GJC Automates Programmables Industriels - Cours et …bts.crsa.rascol.free.fr/Automatismes/PP/PP - Automates... · Automate programmable Solution programmée Traitement de l’information

GJ C

Automates Programmables

Industriels

Introduction à la logique programmée

GJ C

Systèmes logiques

Systèmes logiques

Les parties commandes élaborent des ordres à partir de mesures et de consignes selon la loi de commande de l'automatisme.On distingue:

- les procédés logiques «tout ou rien» utilisent des équations Booléennes. - les procédés continus «analogique» utilisent des équations différentielles qui seront traduitesen « fonctions de transferts ».

Pour réaliser la commande du système, l'automaticien dispose de nombreux outils technologiques.

consignes

préactionneurActionneur

Capteur

PO

Informations d’états

PC

�

messages

Elément

de

dialogue

consignes


Capteur

PO


PC

�

messages

Elément

de

dialogue

consignes


Capteur

PO


PCPC

�

messages

Elément

de

dialogue

Elément

de

dialogue

Solution câblée

AUTOMATISMES

On les classe généralement en deux catégories.

Systèmes logiques

Technologie fluidique :Cellules statiquesCellules dynamiquesModules séquentiels

Technologie électrique :RelayageStatique électroniqueModules séquentiels

Solution câblée


Systèmes logiques

Technologie fluidique :Cellules statiquesCellules dynamiquesModules séquentiels

Technologie électrique :RelayageStatique électroniqueModules séquentiels

Solution programméeSolution câblée

AUTOMATISMES


Systèmes logiques

Informatique industrielleMicroprocesseurMicro ordinateurAutomate programmable

Solution programmée

Traitement de l’information en temps réel

Systèmes logiques

Logique combinatoire

Dans un système combinatoire, à un instant donné la sortie ne dépend quede la combinaison présente sur les entrées.

S1

Système combinatoire

e1

e2

e3

en

Logique Combinatoire Définition

S2

Logique Combinatoire

S1

Système combinatoire

e1

e2

e3

en

Logique Combinatoire Equation

S2

Logique Combinatoire

Si = f ( e1, e2, ............en )

Comparaison entre 2 informations

Logique Combinatoire Exemples d’opérateurs combinatoires

Comparaison entre InformationsComparateur arithmétique

a0

a1

Variablesd’entrées

Variablesde

sortiesComparateurarithmétiqueb0

b1

A

B

S(A < B)

S(A = B)

S(A > B)


Analyse S(A=B) S(A>B) S(A<B)b 1 b 0 a 1 a 0


Analyse b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1

S(A=B) S(A>B) S(A<B)


Analyse b 1 b 0 a 1 a 0 A=B A>B A<B

0 0 0 0 10 0 0 1 00 0 1 0 00 0 1 1 00 1 0 0 00 1 0 1 10 1 1 0 00 1 1 1 01 0 0 0 01 0 0 1 01 0 1 0 11 0 1 1 01 1 0 0 01 1 0 1 01 1 1 0 01 1 1 1 1



Analyse b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 00 0 0 1 0 10 0 1 0 0 10 0 1 1 0 10 1 0 0 0 00 1 0 1 1 00 1 1 0 0 10 1 1 1 0 11 0 0 0 0 01 0 0 1 0 01 0 1 0 1 01 0 1 1 0 11 1 0 0 0 01 1 0 1 0 01 1 1 0 0 01 1 1 1 1 0



Analyse b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0


Analyse

S (A=B) = ?


b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0


Analyse

S (A=B) = ?


b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0


= /a0 /a1 /b0 /b1 + a0 /a1 bo /b1 + /a0 a1 /b0 b1 + a0 a1 b0 b1

= (/a0 /b0 + a0 b0 ) /a1 /b1 + (/a0 /b0 + a0 b0 ) a1 b1

= (/a0 /b0 + a0 b0 ) . (/a1 /b1 + a1 b1 )

= (a0 b0 ) . (a1 b1 )


Analyse

b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0

= a0 /a1/b0 /b1+/a0 a1/b0/b1+a0 a1 /b0 /b1+/a0 a1 b0 /b1

+a0 a1 b0 /b1+a0 a1 /b0 b1

= a1/b1 ( /a0 /b0+a0 /b0+/a0 b0+a0 b0) + a0/b0 (/a1/b1+a1b1)

= a1/b1[( a0 b0 ) + (a0 b0)]+ a0/b0(a1 b1) +

= a1/b1[( a0 b0 ) + /(a0 b0)]+ a0/b0(a1 b1)

= a1/b1 + a0/b0(a1 b1)

S (A>B) = ?

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )


Analyse

b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )

S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a1 b1)

S (A<B) = ?


Analyse

b1 b0 a1 a0 A=B A>B A<B0 0 0 0 1 0 00 0 0 1 0 1 00 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 00 1 0 0 0 0 10 1 0 1 1 0 00 1 1 0 0 1 00 1 1 1 0 1 01 0 0 0 0 0 11 0 0 1 0 0 11 0 1 0 1 0 01 0 1 1 0 1 01 1 0 0 0 0 11 1 0 1 0 0 11 1 1 0 0 0 11 1 1 1 1 0 0

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )

S (A<B) = S (A=B) . S (A>B) = (S (A=B) + S (A>B) )

S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a1 b1)

Schéma

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )

S (A<B) = S (A=B) . S (A>B) = (S (A=B) + S (A>B) )

S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a1 b1)


Transformation de codes

Logique Combinatoire Exemples d’opérateurs combinatoires

Transformation de codesLes ensembles logiques ne peuvent traiter des informations que si elles sont sous forme binaire ( 0 ou 1 ).

Il en résulte que tout problème, avant d'être présenté à la machine doit être transcrit sous forme binaire,c'est le codage.

De même le résultat donné sous forme binaire par le système de traitement de l'information doit être transcrit dans le langage original seul exploitable par l'homme c'est le décodage.

Enfin le système de traitement de l’information peut avoir à travailler avec différents codes binaires c’est le transcodage.

Transformation de codesTranscodage

e0

e1

S0

Transcodeure2

e3

Binaire / GRAY

S1

S2

S3


e0

e1

S0

Transcodeure2

e3

Binaire / GRAY

S1

S2

S3

(20)

(21)

(22)

(23)


Analyse


Analyse


Analyse


Recherche des équations

e1 e0

e3 e200 01 11 10

00

01

11

10

0 1 23

4 5 67

12 13 1415

8 9 1011

S0 = ?



e1 e0

e3 e200 01 11 10

00

01

11

10

0 1 23

4 5 67

12 13 1415

8 9 1011

S1 = ?

S0 = e0 e1+



e1 e0

e3 e200 01 11 10

00

01

11

10

0 1 23

4 5 67

12 13 1415

8 9 1011

S2 = ?

S0 = e0 e1+S1 = e1 e2+



e1 e0

e3 e200 01 11 10

00

01

11

10

0 1 23

4 5 67

12 13 1415

8 9 1011

S3 = ?

S0 = e0 e1+S1 = e1 e2+S2 = e2 e3+



e1 e0

e3 e200 01 11 10

00

01

11

10

0 1 23

4 5 67

12 13 1415

8 9 1011

S3 = e3

S0 = e0 e1+S1 = e1 e2+S2 = e2 e3+

Schéma


S3 = e3

S0 = e0 e1+S1 = e1 e2+S2 = e2 e3+

Logique séquentielle

Dans un système séquentiel, la valeur de la sortie dépend des entrées et du temps, il y a une mémoire.

S = f ( e, t )

On ne va pas garder la variable t comme continue, on va la quantifier et s'intéresser au "temps" comme un ordre de succession. On va donc créer des variables supplémentaires que l'on bouclera sur les entrées par l'intermédiaire d'un bloc mémoire.

Logique Séquentielle Définition

Circuits logiques

e0

e1

en-1

Variablesprimairesd’entrées

S0

S1

Sm-1

Variables desorties

E0

Ex-1

Excitationssecondaires

es0

esx-1

Variables secondaires

d’entrées

Variables d’état

Logique Séquentielle Définition

Circuits logiques

e0

e1

en-1

Variablesprimairesd’entrées

S0

S1

Sm-1

Variables desorties

E0

Ex-1Excitationssecondaires

es0

esx-1

Variables secondaires

d’entrées

Variables d’état

Si = f (e0, e1, …. en-1, es0, ....... esx-1)

Ei = f (e0, e1, …. en-1, es0, ...... esx-1)

EQUATIONS

Logique Séquentielle Equations

Étude du relais monostable

mX

xL

Entrée BP m

Sortie Lampe L

Logique Séquentielle États stables / États Transitoires


t

m

t

L

mX

x L

état stable



t

m

t

L

mX

x L

état transitoire



mX

x L

t

m

t

L

état stable

m

X



mX

x L

t

m

t

L

état transitoire



t

m

t

L

mX

x L

état stable


DéfinitionsÉtats stables / États Transitoires

Étude du relais bistable

mX1

x L

Entrées BP mBP a

Sortie Lampe L

aX0

Étude du relais bistable m

t

t

a

t

L

X1

X0

m

a

x



t

t

a

t

L


X1

X0

m

a

x


t

t

a

t

L


X1

X0

m

a

x

Chronogrammes ou diagramme des temps

Logique Séquentielle Représentation

Table de vérité


Grafcet

21 AVa

22 Décalage Chargement

a

X 55

23 « Utilisation du registre »

1

X 4

20


a b

c

Réseaux de PETRI


Dans une fonction séquentielle asynchrone chaque nouvelle combinaisondes variables d'entrées est aussitôt prise en compte par le circuit.

