Automate Programmable

2e partie - Principes de

fonctionnement

Automate Programmable

Aux États-Unis, vers 1969, l’industrie automobile demande un contrôleur reprogrammable

Le cahier des charges

Condition d’utilisation en milieu industriel:

bruit électrique, poussière, température, humidité, …

Contexte:

dans les années ‘60, les ordinateurs exigent un

environnement particulier.

Le cahier des charges

Variété et nombre des entrées/sorties:

nombreux types de signaux :grandeur physique :

tension, courant, …pression, débit, ….

nature : analogiquenumérique (codé sur 2N bits,

“Digital”)tout ou rien (logique, “Discrete”)

Ce que les automates offrent aujourd’hui

Standards (signaux logiques) :+ 5 Volts (CC) + 12 Volts (CC)24 Volts (CA, CC)48 Volts (CA, CC)120 Volts (CA, CC)230 Volts (CA, CC)100 Volts (CC)Contacts secs (type relais)

Ce que les automates offrent aujourd’hui

Standards (signaux analogiques):Plages de tension:

0 à 5 Volts ; 0 à 10 Volts-5 à +5 Volts ; -10 à +10 Volts

Plages de courant:0 à 20 mA ; 4 à 20 mA

Le cahier des charges

Simplicité de mise en œuvre:o doit être utilisable par le personnel en placeo programmation facile

Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs sont

d’une utilisation complexe.

Ce que les automates offrent aujourd’hui

Langage de programmation très simple:

“LADDER” - Diagrammes échelle

Le cahier des charges

Coûts acceptables

Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs sont d’un coût plutôt astronomique.

Les précurseurs

Allen Bradley60% du marché Nord-Américain

Siemens

Modicon

ALSPA (1971 - France)

Télémécanique (1971 - France)

Organisation fonctionnelle

Schéma de l’automate

ALI

MENTATI

ON

UNITE

CENTRALE

CARTE

D'ENTRÉE

CARTE

DE

SORTIE

MODULE

DE

FONC.

BUS INTERNEOU EXTERNE

Organisation fonctionnelle

Automate non-modulaire Entrées DCSortie DCEntrées

Sorties Digitales

Mémoire

Organisation fonctionnelle

Automate modulaire

Module d’alimentation

Ce module génère l’ensemble des tensions nécessaires au bon fonctionnement de l’automatisme

Alimentation110 V CA / 220 V CA

+24 V CC

+5 V CC

+/- 12 V CC

L’unité centrale

Module de l’automate constitué de :processeur:

microprocesseur ou microcontrôleurmémoire:

ROM, RAM, EPROM, E2PROM

L’unité centrale : Processeur

Fonctions:Lecture des informations d’entrée

Exécution de la totalité des instructions du programme en mémoire

Écriture des actions en sortie

L’unité centrale : Processeur

Types d’instructions disponibles :

LogiqueArithmétiqueTransfert de mémoireComptageTemporisationScrutation pas à pas

L’unité centrale : Processeur

Types d’instructions disponibles :

Lecture immédiate des entréesÉcriture immédiate des sortiesBranchements, sautsTest de bit ou de motInterruptionContrôle P.I.D.

L’unité centrale : Mémoire

Exprimée en ko ou MoGros automates:Quelques Mo.

Répartition des zones mémoires :Table image des entréesTable image des sortiesMémoire des bits internesMémoire programme d’application

L’unité centrale : Mémoire

Type de mémoire:RAM: Random Access Memory

Entrée des données (écriture)

Sortie des données (lecture)

RAM

Adresse

L’unité centrale : Mémoire

Type de mémoire:ROM: Read Only Memory

Sortie des données (lecture)

ROM

Adresse

L’unité centrale : Mémoire

Type de mémoire:

PROM: Programmable Read Only MemoryMémoire qui ne peut être programmée qu’une seule fois (par l'utilisateur en utilisant un PROM programmer).

EPROM: Erasable Programmable Read Only MemoryMémoire pouvant être programmée plusieurs foisEffaçage par rayons ultra-violets.

L’unité centrale : Mémoire

Type de mémoire:E2PROM: Electrically

Erasable Programmable Read Only Memory

1. Re-programmer plusieurs fois (entre 10000 et 100000 fois)

2. Peut être effacée par signaux électriques

3. Coûteuse

L’unité centrale : Mémoire

Connexion E/S entre l'API et l'automatisme piloté.

