuelou Automatique. Dans ce dernier cas, l'utilisateur peut choisir entre 3 recettes prédéfinies. Le mode manuelduplique les commandes et signalisations du pupitre et permet de visualiser la température de chauffe ainsique la vitesse de rotation de la pâle.

→ Les pages disponibles sur l'IHM sont données en annexe 2.



fig. 3 : Pupitre de commande

L'implantation électrique des équipements mis en jeu est faite dans deux armoires distinctes : l’armoire « P.O » etl'armoire « P.C/P.R ».

Deux paires de connecteurs DB9 et DB15 reliées par une nappe de fils permettent de relier la P.O à la P.C.

Le lien entre l'IHM et la P.C est assuré par le réseau ethernet selon un protocole Modbus TCP.

2. Cahier des charges Le système prend en charge deux modes de fonctionnement : manuel et automatique.

◦ Mode manuel :

En sélectionnant ce mode avec la touche adéquate de l'IHM, l'utilisateur peut :

- Piloter la montée/descente du couvercle via les touches correspondantes sur l'IHM, les deux boutonspoussoirs du pupitre ou encore les deux boutons poussoirs de la P.O (Si le sélecteur « Maintenance » estactivé).

- Activer la rotation de la pale en petite, moyenne ou grande vitesse grâce au sélecteur 4 positions du pupitre.

- Observer la température de chauffe ainsi que la vitesse de rotation de la pâle.

- Visualiser l'état des détecteurs .

◦ Mode automatique :

En sélectionnant ce mode avec la touche adéquate de l'IHM, l'utilisateur peut choisir entre quatre recettes ayant lescaractéristiques résumées dans le tableau suivant :

Recette Durée de chauffe Température de chauffe Vitesse de brassage

Mocha 3 mn 55 °C MV

Arabica 4 mn 30 s 60 °C PV

Robusta 2 mn 75 °C GV



Le cycle ne peut démarrer que si le système a été placé dans les conditions initiales de fonctionnement :

- pale permettant l'ouverture du couvercle

- couvercle fermé

- Cuve vidée (niveau haut non atteint)

L'opérateur doit alors choisir alors le cycle automatique via l'IHM, puis sélectionne une recette. Les paramètrescorrespondants (vitesse et durée de brassage, température de chauffe) sont mémorisés pour la suite du cycle.

la séquence suivante est alors opérée :

- L'opérateur appuie sur « BP_Malaxeur_On », la régulation de température est alors déclenchée (étaped'attente, qui sera utilisée par le sous-programme « Regul »)

- Une fois la température de consigne atteinte , le couvercle s'ouvre

- Le système attend que la cuve soit remplie et que l'opérateur appuie sur le B.P de fermeture du pupitre

- Le couvercle se referme

- La pale est mise en rotation pendant la durée définie

- La régulation est stoppée et la pâle arrêtée dans une position rendant possible l'ouverture du couvercle.

- Le système attend que la température soit redescendue en dessous de 40°C pour pouvoir débuter unnouveau cycle

A tout moment, le passage en mode manuel ou l'appui sur un arrêt d'urgence provoque la réinitialisation du grafcetgérant le mode automatique.

3. Étude des schémas électriques

Q1 ) Sur la partie puissance du schéma électrique du système fournis en annexe, relevez les différents préactionneurs de ce système et indiquez pour chacun : leur désignation, leur rôle et leur fonctionnement.

Q2 ) A quelle condition les appuis sur les boutons poussoirs de montée/descente du couvercle pourront-ils être pris en compte par la P.C ?

Q3 ) Quel actionneur est coupé lors de l'arrêt d'urgence ? Proposez un schéma de câblage des sorties TOR de l'API, permettant de couper les autres actionneurs.

Q4 ) D'après les symboles utilisés sur le schéma, déterminez le technologie des détecteurs utilisés pour les détecteurs de fin de course du couvercle, la détection de remplissage de la cuve, et celle de la position de la pale. Justifiez ces choix technologiques.

Q5 ) D'après la présentation de la P.O précédente et le schéma électrique en annexe, quelles sont les sécurités associées à la montée/descente du couvercle ? A l'aide du schéma, donnez les équations logiques des contacteurs correspondants en fonction de ces sécurités et des sorties de l'API %Q0.2.8 (« monter couvercle ») et %Q0.2.10 (« descendre couvercle »).



