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IUT de Toulon – Département GEII M2102 Automatisme S2 M2102 : Automatismes [email protected] Bureau E009 UE21 : Composants Systèmes & Applications

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IUT de Toulon – Département GEII

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M2102 : Automatismes

[email protected] E009

UE21 : Composants Systèmes & Applications

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Plan du Cours :I / Architecture des Systèmes Automatisés

1 – Introduction2 – Structure des SA

3 – Système-exemple 1 : Tracker solaire

II / Les Automates Programmables Industriels1 – Présentation

2 – Structure et fonctionnement3 - Caractéristiques

III / La Programmation IEC 1131-31 – Les types de données

2 - Langage IL3 – Langage ST4 - Langage SFC5 – Langage LD

6 – Langage FBD7 – L'environnement de programmation CoDeSys

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IV / Technologies des SAP1 – Capteurs & détecteurs

2 – Actionneurs & Préactionneurs pneumatiques3 – Actionneurs & Préactionneurs électriques

4 – Pompes & électrovannes5 – Cartes d'E/S spécifiques

V / Automatismes communicants1 – Les besoins de communication2 – Supervision3 – Communications inter-automates4 – Bus Capteurs / Actionneurs

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I / Architecture des Systèmes Automatisés :

1 - Introduction

Un système automatisé gère de manière autonome un ou des cycles de travail préétabli qui se décomposent en cycles ou séquences.

Il permet de remplacer l'intervention de l'homme pour certaines tâches pénibles, répétitives ou dangereuses.

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Les systèmes automatisés peuvent être classés en différentes catégories:

- Les systèmes automatisés de production (SAP), dont l'objectif est d'apporter de la valeur ajoutée à une matière première, en respectant certaines contraintes (financières, normes de sécurité etc...).

Les secteurs d'activité représentatifs des SAP sont :

- L'industrie automobile, la métallurgie,- La production d'énergie (centrales nucléaires, thermiques,

hydrauliques...)- L'industrie agro-alimentaire, pharmaceutique,- Le génie-chimique, la pétrochimie,- Les chaînes de conditionnement,- etc ...

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➢ Objectifs des SAP:

Optimisation du rapport qualité / coût

Système Automatisé

Contraintes

Matière d'oeuvre

Matière d'oeuvre

+Valeur ajoutée

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- L'automatisation des bâtiments, dont les objectifs sont :

- L'amélioration du confort (gestion des ascenseurs, régulation de

températures...),

- La sécurité (alarmes anti-intrusion, détection de fumées...)

- La réduction des dépenses énergétiques (gestion automatisée des

consignes de température et d'éclairage...)

- Engins de chantiers (grues...),

- Tri postal,

- etc...

- L'automatisation de machines spéciales :

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✔ Partie opérative (P.O) :

✔ Partie commande (P.C) :

✔ Partie Relation (P.R) :

Tout système automatisé peut être décomposé en 3 parties :2 - Structure.

Outil de description : GEMMA (Guide d’Étude des Modes de Marche et Arrêt)

Outil de description : GRAFCET (Graphe de commande Étape Transition)

Outil de description : Schémas électriques, pneumatiques ....

Procédé à automatiser.

Commande les actionneurs en fonction du cycle à dérouler et des informations en provenance des capteurs.

Permet à l'utilisateur d'interagir avec le système.

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Architecture des systèmes automatisés :Partie Commande

(P.C)Partie Opérative

(P.O)Partie Relation

(P.R)

API (CPU)

Préactionneurs Actionneurs

Effecteurs

Détecteurs /CapteursConditionneurs

E Ana E TOR

S Ana & S TOR

Procédé

Superviseur

Pupitres opérateurs

Commande & signalisation

(1)

(2)

(3)

(4)

(5) (6)

(7)

(8)

(9)

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(1) : l'API transmet les ordres de commandes aux préactionneurs, sous forme de niveaux électriques « Tout ou Rien » (TOR, 0/24V) ou analogiques (0-10V, +/-10V, 4-20mA, 0-20mA)

(2) : Le préactionneur converti ces ordres en commandes contenant l'énergie nécessaire au pilotage des actionneurs. Exemples : contacteurs, distributeurs électro-pneumatique, variateurs de vitesse...

(3) : L'actionneur assure la conversion d'énergie pour agir sur le procédé (exemples : moteur asynchrone, vérin hydraulique, résistance chauffante...).

(4) : l'effecteur se situe entre l'actionneur et le procédé à contrôler (exemples : arbre moteur + pâles pour un malaxeur mu par un moteur asynchrone, ventouse de saisie pour un vérin destiné au déplacement de plaques métalliques etc...

(5) : Les paramètres physiques utiles à la commande du procédé (exemples : températures, pressions, présences...) sont surveillés grâce à des détecteurs (TOR) et des capteurs (analogiques).

(6,7) : Ces informations électriques sont transmises à la P.C - directement reliées aux cartes TOR pour les détecteurs, parfois par le biais d'un conditionneur (et/ou d'un transmetteur) pour l'analogique.

(8) : Un réseau local industriel dédié à la supervision permet de lier la P.C et la P.R (et donc indirectement la P.O). Certains éléments de signalisation peuvent néanmoins se faire par le biais des cartes d'E/S (voyants, b.p ...).

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Le Tracker solaire est une unité de production d'énergié électrique utilisant un panneau photovoltaïque dont le positionnement est automatisé afin de maximiser la récupération d'énergie par les panneaux au cours de la jounée et/ou de l'année.Celle-ci est stockée dans des batteries tampon; l'automatisme permet le positionnement automatique du panneau ainsi que la gestion des charges des batteries.

Tracker Solaire

Optimisation du rendement journalier

Énergie Solaire

Énergie Électrique

Consommable

3 – Système-Exemple 1 : Le Tracker Solaire

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Ce système sera repris pour illustrer certains ascpects du cours. Un schéma structurel partiel est donné en page suivante.

A terme, les PR, PO et PC comporteront les sous ensembles suivants :

Partie Commande(P.C)

Partie Opérative(P.O)

Partie Relation(P.R)

API :

Wago 750-841

Relais 24Vdc Moteur à CC

Support rotatif

Détecteurs Fin de course

Capteur de position potentiométriques

E Ana750-432

E TOR750-483

S .TOR : Wago 750-534

Panneaux solaires PV + Batteries

Écran tactile (Webpanel)

Bouton d'initialisation

(BP1) (1)

(2) (3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(9)

Ethernet

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détecteurs

Capteur

Préactionneurs

Actionneur

Note : Ce schéma ne prétend pas être complet et sera complété au fur et à mesure de l'avancement du module.Retour

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Référence : Désignation : Rôle :

KM1 à KM4 Relais de commande Alimenter le Moteur à courant continu en fonction des ordres de commande délivrés par l'API afin de permettre sa mise en rotation dans le sens souhaité.

BP1 Bouton poussoir Fournir les ordres de commande au système

FC1, FC2 Détecteurs de fin de course

Indique à l'API l'arrivée du support rotatif en butée EST (FC1) ou OUEST (FC2).

P1 Capteur de position angulaire potentiométrique de

Délivre une tension proportionnelle au déplacement du panneau

MCC Moteur à courant continu Déplace le support rotatif du panneau solaire

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II / Les Automates Programmables Industriels

1 - Introduction

Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante, à la demande de l'industrie automobile américaine, qui réclamait plus d' adaptabilité de leurs systèmes de commande.Les coûts de l'électronique permettant alors de remplacer avantageusement les technologies alors utilisées.

