SYSTÈMES AUTOMATISÉS PRINCIPALES …gmp.branly.free.fr/tgmp/aii/ressources/les_chaines_fonctionnelles.pdf · GMP COURS AII Les chaînes fonctionnelles PG 22/09/2003 Page 1/17 SYSTÈMES

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SYSTÈMES AUTOMATISÉS

PRINCIPALES DÉFINITIONS

SYSTÈME TECHNIQUE : Ensemble destiné à apporter, suivant un processus déterminé, une valeur ajoutée à la matière d'œuvre sur laquelle il agit, afin de répondre à un besoin. Le besoin est spécifié dans le cahier des charges fonctionnel.

MATIÈRE D' OEUVRE : C'est ce sur quoi le système agit afin d'en modifier les caractéristiques de forme, de dimension, de position, d'arrangement,...

Remarque : pour les systèmes techniques, on distingue trois types de matière d'œuvre :

• Un produit ou une matière ;

• Une énergie ;

• Une information .

VALEUR AJOUTÉE : Modification des caractéristiques de la matière d'œuvre après passage dans le système.

Valeur ajoutée = Matière d'œuvre État Sortant - Matière d'œuvre État Entrant

TACHE : Ensemble d'opérations regroupées selon un critère fonctionnel. Chaque tâche confère une partie de la valeur ajoutée à la matière d'œuvre.

TACHES OPÉRATIVES : Tâches pendant lesquelles, le système agit directement sur la matière d'œuvre. Les tâches opératives se traduisent par une modification physique des matières d'œuvre.

TACHES D'ACQUISITION et de TRAITEMENT DES DONNÉES : Tâches pendant lesquelles le système réalise la coordination entre les Tâches opératives.

PARTIE OPÉRATIVE :

Voir page 3

PARTIE COMMANDE :

CHAÎNE FONCTIONNELLE associée à une Tâche opérative : Ensemble de constituants organisés en vue de l'obtention d'une Tâche opérative.

Exemples : déplacer un objet, saisir une pièce, chauffer un liquide, ...

PRÉACTIONNEUR : Constituant dont le rôle est de distribuer l'énergie de puissance à l'actionneur sur ordre de la partie commande, il est souvent appelé interface P.C./P.O.

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ACTIONNEUR : Objet technique qui convertit une énergie d'entrée non directement utilisable par les effecteurs en une énergie de sortie utilisable par ces mécanismes pour obtenir un effet.

EFFECTEUR : Élément terminal de la chaîne d'action , convertit l'énergie reçue de l'actionneur ou de l'adaptateur en une opération ou effet sur la matière d'œuvre.

CAPTEUR : Élément de prélèvement et de codage d'information sur le processus ou sur l'environnement du système. Il convertit une grandeur physique (position, vitesse, température, ...) en une information appelée COMPTE-RENDU (signal électrique, pneumatique, ...).

COMPTE-RENDU : Information d'état qui circule entre les capteurs et le module d'entrée de la P.C.

CONSIGNE : Information qui circule entre l'opérateur et le module d'entrée de la P.C. du système.

ORDRE : Information qui circule entre le module de sortie de la P.C. et les organes de commande des préactionneurs de la P.O.

MESSAGE : Information qui circulent entre la P.C. du système et l'opérateur .

DIALOGUE : Échange d'informations entre un opérateur et la P.C. du système.

COMMUNICATION : Échange d'informations entre plusieurs parties commande.

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Principe d'élaboration d'un produit ou d'ac- complissement d'un service préalablement défini.

Le procédé correspond à une technique de réalisation, à une recette de fabrication.D'essence immatérielle, il est indépendant du volume de production et des moyens mis en oeuvre pour assurer la fabrication du produit ou la prestation du service.Exemples :* Fraisage, emboutissage, soudage, levage ...* Recuit , crackage, polymerisation, fermentation..* Stockage, emballage ...

Procédé

Ensemble des moyens (matériels, organi- sationnels, humains) et des procédures permettant de réaliser le procédé, conformément aux objectifs de production.

Le processus comprend :* Les machines et process, ainsi que les équipements d'alimentation en énergie et les utilités.* Les outillages, les stocks et la transitique associée.* L'architecture du système de product ion.* Les ressources humaines et leur organisation.* La structuration fonctionnelle.* Le mode opératoire, les modes de marche.* La logistique d'exploitation et de maintenance ...

Processus

Définitions : du procédé à la partie commande

Partie opérative Partie commande

La différentiation PO-PC est un concept à géométrie variable ! Il est fonction de l'évolution technologique, de la limite de prestations des intervenants ...

Par exemple :* Un robot et son armoire de

commande sont vus comme une PO par un intégrateur.

* Un distributeur intégré sur vérin est vu comme appartenant à la PO, mais le même distributeur en armoire est vu appartenant à la PC.

