Plan du cours
� Chapitre III: Introduction aux automates programmables industriels
1. Définition, historique, contraintes en milieu industriel.
2. Fonctions d’un automate programmable: commande,
communication.
3. Principaux constructeurs, exemples de modèles Schneider.
4. Caractéristiques techniques d’un automate.
5. Architecture matérielle de l’automate: vue extérieure, éléments
de base, structure interne, processeur, mémoire, alimentation,
modules E/S (ToR/ANA), configuration matérielle sur PL7.
6. Types de branchements des entrées/sorties ToR. 61
Définition
� « Système numérique destiné à être utilisé dans un
environnement industriel » (Norme IEC 61131-1).
� Un Automate Programmable Industriel (API) est une
machine électronique programmable par un personnel
non informaticien, destinée à piloter, en ambiance
industrielle, et en temps réel, des procédés (ou parties
opératives), à partir d’informations logiques, analogiques
ou numériques.
62
Historique
Industrie automobile fin des années 60: utilisation
de relais électromagnétiques et de systèmes
pneumatiques pour la réalisation des parties commandes.
Manque de flexibilité, coût élevé, impossibilité de communication.
Ordinateurs de l’époque chers et pas adaptés aux contraintes industrielles.
Création de systèmes programmables répondant aux exigences industrielles.
63
Contraintes en milieu industriel
� Facteurs externes: poussières, température, humidité, vibrations,
perturbations électromagnétiques, …
� Personnel: mise en œuvre du matériel aisée (langage de
programmation simple), dépannage possible par des techniciens de
formation électromécanique, possibilité de modifier le système en
cours de fonctionnement sans risques.
� Matériel: évolutif, modulaire, implantation et maintenances aisées.
64
Fonctions d’un automate
65
L ’automate doit remplir deux fonctions principales:
� Une fonction de commande: réaliser des actions selon un
algorithme donné, à partir des informations fournies par les
détecteurs (ToR) et les capteurs (analogiques ou numériques).
� Une fonction de communication: avec l’opérateur humain (par
IHM), avec d’autres processeurs (de rangs hiérarchiques égaux ou
supérieurs), ou avec des interfaces intelligentes (rang hiérarchique
inférieur).
Commande processus automatiséet dialogue opérateur
66
Dialogue opérateur et supervision processus
67
Automates et fonctionnement hiérarchisé
Même niveau hiérarchique
Niveau hiérarchique supérieur
68
Principaux constructeurs et parts du marché international
32%8%
17%
8%
11%
69
Quelques modèles d’automatesSchneider
TSX nanoTSX micro
Twido
ZelioTSX Premium 70
� Compact ou modulaire:
� Compact: Ces automates, de fonctionnement simple, sont généralement
destinés à commander de petits automatismes. Ils intègrent le processeur,
l'alimentation, les entrées et les sorties. Selon les modèles et les fabricants, il
pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage, E/S analogiques
...) et recevoir des extensions en nombre limité.
� Modulaire: Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes où
puissance, capacité de traitement et flexibilité sont nécessaires. Le processeur,
l'alimentation et les interfaces d'entrées / sorties se trouvent dans des unités
séparées (modules), et sont fixées sur un ou plusieurs racks.
Caractéristiques techniques d’un automate (1)
Adobe Acrobat
Document
71
Exemples d’automates compacts et modulaires
Automates modulaires Automates compactes
72
� Tension d’alimentation: L'alimentation intégrée dans l‘automate,
fournit à partir des tensions usuelles des réseaux (220 V/110VAC,
24VDC) les tensions continues nécessaire au fonctionnement des
circuits électroniques. Elle doit être dimensionnée, en tenant compte
d’éventuelles expansions. Afin d’assurer le niveau de sûreté requis,
elle comporte des dispositifs de détection de baisse ou de coupure de
la tension réseau, et de surveillance des tensions internes. En cas de
défaut, ces dispositifs peuvent lancer une procédure prioritaire de
sauvegarde.
Caractéristiques techniques d’un automate (2)
73
Caractéristiques techniques d’un automate (3)
� Taille de la mémoire: Il existe, dans les automates, deux types de mémoires qui
remplissent des fonctions différentes:
– La mémoire morte ou ROM: elle est programmée par le constructeur, et est en
lecture seule. La mémoire morte est destinée à la mémorisation du programme
après la phase de mise au point. La mémoire programme est contenue dans une
ou plusieurs cartouches qui viennent s’insérer sur le module processeur ou sur un
module d’extension mémoire. Dans cette catégorie, on compte également les
PROM, EPROM, EEPROM, mémoire Flash.
– La mémoire vive ou RAM: le contenu de ces mémoires peut être lu et modifié à
volonté, mais il est perdu en cas de coupure de tension (mémoire volatiles). Elles
nécessitent, par conséquent, batterie (ou pile) de sauvegarde. Les mémoires vives
sont utilisées pour l’écriture et la mise au point du programme, et pour le stockage
des données (mémoire données). 74
Caractéristiques techniques d’un automate (4)
� Temps de cycle: temps nécessaire pour l’exécution complète du
programme. Il varie selon la taille du programme, la complexité des calculs,
le nombre d'entrées/sorties, la puissance de l'API. Usuellement: 1÷5 ms.
75
Caractéristiques techniques d’un automate (5)
� Nombre d’entrées/sorties: c’est-à-dire le nombre de capteurs et (pré)
actionneurs pouvant être raccordés aux modules d’entrées/sorties de
l’automate.