Avant : utilisation de relais électromagnétiques et de systèmes pneumatiques pour la réalisation des parties commandes

⇒ logique câblée

Inconvénients : cher, pas de flexibilité, pas de communication possible

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Contraintes du milieu industriel (1) :

✔ Influences externes :

- poussières,

- température,

- humidité,

- vibrations,

- parasites électromagnétiques, …

→ Solution : utilisation de systèmes à base de microprocesseurs permettant une modification aisée des automatismes.

⇒ logique programmée

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Contraintes du milieu industriel (2) :

✔ Personnel : - dépannage possible par des techniciens de formation électromécanique

- possibilité de modifier le système en cours de fonctionnement

✔ Matériel :

- Évolutif- Modulaire- Implantation aisée

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L'Automate Programmable Industriel (API) est un appareil électronique programmable, adapté à l'environnement industriel, qui réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande de préactionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logique, analogique ou numérique.

Définition :

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Nature des informations traitées par l'automate :

➢Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien déterminée. C'est le type d'information délivrée par un capteur (pression, température …).

Une grandeur analogique (tension, courant...) doit être convertie en grandeur numérique par une carte d'entrée spécifique pour pouvoir être traitée par le programme automate.

➢Numérique : l'information est contenue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale. Il peut s'agir d'une variable interne du programme (compteur...), ou bien d'une grandeur délivrée par un Codeur.

➢Tout ou rien (T.O.R.) : l'information ne peut prendre que deux états (vrai/faux, 0 ou 1 …). C'est le type d'information délivrée par un détecteur, un bouton poussoir …

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Architectures compacte et modulaires :

Automates modulaires Télémécanique

Automate compact Logo (Siemens)

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Informations(capteurs, dialogue)

Entrées

SortiesOrdres

(pré actionneurs, dialogue)

Programme

Traiter les informations entrantes pour émettre des ordres de sorties en fonction

d’un programme.

2 - Structure & Fonctionnement d’un API

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Le cycle de fonctionnement est organisé en 4 tâches :

Bus Entrées / Sorties

Unité de Traitement

RAM

Module d'

Entrées

Module de

Sorties

Tâche 1 : Gestion du système (auto-contrôle de l’automate)Tâche 2 : Acquisition des données en entrée (mémorisation)Tâche 3 : Traitement des données (exécution du programme)Tâche 4 : Affectation des sorties (émission des ordres)

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Déroulement d'un Cycle-automate :

Traitement Interne

Lecture des Entrées

Exécution du Programme

Écriture des Sorties

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Quelques Applications :

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Quelques fabricants :

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➢ Présentation du contrôleur WAGO 750-849 :

Ports Ethernet pour le chargement des programmes, la

supervision...

Interface série (configuration)

Bornes pour l'alimentation 24Vcc

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➢ Caractéristiques du contrôleur WAGO 750-849 :

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Interface d'entrée : elle permet de recevoir les informations de la P.O (ou du pupitre) et de mettre en forme (filtrage, ...) ce signal tout en l'isolant électriquement (optocouplage) :

Le contact "N.O" "ferme le 24 V" sur l'entrée de l'API lorsqu'il est actif

Le contact "N.F" "ouvre le 24 V" sur l'entrée de l'API lorsqu'il est actif

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➔ Coupleur d'entrées : « du bornier vers la mémoire image »

Mise à jour de façon ponctuelle, à chaque cycle automate

+-

+-

+-

+-

E1

E2

E3

E4

Bornier d'entrée Isolation / Filtrage Mémoire Image

%IX 0.0 E1

%IX 0.1 E2

%IX 0.2 E3

%IX 0.3 E4

... ….

... ...

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➢ Exemple de Carte D'E TOR (750-400) :

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➢ Exemple de Carte D'E analogiques avec conditionneur pour PT100 (750-461) :

Le signal délivré par la sonde est converti (montage 3 fils) en valeur numérique mise à l'échelle au format INT(valeur entière signée sur 16 bits).

La température est représentée en 100eme de degrés, sur une plage -200°C / + 200°C.

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➢ Exemple de Carte D'E analogiques 0-10V (750-459) :

la gamme de tension [0 V to +10V] est convertie par un CAN 12 bit, puis mise à l'échelle.

La gamme numérique obtenue est [0 ; 32760].

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+-+-

+-+-

S1

S2

S3

S4

Bornier de sortiesIsolation / Amplification - Relayage

Mémoire Image des sorties

S1 %QX 0.0

S2 %QX 0.1

S3 %QX 0.2

S4 %QX 0.3

... ….

... ...

Variables du programme

Bits de sorties

Interface de sortie : elle permet de commander les préactionneurs et éléments de signalisation du S.A.P. tout en assurant l'isolement électrique entre P.C et P.O.

Mise à jour de façon ponctuelle, à chaque cycle automate

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➢ Exemple de Carte De S TOR à Relais (750-513) :

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➢ Caractéristiques :

La tension commutée par une sortie à Relais peut être une

source continue ou alternative

La fréquence de commutation admise est relativement faible

( < 1 Hz)

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➢ Exemple de Carte De S TOR à Transistors (750-501) :

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➢ Cractéristiques :

La tension commutée par une sortie à

transistor es nécessairement

continue

La fréquence de commutation peut être élevée (plrs kHz)

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➢ Exemple de Carte De S analogiques 0/10V (750-513) :

La gamme numérique [0 ; 32760] est convertie en tension [0;10V] par un CNA 12 bit.

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Configuration de la P.C du tracker solaire :

Référence 750-849 750-452 750-432 750-531

Rôle Traitement du programme d'automatisation du tracker

Mesure du déplacement angulaire du support rotatif et de la charge tension batterie

détection des fin de course et des ordres d'initialisation

Contrôle du MCC via les relais KM1 à KM4

Type

750-849 750-452 750-432 750-531

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La Norme IEC 1131-3 définit les règles d 'écriture des programmes pour les API.

Les fabricants d'API fournissent des logiciels de programmation plus ou moins fidèles à cette norme (de plus en plus tout de même).

Cette norme définit entre autres :

- Les langages de programmation utilisés, ainsi que les règles de programmation et de syntaxe associées ;

- Le principe d'adressage des données traitées par l'API, ainsi que les différents formats de variables existant.

III / La Programmation IEC 1131-3

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42IUT Toulon GEII

Toute donnée traitée par un programme automate possède :

- Une Direction (Entrée, Sortie, Interne)

- Un format (Bit, Octet, Mot ...)

- Un numéro d'adressage (valeur numérique indiquant la position de la donnée dans le plan mémoire de l'API).

La syntaxe pour toute donnée est la suivante :

% 'Direction' . 'Format' . 'Numéro'

1 / L'adressage des Données.

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43IUT Toulon GEII

La direction :

→ Une entrée est une valeur, provenant de la P.O, qui ne peut être que lue par le programme chargé dans le contrôleur.

Notation : %I...Exemple : capteur, détecteur, bouton poussoir etc...

→ Une sortie est une donnée à destination de la P.O, dont la valeur peut être fixée par l'automate. (Remarque : Une sortie peut aussi être lue par le programme)

Notation : %Q...Exemple : voyant lumineux, commande d'un contacteur etc...

→ Une variable interne est une donnée qui n'est pas physiquement liée à la P.O, mais une information gérée par le programme chargé dans l'API.