S

R Q

Q

Logique Séquentielle Fonctions séquentielles asynchrones

Fonctions séquentielles asynchronesMémoire monostable

On supposera que l'intervalle de temps qui sépare deux changements d'états des entrées m et a est toujours supérieur au temps de réponse global de l'ensemble de la mémoire.

m

as

fonction mémoire

Dans la suite du cours sur les diagrammes des temps on ne représentera que les états stables (plus les transitoires).

Mémoire à marche prioritairem

t

t

a

t

S



t

t

a

t

S


Mémoire à marche prioritaire

La sortie Sest active quand l’information m apparaît : S = m


Analyse


t

t

a

t

S




La sortie S reste active quand l’information m disparaît : nécessité de se valider elle même S = m + s

Variable d’état« auto-alimentation »


Analyse


t

t

a

t

S Travail de la variable d’état« auto-alimentation »



t

t

a

t

S



t

t

a

t

S





La sortie Sest désactive quand l’information a apparaît ( a ), sauf si mest encore actif :

a n’intervient que sur l’auto-alimentation S = m + s . a


Analyse


S= m + s . a

« variable d’état »



m

s a

S

S= m + s . a



a

m

s

S= m + s . a

S


Mémoire à arrêt prioritairem

t

t

a

t

S



t

t

a

t

S


Mémoire à arrêt prioritaire



Analyse


t

t

a

t

S





Variable d’état« auto-alimentation »


Analyse


t

t

a

t

S Travail de la variable d’état« auto-alimentation »



t

t

a

t

S



t

t

a

t

Svariable d’état





La sortie Sest désactive quand l’information a apparaît ( a ), quelquesoitl’état de m :

a intervient sur m et sur l’auto-alimentation S = ( m + s ). a


Analyse


S= ( m + s ) . a

« variable d’état »



m

s

a S

S= ( m + s ) . a



ms

a

S= ( m + s ) . a

S


Symbole normalisé

m

a

S

S

m

a

S

S

Arrêt prioritaire Marche prioritaire


Exemple d’application

X n - 1

X n

r n

r n+1

r n-1


Exemple d’application

*


X n - 1

X n

r n

r n+1

r n-1

X n+1

Bascule R S

E1

Q

E2 Q

Schéma

Fonctions séquentielles asynchronesMémoire bistable

Bascule R S

Fonctionnement Entrées Sorties

E1 E2 Q QE1

Q

E2 Q

compléter


Bascule R S


E1 E2 Q QE1

Q

E2 Q


0 0

0 1

1 0

1 1

1 1

1 0

0 1

1 00 1

Combinaison à interdire

Mémorisation de l’état précédentdonc 0 est le niveau actif des entrées.

Mise à 1

Mise à 0

Bascule R S

Symbole normalisé

E1

Q

E2 QQ

Q

E1 marche = mise à 1 SET

S


Bascule R S

Symbole normalisé

E1

Q

E2 QQ

QS

E2 arrêt = mise à 0 RESET

R


Bascule R S

Montage d’application E1

Q

E2

Q


S

R

Bascule R S


Q

E2

Q


S

R

Bascule R S


Q

E2

Q

Rp

Rp


S

R

Bascule R S


Q

E2

Q

Rp

RpU alim


S

R

Bascule R S

Montage anti rebonds A

t

t

B

t

Q


A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q

Montage anti rebonds


A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q

RebondRebonds



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q

RebondRebonds



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S A

t

t

B

t

Q



A

B

Rp

Rp

QS

R Q

Bascule R S

E2

E1

U alim


S

Q

R Q

Le niveau actif des entrées est le 0 logique

Bascule R S

Q

E2

Q

E1Rp

U alim Rp

R S

R S


S

R

Bascule R S

Symbole normalisé

S

R Q

QS

Q

R Q


Fonctions séquentielles asynchronesAléas de fonctionnement

S

e

54321

e

00

1

S

11

2

01

3

10

4 5

00

= 1=

e 1 2 3 4 5

X

x

∆∆∆∆t1 ∆∆∆∆t2

S

Y

y

∆∆∆∆t3 ∆∆∆∆t4

X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S= x

e 1 2 3 4 5

X

x

S

Y

y

e

e

Y

Commutation avec recouvrement

e

e

Y

Commutation sans recouvrement

Y = x . e + y . e

e 1 2 3 4 5

X

x

S

Y

y

e

e

Y

Commutation avec recouvrement

e

e

Y

Aléas !!!

Commutation sans recouvrement

Dans une fonction séquentielle synchrone la prise en compte d'une nouvelle combinaison des variables d’entrées ne s'effectue que sur l'ordre d'une entrée de commande.On maîtrise l’instant de commutation à l’aide de l’entrée de commande.Les circuits synchrones ne sont pas sujets aux aléas!

D

Q

H

Q

Les fonctions synchrones possèdent au moins une entrée de commande !

Logique Séquentielle Fonctions séquentielles synchrones

Bascule R S H

Fonctions séquentielles synchronesMémoire bistable

Q

Q

E2

E1

Rp

Rp

H

S

R

Schéma

Bascule R S H

Fonctionnement

Si H = 0

Si H = 1

la bascule est bloquée, sa sortie conserve l’état antérieur

la bascule fonctionne, c’est une bascule RS


S

R

H

Q

Q

Bascule R S H

Fonctionnement S

t

t

R

t

Q

H

t

Bascule R S H

Fonctionnement S

t

t

R

t

Q

H

tB B B

F F

Bascule R S H

Fonctionnement S

t

t

R

t

Q

H

t

F F

Bascule R S H

Symbole

S

Q

Q

H

R

Suivant les constructeurs l’entrée de commande s’appelle H, T ou CP

S

R

H

Q

Q


Bascule R S


E1 E2 Q Q


1 1

1 0

0 1

0 0

1 1

1 0

0 1

1 00 1

Combinaison à interdire

Mémorisation de l’état précédentbascule bloquée

Mise à 1

Mise à 0

S R

Travail de H

1 seule entrée est suffisante

Rappels

Bascule D

Schéma

Q

Q

H

U alim

Rp


D

Bascule D

Fonctionnement Q

Q

HRp

Si H = 0

Si H = 1 la bascule fonctionne, la sortie Q recopie l’entrée D


D

la bascule est bloquée, sa sortie conserve l’état antérieur

Bascule D

Symbole D

Q

Q

H

La bascule D active sur le niveau 1 du signal de commande ‘ H ’ est dite bascule D type LACH


Bascule D

Symbole D

Q

Q

H


L’entrée D est une entrée synchrone.Elle n’est prise en compte qu’au niveau haut de H

Bascule D

Symbole


Les entrées Set R sont des entrées asynchronesElles sont prises en compte dès quelles sont actives

indépendamment de H !

Forçage à 1

Forçage à 0

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Différentes bascules D

Il existe aussi des bascules D qui ne sont actives que sur le front montant ou sur le front descendant du signal de commande ‘H ’.Elle sont dites bascules D type EDGE.


Création d’un

t

t

H’

H

t

t <<<

?H H’

?



Création d’un

T

t

t

H’

H

t

?H H’



t 0

H’H

Création d’un

T

t

t

H’

H

t

H’ = H . T



t 0

H’H

Création d’un

T

t

t

H’

H

t

H’ = H . T

Temporisation travail



Création d’un

t

t

H’

H

t

t <<<

?H H’



Création d’un

T

t

t

H’

H

t

0 t

HH’

H’ = H . T



Création d’un

T

t

t

H’

H

t

0 t

HH’

H’ = H . T

Temporisation repos




Symboles

Bascule D à front montant Bascule D à front descendant


L’entrée D est une entrée synchrone, elle n’est prise en compte qu’au front de H

Les entrées S et R sont des entrées asynchrones, elles sont prises en compte dès quelles sont actives. Indépendamment de H !

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Fonctionnement

D

t

t

Q

H

t

/R

t

/S

t

Bascule D type EDGE

Exemple d’application Détection du sens de rotation d’un système

B

t

A

t


AH

Bascule D type EDGE

Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système

B

t

A

t


Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE



B

t

A

t

AH

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


AH

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


AH

AH = A . B

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


H

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


H

Bascule D type EDGE


B

t

A

t


H

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

Bascule D type EDGE



H

B

t

A

t

H = A . /B

Bascule D type EDGE


Signal B

Signal A

H = A . /B

AH = A . B


1

1

AH

H

Exemple d’application 2 comptage / décomptage


Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

On a réalisé un compteur modulo 8

Comment faire pour réaliser un décompteur ?

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

Ht

S0

t

S1

t

S2

t

7 6 5 4 3 2 1 0 7 6 5

On a réalisé un décompteur modulo 8

Comment faire pour réaliser un compteur dont le modulo est différent de 2 n ?

Fonctions synchronesRéalisation d’un compteur modulo 6

0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5


0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5

Nombre de bascules nécessaires n = ?

Il faut que 2n > modulo du compteur

ici n = 3 car 23 = 8 > 6


0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7

Il faut donc truquer le compteur !

Avec 3 bascules, on réalise un compteur modulo 23 = 8

0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7


trucage le compteur !

0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5

On va détecter la première combinaison indésirable ici 6


0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5

0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7

Et l’utiliser pour faire une RAZ Asynchrone du compteur

trucage le compteur !


Détection de 6


RAZ du compteur


Fonctions synchronesRéalisation d’un décompteur modulo 6

5 – 4 – 3 – 2 – 1 - 0


5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0

Nombre de bascules nécessaires n = ?

Il faut que 2n > modulo du décompteur

ici n = 3 car 23 = 8 > 6


7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1– 0

Il faut donc truquer le décompteur !

Avec 3 bascules, on réalise un décompteur modulo 23 = 8


trucage le décompteur !

5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0

7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0

On va détecter la première combinaison indésirable ici 7


5 – 4 – 3 – 2 – 1 - 0

7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 –1 - 0

Et l’utiliser pour faire un forçage Asynchrone à 5du compteur

trucage le décompteur !