� Modules complémentaires:
� Communication: RS232/485, Ethernet TCP/IP, Profibus, CAN,
MODBUS,…
� Coprocesseur: utilisé pour les calculs de grande complexité.
� Encodeur: comptoir à grande vitesse pour la lecture de codeurs
incrémentaux ou absolus.
� Servomoteur: module pour commander des moteurs. 76
Caractéristiques techniques d’un automate (6)
� Langage de programmation: il existe 2 types de langages:
� Textuels:
– Liste d’instructions: IL (Instruction List) - Pseudo assembleur.
– Texte structuré: ST (Structured Text) - Langage de haut niveau.
� Graphiques:
– Langage Ladder: LD (Ladder Diagram) - Schémas électriques.
– Sequential function chart: SFC - Proche du langage Grafcet.
– Boîtes fonctionnelles: FBD (Function Block Diagram) - blocs,
connectables entre eux, réalisant des opérations.77
Architecture matérielle d’un automateVue extérieure (Ex: TSX nano 07)
Prise de
Raccordement
PC/console
de programmation
Diodes de
visualisation
des états des
E/S
Diodes de
visualisation
de l’état de l’automate:
RUN, COM, ERR, I/O
Raccordement
des capteurs
Raccordement
des (pré)actionneurs
Alimentation secteur Alimentation capteurs 24VDC
78
Architecture matérielle d’un automateÉléments de base (Ex: TSX 37)
Alimentation externe
Rack 6 positions (19" )
Module d’E/S ToR Module d’E/Sanalogiques
Base
Bac d’extension
79
Architecture matérielle d’un automateStructure interne
80
Architecture matérielle d’un automateProcesseur
� Le processeur, ou unité centrale (UC), a pour rôle principal le
traitement des instructions qui constituent le programme de l’application
(les fonctions logiques ET, OU, les fonctions de temporisation, de
comptage, etc..).
� En plus de cette tâche de base, il réalise d’autres fonctions:
� Gestion des entrées/sorties.
� Surveillance et diagnostic de l’automate par une série de tests.
� Dialogue avec le terminal de programmation, aussi bien pour l’écriture
et la mise au point du programme, que pour des réglages ou des
vérifications des données. 81
Architecture matérielle d’un automateMémoire centrale
Données utilisateur
Programme utilisateur
Résultats intermédiaires
Résultats de fonctions prédéfinies
(temporisation, comptage, …)
Système d’exploitation (O.S)
Variables d’entrée
Variables de sortie
82
Architecture matérielle d’un automateAlimentation
Elle élabore à partir d’un réseau 220V/110V en courant alternatif, ou
d’une source 24V en courant continu, les tensions internes distribuées
aux modules de l’automate.
AC/DC Isolation AC/DC
83
Architecture matérielle d’un automateModules d’entrées/sorties
Les modules d’entrées/sorties assurent la liaison entre l’automate et la
partie opérative. Ils ont une double fonction :
� Une fonction d’interfaçage: pour la réception et la mise en forme de
signaux provenant des capteurs et pour l’émission de signaux de
commande vers les pré actionneurs. Ces interfaces doivent être dotées
d’une isolation (découplage) pour assurer la protection de l’automate
contre les signaux parasites.
� Une fonction de communication: pour l’échange des signaux avec
l’unité centrale via le bus d’entrées/sorties.
84
Architecture matérielle d’un automateModules d’entrées/sorties ToR
85
Architecture matérielle d’un automateModules d’entrées/sorties analogiques
86
� Tout ou rien: 0 - 24 VDC
0 - 230 VAC, 50 Hz
� A relais: 0 - 24 VDC
0 - 230 VAC, 50 Hz
� Analogiques: ± 5 V, ± 10 V, 0 - 10 V, 4 - 20 mA
Architecture matérielle d’un automateModules d’entrées/sorties: valeurs standard
87
Architecture matérielle d’un automateNombre de modules d’entrées/sorties
(Ex: TSX 3722)
Base Extension
� 1, 3, 5, 7, 9: généralement utilisés pour les entrées.
� 2, 4, 6, 8, 10: généralement utilisés pour les sorties. 88
Architecture matérielle d’un automateConfiguration matérielle sur logiciel PL7
(Ex: TSX 3722)
Modules I/O ToR (16E/12S) Modules de sorties relais (8S)
Module d’entrées ToR (12E)Processeur
89
Branchements des entrées/sorties ToRBranchement des entrées
Le principe de raccordement consiste à envoyer un signal
électrique vers l'entrée choisie sur l'automate dés que
l'information est présente.
� L'alimentation électrique peut être fournie par l'automate (en
général 24V continu), ou par une source extérieure.
� Le branchement des entrées dépend de la logique de
l’automate: un automate programmable peut être à logique
positive ou négative. 90
Branchements des entrées/sorties ToRLogiques positive/négative
Le commun interne des entrées
est relié à 24V.Le commun interne des entrées
est relié à 0V.
Logique négativeLogique positive
91
Branchements des entrées/sorties ToRBranchement des entrées ToR
92
Branchements des entrées/sorties ToRBranchement des sorties ToR
93
Branchements des entrées/sorties ToRBranchement des sorties à relais
� Isolation électrique entre l’automate et les actionneurs94
Branchements des entrées/sorties ToRBranchement des capteurs statiques à 3 fils
95