Exemples : valeur d'un compteur, d'une temporisation, étape d'un grafcet …

Notation : %M....

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44IUT Toulon GEII

Le format : ✔ Un bit est une valeur binaire ou encore booléenne dont la valeur est « VRAIE » (notée TRUE) ou « FAUSSE » (notée FALSE).

Notation : % .. X ..

Exemple : Un voyant lumineux est relié à la 4eme borne de la 1°carte de sorties T.O.R du rack automate. Son état correspondra à la variable booléenne :

% Q X 0.3

✔ Un octet est une donnée codée sur 8 bits

Notation : %x.B.x

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45IUT Toulon GEII

✔ Un mot est une donnée codée sur 16 bit

Notation : %x.W.x

Exemple : Un capteur de température est relié à la 3eme entrée analogique du rack automate. La valeur numérique correspondante sera stockée dans la variable :

✔ Un double mot est une variable codée sur 32 bits

Notation : %x.DW.x

% I W 2

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46IUT Toulon GEII

Les valeurs numériques peuvent être représentées sous formes décimales, hexadécimales (en ajoutant 16# devant la valeur) ou binaires (2#...)

➔exemples : 125 → 125 1A216

→ 16#1A2 01102 → 2#0110

En plus du format relatif à l'adressage, on peut définir un type pour les variables d'un programme (liste non exhaustive) :

INT : valeur entière signée sur 16 bits

DINT : valeur entière signée sur 32 bits

REAL : valeur réelle sur 32 bits

TIME : durée définie en h/mn/s/ms Notation : t # ...h ...m ...s ...ms

DATE : date définie en année/mois/jour Notation : d # ...-...-...

TIME_OF_DAY : heure du jour définie en h/mn/s Notation : tod # ... : ... : ...

DATE_AND_TIME : date & heure Notation : dt # ...-...-... - ... : ... : ...

STRING : chaîne de caractères. Notation : ' Ma Chaine '

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47IUT Toulon GEII

Le dernier champ d'adressage est constitué: - de 2 chiffres séparés par un point pour les bits, le 1° indique le n° du mot**, le

second la position du bit dans ce mot (0 à 15).- d'un seul chiffre pour tous les autres types.

Exemple (bit d'entrée) : %IX0.2 Il s'agit de la 3° entrée (les adresses commencent à 0) T.O.R de l'API.

Exemple (Mot interne) : %MW42

Il s'agit du mot interne d'adresse 42.

** Cela dépend en réalité de la composition -16 bits ou 8 bits - du plan mémoire de l'API. Dans le 1er cas (Wago 750, Schneider) il s'agira d'un n° de mot ; dans le 2°cas (Siemens) d'un n° d'octet.

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48IUT Toulon GEII

2 / Langage IL (Instruction List).Il s'agit d'un langage textuel proche du langage machine de l'API. Il s'apparente à l'assembleur d'un microcontrôleur. Ce langage n'est plus trop utilisé à l'heure actuelle.

Exemple : Soit l'équation logique suivante →

Z = (A . B + C) . D

... se traduit par le code suivant :

La norme IEC 1131-3 définit 5 langages de programmation : IL, ST, SFC, LD et FDB.

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49IUT Toulon GEII

3 / Langage LD (LaDder ).

Il s'agit d'un langage graphique. On pourra l'utiliser comme langage à part entière ou bien pour coder les équations logiques des réceptivités d'un grafcet.

Le principe est le suivant :

- Les variables d'entrée sont symbolisés par des contacts électriques(NO ou NF), les variables de sortie par des bobines.

On considère que l'extrémité gauche du réseau constitue la borne + d'une alimentation (imaginaire) et la partie droite sa borne -

La mise en série, en // de contacts (variables d'E) NO ou NF permet l'alimentation conditionnelle de la bobine (variable de S), donc L'implantation d'équation logique.

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50IUT Toulon GEII

➢ Opérations logiques de Base :

ET : OU : NON :

Exemple : Soit l'équation logique suivante →

Cette équation se traduit en LD par la ligne suivante :

Z = (A . B + C) . D

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✔ Mémoire RS :

✔ Front montant :

t

t

t

A

B

x

t

t

t

A

x

t

tx

A✔ Front descendant :

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52IUT Toulon GEII

➢ Temporisation : retard à l'activation

➢ Temporisation : retard au déclenchement

➢ Temporisation : monostable

t

t

A

x3s

t

t

A

x3s

t

t

A

x3s

3s

3s

TON

TOF

TP

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53IUT Toulon GEII

✔ Exemple de programme Ladder :

Une procédure de test permet de vérifier que le moteur de positionnement du tracker solaire est opérationnel. Pour cela, deux B.P permettent de d'initialiser un déplacement jusqu'en butée, soit vers l'EST, soit vers l'OUEST, tout en évitant tout court-circuit au niveau des contacts KM1 à KM4 :

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54IUT Toulon GEII

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➢ Compteur décompteur :

Nom Type RôleCU BOOL Entrée de comptage (sur front)

CD BOOL Entrée de dé comptage (sur front)

RESET BOOL Entrées de remise à zéro

LOAD BOOL entrée de préchargement

PV INT valeur de préchargement

QU BOOL Sortie, passe à 'TRUE' lorsque CV = 0

QD BOOL Sortie, passe à 'TRUE' lorsque CV = PV

CV INT Valeur courante du compteur

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56IUT Toulon GEII

4 / Langage FBD (Functionnal Bloc Diagram ).

Il s'agit également d'un langage graphique fonctionnant sur le même principe que LD mais avec les symboles s'apparentant à ceux que l'on utilise pour les logigrammes.

Exemple : Soit l'équation logique suivante →

Cette équation se traduit en FBD par le diagramme suivant :

Z = (A . B + C) . D

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57IUT Toulon GEII

Mémoire RS

opérations logiques

Compteurs

Comparaisons

Détection de Fronts

Temporisations

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58IUT Toulon GEII

5 / Langage ST (Structured Text).

Il s'agit d'un langage textuel proche des langages évolués tels que le C. Il s'avère indispensable dès lors que l'on a besoin de faire des traitements numériques par exemple.

Exemple : Soit l'équation logique suivante →

... se traduit par le code suivant :

Z = (A . B + C) . D

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59IUT Toulon GEII

➢ Comparaison (alternative IF … ELSE … … END_IF):

➢ Incrémentation d'une variable :

CPT := CPT + 1 ;

Affectation : « := »

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60IUT Toulon GEII

➢ Boucle FOR :

➢ Boucle WHILE :

FOR i := 0 TO 9 BY 1 DO

.............. ;

END_FOR;

WHILE condition = TRUE DO

.............. ;

END_WHILE;

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61IUT Toulon GEII

➢ Opérations Numériques :

Le choix du langage ST s'impose dès lors que l'on doit faire des traitements numériques sur des variables. Les opérations de bases sont :

- Addition :

- Soustraction :

- Multiplication :

- Division :

Res := Op1 + Op2 ;

Res := Op1 - Op2 ;

Res := Op1 * Op2 ;

Res := Op1 / Op2 ;

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62IUT Toulon GEII

- modulo :

- Conversion Entier → Réel :

- Conversion Réel → Entier :

- Conversion Mot → Réel :

Res := Op1 MOD Op2 ;

Nb_Re := INT_TO_REAL ( Nb_ent) ;

Nb_ent := REAL_TO_INT ( Nb_Re) ;

Nb_Re := WORD_TO_REAL ( Mot) ;

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63IUT Toulon GEII

✔ Exemple d'utilisation :Dans le système "tracker solaire", on utilisera un sous-programme en langage ST afin de calculer la position angulaire du panneau à partir du mot délivré par la carte d'entrée analogique :

- La carte délivre une valeur %IW0 comprise entre 0 et 32760 pour une tension variant de 0 à 10V.- Le potentiomètre délivre une tension variant de 2V à 8V lorsque la position évolue de -60° à +60°.