Ensemble des moyens (matériels) opérant physiquement sur les matières d'oeuvre ou les utilités (énergie, outils, fluides, outillages ...) en vue d'assurer la production :* L'outil de production (les machines, leurs

effecteurs et actionneurs, les outillages et les out ils) .

* La transitique des produits, outils et outillages (convoyeurs, robots, palettes ...) .

* L'infrastructure mécanique.* Les circuits de fluides et d'énergies et leurs

équipements (chaudières, compresseurs, onduleurs, ...).

* Les constituants de protection, act ifs ou non.Et également :* Tout ou partie des préactionneurs, des

capteurs et de l'instrumentation implantés sur le processus (qui sont vus alors en tant que constituants physiques choisis selon le point de vue PO et non en tant qu'éléments de traitement de l'information).

Ensemble des constituants et composants de traitement de l'information.

La partie commande regroupe :* Les interfaces de traitement avec la partie

opérative (interfaces et liaisons avec les capteurs ou les préactionneurs) .

* Les constituants de commande proprement dits (processeurs et cartes d'entrée/sortie d'automates programmables ou de systèmes numériques de contrôle-commande, séquenceurs, relais, ...).

* Les constituants de dialogue, de conduite et de supervision (terminaux d'exploitation, pupitres, écrans, micro-ordinateurs, ...).

* Les liaisons et réseaux de communication ...

POPOPOPO

PCPCPCPC

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APPROCHE GLOBALE D'UN SYSTÈME DE PRODUCTION

Un système automatisé est plongé dans un environnement avec lequel un certain nombre de flux s'établit : flux de matière d'œuvre , d'énergie , d'informations , de nuisances , de déchets , etc. Il est en liaison avec les agents de réglage, d'exploitation ou de maintenance.

FONCTIONS D'UN SYSTÈME AUTOMATISÉ

Chacune des deux parties d'un système automatisé doit assurer une fonction bien précise.

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FONCTIONS ASSURÉES PAR LA PARTIE OPÉRATIVE

FONCTIONS ASSURÉES PAR LA PARTIE COMMANDE

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STRUCTURE GÉNÉRALE D'UN SYSTÈME AUTOMATISÉ

La partie commande émet des ordres aux préactionneurs qui distribuent alors les énergies aux actionneurs. Les actionneurs transforment ces énergies en actions (effort, couple) qui, transmises aux effecteurs permettent d'obtenir les effets escomptés.

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CHAINE FONCTIONNELLE ASSOCIÉE À UNE TACHE

Une chaîne fonctionnelle comporte généralement quatre entités agencées en boucle :

1- la chaîne de TRAITEMENT interne à la partie commande ;

2- La chaîne d'ACTION de la P.C. vers la P.O. ;

3- Le PROCESSUS lié à l'obtention de la valeur ajoutée ;

4- La chaîne d'ACQUISITION DE DONNÉES de la P.O. vers la P.C.

STRUCTURE GÉNÉRALE D'UNE CHAINE FONCTIONNELLE

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FONCTION COMMANDER LA PUISSANCE

Transmission des ordres entre le module de sortie de la P.C. et les organes de commande des préactionneurs.

STRUCTURES GÉNÉRALES DES CHAÎNES DE COMMANDE DE PUI SSANCE

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CABLAGE DES CONSTITUANTS D'UNE CHAINE DE COMMANDE

Alimentation Commande de Puissance

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DIFFÉRENTES LIAISONS En fonction du type d'actionneur à alimenter, la chaîne d'action varie sensiblement.

Lorsque l'énergie consommée par les actionneurs est faible, des composants d'interfaces ne sont pas toujours requis.

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FONCTION DIALOGUE

Transmission de messages entre le module de sortie de la P.C. et le PUPITRE.

PRINCIPALES ORGANISATIONS Gestion du mode de marche manuel par programme :

Les boutons poussoirs, sélecteurs, interrupteurs sont reliés au module d'entrée de la partie commande.

Les voyants et autres afficheurs sont reliés au module de sortie de la partie commande.

Gestion du mode de marche manuel par câblage :

PUPITRE

Les boutons poussoirs, sélecteurs, interrupteurs sont reliés soit au module d'entrée de la partie commande soit directement aux organes de commande des préactionneurs .

Les voyants et autres afficheurs sont reliés au module de sortie de la partie commande.

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FONCTION ACQUISITION DE DONNÉES

Détecter un phénomène physique ou ses variations ;

Émettre un signal en direction du module d'entrée d'une P.C.

Principaux Phénomènes Physiques : Position - Vitesse - Effort - Masse – Contraintes - Température - Pression - Débit - lumière -Forme - etc..