4. Application automate L'application d'automatisme contient 5 programmes :

Nom Langage Description

Sorties LD . Gère le pilotage des différentes sorties. Chaque sortie est le résultatd'une équation logique dépendant :

- du mode de fonctionnement (Auto ou Manu)- Des B.P du pupitre et des bits de l'IHM (mode manu)- Des ordres de commande du grafcet (si mode auto actif)

. Gère le positionnement d'un bit « Auto_Manu » ('1' si modeautomatique, '0' sinon)

GPN SFC . Gère le cycle de production normale. Il s'agit du grafcet correspondant àla séquence décrite dans le cahier des charges. Les paramètres de recettesont mémorisés au début de la séquence.Ce programme pilote des bits internes qui seront utilisés par « Sorties »pour activer les sorties correspondantes lorsque le mode « Auto » estactif.

PLC_PRG CFC . Appelle les différents sous-programmes. Assure la réinitialisation de GPNen cas d'arrêt d'urgence.

Regul ST . Assure une régulation de température TOR par hystérésis à ± 0,3°Cautour de la consigne, lorsque le bit « régulation de température » estactivé dans GPN. La sortie de ce bloc est un bit interne qui sera utilisé par« Sorties » pour piloter la résistance chauffante.

Calc ST . Calcule la température en degrés (variable « temperature ») et la vitesseen Tr/mn (variable « info_vitesse_pale ») à afficher dans l'IHM.

Q6 ) Proposez un programme pour le module « GPN ».

Q7 ) Proposez un programme pour le module « calc ».

Q8 ) Proposez un programme pour le module « Regul ».

Q9 ) Proposez un programme pour le module « sorties ».

Q10 ) Proposez un programme pour le module « PLC_PRG ».


ANNEXE 1 : Schémas électriques


Annexe 2 : Écrans de l'IHM


Écran d'Accueil Cycle Automatique

Mode manuel Cycle automatique libre


Annexe 3 : Variables du programme API• Entrées :

AU %IX2.0 BOOL Arrêt d'urgence

BP_MC %IX2.1 BOOL Bouton poussoir « monter couvercle » (repère S10 sur schéma)

BP_DC %IX2.2 BOOL Bouton poussoir « monter couvercle » (repère S9 sur schéma)

Com_V1 %IX2.3 BOOL Position « petite vitesse » du commutateur de sélection de vitesses dupupitre

Com_V2 %IX2.4 BOOL Position « moyenne vitesse » du commutateur de sélection de vitesses dupupitre

Com_V3 %IX2.5 BOOL Position « grande vitesse » du commutateur de sélection de vitesses dupupitre

fdc_bas %IX2.6 BOOL Détection de la butée basse du couvercle

fdc_haut %IX2.7 BOOL Détection de la butée haute du couvercle

Cel_IR_NNA %IX2.8 BOOL Cellule Infra-rouge « niveau non atteint » : Entrée active tant que la cuven'est pas pleine

pos_pale %IX2.9 BOOL Entrée active tant que la pale empêche l'ouverture du couvercle

Mesure_vitesse_ATV %IW0 WORD Valeur représentant la vitesse de rotation de la pale. Le variateur délivre0,2mA/(tr.mn-1) . (4mA <=> moteur à l'arrêt)

Mesure_sonde_PT100 %IW1 WORD Valeur représentant la température mesurée par la sonde PT100. Leconditionneur associé à cette sonde délivre 0,05mA/°C. (4mA <=> T=0°C)

• Sortie s :

Malaxage_ON %QX2.0 BOOL Commande « marche avant» du variateur de vitesse (entrée LI1)

Vitesse_1 %QX2.1 BOOL Bit de poids faible de sélection de la vitesse du variateur (entrée LI3)

Vitesse_2 %IQ2.2 BOOL Bit de poids fort de sélection de la vitesse du variateur (entrée LI4)

Chauffage_ON %QX2.3 BOOL Mise sous tension de la résistance chauffante

Monter_Couvercle %QX2.4 BOOL

Descendre_Couvercle %QX2.5 BOOL

• Bits Internes (Liens avec IHM) :

Mode_Auto_IHM %M4.0 BOOL Sélection du mode automatique

Mode_Manu_IHM %M4.1 BOOL Sélection du mode manuel

Arabica_IHM %M4.2 BOOL Sélection de la recette 'Arabica'

Mocha_IHM %M4.3 BOOL Sélection de la recette 'Mocha'

Robusta_IHM %M4.4 BOOL Sélection de la recette 'Robusta'

• Mots Internes (Liens avec IHM) :

Info_Temperature %MDW0 REAL Résultat du calcul de la température en degrés affiché par l'IHM

Info_Vitesse %MDW1 REAL Résultat du calcul de la vitesse en tr/affriché par l'IHM



Annexe 4 : Carte d'entrée analogique 750-454


Documents

Fascicule de TD - neanne.univ-tln.frneanne.univ-tln.fr/IMG/pdf/m2102_autom_fascicule_td.pdf · Automatisme TD M2102 TD 1 - Gestion de chauffage pour un bâtiment tertiaire → Architecture