Pos

%IW0

Pos = a x %IW0 + b

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64IUT Toulon GEII

6 / Langage SFC (Sequential Functional Chart ).Il s'agit du langage dérivé de la norme Grafcet. Ses différentes structures sont bien adaptées aux SAP.

Il es basé sur la décomposition d'une tâche en étapes, auxquelles dont associées des actions à réaliser, et séparées par des transitions.

Lorsqu'une étape est active les actions associées à l'étape sont activées.Lorsque la réceptivité avale qui suit l'étape active devient vraie, l'étape en cours se désactive, et l'étape suivante devient l'étape active.

Réceptivité

Étape

Action

Étape initiale

Important : Il faut toujours respecter l'alternance Étape/transition !!!

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65IUT Toulon GEII

Les réceptivité sont des valeurs booléennes, qui peuvent apparaître directement sur le grafcet (langage ST). Elles peuvent prendre la forme :

- De valeurs booléennes constantes (TRUE ou FALSE)

- De variables booléennes simples

- De combinaisons logiques de variables ( exemple : (a OR b) AND NOT c )

- De comparaison entre des valeurs numériques (exemples : A > 100, A<>B, A=5)

- De combinaisons des éléments précédents

Note 1 : il est impossible de réaliser une affectation (:=) dans une réceptivité.

Note 2 : il sera également possible d'utiliser les langages LD et FBD pour coder les réceptivités ; dans ce cas chaque réceptivité sera programmée dans une section spécifique.

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66IUT Toulon GEII

Le grafcet ci-contre permet d'initialiser le système "tracker solaire" :

- Suite à un appui sur le B.P d'initialisation (S1), le panneau est positionné en butée EST (FC1) en alimentant le moteur dans le sens positif (Fermeture de KM1 et KM3).

- Une fois arrivé en butée, l'arrêt du moteur est obtenu en court-circuitant celui-ci (Fermeture de KM1 et KM2).

- Au bout d'un délai de 2s, le courant moteur peut être considéré comme nul, la procédure d’initialisation est terminée.

Init

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67IUT Toulon GEII

✔ Étapes :

L'étape initiale est matérialisée par un double rectangle

A chaque étape correspond un nom unique, auquel seront associées les variables :

→ "nom.t" : variable de type "TIME" représentant la durée passée dans l'étapenom.t : durée passée dans l'étape

→ "nom.x" : variable de type "BOOL" représentant l'état de l'étape ('TRUE' si l'étape est en cours, 'FALSE' dans le cas contraire)

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68IUT Toulon GEII

Entrées TOR

Temporisation

Sorties TOR, activées pendant la durée de l'étape (attribut 'N' : normal.

✔ Réceptivités : ✔ Actions :

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69IUT Toulon GEII

Les attributs suivants peuvent être associés aux actions en SFC :

Attribut Paramètre Description

N Aucun Action Normale : L'action est activée lorsque l'étape associée est active, et se désactive automatiquement à la sortie de l'étape.

S, R Aucun Action Mémorisée : l'attribut « S » (Set) permet de mémoriser l'activation de l'action, celle-ci restera active jusqu'à ce que l'attribut « R » (Reset) soit rencontré dans le grafcet sur la même action.

L Durée d'activation :

t#.....

Action limitée dans le temps : L'action est activée à l'entrée dans l'étape, puis désactivée automatiquement au bout du temps, spécifié (ou à la sortie de l'étape).

D Temps de retard :

t#.....

Action Retardée : L'action est activée avec le retard spécifié après l'entrée dans l'étape.

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70IUT Toulon GEII

Le chronogramme suivant récapitule l’exécution des différents types d'action possibles : t

t

t

tr0

t

t

t

t

t

t

t

tr1

tr2

Init.X

Step2.X

Step3.X

A

B

C

D1s

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71IUT Toulon GEII

✔Structure OU : Alternative. Elle permet d'effectuer un choix entre plusieurs séquences. Notez bien la structure de la divergence et de la convergence.

Divergence

Convergence

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72IUT Toulon GEII

✔ Cas particulier d'utilisation de la branche OU :

Reprise de séquence saut d'étapes

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73IUT Toulon GEII

✔ Exemple de reprise de séquence : Dans un cycle de fonctionnement du tracker solaire, on choisit de déplacer le panneau par pas angulaire, de 15°, toutes les heures.

Ce déplacement se fait jusqu'à atteindre la butée OUEST (FC2).

Rq : les caractères (* et *) permettent de commenter un programme. Ici, la réceptivité entre 'Step3' et 'STep4') sera codée en TP.

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74IUT Toulon GEII

✔Structure ET : Parallélisation. Elle permet d'effectuer en simultané plusieurs séquences.

Divergence

Convergence

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75IUT Toulon GEII

✔ Convergence en ET : Synchronisation.

Une branche en ET converge généralement au moyen d'étapes vides (sans actions) qui terminent chacune des branche parallèles ; avec une réceptivités en aval de la convergence toujours vraie.

Cela permet une exécution des différents cycles parallélisés parfaitement indépendante ; et lorsque tous ces cycles sont achevés, le grafcet reprend sa branche principale

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76IUT Toulon GEII

7 - Plateforme logicielle CoDeSys

Le logiciel CoDeSys est une plateforme de développement ouverte, multimatérielle utilisée entre autres pour programmer les contrôleurs WAGO 750 utilisés en TP - mais des bibliothèques existent pour une grande variété d'API et de contrôleurs.

Ce logiciel obéit aux spécification de la norme CEI 61131-3, et permet donc d'utiliser les 5 langages définis par cette norme.

Le paramétrage des différentes fonctionnalités matérielles (choix de la CPU et des cartes d'E/S) sera également effectué sur ce logiciel.

Enfin, il sera possible de réaliser des pages de visualisation qui permettront de superviser le système grâce à des pages animées par les variables du programme de l'API (qui pourront le cas échéant êtres converties en pages Web.)

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77IUT Toulon GEII

➢ Ressources : L'onglet ressources du projet permet de définir les principales caractéristiques logicielles et matérielles du projet :

Définition des modules d'E/S

Choix de la CPU

Organisation du projet en tâches

Ajout de bibliothèques logicielles

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78IUT Toulon GEII

➢ Langage CFC (Component Functional Chart).

Ce langage, utilisé dans CoDeSys, n'est pas défini par la norme CEI, mais sera utilisé dans l'environnement de programmation CODeSys. Il reprend les éléments utilisés en FBD, mais les symboles peuvent être placés librement sur le schéma (et non pas ligne par ligne comme en FBD).

De plus, la plupart des opérateurs définis en ST sont également utilisables (opérations numériques etc...).

On ne peut pas l'utiliser pour coder les réceptivités.

En revanche, on l'utilisera comme langage de programmation principal qui appellera les différentes tâches. En outre, il permet de traiter les données numériques :

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79IUT Toulon GEII

➢ Déclaration de variables :

Un programme doit réaliser des calculs et utilise donc des variables. Ces variables doivent être déclarées en en-tête de celui-ci.