Détection de 7


Forçageà 5


Conclusions

Fonctions asynchronesMémoire monostable


m

s a

S

S = m + s . a

Symbole normalisé

m

a

S

S

Fonctions asynchronesMémoire monostable


m

s

a SS = ( m + s ) . a

Symbole normalisé

m

a

S

S

Fonctions asynchronesMémoire bistable

Bascule R S

Bascule D

S

R Q

Q

LACH EDGE EDGE

logique programmée

X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S= x

Supposons qu’un opérateur réalise manuellement la commande définie par le chronogramme étudiépage 15.Il devra, à intervalles de temps réguliers, observer l'état des entrées e, x, y puis, suivant cet état, effectuer ou non la mise à jour des sorties S, X, Y. Pour se faciliter le travail, il va se constituer un fichier sur lequel il portera les différentes combinaisons des entrées et les états des sorties correspondants.

e 1 2 3 4 5

X

x

S

Y

y

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 1 x=1 y=1

X=0Y=1S=1

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 1 x=0 y=1

X=0Y=1S=0

e= 1 x=1 y=1

X=0Y=1S=1

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 0 x=0 y=1

X=0Y=0S=0

e= 1 x=0 y=1

X=0Y=1S=0

e= 1 x=1 y=1

X=0Y=1S=1

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

e= 0 x=0 y=1

X=0Y=0S=0

e= 1 x=0 y=1

X=0Y=1S=0

e= 1 x=1 y=1

X=0Y=1S=1

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique Programmée

eXx

S

Yy

e= 0 x=0 y=1

X=0Y=0S=0

e= 1 x=0 y=1

X=0Y=1S=0

e= 1 x=1 y=1

X=0Y=1S=1

e= 0 x=1 y=1

X=1Y=1S=1

e= 0 x=1 y=0

X=1Y=1S=1

e= 1 x=1 y=0

X=1Y=0S=1

e= 1 x=0 y=0

X=1Y=0S=0

e= 0 x=0 y=0

X=0Y=0S=0

Logique ProgramméeRepérage des

fiches« adresse »

Informations dans les fiches« données »

Sélection des fiches

« commande »

Entrées Sorties

Traitement parallèle

Le traitement est dit parallèle lorsque tous les signaux sont pris en compte simultanément par l'organe de traitement. C'est le cas de la logique câblée. En adoptant cette représentation simplificatrice, on distingue que le traitement parallèle recèle un certain degré de séquentiel provoqué par les transitions de couche à couche.

Logique Programmée

Traitement parallèle

Le traitement est dit parallèle lorsque tous les signaux sont pris en compte simultanément par l'organe de traitement. C'est le cas de la logique câblée. En adoptant cette représentation simplificatrice, on distingue que le traitement parallèle recèle un certain degré de séquentiel provoqué par les transitions de couche à couche.

Logique Programmée1 2 3 4

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )

S (A<B) = (S (A=B) + S (A>B) )

S (A>B) = a1 /b1 + a0 /b0. (a1 b1)

PROCESSEUR

Registre instructionsmémoire

Entrées

Sorties

Traitement séquentiel

A chaque top d’horloge, le processeur exécute une instruction et une seule

Un traitement est dit séquentiel lorsque les signaux concernés à un instant donné sont traités successivement, dans un ordre prédéfini. Le principe de la logique programmée est de substituer aux différentes couches d'une logique câblée, une seule couche appelée "PROCESSEUR" capable de réaliser les fonctions de toutes les couches. Le processeur exécute des instructions qui lui indiquent quelle fonction il doit réaliser et sur quels signaux. Le processeur est donc lui-même une logique séquentielle synchrone. Sa réalisation est matérialisée par un MICROPROCESSEUR .

Logique Programmée

Traitement séquentiel

Logique Programmée

1

2

3

4

6

5

7

8

Un traitement est dit séquentiel lorsque les signaux concernés à un instant donné sont traités successivement, dans un ordre prédéfini.

A chaque top d’horloge, le processeur exécute une instruction et une seule.

S (A=B) = (a0 b0 ) . (a1 b1 )

S (A<B) = (S (A=B) + S (A>B) )

S (A>B) = a1 /b1 + a0 /b0. (a1 b1)

Système minimum

Processeur Mémoire Interfaces

Traitementde données

Stockagede données

Liaison avecl’extérieur

Bus de donnéesBus d’adressesBus de commande

Bus

Pour permettre le fonctionnement défini, un système programmable doit au minimum être composé de la manière suivante:

Logique ProgramméeP23

Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmablepar un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires.

Norme NF C 63-850

Adapté vis à vis de la partie opérative

Structure d’un A.P.I

Entrées/Sorties industrielles,

Traitement de fonctions logiques courantes (séquentielles et/ou combinatoires),


Norme NF C 63-850

Adapté vis à vis de l’environnement


Température, Humidité, Vibrations,

Parasites électriques et électromagnétiques,


Norme NF C 63-850

Adapté aux tâches de conception et de réalisation


Outil de dialogue permettant de décrire et d'implanter l'application dans un langage

simplifié adapté aux tâches de mise au point,


Norme NF C 63-850

Adapté aux tâches de mise au point


Outil de dialogue permettant :- l'édition et la modification ponctuelle, - le transfert de programme, - la simulation, - la visualisation dynamique, etc …


Norme NF C 63-850

Adapté aux tâches d’exploitation


En mode normal et en mode dégradé

Structure Fonctionnelle


API

Détection des entrées(capteurs)

Commande des sorties(pré-actionneurs)

Dialogue de programmation

Dialogue d’exploitation

Dialogue de supervision

P24

COMMUNIQUER

TRAITER les

DONNEES

GERRER L ’ENERGIE

TRANSFORMER en ENERGIE MECANIQUE

AGIR sur la Matière d Œuvre

ACQUERIR les ETATS du PROCEDE

Visualisation d états

Consignes Programme Energie

W1-W2-W3

ME MS

Comptes-rendus

Données

Commandes

Puissance

W mécanique

Evénements

Informations d ’états

Pupitre.TDI

Alimentationspré-actionneurs

Actionneurs

Effecteurs

Capteurs

TRAITER les

DONNEES

A.P.I

COMMUNIQUER

ACQUERIR les ETATS du PROCEDE

GERRER L ’ENERGIE


Système automatisé

TRAITER les

DONNEES

ADAPTEES

ADAPTER

et

ISOLER

ADAPTER

et

ISOLER

Données

Retour capteur

Comptes -rendus

Ordres de commandes

EnergieProgramme

Données adaptées

Signal logiqueInterface d’entrée

Interface de sortie

Unité Centrale

TRAITER les

DONNEES

ADAPTEES

Structure Fonctionnelle d’un Automate Programmable Industriel


STOCKER

.

GERER

les

Entrées/Sorties

TRAITER

Données adaptées

Instructions

Données traitées

EnergieProgramme

Données de travail

Données+adresse

Signal logique

Gestionnaire

d’E/S

GERER

les

Entrées/Sorties

Processeur

TRAITER


Structure Fonctionnelle de l’Unité Centrale

Mémoire

Système minimum


Structure Matérielle

Rack

Le Rack de base constitue l'ossature métallique d'un API avec la carte"Fond de Panier" (BUS + connecteurs)

P24



Le Rack

Il s'agit de structures métalliques pouvant recevoir un certain nombre de cartes électroniques de même dimension, selon un pas donné.Un équipement peut se présenter sous la forme:

- d’un système compact, fermé avec un nombre d'E/S défini par le constructeur, généralement peu important et réservé aux API bas de gamme.



Automates compacts



Le Rack

Il s'agit de structures métalliques pouvant recevoir un certain nombre de cartes électroniques de même dimension, selon un pas donné.Un équipement peut se présenter sous la forme:

- d’un système compact, fermé avec un nombre d'E/S défini par le constructeur, généralement peu important et réservé aux API bas de gamme.

- d’un système modulaire avec un rack principal et un (ou plusieurs) rack d'extension liés par le bus de l'API ou par coupleurs d’extensions si le nombre d’entrées / sorties est important.



Automates modulaires



Automates modulaires

Rack principal

Rack extension



ALIM

Réseau 220VAC ou Alimentation 24VDC

Alimentation 24VDC Stabilisée

Rack



Le module d’alimentation

Il permet de fournir l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l’automate.Les principales tensions utilisées dans un API sont du +12v et ± 5v adaptés au fonctionnement des cartes électroniques internes.Pour pouvoir agir directement sur la PO en cas de défaillance, certains modules d’alimentation sont équipées d'un contact et d'un voyant.Le module d’alimentation à un emplacement réservé dans le rack principal.

On distingue :le module d’alimentation alternatif qui fourni l’énergie nécessaire à partir du secteur 220V.le module d’alimentation continu qui fourni l’énergie nécessaire à partir d’alimentations externes 24Vou 48V.

Le choix du module d’alimentation d'un automate se fera à partir de sa configuration et d'un bilan énergétiquedes consommations des coupleurs installés.



ALIM

UC Processeur

Mémoire

GestionE/S

Bus interne

Communication





L’Unité Centrale

L’Unité Centrale est le cœur de l’automate, elle regroupe l’ensemble des dispositifs nécessaires au fonctionnement logique interne de l’API:

- le Processeur,- la Mémoire,- le Gestionnaire d’entrées / sorties.

Voir paragraphe correspondant



ALIM

UC

Mémoire

GestionE/S

Bus interne

E/S E/S E/S E/S

Bus d’E/S

Communication Extension

Processeur





Les Coupleurs d’entrées /sorties

Les coupleurs d’entrées / sorties assurent la fiabilité des échanges des informations entre l’API et la partie opérative dans un milieu industriel fortement parasité.Les constructeurs offrent une grande variété de coupleurs.

voir paragraphe correspondant.



