Automatismes industriels

Filali Rania LindaL2GMISET Radés – 09/10

Cours d’Automatismes industriels

Sommaire

Généralité sur les systèmesDéfinition d’un SAP et analyse du besoinStructure générale d’un systèmeDifférentes possibilités de commandeLogique CombinatoireDéfinitionsOpérateurs logiques de baseAlgèbre de boolTableau de KarnaughLogique SéquentielDéfinitionsFonctions mémoires AsynchronesFonctions mémoires Synchrones

Généralité sur les systèmes

Analyse du Besoin

Système Matièred'oeuvre

Matière d'œuvre+

valeur ajoutée

Matière d’oeuvreProduit, matière, énergie, information, personnes, …

Valeur ajoutéeTransformer, transporter, mélanger, filtrer, assembler,

trier, stocker, …

Définition d’un SAP et analyse du besoin

Définition d’un SAP

Un système de production est dit automatisé, lorsqu’il peut gérer de manière autonome un cycle de travail préétabli qui se décompose en séquence ou étape

Préactionneurs Actionneurs

Capteurs

Ordres

Informatio

ns

PartieCommande

(PC)

Partie Opérative (PO)

Mati

ère

d’œ

uvre

tr

an

sfo

rmée

Description des différentes parties d’un SAP

La partie opérative (PO) est la machine qui transforme la matière d’œuvre afin d’élaborer la valeur ajoutée désirée. C’est le processus physique à automatiser.

La partie commande (PC) est l’automatisme qui en fonction des informations issues de la PO (capteurs) élabore une succession logique de commandes, d’ordres (pré-actionneurs) qui provoqueront sur la PO les actions nécessaires à l’obtention de la valeur ajoutée désirée

Description des différentes parties d’un SAP

Systèmes automatisé combinatoire: Ces systèmes n’utilisent aucun mécanisme de mémorisation (ils n’ont pas de mémoire) et à une combinaison des entrées correspond une seule combinaison des sorties. La logique associée est appelée logique Combinatoire. Les outils utilisés pour les concevoir sont l’algèbre de bool, les tables de vérité, les tableaux de karnaugh

Systèmes automatisé séquentiel: le déroulement du cycle s’effectue étape par étape. A une situation des entrées peut correspondre plusieurs situations de sortie. La sélection d’une étape ou d’une autre dépend de la situation antérieur du dispositif. La logique associée est appelée logique séquentiel. Elle peut être:

• avec commande pneumatique: logique câblée;•Avec commande électrique: logique programmée.

Différentes possibilités de commande

Logique Combinatoire

Un système est combinatoire quand l'état de sa sortie dépend uniquement de l'état présent applique sur ses entrées.

S = f(E1,E2,…,En)Exemples :Lampe L commandée par un interrupteur M/A.

1-logique Combinatoire

Définitions

SA (Logique Combinatoire)

E1

E2

En

S

Variable binaire : c'est un nombre x ne pouvant prendre que deux valeurs conventionnellement repérée 0 et 1, sans autre signification.

Grandeur binaire : c'est une grandeur physique à laquelle on impose deux valeurs conventionnelles 0 et 1.Exemple : signal électrique 0 V ---> 0+5 V ---> 1

Un système binaire est un dispositif dont les grandeurs entrées et de sortie sont de type binaire.

L'algèbre de Boole est l'étude du comportement des variables binaires

Définitions

CONVENTIONS DE LOGIQUE

NiveauConvention de logique

Positive Négative

Niveau haut

1 0

Niveau bas 0 1

Définitions

Le code binaire pur :

Le code binaire pur est une représentation numérique en base deux. Cette représentation permet de représenter des nombres sous forme de 1 et de 0, ou de décrire l’évolution des variables vraies ou non vraies d’un système automatisé, c’est cette possibilité que nous allons utiliser. Le nombre de combinaisons possibles des variables se calcule de la façon suivante : 1 variable d'entrée 21 = 2 combinaisons de sortie, 2 variables d'entrée 22 = 4 combinaisons de sortie 3 variables d'entrée 23 = 8 combinaisons de sortie n variables d'entrée 2n combinaisons de sortie

Définitions

Table de vérité:Un circuit logique dispose de plusieurs entrées pour une sortie. Une table de vérité est la représentation de l’évolution du comportement d’un système automatisé en fonction des variations de ses entrées. Une table de vérité est représentée sous la forme suivante :

Logigramme:Un logigramme est un schéma représentant une succession de symboles logiques permettant d’obtenir par combinaison de variables d’entrés la sortie recherchée.