Une variable peut être :

- une variable d'entrée s'il s'agit d'une variable que le programme utilise (valeur calculée par un autre sous-programme, état d'un capteur...);

- une variable de sortie s'il s'agit d'une variable que le programme modifie (affectation d'une sortie, résultat d'un calcul...)

- D'une variable interne, si cette variable est uniquement utlisée pour faire un calcul intermédiaire.

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variable interne du programme "prog" de type booléen, initialisée à '0' et associée à la sortie physique TOR 4.0.

Variable de sortie du programme "prog", de type 'temps', et initialisée à la valeur 1s et 500ms.

Variable booléenne interne à "prog" initialisée à '1'.

Exemples de déclaration :

Variable d'entrée du programme "prog", de type "mot" et associée à l'entrée analogique 0.

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➢ Organisation du projet :Le Projet CoDeSys peut contenir différents "Modules". Il contient au minimum le programme PLC_PRG (programme principal), qui peut éventuellement appelé :

- des fonctions : une fonction retourne une valeur, et ne peut mémoriser aucune variable entre deux appels.

- des programmes : un programme peut posséder des entrées, des sorties et des variables internes qui peuvent être mémorisées entre deux appels.

- des blocs fonctionnels : possède les mêmes caractéristiques qu'un programme mais peut être appelé plusieurs fois. Chaque appel consiste en une instanciation du bloc et apparaît comme une déclaration de variable.

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➢ Échange de variables entre programmes :

➔Programme Principal PLC_PRG :

➔ Bloc Fonctionnel G2 :

➔ Bloc Fonctionnel G1 :

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➢ Structures "objets" :

Des structures analogues à celles utilisées dans les langages orientés "objet" sont utilisables dans CoDeSys pour échanger des variables entre différents modules.

Dans le cas du SFC, pour chaque étape, les 2 variables suivantes sont automatiquement créées lorsque la bibliothèque "iec_sfc.lib" est incluse au projet :

• Nom_etape . t → durée d'activité de l'étape (type TIME)• Nom_etape . x → activité de l'étape (type BOOL)

Pour synchroniser deux grafcets, on pourra donc utiliser :'PLC_PRG' . 'nom d'instance du bloc' . 'nom de l'étape' . x

Si le programme SFC est un bloc fonctionnel, ou bien :'nom_du_programme' . 'nom de l'étape' . x

Si le programme SFC est un programme

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Exemple de Synchronisation de grafcets :

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➢ Variables "drapeau" :

Ce sont des variables utilisables dans les programmes et blocs programmés en SFC, définis dans la bibliothèque "iec_sfc.lib", et qui permettent d'agir sur un grafcet. En voici quelques unes (consulter l'aide pour une liste exhaustive) :

• SFCInit (BOOL) → Réinitialisation du grafcet (retour à l'étape initiale et arrêt de l’exécution)● SFCReset (BOOL) → Retour à l'étape initiale● SFCPause (BOOL)  → Figeage du grafcet● SFCError → Dépassement du temps maximal affecté à une étape● SFCCurrentStep (STRING) → Nom de l'étape SFC en cours● SFCTip, SFCTipMode (BOOL) → Lorsque SFCTipMOde est 'TRUE', le grafcet passe en mode pas à pas, la validation des réceptivités sont alors validées avec SFCTip.

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En outre, il est également possible de programmer des actions exécutée une seule fois à l'entrée ou à la sortie d'une étape. Ces actions, appelées "actions d'entrée" et "action de sortie" sont effective pendant un seul cycle automate et peuvent être programmées en LD, FBD ou ST :

Action d'entrée

Action de sortie

Exemple de programmation d'action d'entrée en langage ST

t

t

t

Step2.X

Action d'entréeAction de sortie

➢ Actions programmées (langage SFC) :

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➢ Actions programmées - suite (langage SFC) : Une action programmée peut également être de type continue, c'est à dire éxécutée pendant toute la durée de l'étape (comme une action CEI de type 'N').

Cela permet de coder les actions dans le langage de son choix. On peut utiliser cette méthode pour créer des actions condistionnelles :

t

t

Step2.X

Cond

A

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➢ Actions programmées - suite (langage SFC) : L'exemple ci-dessous reprend le fonctionnement précédent mais en kangage LD :

t

t

Step2.X

Cond

A

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Le système TAPIRIS reproduit un sous-ensemble de tri postal à échelle réduite, dans lequel des colis sont aiguillés vers différentes destinations en fonction d'un code-barre lu sur celui-ci.

Tapiris

durée d'acheminement, traçabilité

Colis étiquetés

Colis acheminés

Système-Exemple 2 : Tri Postal

Ce système met en oeuvre différents composants industriels d'automatsime, et peut assurer différentes fonctions de communication (supervision, suivi des colis par mail ou SMS etc...).

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L'auguillage ici réalisé permet de choisir entre trois destinations (Bac1, 2 ou 3). La lecture du code barre se fait via un lecteur infra-rouge. Le convoyeur de transport des colis est mu par un moteur électrique tandis que l'aiguillage est réalisé au moyen de vérins pneumatiques.

Différents détecteurs permettent de repérer les positions des colis et des vérins.

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Description Symbole

Vérin (1) de poussée vers le poste de lecture (Action / Sortie)

v_1A

Fin de course du vérin 1 (Capteur / Entrée) fc_1S1

Vérin (2) de Tri vers le 1° bac (Action / Sortie) v_2A

Fin de course du vérin 2 (Capteur / Entrée) fc_2S1

Vérin (3) de Tri vers le 2° bac (Action / Sortie) v_3A

Fin de course du vérin 3 (Capteur / Entrée) fc_3S1

Mise en marche du convoyeur (Action / Sortie) MA

Arrêt d'urgence (Capteur / Entrée) AU

Détecteur IR : Présence Colis au poste de lecture de code

SLC

Détecteur IR : Présence Colis au poste de chargement

SPC

Détecteur IR : Présence Colis au poste d'évacuation vers le bac 1

SPE1

Détecteur IR : Présence Colis au poste d'évacuation vers le bac 2

SPE2

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IV / Technologie des SAP :

1 – Capteurs & Détecteurs.

Le capteur fournit à la PC, des comptes rendus sur l’état du système. Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques Exploitables par la PC.

Capteur Information(s)physique

Grandeur électrique

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On caractérise les capteurs en fonction du type de signal qu’ils transmettent.

✔ Capteur TOR: Ils transmettent une information binaire.

✔ Capteurs analogiques: Ils délivrent une grandeur électrique dont le niveau est fonction de la grandeur physique observée.

➔ Capteurs

✔ Capteurs numériques: Ils délivrent une information numérique qui peut être directement interprétée par l'API.

➔ Codeur

➔ Détecteurs

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➢ Les détecteurs de position à contact :

Symbole:

Très fréquents dans les systèmes automatisés. Un contact mécanique ouvre ou ferme un contact électrique.

- Principaux types de détecteurs -

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Symbole:

Ils permettent de détecter un objet métallique sans contact.

La technologie des détecteurs de proximité inductifs est basée sur la variation d’un champ magnétique à l’approche d’un objet conducteur du courant électrique.

➢ Les détecteurs de proximité inductifs :

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Ils permettent de détecter tout type d’objet (substance Solide ou liquide) sans contact.

Symbole:

La technologie des détecteurs de proximité capacitifs est basée sur la variation d’un champ électrique à l’approche d’un objet quelconque.