ALIM

UC

Mémoire

GestionE/S

Bus interne

E/S E/S E/S E/S

Bus d’E/S

Communication Extension

Processeur





Le Bus

Les constructeurs d’API ont rapidement fait évoluer leurs machines vers une architecture multibuspour augmenter les performances de leurs systèmes. Nous identifierons les divers BUS suivant leur niveaux d’utilisation:

- Niveau 0: correspondant au bus du microprocesseur confiné à la carte d’unité centrale « Bus Interne ».

- Niveau 1: c’est par lui que s’effectuent les échanges entre cartes, c’est le « Bus fond de panier » ou « Bus d’entrées/sorties ».


Alimentation UnitéCentrale

Coupleur d’entrées

Coupleur de sorties

Rack


Alimentation

PS3075A

307-1EA00-0AA0

Type

Référence


Unité Centrale315-2EH13-0AB0

CPU315-2 PN/DP

Type

Référence


Coupleur d’entrées

SM321DI 16xDC24VSM321

DI 16xDC24V

321-1BH02-0AA0

Type

Référence


Coupleur de sorties

SM322DO 16xREL AC 120/230V24V

322-1HH01-0AA0

Type

Référence


SM322DO 16xREL AC 120/230V24V

322-1HH01-0AA0

Configuration avec un atelier logiciel

Fiabilité – Sécurité - Disponibilité

La fiabilité d’un API se mesure à partir du taux de défaillance de chacun de ses constituants.

automateInstallation automatisée

95%

Défauts externesà l’automate

5%Défauts internesà l’automate 10%

unité centrale

90%entrées/sorties

Unité centrale

processeur

25%

mémoire

25%

B U S

25%

alimentation

25%


l’Automate est fiable et présente un haut niveau de disponibilité

P26


La disponibilité est définie comme :

Disponibilité = Σ temps de production / temps total

Elle est toujours < 1 (100 %)

La disponibilité correspond à l’aptitude du système àréaliser sa fonction.


Pour augmenter la disponibilité de l’installation dans son intégralité, il faut s’attaquer par des fonctions de diagnostics aux 95% des pannes occasionnées par les défauts extérieurs à l’automate.

Installation automatisée

95%

Défauts externesà l’automate

5%Défauts internesà l’automate

L’Unité Centrale

GJ C

Introduction

STOCKER

.

GERER

les

Entrées/Sorties

TRAITER

Données adaptées

Instructions

Données traitées

EnergieProgramme

Données de travail

Données+adresse

Signal logique

Gestionnaire

d’E/S

Processeur Mémoire Interfaces

BUS

Mémoire

Processeur

Fonctions Logicielles de l’UC

Logiciel d’application

P29

Logi

ciel

de

base

Niveau utilisateur

Niveau matériel

Logiciel de production de programme

Fonctions Logicielles de l’UC

Niveau utilisateur

Logiciel d’applicationLo

gici

el d

e ba

se

Logiciel d’exploitation

Noyau système

Gestion de la mémoire

Superviseur système

Gestion des E/S

Codage et mise au point des applications

Niveau matériel

STOCKER

.

GERER

les

Entrées/Sorties

TRAITER

Données adaptées

Instructions

Données traitées

EnergieProgramme

Données de travail

Données+adresse

Signal logique

Gestionnaire

d’E/S

Mémoire

Processeur

La mémoire

La mémoire

Une mémoire est un dispositif technologique destiné à conserver l’information.

La mémoire élémentaire (ou point mémoire) mémorise une valeur binaire un

BIT (0 ou 1).

Définition

La mémoire

Le mode d’accès

Caractéristiques

(aléatoire ou direct)

Accès aléatoire ou direct, l'information est stockée à une adresse précise que l'on atteint directement et rapidement en lui appliquant une information binaire correspondant à l'adresse sélectionnée.

1 Mot double

1 Octet ou1 Byte

La mémoire

1 Mot

Bus d’adresse

Bus de données

BitAccès Aléatoire ou Direct

Circuit d’adressagesélection

La mémoire

Bus d’adresse

Bus de données

Accès Aléatoire ou Direct

Circuit d’adressagesélection

Bus de commande

La mémoire

Le mode d’accès

Caractéristiques

(séquentiel)

Accès séquentiel, le temps d'accès est plus ou mois long selon que l'information se trouve stockée plus oumoins loin de l'organe de lecture /écriture.

La mémoire

Tête d’écriture

Tête de lecture

Information « i »

support

Entraînement

Accès Séquentiel

Information « j »Information « h »

La mémoire

Le mode d’accès

Le mode de fonctionnement

Caractéristiques

à lecture / écriture, permet l'inscription et le prélèvement d'une information,

à lecture seule, les données sont écrites par le constructeur, et ne peuvent qu'être lues par l'utilisateur.

La mémoire

Le mode d’accès


La volatilité

Caractéristiques

Une mémoire est volatile si elle perd les informations lors d'une coupure de son alimentation.

La mémoire

Le mode d’accès


La volatilité

La vitesse

Caractéristiques

Temps d'accès: temps pour l'obtention d'une information après la demande de lecture.

La mémoire

Le mode d’accès


La volatilité

La vitesse

La capacité

Caractéristiques

Nombre d'éléments binaires qui peuvent être stockés. Si l'information est rangée dans N registres de p éléments.

Capacité = N x p

1 Octet = 1 Byte = 8 Bits1 KO = 210 Octets =1024 Octets = 1024 x 8 = 8192 Bits 1 MO = 1024 KO1 GO = 1024 MO

P30

La mémoire

Technologies Mémoires mortes ROM (Non volatiles)

Non reprogrammable par l'utilisateur PROM

- EEPROM reprogrammable par signal électrique

« logiciel d'application »

« logiciel d'application »

« logiciel d’exploitation »

Reprogrammable par l'utilisateur:

- REPROM après effacement aux UV

La mémoire

Technologies

-FLASH EPROM

La mémoire Flash s'apparente à la technologie de l’EEPROM. Elle est programmable eteffaçable électriquement comme les EEPROM.

« logiciel d'application et dossier machine »

La mémoire

Technologies

Ces mémoires sont volatiles.Dans un API elles sont protégées par batteries ou pile au lithium (1000 heures). Elles ont l'avantage de pouvoir se programmer directement dans l'UC donc autorisent des consoles de programmation plus simple.

Mémoires vives RAM (volatiles)

« logiciel d'application » et/ou « données »

La mémoire Notion de hiérarchie mémoire

Une mémoire idéale serait une mémoire de grande capacité, capable de stocker un maximum d’informations et possédant un temps d’accès très faible afin de pouvoir travailler rapidement. Cette mémoire idéale n’existant pas et n’ayant jamais besoin de toutes les informations au même moment. Pour obtenir le meilleur compromis coût performance, on définie donc une hiérarchie mémoire. On utilise des mémoires de faible capacité mais très rapide pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le plus et on utilise des mémoires de capacité importante mais beaucoup plus lente pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le moins.

La mémoire

Architecture

Mémoire centrale

Zone Moniteur

ou

ZoneSystème

Zone mémoire

de Données

Zone mémoire

de Programme

PROM RAM REPOM –EEPROM -RAM

P31

La mémoire

Architecture Zone mémoire de Données

Zone BITS Zone MOTS

Zone image des ENTREES

Zone image des

SORTIES

Zone des variables BITS internes

Zone des variables MOTS internes

Zone des variables

MOTS réservés

(tempo, compteurs, ….)

Zone d’états

MOTS status ou MOTS d’états

P32

La mémoire

Architecture Zone mémoire de Programmes

Reçoit le ou les programme (s) ou les programme(s) d'application(s). Elle est organisée en mots. Un programme est repéré par l'adresse de sa première instruction ou par un nom (label). Suivant les constructeurs la mémoire programme peut être découpée en zones ou ne faire qu'une entité.

STOCKER

.

GERER

les

Entrées/Sorties

TRAITER

Données adaptées

Instructions

Données traitées

EnergieProgramme

Données de travail

Données+adresse

Signal logique

Gestionnaire

d’E/S

Mémoire

Processeur

Le Processeur

Le Processeur

Le processeur d'un API doit répondre à des contraintes:

- de traitement sur bits pour les variables logiques, E/S TOR, séquentiel et combinatoire,

- de traitement sur mots pour les variables numériques,

- de travail en temps réel ou avec un temps de cycle court,

- d'interprétation du langage utilisateur pour le codage en instructions du processeur.

L’instruction

Code opératoire

CO AOAdresse opérande

Quoi faire Sur quoi faire

Le Processeur

Une instruction est un ordre exécutable par la logique.

P33

Fonction Adresse

Le Processeur

Processeur

Unité de commande Unité de traitement

Compteurordinal

Compteur ordinal ou Pointeur programme il est chargé de l'adresse de l'instruction en cours

P34

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal

Registred’instruction

Le registre d’instruction stocke l'instruction en cours pendant tout le temps de son exécution.Il est en deux parties liées au format de l'instruction:

- la partie Fonction

- la partie Adresse

Fonction Adresse

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal


Le Décodeur de fonctionsest chargé de reconnaître l'opération à exécuter.

Décodeur defonctions

AdresseFonction

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal



Séquenceur

Le Séquenceurgénère les signaux "horloges" d’enchaînement des trois phases d'exécution d'une instruction.

- 1er appel d’une instruction

- 2em exécution de l’instruction

- 3em préparation de l’instruction suivante

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal



Séquenceur

U.A.L(Unité Arithmétique et Logique )

L’ UnitéArithmétique et Logique est le circuit le plus complexe, il est chargé d'effectuer toutes les opérations spécifiées par le décodeur de fonctions.

