Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.
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Automate Programmable
2e partie - Principes de
fonctionnement
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Automate Programmable
Aux États-Unis, vers 1969, l’industrie automobile demande un contrôleur reprogrammable
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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.
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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”)
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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)
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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
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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.
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Ce que les automates offrent aujourd’hui
Langage de programmation très simple:
“LADDER” - Diagrammes échelle
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Le cahier des charges
Coûts acceptables
Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs sont d’un coût plutôt astronomique.
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Les précurseurs
Allen Bradley60% du marché Nord-Américain
Siemens
Modicon
ALSPA (1971 - France)
Télémécanique (1971 - France)
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Organisation fonctionnelle
Schéma de l’automate
ALI
MENTATI
ON
UNITE
CENTRALE
CARTE
D'ENTRÉE
CARTE
DE
SORTIE
MODULE
DE
FONC.
BUS INTERNEOU EXTERNE
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Organisation fonctionnelle
Automate non-modulaire Entrées DCSortie DCEntrées
Sorties Digitales
Mémoire
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Organisation fonctionnelle
Automate modulaire
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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
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L’unité centrale
Module de l’automate constitué de :processeur:
microprocesseur ou microcontrôleurmémoire:
ROM, RAM, EPROM, E2PROM
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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
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L’unité centrale : Processeur
Types d’instructions disponibles :
LogiqueArithmétiqueTransfert de mémoireComptageTemporisationScrutation pas à pas
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L’unité centrale : Processeur
Types d’instructions disponibles :
Lecture immédiate des entréesÉcriture immédiate des sortiesBranchements, sautsTest de bit ou de motInterruptionContrôle P.I.D.
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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
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L’unité centrale : Mémoire
Type de mémoire:RAM: Random Access Memory
Entrée des données (écriture)
Sortie des données (lecture)
RAM
Adresse
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L’unité centrale : Mémoire
Type de mémoire:ROM: Read Only Memory
Sortie des données (lecture)
ROM
Adresse
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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.
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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
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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
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L’unité centrale
Mode de fonctionnement synchrone :
Lecture synchrone de toutes les entréesÉcriture synchrone à toutes les sorties
Fonctionne de façon cyclique
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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.
![Page 27: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/27.jpg)
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
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L’unité centrale
Traitement séquentiel :
Remise à 0 du chien de garde
Lecture des entrées
Exécution du programme
Écriture aux sorties
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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
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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
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31
Communication sérielle:
¤ Transmission de chaque bit à la queue leu-leu
Les interfaces de communication
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32
Trame de transmission:
¤ Sans communication, niveau logique de la ligne = 1
Les interfaces de communication
![Page 33: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/33.jpg)
33
Trame de transmission:
¤ Bits de départ (de niveau 0) indiquant début du message
Les interfaces de communication
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34
Trame de transmission:
¤ Message de 7 ou 8 bits¤ Bit de parité
Détection d’erreur
Les interfaces de communication
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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
![Page 36: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/36.jpg)
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
![Page 37: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/37.jpg)
37
Trame de transmission:
¤ Bits d’arrêt (de niveau 1)¤ Utile lorsque les trames se suivent sans
délais
Les interfaces de communication
![Page 38: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/38.jpg)
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
![Page 39: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/39.jpg)
39
Transmission « Half Duplex »
Transmission « Full Duplex »
Les interfaces de communication
![Page 40: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/40.jpg)
40
Liens réseaux:¤ Ethernet¤ MAP III
GM
¤ Devicenet¤ Controlnet¤ Profibus¤ ...
Les interfaces de communication
![Page 41: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/41.jpg)
41
Les cartes d’entrées logiques
Organisation (partie 1):
RedresseurSignal CA
Signal CC
Protectioncontre
l'inversion detension
Mise en formedu signal
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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
![Page 43: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/43.jpg)
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
![Page 44: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/44.jpg)
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
![Page 45: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/45.jpg)
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
![Page 46: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/46.jpg)
46
Spécifications
Conversion analogue - numérique
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47
Résolution
![Page 48: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/48.jpg)
48
Résolution
Nombre de bits pour représenter le signal analogue
Système binaire-bit(binary digit)¤ 0,1¤ On, Off¤ Ouvert, fermé¤ 2 états possibles
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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
![Page 50: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/50.jpg)
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 %
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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
![Page 52: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/52.jpg)
52
Résolution
Pour une température 0-256 ºC¤ 8 bit - > 1 ºC¤ 12 bit -> 0.063 ºC¤ 16 bit -> 0.0039 ºC
![Page 53: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/53.jpg)
53
Fréquence d'acquisition
Fréquence d'acquisition supérieure au signal d'entrée
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54
Fréquence d'acquisition
Fréquence d'acquisition trop lente = signal faux "aliasing"
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55
Fréquence d'acquisition
Fréquence acquisition ~ 2 fois la fréquence d'entrée (Nyquist)
![Page 56: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/56.jpg)
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 !
![Page 57: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/57.jpg)
57
Les modules PID
Limitation importante au niveau de la période d ’échantillonnage des signaux analogiques:
¤ Généralement : >100 ms
¤ Certain modèles ($$$) : >10 ms
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58
Les modules PID
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tdeKdtteKteKtU dip
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59
Les cartes de comptage rapide
S’adaptent à divers modèles de codeurs incrémentaux.
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60
Les cartes de comptage rapide
S’adaptent à divers capteurs de vitesse à impulsions.
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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
![Page 62: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/62.jpg)
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Les cartes d’axes
Pour le contrôle d’un ou de plusieurs moteurs¤ CA / CC / Pas-à-pas¤ Commande numérique intégrée
Interpolation linéaire, circulaire
![Page 63: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/63.jpg)
63
Les cartes d’axes
Les moteurs ne peuvent être asservis avec les modules PID
¤ Périodes d ’échantillonnage plus courtes sont requises
![Page 64: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/64.jpg)
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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
![Page 65: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/65.jpg)
65
Les interruptions
Un automate peut réagir à diverses sources d’interruptions¤ Signaux d’entrées¤ Temps
Heure et jour donné Périodique
![Page 66: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Les interruptions
Principe de l’interruption
Programmenormal
Interruption(OB13)
![Page 67: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Les terminaux industriels
Ils assurent les fonctions de programmation & de maintenance du logiciel des automates
![Page 68: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/68.jpg)
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
![Page 69: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/69.jpg)
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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
![Page 70: Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement.](https://reader036.fdocuments.fr/reader036/viewer/2022081419/551d9da4497959293b8d4957/html5/thumbnails/70.jpg)
70
FIN