Cartes Entrées

Cartes SortiesQ 124

Actionneur

Q124.X7 0

I 124.X7 0

I 124Capteur

I 124.5 Q124.1

CPU

L’unité centrale

Mode de fonctionnement synchrone :

Lecture synchrone de toutes les entréesÉcriture synchrone à toutes les sorties

Fonctionne de façon cyclique

L’unité centrale

Chien de garde (WATCHDOG)Surveille le C.P.U. de façon à éviter les graves conséquences d'un dérèglement de celui-ci

Nécessaire puisque le CPU intervient dans 5 pannes sur 1000

La durée de l’exécution des tâches, en mode cyclique, est contrôlée par le chien de garde et ne doit pas dépasser une valeur définie lors de la configuration de l’API. Dans le cas de débordement, l’application est déclarée en défaut, ce qui provoque l’arrêt immédiat de l’API.

L’unité centrale

Chien de garde (WATCHDOG)

À chaque cycle, le C.P.U. doit réarmer le chien de garde, sinon ce dernier entame les actions suivantes:

Mise à 0 de toutes les sortiesArrêt de l'exécution du programmeSignalisation de la défaillance

L’unité centrale

Traitement séquentiel :

Remise à 0 du chien de garde

Lecture des entrées

Exécution du programme

Écriture aux sorties

L’unité centrale

Temps de scrutation vs Temps de réponse :

temps

Opérateur appui sur bouton

Prise en compte

Effet en sortie

Temps de scrutation

Temps de réponse

30

Les interfaces de communication

But:¤ permettre le dialogue avec d’autres

automates, des imprimantes, des calculateurs, des consoles de visualisation, des consoles de programmation

Moyen donnéesdonnées

Génération DetectionTransfert

Canal 1 de transmission

Canal 2 de transmission

Canal n de transmission

31

Communication sérielle:

¤ Transmission de chaque bit à la queue leu-leu

Les interfaces de communication

32

Trame de transmission:

¤ Sans communication, niveau logique de la ligne = 1

Les interfaces de communication

33

Trame de transmission:

¤ Bits de départ (de niveau 0) indiquant début du message

Les interfaces de communication

34

Trame de transmission:

¤ Message de 7 ou 8 bits¤ Bit de parité

Détection d’erreur

Les interfaces de communication

35

Bit de parité:¤ Parité paire

Nombre de 1 transmits pair

¤ Parité impaire Nombre de 1 transmit impair

1 1 0 0 1 1 0 0

0 1 0 0 1 1 0 0

Les interfaces de communication

36

Bit de parité:¤ En cas d’erreur, détection possible

Ex: parité paire

1 1 0 0 1 1 0 0

1 1 0 0 1 1 1 0

Les interfaces de communication

37

Trame de transmission:

¤ Bits d’arrêt (de niveau 1)¤ Utile lorsque les trames se suivent sans

délais

Les interfaces de communication

38

Vitesse de transmission:¤ Nombre de bits par seconde

BAUD.

¤ Télex: 300 Bauds Message de 1 ko : 33.3 secondes

¤ Fibre optique: 800 000 000 Bauds Message de 1 ko : 12,5 s

Les interfaces de communication

39

Transmission « Half Duplex »

Transmission « Full Duplex »

Les interfaces de communication

40

Liens réseaux:¤ Ethernet¤ MAP III

GM

¤ Devicenet¤ Controlnet¤ Profibus¤ ...

Les interfaces de communication

41

Les cartes d’entrées logiques

Organisation (partie 1):

RedresseurSignal CA

Signal CC

Protectioncontre

l'inversion detension

Mise en formedu signal

42

Les cartes d’entrées logiques

Redresseur:¤ Transforme la tension CA en tension CC.

En

trée

CA

So

rtie

red

ress

ée

Diode

RedresseurSignal CA

Signal CC

Protectioncontre

l'inversion detension

Mise en formedu signal

43

Les cartes d’entrées logiques

Protection contre l’inversion de tension:¤ Évite de détruire la carte suite à une erreur

de câblage.E

ntr

ée C

C

So

rtie

pro

tég

ée

Diode

Résistance

RedresseurSignal CA

Signal CC

Protectioncontre

l'inversion detension

Mise en formedu signal

44

Les cartes d’entrées logiques

Mise en forme du signal:¤ Détecteur à seuil de tension.

t

t

VE

VS

1

0

RedresseurSignal CA

Signal CC

Protectioncontre

l'inversion detension

Mise en formedu signal

45

Les cartes d’entrées logiques

Mise en forme du signal:¤ Détecteur à seuil de tension.