➢ Les détecteurs de proximité capacitifs :

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Système barrage:

Système rétroreflechissant:

Système à réflexion directe:

➢ Les détecteurs Photoélectriques:

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➢ Détecteurs du système « Tri Postal » :Ci-contre, le schéma de la partie détection des colis du système.

Indiquez la technologie utilisée :

Quels sont ses avantages ?

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➢ Choix d'un détecteur :

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➢ Capteurs de Température :

Sonde PT100 :Les sondes PT100 utilisent la variation de la résistivité des métaux (le platine dans ce cas) en fonction de la température pour mesurer celle-ci.

- Quelques exemples de Capteurs -

Exemple

Courbe R = f (T°C)

Symbole

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101IUT Toulon GEII

Pour être utilisée avec un automate, il est nécessaire de lui adjoindre un conditionneur, qui transformera la variation de résistance en variation de tension (ou courant) mesurée par la carte d'entrée analogique d'un automate.

Il existe également de cartes spéciales permettant de relier à l'API des sondes PT

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103IUT Toulon GEII

Il existe des capteurs pour à peu près toutes les grandeurs physiques mesurables :

… Pression

… Accélération

… Niveau

etc...

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2 – Actionneurs & Préactionneurs Pneumatiques.

Pour un vérin

- hydraulique : huile

- pneumatique : air

➢ Vérin simple effet :

Les vérins sont des actionneurs permettant de réaliser des mouvements linéaires, à partir d'une source « d'énergie » pneumatique (air comprimé) - le plus souvent – éventuellement hydraulique (huile) ou électrique.

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Pression

(air, huile)Le vérin sort

1.Absence de

pression

Sortie du fluide (huile ou air)

4. Le vérin rentre

automatiquement

3.Le ressort se détend

2.Le volume diminue

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➢ Vérin double effet :

Pression

(air, huile)

Pression

(air, huile)

Le vérin sort

Pression

(air, huile)

Pression

(air, huile)

Le vérin rentre

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107IUT Toulon GEII

Energie de puissance distribuée

(pneumatique ou hydr.)

Distribue l’énergie de puissance en fonction

d'une commande électrique

Energie de puissance

(pneumatique ou

hydraulique)

distributeur

Energie de commande électrique ( Ex : sortie TOR d'un API)

Les distributeurs électro-pneumatiques permettent d'aiguiller l'air comprimé du réseau d'alimentation vers les chambres des vérins afin de provoquer le déplacement de sa tige en fonction de commandes électriques.

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108IUT Toulon GEII

➢ Symboles et exemples d'association :

Alimentation air comprimé

Échappement

Distributeur 3/2 monostable + vérin simple effet

Distributeur 4/2 bistable + vérin double effet

Les symboles d'admission et d'échappement sont dessinés sur la position de repos du distributeur

Ressort de rappel

Bobine de commande

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109IUT Toulon GEII

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➢ Partie pneumatique du système TAPIRIS :Indiquez le type de vérin utilisé, ainsi que le type de distributeur.

La commande est-elle bistable ou monostable ?

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110IUT Toulon GEII

3 – Actionneurs & Préactionneurs Électriques

Les principaux actionneurs électriques rencontrés sont les différents types de machines électriques existants, dont certaines ont été étudiées en cours d'électrotechnique :

- Machines asynchrones,- Machine synchrones,- Machines à courants continus,- Moteurs pas à pas

Ces moteurs entraînes différentes charges (effecteurs), telles que des pompes, malaxeurs, ventilateurs, monte-charges, convoyeurs, compresseurs etc...

Les résistances chauffantes, fonctionnant en mono, tri ou CC constituent un autre type d'actionneur pour les opérations de chauffage.

Le tableau suivant synthétise les contraintes et domaines d'emploi adaptés à chaque type de motorisation → ...

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Énergie électrique de puissance distribuée

Distribuer l’énergie de électrique

Énergie de puissance

(électrique triphasée)

contacteur

commande électrique (24 V) ( Ex : sortie TOR d'un API)➢ Contacteur

Le contacteur électrique est un préactionneur permettant la mise sous tension d'un actionneur électrique triphasé (moteur asynchrone le plus souvent) à partir d'une commande électrique 24V.

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Sortie TOR de l' API pour commander la mise sous tension du moteur

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114IUT Toulon GEII

Énergie électrique de puissance distribuée,

(amplitudes et fréquences variables)

Moduler l’énergie de électriqueEnergie de

puissance

(électrique triphasée 500V 50Hz ou monophasée 230V 50Hz)

Variateur

commande électrique( Ex : sortie TOR + sortie Ana OU liaison série d'un API, )

Le variateur de vitesse est un préactionneur permettant le pilotage d'un moteur (le plus souvent asynchrone triphasé) à vitesse variable en fonction des ordres délivrés par la P.C :

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115IUT Toulon GEII

Réseau Triphasé

Moteur asynchrone Sortie TOR API pour commander la marche, l'arrêt et le freinage

Sortie Ana 0,10V de l'API pour fixer la vitesse de rotation du moteur asynchrone

➢Exemple de schéma de câblage :

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116IUT Toulon GEII

➢ Partie électrique du système TAPIRIS :L 'armoire électrique du système est photographiée ci-dessous :

Le schéma en page suivante montre le câblage de ces différents éléments. Repérez les composants connus et indiquez les interactions qui existent, notamment avec la partie pneumatique et la P.C.

Moteur asynchrone triphasé

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118IUT Toulon GEII

4 – Pompes & électrovannes.

L'automatisation de process industriels fait fréquemment appel à l'utilisation de pompes et de vannes lorsque la matière d'œuvre est composée de Fluides (process chimiques, agroalimentaire etc...)

➢ Pompes :Les pompes sont des effecteurs entraînés par un moteur électrique, généralement un moteur asynchrone triphasé; parfois une MCC (24V) pourLes petites puissances.Plusieurs technologies existent pour la partie mécanique (pompes à vis, à engrenages, centrifuges, à piston etc...).

Au niveau du schéma fluidique, le symbole suivant est utilisé :

P1Entrée du fluide Sortie du fluide

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119IUT Toulon GEII

➢ Electrovannes :

Les électrovannes sont des actionneurs/effecteurs à commande électrique,(souvent 24 Vcc) capable de bloquer ou de laisser passer un fluide dansune canalisation.

Au niveau du schéma de commande électrique, une électrovanne est pilotée par un électroaimant (bobine).Il existe également des électrovannes dites « proportionnelles » pilotées parun servomoteur et permettant de réguler le débit dans une canalisation.

• Au niveau du schéma fluidique, le symbole suivant est utilisé (électrovanne « TOR ») :

EV1

Entrée/sortie du fluide Entrée/sortie du fluide

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120IUT Toulon GEII

➢ Electrovannes (suite) :

A noter que la commande d'une électrovanne T.O.R peut être

- Bistable, c'est à dire que l'électrovanne possède 2 bobines de commandes, une pour l'ouverture et une pour la fermeture;

- Monostable, c'est à dire que l'électrovanne possède une seule bobine de commande, soit pour l'ouverture, soit pour la fermeture,L'autre position étant la position de repos.

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121IUT Toulon GEII

➢ Carte de sorties MLI (PWM)

La modulation de largeur d'impulsions consiste à faire varier le rapportcyclique d'un signal rectangulaire de fréquence fixe :

Cette variation permet de moduler la puissance transmise à une charge (moteur courant continu, résistance chauffante...)