STRUCTURE GÉNÉRALE D'UNE CHAINE D'ACQUISITION DE DO NNÉES CAPTEUR API ou autres PC

DétectionPhénomènePhysique

Mod

ule

deTr

aite

men

t

Mod

ule

d'En

tée

SIGNAL DE COMPTE RENDU

Corp

sd'

épre

uve

Tran

sduc

teur

CAPTEUR API ou autres PC

DétectionPhénomènePhysique

Mod

ule

deTr

aite

men

t

Mod

ule

d'En

tée

Corp

sd'

épre

uve

Tran

sduc

teur

Moduled'Interface

Signal de

sortie Capteur

Signal d'entrée

Automate

DIFFÉRENTS TYPES DE SIGNAUX TRANSMIS PAR LES CAPTEU RS

TOUT OU RIEN

T.O.R NUMÉRIQUE ANALOGIQUE

Signal

Temps

0

1

00

00

00

10

11

00

01

01

00

00

00

00

Série

Signal

Temps

Ce sont les plus répandus en automatisation courante : détecteurs à contacts, détecteurs de proximité, détecteurs à distance, ... Ils délivrent un signal BINAIRE .

Ils transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions, des températures, ... sous forme de combinaisons de signaux 0-1 pouvant être lus soit en // soit en série sur un seul conducteur.

Ils traduisent des valeurs de position, de pression, de températures, sous forme d'un signal continu évoluant entre deux valeurs limites.

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DIFFÉRENTS NIVEAUX DE DÉTECTION DE L'EXÉCUTION D'UNE TACHE OPÉRATIVE

Matière d'Oeuvre

Matière d'Oeuvre Sortante

1 : Détection au niveau du phénomène physique (EFFET) :

Exemples : mobile en position, température atteinte, contrôle d'un effort, cote obtenue, etc.

(capteur à contact, de proximité, thermocouple, jauge de contrainte, stop-cote,...)

2 : Détection au niveau de l'EFFECTEUR :

Exemple : position de l'effecteur (capteur à contact, de proximité, ...).

3 : Détection au niveau de l'ACTIONNEUR :

Exemple : position de l'organe mobile.

3-1 position de la tige d'un vérin, d'un axe de moteur (capteur à contact, de proximité).

3-2 position du piston d'un vérin (capteur à lames souples ou capteur magnétique).

4 : Détection au niveau de l'ÉNERGIE DISTRIBUÉE :

Exemple : contrôle du seuil de pression dans la chambre d'un vérin.

(capteur à chute de pression ou à seuil)

5 : Détection au niveau du PRÉACTIONNEUR :

Exemple : contrôle de la position de l'organe de puissance du préactionneur.

(contact auxiliaire d'un contacteur)

NOTA : Plus la détection est proche de l'effet obtenu, plus la fiabilité du compte rendu est grande .

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CABLAGE DES CONSTITUANTS D'UNE CHAINE D'ACQUISITION

Liaison Capteur --> Module d'entrée Automate

Sur les TSX17, l'alimentation en énergie des composants est fournie l'automate, le commun est le 24V.

Le 0V API doit être exclusivement utilisé pour alimenter les détecteurs à technologie 3 fils (nécessitant une alimentation en énergie).

Un bouton poussoir se câble exactement comme le détecteur à action mécanique.

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SCHÉMATISATION NORMALISÉE DES DÉTECTEURS DE PROXIMITÉ ÉLECTRONIQUES

Technologie 2 fils – PNP Magnétique Inductif Capacitif

S

+

S

+

S

+

Technologie 3 fils – PNP Magnétique Inductif Capacitif Ultra-son

S

+

-

S

+

-

S

+

-

S

+

-

+ - : Alimentation du détecteur S : Signal de compte-rendu

Schématisation normalisée des Détecteurs Optiques

Exemple : détecteur optique de type barrage

Émetteur Récepteur

+

-

S+

-

S

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SYSTÈME ANALYSE STRUCTURELLE DE LA CHAÎNE FONCTIONNELLE ASS OCIÉE À LA TACHE OPÉRATIVE :

SCHÉMA BLOC CORRESPONDANT À L'ACTION :MOE ENTRANTE

PARTIE COMMANDE PARTIE OPÉRATIVE

Module deDialogue Unité de traitement

TSX 17 -20 34 E/S

modulede sortie

Organe decommande

WPC : Wcp : WS : WR :

ORDRE

Moduled'entrée

Wdis :

CR :

Module de communication

MOE SORTANTE

Phénomène physique détecté :

ACTION :

EFFET :

Équation de l'ordre :

Équation de la commande :

Tâche opérative

CAPTEUR

Transducteur Corps d'épreuve

W ent :

Adaptateurd'énergie

PRÉACTIONNEUR ACTIONNEUR EFFECTEUR

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