RedresseurSignal CA

Signal CC

Protectioncontre

l'inversion detension

Mise en formedu signal

t

t

VE

VS

1

0

t

VE

VS

1

0

46

Spécifications

Conversion analogue - numérique

47

Résolution

48

Résolution

Nombre de bits pour représenter le signal analogue

Système binaire-bit(binary digit)¤ 0,1¤ On, Off¤ Ouvert, fermé¤ 2 états possibles

49

Résolution

Besoin de plus d'un bit pour représenter la réalité¤ 1 bit = 21 = 2 états¤ 2 bits = 22 = 4 états¤ 3 bits = 23 = 8 états¤ 8 bits = 28 = 256 états¤ 12 bits = 212 = 4,096 états¤ 16 bits = 216 = 65,536 états

50

Résolution

= plus petit changement de signal détectable

le plus petit signal

Résolution =

Résolution (8 bits)=

Plus petit incrément------------------------

nombre total d'incréments

1------256

= 0.0039 = 0.39 %

51

Résolution

Pour une entrée 0-100 mv à 8 bit

¤ 0 mv -> 0 décimal, 100 mv -> 256¤ Plus petit changement = 0.39 mv

Pour une entrée 0-100 mv à 12 bit

¤ 0 mv -> 0 décimal, 100 mv -> 4096¤ Plus petit changement = 0.0244 mv

Pour une entrée 0-100 mv à 16 bit

¤ Plus petit changement = 0.0015 mv

52

Résolution

Pour une température 0-256 ºC¤ 8 bit - > 1 ºC¤ 12 bit -> 0.063 ºC¤ 16 bit -> 0.0039 ºC

53

Fréquence d'acquisition

Fréquence d'acquisition supérieure au signal d'entrée

54

Fréquence d'acquisition

Fréquence d'acquisition trop lente = signal faux "aliasing"

55

Fréquence d'acquisition

Fréquence acquisition ~ 2 fois la fréquence d'entrée (Nyquist)

56

Les modules PID

Permet de réaliser des fonctions de régulation sans avoir recours au CPU

Certains automates ont un (ou des) PID intégré dans le CPU¤ C’est le CPU qui se tape le calcul !

57

Les modules PID

Limitation importante au niveau de la période d ’échantillonnage des signaux analogiques:

¤ Généralement : >100 ms

¤ Certain modèles ($$$) : >10 ms

58

Les modules PID

dt

tdeKdtteKteKtU dip

)()()()(

59

Les cartes de comptage rapide

S’adaptent à divers modèles de codeurs incrémentaux.

60

Les cartes de comptage rapide

S’adaptent à divers capteurs de vitesse à impulsions.

61

Les cartes de comptage rapide

Spécifications:¤ Fréquence des signaux d’entrée

Généralement <100 kHz

¤ Limite de comptage Nombre de bits du registre de comptage

62

Les cartes d’axes

Pour le contrôle d’un ou de plusieurs moteurs¤ CA / CC / Pas-à-pas¤ Commande numérique intégrée

Interpolation linéaire, circulaire

63

Les cartes d’axes

Les moteurs ne peuvent être asservis avec les modules PID

¤ Périodes d ’échantillonnage plus courtes sont requises

64

Les modules d’interruption

Une interruption est une section de programme qui est exécutée immédiatement lors d’un événement déclencheur

Les entrées du module servent de déclencheur à ces interruptions

65

Les interruptions

Un automate peut réagir à diverses sources d’interruptions¤ Signaux d’entrées¤ Temps

Heure et jour donné Périodique

66

Les interruptions

Principe de l’interruption

Programmenormal

Interruption(OB13)

67

Les terminaux industriels

Ils assurent les fonctions de programmation & de maintenance du logiciel des automates

68

Les terminaux industriels

Permettent:¤ d’écrire et interpréter sous forme

interactive, l ’ensemble des instructions du programme

¤ de mettre au point par simulation, ou par contrôle logiciel, l’éxécution du programme

¤ de sauvegarder le programme

69

Les terminaux industriels

Permettent:¤ de suivre en temps réel l’évolution du

cycle¤ d’interroger et modifier

L’état d’un mot ou d’un bit mémoire L’état d’un mot ou d’un bit d’E/S

Tout cela sans interrompre l’exécution du programme en cours

70

FIN