5 – Cartes d'E/S spécifiques.

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122IUT Toulon GEII

La carte de sorties 750-511 met à disposition des API Wago de la série 750 2 sorties « MLI » 0/24V pouvant débiter chacune 0,1 A :

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123IUT Toulon GEII

Le rapport cyclique ainsi que la fréquence de chaque sortie sont fixés au moyen de registres :

Les registres 2 et 3 (16 bits chacun), définis pour chaque voie, permettent de fixer la période ou la fréquence des signaux :

P = Registre_2 (µs)

F = Registre_3 (Hz)

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124IUT Toulon GEII

Le registre 1 (16 bits), défini pour chaque voie, permet de fixer le rapport cyclique des signaux :

Rcy = Registre_1 / 2^15 (%)

La résolution avec la quelle est fixée le rapport cyclique est de 10 bits =>Précision = 1 / 2^10

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125IUT Toulon GEII

✗ Exemple :

Un MCC, dont la tension nominale est 24 Vcc, est piloté en vitesse variable par le biais d'un API 750-849 et d'une carte MLI 7501-511, à travers une interface de puissance composée d'un transistor et d'une diode de roue libre.

Le fonctionnement attendu est le suivant :

- Le moteur est initialement à l'arrêt

- Un appui sur le BP « Dem » provoque l'accélération progressive du moteur;

- Celui-ci atteint sa vitesse nominale (R=100%) au bout de 7 s.

- Un appui sur « Arr » provoque alors l'arrêt du moteur.

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126IUT Toulon GEII

750-849 750-400 750-511

Complétez le schéma : 24V

0V

S1

3

4

S2

3

4

E1

E2

A1

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127IUT Toulon GEII

Configuration matérielle du projet :

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128IUT Toulon GEII

On décompose l'application en 3 parties :- Un programme principal en CFC- Un module « cde_vit » en ST, qui permet de gérer le rapport cyclique- Un module « graf7 » en SFC permettant de gérer les différentes phases

(démarrage, accélération et arrêt).

%QW1 : octets %QB2 + %QB3 de la borne 511

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129IUT Toulon GEII

Un sous-programme SFC permet de générerUne impulsion toutes les 70 ms après appui sur « Dem », jusqu'à ce que le rapport cyclique atteigne 100% :

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130IUT Toulon GEII

Le sous-programme « cde_vit » incrémente le rapport cyclique à chaque impulsion délivrée par le grafcet précédent :

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131IUT Toulon GEII

➢ Cartes de comptage :

● Lorsque des périodes de signaux rapides (qq 100 Hz) doivent êtrecomptées, c'est par exemple le cas lorsque l'on met en place certains types de capteurs :

- Codeurs optiques de vitesse / position

- Anémomètres

- Débitmètres

- etc...

Il est alors nécessaire de passer par des cartes de comptage dédiées, qui ont prendre en charge ces fonctions sans ralentir l'éxécution du programme De l'API.

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6 – Notion de sécurité en automatisme.

Dans le cas d'un arrêt d'urgence, certains actionneurs doivent être coupésavec une fiabilité maximale, lorsque la sécurité des personnes est en jeu.

Si l'arrêt d'urgence peut être pris en compte au niveau du grafcet maîtreDu programme automate, les normes de sécurité imposent que lesactionneurs critiques soient coupés par des organes de coupure dédiésvalidant lesdites normes de sécurité.

Cet organe de coupure peut être :

✗ Un relai de sécurité

✗ Un automate de sécurité

> Gestion des arrêts d'urgence :

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Voyant soustension

Relaisarmementpuissance

Voyant (bp)puissance

armée

kmt

Arrêt

Bp (voyant)armementpuissance

0 et 24 volts continu

EntréesautomateI124.3I124.2

KMT

AU

kmt

API

SortiesautomateQ125.0 àQ125.7

I124.4

I124.5

➢Exemple de schéma de câblage avec relai de sécurité (KMT) :

L'information « Arrêt d'urgence » est :

1 / Prise en compte par la P.C

2 / Relayée par KMT afin de couper l'alimentation de des sorties

1

2

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135IUT Toulon GEII

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La position de repos des différents actionneurs de la P.O doit toujours être choisie en vue d'assurer une sécurité maximale en cas de défaillance d'une alimentation en énergie.

Cela va donc impacter sur …

→ le choix des contacts associés aux relais & contacteurs pour les actionneurs électriques,

→ Le choix des ensembles « distributeurs + vérin » pour les actionneurs pneumatiques & hydrauliques.

C'est aussi vrai pour le choix des capteurs (contacts à ouverture ou à fermeture, logique positive ou négative pour les cartes d'E).

> Comportement de la P.O en cas de coupure d'énergie :

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136IUT Toulon GEII

VI / Automatismes Communicants :

1 – Besoins en terme de communication des S.A.Le systèmes automatisés sont à l'heure actuelle dotés de fonction de communications étendues répondant à des besoins de différentes natures :

- Échange de variables entre automates,

- Accès aux fonctions de mise à jour par le réseau,

- Surveillance à distance (Supervision, télé-maintenance, télé-contrôle),

- Simplification du câblage (Réduction des coûts d'installation

et de maintenance)

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137IUT Toulon GEII

Niveau actionneurs / capteurs Systèmes de câblage en bus

Niveau terrain et processus Communications inter-automates Communications entre API et

variateurs ...

Niveau supervision Conduite et surveillance de procédé Gestion de production Gestion d’entreprise (Planification des Ressources) MAJ firmwares & chargement des programmes

AS-i Safety at work

SAFETY AT WORK

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138IUT Toulon GEII

2 – Besoins en Supervision.

Une supervision évoluée d'un système automatisé nécessite la mise enréseau (Ethernet la plupart du temps) des différentes P.C afin de mettreÀ disposition du logiciel superviseur les variables significatives et les états de Fonctionnement des différents API su système.

Ces variables sont utilisés pourcréer des écran d'exploitation (ou Visualisation) permettant une surveillance du système (report de diagnostics, Renvois d'alarme...).

Exemple d'écran de supervision →

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139IUT Toulon GEII

3 – Communications inter-automates

Sur une chaîne automatisés conséquente, on peut trouver plusieurs API qui coopèrent, et constituent la P.C.

Ces API ont parfois besoin d'échanger des informations entre eux, par exemple :

- variables d'activité Xi d'une étape pour se synchroniser,

- nombre de pièces produites sur une ligne,

- état d'une entrée d'un API distant,

- ordre de commande de sortie pour un API distant

- etc...

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140IUT Toulon GEII

Des réseaux de communication spécifiques, appelés « Bus de Terrain » ont donc été développés à cet effet, basés sur des liaisons série multipoints comme la norme RS485 (protocoles MODBUS RTU, ProfiBUS) ou bien sur ETHERNET (Modbus-TCP,ProfiBUS, Ethernet/IP ...).

Ces bus (ou réseaux) de terrain définissent des protocoles de communication garantissant une interopérabilité entre les différents fabricants d''API.

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141IUT Toulon GEII

Réseau Ethernet

Liaison RS232

Station 1 Station 2

Station 3

Superviseur

Défaut sur machine 1

Lancer Grafcet sur station 3

> Exemple de communication :

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142IUT Toulon GEII

Ces réseaux sont pour la plupart basés sur l'un des « supports » (couches) physiques suivants :

- Ethernet. Protocole de communication à la base du réseau internet. Compatible avec toutes les cartes réseaux des PC. Nécessite des Précautions pour l'utilisation en milieu industriel.