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal



Séquenceur


Accumulateur

L’ Accumulateurest un registre étroitement lié à l'UAL. Il travaille en tant que "source" de données pour l'UAL mais aussi en "destination" pour stocker le résultat d'un travail.

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal



Séquenceur


Accumulateur

Registres de travail

(Pile : LIFO / FIFO)

LesRegistres de travail(piles*) servent au stockage temporaire de données avant traitement.*Une pile est constituée d’un ensemble ordonné d’informations et d’une politique de gestion de leur acquisition et de leur restitution. Deux types sont disponibles dans un processeur :

empiler

Registre de travail

LIFO

Registre de travail

dépilerLIFO

Registre de travail

Last InputFirst Output

dépiler

Pile type LIFO

empiler

P34

empiler

Registre de travail

FIFO

Registre de travail

dépiler

FIFO

First InputFirst Output

Registre de travail

dépiler

Pile type FIFOempiler

P34

Le Processeur

Processeur


Compteurordinal



Séquenceur


Accumulateur

Registres de travail

(Pile : LIFO / FIFO)

Registres d’états

(Mots status ou Flag status)Registres d’étatspour le compte rendu des différentes opérations exécutées par le processeur.

Registre d’état

C E O I X X

Retenue(carry) input

output

parité

X X

Fonctionnement simplifiédu processeur

Mémoire programme

Compteur ordinal

séquenceur

Registre instruction

UAL

accumulateur

registres

Décodeur de fonctions

Instruction i

Donnée Di

Adresse i

Mémoire de données

Instruction iInstruction i-1

Position initiale « fin du traitement de l’instructi on i-1 »

Instruction i+1

Mémoire programme

Compteur ordinal

séquenceur


UAL

accumulateur

registres


Instruction i

Donnée Di

Adresse i



Phase 1 « appel de l’instruction »

Instruction i+1

Mémoire programme

Compteur ordinal

séquenceur


UAL

accumulateur

registres


Instruction i

Donnée Di




Instruction i+1

Adresse i

AOiCOi


UAL

accumulateur

registres


COi

Phase 2 « exécution de l’instruction »

Mémoire programme

Compteur ordinal

séquenceur

Instruction i

Donnée Di


AOiCOiCOi

Fonction i

Instruction i-1

Instruction i+1

Adresse i


UAL

accumulateur

registres


AO i

COi

Fonction i


Compteur ordinal

séquenceur

Mémoire programme

Instruction i

Donnée Di


AOiCOi

Instruction i-1

Instruction i+1

Adresse i


UAL

accumulateur

registres


Phase 3 « préparation instructionsuivante »

Instruction i+1

Mémoire programme

Compteur ordinal

séquenceur

Î Horloge

+1

Instruction i+1

Donnée Di


Instruction i AOiCOi

COi

Fonction i

Adresse iAdresse i+1

Instruction i-1

P35 haut

« état initial »

P35


P36


P36

Phase 3 « préparation instructionsuivante »

La mémoire

Adressage Adressage immédiat

CO AO

LD # 2007

la donnée est dans la zone adresse opérande

P37

La mémoire

Adressage Adressage absolu

CO AO

LD MW 250

2007250Mémoire de données adresse

La donnée est à l’adresse qui figure dans la zone adresse opérante

La mémoire

Adressage Adressage indirect

CO AO

LD MW 255


l’adresse opérande indique une adresse ou se trouve l’adresse de la donnée


La mémoire

Adressage Adressage indexé

CO AO

LD MW 255

Registre Index = 10

Mémoire de données adresse 2007255 + 10 = 265

l’adresse de la donnée est obtenue en rajoutant la valeur d’un registre à la valeur de l'adresse opérande.

Cycle de fonctionnement

L’unité centrale d’un automate programmable à un fonctionnement cyclique, c'est à dire synchrone.Le pointeur programme, en décrivant successivement tous les mots de la mémoire programme jusqu'au dernier, avant de recommencer à partir du premier, assure le fonctionnement cyclique de l'unité centrale. Le fonctionnement est synchrone par rapport à l'horloge interne. La puissance d'une UC est donc directement liée à sa vitesse de scrutation.

On appelle période d'un API, le temps mis pour l'exécution de 1K instructions logiques.

Lors d'un tour de cycle, l'Unité Centrale assure aussi des fonctions système (gestion interne, autodiagnostics, échanges) et le traitement des données spécifié par le programme.

Un cycle réel de la machine comprend donc deux phases :• la phase système

• la phase traitement

Traitement

T S T S T ST ST S T S T

S

T

P38

Cycle n-1 Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2 Cycle n+3 Cycle n+4 Cycle n+5

instruction mnémonique code fonction réaliséeCHARGER SI OOO1 Test d'une variable

SI/ OO1O Test du complément d'une variableFONCTIONS ET OO11 Faire un ETLOGIQUES ET/ O1OO Faire un ET complémenté

OU O1O1 Faire un OUOU/ O11O Faire un OU complémenté

AFFECTATION OUT O111 Affecter une valeur à une variableOUT/ 1OOO Affecter le complément d'une valeur à une variable

Jeu d’instructions


Exemple de traitement


Données

0

255

Entrées256

383

Sorties384

511



Adressage

E1 256E2 257E3 258E8 259

S 384

X1 000X2 001

Equation

S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2)



P39

Equation

S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2)

Programme

Cycle de fonctionnement P39

Fonctionnement Littéral

S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2)

0, Charger E1

8, Affecter résultat à S

1, Faire OU avec E2

2, Charger complément E3

3, Faire ET avec X1


5, Faire ET avec X2

6,Faire OU (c + b )

7, Faire ET (d. a )

} a

} b

} c

} d


} e

P40

Fonctionnement Littéral

S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2)

0, Charger E1

8, Affecter résultat à S

1, Faire OU avec E2


3, Faire ET avec X1


5, Faire ET avec X2

6,Faire OU (c + b)

7, Faire ET (d. a)

} a

} b

} c

} d

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

5, ET 00016, SI c7, OU b8, SI d

} a

} b

} d

Fonctionnement Automate

10, OUT 0384

} c

9, ET a


} e} e

Cycle de fonctionnement P40

b

c

a

d

e

Accumulateur

Pile



UAL

accumulateur

registres

0, SI 0256E1

Accumulateur

Pile



0, SI 02561, OU 0257

Accumulateur

Pile

} aa



« E1 + E2 »

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 0258

} a/E3

Accumulateur

a

Pile



0, SI 02561, OU 02572, SI/ 02583, ET 0000

} a

Accumulateur

a

Pile } b

b



« /E3 . X1 »

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

} a

} b

/E8

Accumulateur

b

Pile

a



0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

5, ET 0001

} a

} b

Accumulateur

b

Pile

a } c

c



« /E8 . X2 »

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

5, ET 0001

} a

} b

Accumulateur

a

Pile

6, OU

} c

} d

d



« c + b »

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

5, ET 0001

} a

} b

Accumulateur

Pile

6, OU

} c

7, ET

} d

e



« d . a »

} e

0, SI 02561, OU 0257

2, SI/ 02583, ET 0000

4, SI/ 0259

5, ET 0001

} a

} b

Accumulateur

Pile

6, OU

} c

7, ET

} d

8, OUT 0384



} e

STOCKER

.

GERER

les

Entrées/Sorties

TRAITER

Données adaptées

Instructions

Données traitées

EnergieProgramme

Données de travail

Données+adresse

Signal logique

Gestionnaire

d’E/S

Mémoire

Processeur

Gérer les Entrées / Sorties


Gestion des Entrées / Sorties

Le système de gestion des entrées et des sorties est constitué du gestionnaire d'entrées/sorties et de l'ensemble des coupleurs.

Il doit permettre, sur le plan fonctionnel, la résolution de deux problèmes :

• établir une liaison technologique sûre entre l'extérieur et le bus d'entrée/sortie, c'est le rôle des coupleurs.

• assurer la cohérence des informations pendant le déroulement séquentiel du programme.- les informations d'entrées, lues sur les coupleurs d'entrées, sont mises en mémoire pour

devenir des variables d'entrées. Le processeur ne travaillant que sur ces images il aura une vision cohérente du processus durant tout le déroulement du programme.

- les valeurs des états des sorties, calculées par le processeur tout au long du programme sont mises en mémoire pour devenir des variables de sorties qui seront ensuite transmises, groupées, aux coupleurs de sorties.Ces opérations de lecture « acquisition des entrées » et d’écriture « affectation des sorties » sont effectuées automatiquement par le processeur dans la phase système du cycle.


E

Acquisition des entrées



Coupleursd’entrées

Gestionnaired’E/S

Mémoire imagesdes Entrées

Processeur Coupleursde sorties

Bus d ’E/S

Bus interne

E




Gestionnaired’E/S

Mémoire imagesdes Entrées


Bus d ’E/S

Bus interne

Lire toutes les entrées de tous les coupleurs d’entrées et, via le gestionnaire d’E/S, les recopier en mémoire de données dans la zone image des entrées.

E P42


TE

Traitement


Traitement


Gestionnaired’E/S

Mémoire des données


Bus d ’E/S

Bus interne

TE

Mémoire des données


Traitement


Gestionnaired’E/S


Bus d ’E/S

Bus interne

Traiter les équations du programme d’application à partir des entrées mémorisées et :- pour les sorties, écrire les valeurs en zone image des sorties,- pour les variables internes, écrire les valeurs en zone correspondante.

TEP42


TE S

Affectation des sorties




Gestionnaired’E/S

Mémoire imagesdes sorties


Bus d ’E/S

Bus interne

TE S




Gestionnaired’E/S

Mémoire imagesdes sorties


Bus d ’E/S

Bus interne

Lire les valeurs des sorties en zone image des sorties et, via le gestionnaire d’E/S, recopier les états de toutes les sorties sur tous les coupleurs de sorties.