- Liaisons RS232 (signaux +/- 12 V asymétriques) et RS485 (signaux +/-5VDifférentiels) :

Esclave

Maître

Esclave n°1

Maître

Esclave n°63...

RS232 :

Echanges entre 1 Maître & 1 esclave : POINT à POINT

RS485 :

Echanges entre 1 Maître & plusieurs esclave : MULTIPOINT

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143IUT Toulon GEII

Câblage 3 fils "croisé" : Codage électrique des bits :

Transmission d'un octet, avec bits de STARS, STOP et Parité :

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144IUT Toulon GEII

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145IUT Toulon GEII

➢ Liaison série système TAPIRIS :Le lecteur de code-barre envoie les codes lus sous formes de chaînes de caractères grâce à une liaison RS-232 configurable.

L'API réceptionne ces chaînes de caractères grâce à une carte 750-650 configurée identiquement au lecteur : 9600 bds, parité paire, 8 bits de donnée.

Quel type de donnée permet de traiter les chaînes de caractère ?

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146IUT Toulon GEII

bCOM_PORT Permet de choisir le n° du port série à utiliser

bEndChar Caractère de fin de trame

cbBAUDRATE Définit le débit binaire de la communication

xNewData Nouveau code lu

cfFLOW_CONTROL Permet de choisir le contrôle de flux (matériel, logiciel ou aucun)

strBarCode Chaîne de caractère lue, dans les caractères d'en-tête et de fin

bStartChar Caractère d'en-tête de la trame délivrée par le lecteur

xStart Commande

Permet l'envoi d'une commande (configuration du lecteur)

➢ Bloc fonction « Barcode_SCanner » :

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147IUT Toulon GEII

4 – ASi : Le Bus Capteur / Actionneur.✔ Principe :

● Liaison série Multipoint (2 fils) pour relier l'ensemble des capteurs et des préactionneurs à l'automate.

● Celui-ci possède une carte spécifique appelée « coupleur » et qui est maître de la liaison, c'est à dire capable d'interroger les capteurs et de commander les préactionneurs.

● Chaque nœud (capteur ou préactionneur) connecté au bus possède sa propre adresse lui permettant d'être identifié par l'automate via le coupleur.

● Il existe plusieurs protocoles de communication pour les bus capteurs/Actionneurs. Le plus répandu est ASi (Actuator Sensor Interface).

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148IUT Toulon GEII

E/S

E/S

APIMaître

AS-InterfaceAPI

Câblage « traditionnel » Câblage « Bus »

✔ Comparaison Câblage traditionnel / Câblage Bus :

Coupleur

Bus

Esclaves(capteurs + préactionneurs)

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149IUT Toulon GEII

✔ Intérêts des bus capteurs/actionneurs :

● Câblage simplifié

● Réduction des coûts de maintenance

● Réduction des coûts et des durées d'installation.

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Technologie prise vampire :

connexion rapide et aisée des capteurs/actionneurs ou modules

câble plat codé mécaniquement

deux fils pour les données et la puissance

Gaine isolante IP67 autocicatrisante

inutile de dénuder pour raccorder un nouveau composant sur le bus montage dans toutes les positions

✔ Le Câble ASi :

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• Transmission par courants porteurs :Un seul câble pour alimenter les capteurs & actionneurs (jusqu'à 8A) connectés au bus, et le transfert des données.

• Alimentation en mode différentiel (TBTS):Bonne immunité aux perturbations (CEI 1000-4).

Redressement

=Primaire L

L

R

V+

Découplage

AS-i +

AS-i -

30 V=

V-

R

Codage Manchester par courant porteur

AS

t

U alim30V

Alim. + transfert des données

✔ Alimentation et Signaux électriques sur le bus:

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152IUT Toulon GEII

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Asi est basé sur une architecture maître/esclave, avec 1 seul maître pâr bus qui peut initier une communication.

Cette technique permet de garantir la durée du temps de cycle (temps nécessaire à l'interrogation de tous les esclaves connectés au bus).

✔ Système Maître / Esclave :

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Maître

Esclave 1

Esclave 2

Esclave 31

Requête maître

Réponse esclave 1

Requête maître

Réponse esclave 2

Requête maître

Réponse esclave nEsclave n

Requête maître

Réponse esclave 31

31 esclaves maximum

Temps de cycle caractéristique: 5 ms pour 31 esclaves

✔ Polling des esclaves :

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ST CB A4 A3 A2 A1 I4 I3 I2 I1 I0A0 PB EB

ST I3 I2 I1 I0 PB EB

Requête du maître :

Réponse de l ’esclave :

5 bits d'informationfonction du type de la requête

4 bits d'informationretournée au maître

Bit de débutST = 0

Bit de débutST = 0

Bit de finEB = 1

Bit de finEB = 1

Bit de contrôle0 = échange de paramètres, données, définis par I0 à I41 = commande définie par I0 à I4

Bit de contrôle de parité pairen'incluant pas le bit de fin

Bit de contrôle de parité pairen'incluant pas le bit de fin

5 bits d'adresse esclave (1 à 31)0 réservé à la fonction adressage automatique

✔ Mise en trame :

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155IUT Toulon GEII

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✔ Plan Mémoire du maître ASi :

L'automate crée automatiquement un plan mémoire image pour l'ensemble des entrées, et un autre pour les sortie gérées par le coupleur Asi.

Le plan mémoire des E/S débute à : 1°adresse libre + 4. Pour une configuration standard, avec le coupleur en première position dans le rack, les esclaves ASi T.O.R seront adressés comme suit dans le programme automate :

@2 @3 XXX @1

@6 @7 @4 @5

@10 @11 @8 @9

@14 @15 @12 @13

.......... .......... .......... …......

15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

%IW4

%QW4

%IW5

%QW5

%IW6

%QW6

%IW7

%QW7

%IW8

%QW8

Bit :

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156IUT Toulon GEII

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Exemple de capteur :

Cellule Photoélectrique XUJK... (Schneider) :

→ Distance de détection (P1)→ Dark-on / Dark-off (P2)

AS-i

Alimentation par le bus :

Paramètres :

Données :

→ Détection (entrée I1)→ Encrassement lentille (entrée I2)

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157IUT Toulon GEII

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Exemple d'actionneur (pré) :

Distriubteur électropneumatique AC2027 (ecomot) :

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159IUT Toulon GEII

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Exemple de maître Asi pour API : Borne WAGO 750-655 pour contrôleur 750-xxx :

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Console d'adressage ASi:

- Adressage des esclaves Asi (Modes A/B),

- Fonctions de Diagnostique (Tension Bus etc...),

- Lecture des profils ASi,

- etc...

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➢ Bus ASi du système TAPIRIS :Les différentes E/S TOR du système sont reliés à un Bus Asi, dont le maître est la cartes Wago 750-655 du rack automate : 

Le synoptique de la page suivante représente le câblage des différents éléments ci-dessus. Indiquez sur ce schéma les différents mnémoniques des E/S du tableau p4.

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M2102 Automatisme S2

162IUT Toulon GEII

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M2102 Automatisme S2

163IUT Toulon GEII

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Complétez dans le tableau suivant, représentant le plan mémoire alloué par l'API pour le bus Asi, les mnémoniques de E/S du tableau p4 (la carte Asi est la première du rack automate) :