TE SP42


TE S

Cycle API


TTE S E SS TE

Cycle n Cycle n+1Cycle n-1 Cycle n+2

L'unité centrale de l’automate programmable fonctionne d’une manière synchrone,en exécutant de manière cyclique le programme d’application (Traitement).

ST STE STE STE E

Scrutation (n) Scrutation (n+1)

T

Image S11

S11

Soit une instruction de programme qui consiste à activer la sortie S11

Progr. ( )S11

Scrutation (n-1) Scrutation (n+2) (n+3)



Image S11

S11

Progr.

Lors de la scrutation (n-1), le programme ne demande pas à activer S11 :l'image S11 reste à l'état 0

ST STE STE STE E T


( )S11



Image S11

S11

Traitement des sorties :l'image S11 étant à 0, la sortie physique n'est pas activée

ST STE STE STE E T




Image S11

S11

Lors de la scrutation (n), la même instruction est ànouveau exécutée

ST STE STE STE E T


( )S11



Image S11

S11

et les conditions sont cette fois réunies pour obtenir S11...

ST STE STE STE E T


( )S11



Image S11

S11

L'image de S11 passe à l'état 1 et est mémorisée jusqu'au traitement de l’équation lors de la prochaine scrutation

ST STE STE STE E T


( )S11



Image S11

S11

Traitement des sorties:la sortie physique est activée et mémorisée jusqu'au traitement des sorties de la prochaine scrutation

ST STE STE STE E T




Image S11

S11

Si lors de la scrutation (n+1) la sortie doit être maintenue, l'image S11 conserve l'état 1

ST STE STE STE E T


( )S11



Image S11

S11

La sortie physique S11 garde son état sans interruption pendant la scrutation suivante

ST STE STE STE E T



Scrutation (n+2)Scrutation (n+1)

Image S11

S11

Si lors de la scrutation (n+2) les conditions pour activer S11 ont disparues, l'image de S11 passe à l'état 0, mais la sortie S11 garde son état.

ST STE STE STE E T

Scrutation (n-1) Scrutation (n) (n+3)

( )S11


Scrutation (n+2)Scrutation (n+1)

Image S11

S11

S11 ne sera désactivée que lors de la prochaine mise à jour des sorties.

ST STE STE STE E T

Scrutation (n-1) Scrutation (n) (n+3)


X= /

A

S=A

.x


Influence sur la programmation

S

X

A

Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2

X= /

A

S=A

.x

X= /

A

S=A

.x

X= /

A

S=A

.x

1er CAS

Cycle n+3

P43

S=A

.x

X= /

A


Influence sur la programmation

S

X

A

Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2

S=A

.x

X= /

A

S=A

.x

X= /

A

S=A

.x

X= /

A

2em CAS

Cycle n+3

Avec les mêmes instructions, l’ordre d’écriture peut induire dans certains cas des résultats différents sur les sorties !

P43


Le mode de fonctionnement séquentiel de l’automate programmable demande pour éviter des erreurs sur le fonctionnement des sorties de respecter une règle importante de programmation.

PROGRAMMATION DES SORTIES

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S11

? >%X3

Équation de la sortie S11 :S11 = X3

( )S12

? >%X3

%X4

Équation de la sortie S12 :S12 = X3 + X4

Equations et programmation

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S11%X3

( )S12%X3

%X4

Fonctionnement

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S11%X3

( )S12%X3

%X4

FonctionnementExemple : X3 active

Sens d'évolution du programme

Image S11 = 1

Image S12 = 1

S11 = 1S12 = 1

Fin de programme : affectation des sorties

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S11%X3

( )S12%X3

%X4


Image S11 = 0

FonctionnementExemple : X4 active

Image S12 = 1

S11 = 0S12 = 1

Fin de programme : affectation des sorties

PROGRAMMATION DES SORTIES

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S12%X3

( )S11

%X4

( )S12

3

4

E1

S12 S11

S12

( )S12%X3

( )S11

%X4

( )S12

Soit par exemple :X3 active


Image S12 = 1

Image S11 = 1

Image S12 = 0

S12 = 0 !!!Fin de programme : affectation des sorties


Si une sortie est commandée à plusieurs endroits du programme(plusieurs équations), l’état mis à jour sur le coupleur de sortie est celui pris en dernier dans l’exécution du programme (dernière équation).

Pour qu’il n’y ait pas risque d’erreur, avec les variables de typemonostables, le programme ne doit comporter qu’une seule équation pour chaque variable, pour n’être lue et exécutée qu’une fois à chaque cycle de scrutation.

Programmation des sorties

Le mode de fonctionnement séquentiel de l’automate programmable ne permet pas de suivre de manière certaines les variations des entrées dans certains cas.

Cycles d’interruption

ST STE STE STE TE


E1

Image E1

Cas n°1Cycles d’interruption

Scrutation (n-1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)


E1

Image E1

Le programme se déroule,il effectue le traitement de la scrutation (n-1)

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Scrutation (n) : lors du traitement des entrées,l'image E1 reste à 0 puisque l'entrée physique E1 est absente

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

L'entrée physique passe à l'état 1mais l'image E1 n'est pas réactualisée : elle reste à 0

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Scrutation (n+1), traitement des entrées :l'entrée E1 étant toujours présente, l'image E1 passe à l'état 1et sera maintenue pendant toute la durée de cette scrutation

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Un test de E1 est demandé par le programme utilisateur :l'image de E1 étant à l'état 1, c'est cet état qui est pris en compte (état 1)1

2

E1

ST STE STE STE TE



Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)


E1

Image E1

Un test de E1 est demandé une seconde fois par le programme utilisateur :l'image de E1 étant à l'état 1, c'est cet état qui est pris en compte (état 1)bien que l'entrée physique E1 ne soit plus présente !

Ainsi : on obtient la stabilité des entrées lors d'une scrutation donnée

1

2

E18

9

E1

ST STE STE STE TE

Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)


E1

Image E1

Traitement des entrées pour la scrutation (n+2) :l'entrée physique E1 ayant disparu, l'image de E1 est remise à 0

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

L'image de E1 conserve cet état durant toute la scrutation suivante ...

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

… même si E1 passe à l'état 1

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Cas n°2

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Soit l'entrée E1 : elle s'active en cours de scrutation (n) ...

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

… elle disparaît au cours de cette scrutation.

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Lors du traitement des entrées en scrutation suivante,l'image E1 conserve son état à 0 puisque E1 a disparu

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

La mémoire image E1 n'a été à l'état 1ni lors de la scrutation (n), ni lors de la scrutation (n+1)

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Du point de vue du programme,le passage momentané de l'entrée E1 n'aura pas été pris en compte

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Cas n°3

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

Soit l'entrée E1 : elle s'active en cours de scrutation (n) ...

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

… elle est toujours active lors du traitement des entrées

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

L'image E1 passe à l'état 1 ...

ST STE STE STE TE





E1

Image E1

… et conserve cet état pendant la scrutation suivantemême si E1 disparaît

Observation d'après les cas 2 et 3 :Selon le moment d'arrivée d'une entrée brève, elle sera prise en compte ou non

ST STE STE STE TE




Les automates de dernière génération permettent le travail par interruption du cycle. C’est à la configuration de l’API qu’il est possible de déclarer une ou plusieurs entrées comme « entrée interruptive».

En fonction des API, on possède plusieurs types d’interruption.


TT


E S E SS TE

Interruptions commandées

T

demande d’interruption

T

demande d’interruption

Le changement d’état d’une entrée déclarée interruptive provoque l’interruption du cycle en cours pour traiter la partie de programme liée à l’interruption. On appelle cela travailler en « tâche d’interruption». P44

Sous programme d’interruption

TT


E S E SS TE

T T

Interruptions périodiques

T T T TT

période

Dans ce cas, l’interruption est fixée par le système à un intervalle de temps défini lors de la configuration.On appelle cela travailler en « tâche rapide ».

P44

Sous programme d’interruption


Temps de cycle (Tcy)

TTE S E SS TE

Le temps de cycle est défini comme le temps mis par l’UC pour exécuterles trois phases de la scrutation :

- E (acquisition des entrées), - T (traitement), - S (affectation des sorties).


Modification des entrées

Prise en compte de la

modificationAffectation des sorties

Temps de réponse (Tr)

TTE S E SS TE

Temps de réponsed’un API est le temps nécessaire à l’automate pour prendre en compte une modification des entrées, traiter cette modification et affecter les sorties correspondantes.

P45


Modification des entrées

Prise en compte de la

modification



TTE S E SS TE

Temps de réponsed’un API est le temps nécessaire à l’automate pour prendre en compte une modification des entrées, traiter cette modification et affecter les sorties correspondantes.

P45



TTE S E SS TE


TTE S E SS TE

1 cycle < Tr < 2 cycles

P45


Sécurité de fonctionnement « CHIEN DE GARDE »

Pour éviter des défauts de fonctionnement graves au niveau de la partie opérative en cas de défaillance de l’unité Centrale ou pour vérifier le bon déroulement du programme, l'Unité Centrale possède un système de surveillance appelé" CHIEN DE GARDE" ou WATCHDOG.


E T S E T S

temporisation

∆t


OK

validation de la temporisation réarmement de la

temporisationP45


E T S E T S


OK

temporisation∆t


E T S E T S

temporisation

∆t


ALARME CHIEN DE GARDE


Exemple

Configuration API128 entrées (8 cartes de 16 entrées)144 sorties (9 cartes de 16 sorties)mémoire de 4K

Caractéristiques fonctionnellesTemps d’accès à une carte d’entrée ou de sortie 29 µsPériode 1,85 ms

Acquisition des entrées 8 x 29 = 232 µs

Affectation des sorties 9 x 29 = 261 µs

Durée du traitement 1,85 x 4 = 7,4 ms

Temps de cycle 0,232 ms + 7,4 ms + 0,261 ms = 7,893 ms

Durée du chien de garde > 7,893 ms (9 ms par exemple)

7,893 ms < Tr < 15,786 ms


On considère que représente l’instant de l’acquisition de l’entrée E1.


On considère que représente l’instant de l’affectation de la sortie S.


On considère que représente l’instant du traitement de l’équation S = E1










Les coupleurs industriels

GJ C

Généralité

Les coupleurs industriels assurent la liaison entre l'UC de l'automate et La partie opérative « le process ».

les coupleurs d'entrées reçoivent des signaux des capteurs, les traitent pour les rendre compatibles avec la logique interne de l'API.

les coupleurs de sorties reçoivent les informations de l'UC, les amplifient pour les rendre compatibles avec les pré actionneurs.

Chaque constructeur offre dans son catalogue une panoplie plus ou moins étendue de coupleurs différents:Les coupleurs d’entrées/sorties Tout Ou Rien « TOR »,Les coupleurs intelligents ( analogique, régulation, comptage rapide,positionnement, communication).

Généralité

rack

Carte fond de panier

Connecteur de BUS

Carte coupleur d ’E/S

Bornier de connexion

Visualisation

BUS d’E/S

Mémoire images des

Entrées / Sorties

CapteursPré actionneurs

Composition d’un coupleur standard.

P48

Coupleurs d’entrées

Les coupleurs d'entrées permettent à l'UC de l'API d'effectuer une lecture de l'état logique des capteurs qui lui sont associés. A chaque entrée correspond une voie qui traite le signal pour élaborer un BIT. L'ensemble des bits forme un MOT recopié périodiquement dans la zone mémoire image des entrées de la mémoire de données.

Les caractéristiques principales des coupleurs d'entrées sont :• la nature et la tension d'entrée,• les seuils de détection des niveaux logiques,• le temps de filtrage,• la modularité,• l'indépendance ou non des entrées (point commun).


Coupleur d’entrées TOR

adressage

% IX xx . yy

Input

Bit Emplacement dans rack

Voie de raccordement

Variable mémoire automate

adapter etprotéger

traiter lesignal

ISOLER

adapter à lalogique detraitement

visualiser

énergie

adaptation tensionet courant

filtrage etmise en forme

opto -coupleurs

Interface BUSmultiplexage

LED

Dialogue informations d’états

données mise en forme

P49



adressage

% IX 03 . 00

adapter etprotéger

traiter lesignal

ISOLER

adapter à lalogique detraitement

visualiser

énergie

adaptation tensionet courant

filtrage etmise en forme

opto -coupleurs


LED

Dialogue informations d’états

données mise en forme



Type PNP

câblage

Alimentation des entrées24 v =

- +

P50

commun



câblage

Alimentation des entrées24 v =

- +

Type NPN

P50

commun


Conditions à remplir pour que l’information d’un cap teur soit prise en compte correctement par l’automate programmable.

Présence capteur

devant mobile T1 T0

t

0

t

0

Présence capteur devant mobile

P51

T1 T0

t

0

t

0Signal sortie capteur

Rr

t

0

Ra

Présence capteur

devant mobile

Signal sortiecapteur


T1 T0

t

0

Signal utile UC

Rr

t

0

t

0

Ra

t

0

t on c t off c


Présence capteur

devant mobile

Signal utile UC


T1 T0

t

0

Rr

t

0

t

0

Ra

t

0

t on c t off c


Présence capteur

devant mobile

Signal utile UC

T = T1 + Rr + t off c – Ra – t on c > t cycle APIT


t on c

Ra

T1 T0

t

0

Rr

t

0

t

0

t

0

t off c


Présence capteur

devant mobile

Signal utile UC

T’ = T0 + Ra + t on c – Rr – t off c > t cycle APIT’


Si une condition n’est pas remplie, l’automate ne pourra pas voir toutes les évolutions de son entrée.

Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée, l’automate peut avoir des problèmes pour suivre !

S1

T0

t0


S1

T0

t0

S2

T0

t0

Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée,l’automate peut avoir des problèmes pour suivre !



S1

T0

t0

S3

T0

t0




S1

T0

t0

S3

T0

t0



T0

t0

OK

NON

NON

P51

Coupleurs de sorties

Les coupleurs de sorties permettent d'agir sur les pré actionneurs. Les informations fournies par le processeur, stockées en mémoire image des sorties, sont envoyées au coupleur via le gestionnaire d'entrées/sorties.Le signal est ensuite traité par le coupleur pour réaliser la correspondance état logique et signal électrique.

Les caractéristiques principales d'une interface de sorties sont:• la technologie des sorties,• la nature, l'amplitude de la tension commandée et son intensité (ou puissance),• la modularité,• l'indépendance ou non des sorties (point commun).

adapter le signal

ISOLER

amplifier

Protéger

visualiser

énergie

fusibles

Relaistransistors

opto-coupleurs


LED

Signal logique

Ordres


Coupleur de sorties TOR

adressage

% QX xx . yy

Output

BitEmplacement dans rack

Voie de raccordement

Variable mémoireautomate

P52



adressage

% QX 06 . 15

adapter le signal

ISOLER

amplifier

protéger

visualiser

énergie

fusibles

Relaistransistors

opto-coupleurs


LED

Signal logique

Ordres



Alimentation des sorties

24 v ~

Sorties Relais

Avec des sorties à relais, on peututiliser des charges alimentées enalternatif ou en continu.

P53

commun



Sorties statiquesNPN

Alimentation des sorties24 v =

- +

commun



Sorties StatiquesPNP

Alimentation des sorties24 v =

- +Avec des sorties à transistors, on doit impérativementutiliser des charges alimentées en continu.

commun

Types d’architectures

L’évolution des automates programmables a entraîné une modification des systèmes automatisés, qui n’ont cessé d’évoluer des architectures centralisées vers des architectures décentralisées. Deux causes principales à ce mouvement :

L’évolution des besoins.Automatisation et flexibilité .

Les progrès technologiques.Équipements plus petits, plus performants et moins chers:• décentralisation des entrées/sorties,• décentralisationdu traitement.


Utilisée dans des petites applications avec un nombre d’entrées / sorties limitées ne demandant qu’un développement logiciel simple.Une concentration géographique est aussi nécessaire pour éviter un câblage important. La mise en œuvre de systèmes automatisés plus complexes demande une étude logicielle très structurée pour une mise au point et une maintenance facilitée.

Architecture centralisée

UC

Rack principal Rack d’extension

Prolongement du BUS d ’E/S

UC

Rack principal Rack d’extension

Carte de liaison spécifique

Liaison série

P54


Architecture centralisée

Grande capacité d’E/S

Câblage important

Programme important

Architecture très fiable


Architecture décentralisée

Dans ce type d’architecture, l’API pilote des éléments concentrateurs d’entrées/sorties. Les coupleurs ne se trouvant plus dans l’armoire, il faut établir un lien avec l’UC : c’est le rôle du BUS de TERRAIN ou du BUS Capteurs Actionneurs.

Ce type d’architecture favorise la réalisation de machines modulaires et la décentralisation des postes de conduite et de diagnostic au cœur de l’installation. Le câblage est très simplifié, il faut faire attention, dans ces conditions, de ne pas retrouver un gros automate unique là ou plusieurs plus petits auraient simplifié le programme.



Simplification du câblage



PC (A.P.I.)

Entrées Sorties Sorties

Variateur

TDI

BUS de terrain

Coupleurde

communication

P55



C200H-RM201Coupleur maître d’E/S déportées

G71-OD 16

G71-OD 16

G71-OD 8

G72-ID 16

G72-ID 16

SYSMAC-BUS

API C200H


Décentralisation du traitement

PO(i) PO

(j)PO

(k)PO

(l)

Réseau local inter-automate

Une Partie Commande peut commander plusieurs Parties Opératives

UC

PC(i) UC

PC(j) UC

PC(k)

P55



Réseau inter automates



Réseau local inter-automate

UC

PO(k)

PC(k)UC PC(m)

Une Partie Opérative ne peut être en liaison avec plusieurs Parties Commandes !!

PO(k)

PO(l)

UC

PC(k)

Une Partie Commande peut commander plusieurs Parties Opératives

PO(j)

UC

PC(j)

Coupleurs intelligents


UC

CI

processeur

Bus d’Entrées/Sorties

Les coupleurs intelligents sont des coupleurs qui réalisent, en plus du traitement du signal, un traitement de l'information reçue pour mettre à la disposition du processeur une information plus élaborée ou , réciproquement, qui élaborera à partir des informations du processeur un signal adapté au pré actionneur.Chaque coupleur utilise pour ce traitement un microprocesseur. Cette prise en charge par le coupleur, d'une partie du traitement, soulage le processeur de l'UC etaméliore les performances de l'automate programmable.

processeur

P56


Coupleur analogique

Les coupleurs analogiques permettent d'établir la correspondance entre valeurs numériques et grandeurs analogiques.

Coupleur d’entrée analogiqueLes coupleurs d’entrée analogique permettent de transmettre au processeur une valeur numérique représentative du signal d'entrée analogique.

Coupleur analogique entréeCapteur analogique

Mémoire image des entrées

Bus d’E/S

Isoler CAN Processeur Mémoire


Coupleur analogique

Les coupleurs analogiques permettent d'établir la correspondance entre valeurs numériques et grandeurs analogiques.

Coupleur de sortie analogiqueLes coupleurs de sorties analogiques convertissent une valeur numérique en signal analogique à destination des pré actionneurs.

Pré actionneurCoupleur analogique sortie Mémoire

image des sorties

Bus d’E/S

IsolerAmplifier CNA Processeur Mémoire


Coupleur de régulation

Des applications particulières des cartes d'entrées/sorties analogiques permettent de faire de la régulation de température en utilisant des régulateurs du type PID (Proportionnel Intégral Dérivé)

Entrées analogiques

Sorties analogiques

Entrées TORSorties TOR

B


Coupleur de comptage rapide

CompteurDécompteur

Compteur/Décompteur : indépendant du tour de cycle API

Entrées TOR Sorties TOR

Table de mots d’échange

F maxi =1OO KhzA

Z

Entrées codeur BBUS d’E/S Mémoire des données


Coupleur de positionnement

UC CA

Carte d ’axe

Interface de puissance« Variateur »

moteur

RéseauEDF

F maxi =1OO Khz > 100 positions

codeur

Capteurs de sécuritéfin de course

consignes

retour d’informations

BUS


Coupleur de communication

Lorsque le volume d'informations à échanger devient important:- Dialogue entre un API et des périphériques (écran, clavier, …) - Echange avec un autre API.

Coupleurs de communication série

Liaison point à point


Coupleur de communication

Lorsque le volume d'informations à échanger devient important:- Dialogue entre un API et des périphériques (écran, clavier, …) - Echange avec un autre API.

Point de connexion réseau

réseau

Coupleur réseau

Coupleurs réseaux

Coupleurs de sortiesCoupleurs d’entrées

Synthèse

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

tT

raite

men

t de

l’inf

orm

atio

nPO PO

UC mémoire des données

P57

BUS E/S

Synthèse

P


Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

t

Tra

item

ent d

e l’i

nfor

mat

ion

PO BUS E/S

P57


Synthèse

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

tT

raite

men

t de

l’inf

orm

atio

n

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

t

Tra

item

ent d

e l’i

nfo

rmat

ion

PO PO


BUS E/S

BUS E/S

P57

Synthèse

P


Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

t

Tra

item

ent d

e l’i

nfor

mat

ion

POBUS E/S

P57


Synthèse

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

tT

raite

men

t de

l’inf

orm

atio

n

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

t

Tra

item

ent d

e l’i

nfo

rmat

ion

PO PO


Mém

oire

Ima

ge d

es e

ntré

es

Var

iabl

es in

tern

es

Mém

oire

Ima

ge d

es s

ortie

s

Var

iabl

es r

éser

vées

Var

iabl

es d

’éta

ts

BUS E/S

BUS E/S

P57

SynthèseUC mémoire des données

Mém

oire

Imag

e de

s en

trée

s

Var

iabl

es in

tern

es

Mém

oire

Imag

e de

s so

rtie

s

Var

iabl

es r

éser

vées

Var

iabl

es d

’éta

ts

BUS E/S BUS E/S

P57


Synthèse

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

tT

raite

men

t de

l’inf

orm

atio

n

Tra

item

ent d

u si

gnal

Isol

emen

t

Tra

item

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e l’i

nfo

rmat

ion

PO PO


Mém

oire

Ima

ge d

es e

ntré

es

Var

iabl

es in

tern

es

Mém

oire

Ima

ge d

es s

ortie

s

Var

iabl

es r

éser

vées

Var

iabl

es d

’éta

ts

Alimentation des

entrées

Alimentation des

sorties

Alimentation A.P.I

BUS E/S

BUS E/S

P57

SynthèseA

limen

tatio

n

Configuration possible pour l’Automate

Uni

téC

entr

ale

Cou

pleu

r in

telli

gent

Cou

pleu

r in

telli

gent

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

P57

Synthèse

Inventaire de ENTREESInformations des capteurs, du pupitre,….

nombre

caractéristiques

…

Choix des coupleurs appropriés

Caractéristiques électriques

Regroupement

Évolution possible

Catalogue constructeur

…

Inventaire des SORTIES

Pré-actionneurs et leurs caractéristiques

Technologique et logique

Signalisation

….

Choix des coupleurs appropriés

Caractéristiques électriques

Regroupement

Évolution possible

Catalogue constructeur

…

Mise en énergie d’un SAP

GJ C

Mise en énergie – le matériel

La majorité des systèmes automatisés sont actuellement basés sur un mixage d’énergie électrique et pneumatique. La distinction entre énergie de puissance et énergie de commande se fait arbitrairement par les valeurs de tensions ou de pressions utilisées.

En puissance, les principales énergies utilisées sont:

- Électrique : 220/240 monophasé et 380/400 triphasé,

- Pneumatique : valeur industrielle entre 5 et 8 bars.

- Hydraulique : pression de 25 à 250 bars, plus dans les systèmes de presse.

En commande on utilise essentiellement l’énergie électrique en continu ou alternatif :

- On utilise le 24V alternatif pour la partie électromécanique des préactionneurs et pour le circuit câblé de mise en service du système,- On utilise le 24V continu (généralement fourni par l’API) pour l’alimentation des entrées via les capteurs.


La mise en énergie d’un système automatisé piloté par un automate programmable doit se faireen respectant un ordre chronologique, symbolisé par le diagramme et les schémas de principe suivants.

L’application logicielle est elle aussi soumise à un minimum de méthodologie au moment de la mise sous tension.


SG

220/24V

24v DC

220 V AC

TDI

220/220 V

SG

API

Départs moteurs« circuit de puissance »

L2

N

L1

L3

E

Fermeture du sectionneur général

Mise en énergie – le matérielP60

L1

L2

L3

N

SG

220/24V

24v DC

220 V AC

TDI

220/220 V

C0 C1

Circuit de commande

Circuit des sorties

E

SG

API

Départs moteurs



Alimentation du circuit de puissance

Alimentation du circuit de commande


Alimentation du TDI

K_API1

Relais de sécurité

K_API2marche

arrêt

K_APIMST KA_PNE

P

Circuit de commande

C1

C0


API

C1

C0

Visualisation de la mise sous tension


- +

Circuit des entrées 24V DC

L1

L2

L3

N

SG

220/24V

24v DC

220 V AC

TDI

220/220 V

C0 C1

Circuit de commande

Circuit des sorties

E

SG

API

Départs moteurs

KAPI





Alimentation de l’API

BP marcheAlim des entrées……………………..Alim UCTests UC (si Mode RUN)

Alimentation du TDI


KAPI2marche

arrêt

KAPI1

KAPIMST KAPNE

P

Circuit de commande

Vers une entrée API


API

Boucle d

e sécu

ritéN

°1

Boucle d

e sécu

ritéN

2

C1

C0

C1

C0


KS KAxCommandes visualisations

ks

Circuit des sorties


C0

Sorties non coupées

C1






BP marcheAlim des entréesAlim des sorties non coupéesAlim UCTests UC (si Mode RUN)

Alimentation du TDI

RAZ de tous les Grafcets

Initialisation du Grafcet de sécurité

Alimentation des sorties coupées

Mise en énergie – le logiciel

2em cycle API

début

fin

gestion de la mise sous tension de la partie logicielle

P60



ks

Circuit des sorties


C1

C0


2em cycle API

Sorties coupées






BP marche

Alimentation des Sorties coupées

Alimentation du TDI

Alim des entréesAlim des sorties non coupéesAlim UCTests UC (si Mode RUN)

2em cycle API

Mise en énergie – le matérielA

limen

tatio

n

Uni

téC

entr

ale

Cou

pleu

r in

telli

gent

Cou

pleu

r in

telli

gent

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r d’

entr

ées

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties

Cou

pleu

r de

sor

ties


Visualisations

des alarmes

Sorties coupées

Alimentation des Pré actionneurs

ALIM UC



Préactionneurs PO

Coupleurs

des

Sorties

coupées

Visualisations

alarmes

Coupleurs

des

Sorties

non

coupées



ks

Circuit des sorties


C1

C0

Sorties non coupées Sorties coupées

Mise en énergie pneumatique

Mise en énergie – le matérielP61

Vanne d’isolement



Traitement de l’air

Vanne d’isolement



Filtre Régulateur Lubrificateur



Filtre Lubrificateur

Réglage de la pression d’utilisation P2

Régulateur



Lubrificateur

Apport d’huile dans l’air sec

Pressostat

WW




Vanne d’isolement

Pressostat

WW

W)(Démarreur progressif




Vanne d’isolement

PO

W

Sectionneurgénéral

Pressostat

WW





Vanne d’isolement

PO

W


Pressostat

WW





Vanne d’isolement

PO

W


Pressostat

WW





Vanne d’isolement

Ouverture de la vanne manuelle

Signalisation présence pression

Mise en énergie – le matérielMise en énergie pneumatique P61

PO

W


Pressostat

WW





Vanne d’isolement

PO

W


Pressostat

WW

W)(Démarreurprogressif




Vanne d’isolement



Mise en énergie – le matérielMise en énergie pneumatique

Pilotage du sectionneur général pneumatique

Mise en pression progressive

PO

W


Pressostat

WW

W)(Démarreurprogressif




Vanne d’isolement

PO

Pressostat

WW




W



Vanne d’isolement



Mise en énergie – le matérielMise en énergie pneumatique

Mise en pression nominale

Pilotage du sectionneur général pneumatique

Mise en pression progressive

Présence d’une pression suffisante

PO

Pressostat

WW




W



Vanne d’isolement

PO

Pressostat

WW

W)(

Démarreur progressif



W



Vanne d’isolement

RAZ de tous les Grafcets

RAZ des sorties liées aux actionneurs

Tests des zones sensibles de la PO

ALARMES correspondantes

Initialisation du Grafcet de sécurité

Alimentation des sorties

Mise en énergie – le logiciel

Fin

Documents

GJC Automates Programmables Industriels - Cours et …bts.crsa.rascol.free.fr/Automatismes/PP/PP - Automates... · Automate programmable Solution programmée Traitement de l’information