1

Se1 e2

0

0

0

0

111 0

1

1

1

Variables d’entrées

Variable de sortie

Evolution des variables d’entrées

Evolution de la variable de sortie

Définitions

Codes binaires

20

0

1

21 20

0 00 11 01 1

22 21 20

0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1

Définitions

Codes binaires 23 22 21 20

0 0 0 00 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 01 0 0 11 0 1 01 0 1 11 1 0 01 1 0 11 1 1 01 1 1 1

Définitions

Les fonctions logiques sont des opérateurs logiques. C’est à dire qu’en fonction d’une ou plusieurs variables données, ils vont répondre par une sortie particulière. Pour définir chacune des fonctions logiques, nous donnerons plusieurs représentations :

une représentation électrique : schéma développé à contacts ;

une représentation algébrique : équation ;

une représentation arithmétique : table de vérité ;

une représentation temporelle : chronogramme ;

Opérateurs Logiques de base

Fonction ET &e1

e2

Se1 e2

S

0

0

0

0

1

11

1• Pour que la sortie soit à 0 :Il suffit qu’une entrée soit à 0

• Pour que la sortie soit à 1 :Il faut que e1 ET e2 soient à 1

• La fonction réagit au niveau 01

0

0

0

S = e1 . e2


Fonction NON-ET (NAND) &e1

e2

Se1 e2

S

0

0

0

0

1

11

1• Pour que la sortie soit à 1 :Il suffit qu’une entrée soit à 0

• Pour que la sortie soit à 0 :Il faut que e1 ET e2 soient à 1


1

1

1

S = e1 . e2


Fonction OU >1

e1

e2

Se1 e2

S

0

0

0

0

1

11

1• Pour que la sortie soit à 0 :

Il suffit qu’une entrée e1 OU e2 soit à 1

• Pour que la sortie soit à 1 :

Il faut que toutes les entréessoient à 0


1

1

1

0

S = e1 + e2


Fonction NON-OU (NOR) >1

e1

e2

Se1 e2

S

0

0

0

0

1

11


Il suffit qu’une entrée e1 OU e2 soit à 1


Il faut que toutes les entréessoient à 0


0

0

0

1

S = e1 + e2


Fonction OU Exclusif =1

e1

e2

Se1 e2

S

0

0

0

0

1

11


Il faut que e1 OU e2 soit à 1Mais pas les 2


Il faut que les entréessoient au même niveau logique

1

1

0

S = e1 + e2

0

S = e1.e2 + e1.e2


Fonction NON 1e1

e1 S

S

0

01


Il faut que e1 soit à 1• Pour que la sortie soit à 0 :

Il faut que e1 soit à 0

S = e1


Relations particulières

a . b = b . a

a + b = b + a

a + ( b + c ) = ( a + b ) + c = b + ( a + c )

a ( b + c ) = a . b + a . c

a . 0 = 0

a . a = a

a . 1 = a

a . a = 0

a + 0 = a

a + a = a

a + 1 = 1

a + a = 1

Algèbre de bool

a +( b . c ) = (a + b) . (a + c)

a . ( b . c ) = ( a . b ) . c = b . ( a . c )

Théorème de de Morgan

a . b = a + b

a + b = a . b

Application principale : Transformation d’une somme en produit et inversement

Algèbre de bool

Exemple d’application :

Recherche d’équation

&

a

b >1c & S

b.ca + b.c

= c.(a + b.c)

Simplification : S = a.c + b.c.c

S = a.c + b.c

S = c (a + b) S = c (a + b)

Algèbre de bool

Exemple d’application :

création d’un logigramme

Equation logique de départ :S = ( a + b.c ).d

&a + b.c

dS>1b.c

a

&c

b

a

d

Règle de construction : Toujours partir de la sortie, rechercherl’opérateur logique qui sépare l’équation

Algèbre de bool

Tableau de Karnaugh :

d c b a S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

Etude d’un exemple :définition d’une équation àpartir d’une table de vérité

Tableau de Karnaugh

Tableau de Karnaugh : 1 – Construire le tableau

d c b a S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

00 01 11 10

00

01

11

10

d.c

b.a

11

1 1

1 1

0 0

0 0

Tableau de Karnaugh

Tableau de Karnaugh : 2 – Compléter le tableau

d c b a S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

00 01 11 10

00

01

11

10

d.c

b.a

Ajouter des 1 ou 0 afin de pouvoir réaliser des regroupements maximums

1

1

1 1 1

1

11

1 1

1 1

0 0

0 0

Tableau de Karnaugh


3 – Regrouper les cases (groupe de 2n)

d c b a S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

00 01 11 10

00

01

11

10

d.c

b.a

1

1

1 1 1

1

11

1 1

1 1

0 0

0 0

Tableau de Karnaugh

Tableau de Karnaugh : 4 – Etablir l’équation finale

d c b a S

0 0 0 0 0

0 0 0 1 0

0 0 1 0 1

0 0 1 1 1

0 1 0 0 0

0 1 0 1 1

0 1 1 0 1

0 1 1 1 0

1 0 0 0 1

1 0 0 1 1

00 01 11 10

00

01

11

10

d.c

b.a

S = c.b+ d+ a.b+ a.b.c Recommencer

1

1

1 1 1

1

11

1

11 1

0 0

0 0

Tableau de Karnaugh


Etude d’un exemple :définition d’une équation à partir d’une équation logique

1 – Construire le tableau

00 01 11 10

00

01

11

10

a.b

c.d

S = a.b.c + a.b.c + a.b.c + a.b.d

1 1

11 1 1

Tableau de Karnaugh

Tableau de Karnaugh : 2 - Regrouper

00 01 11 10

00

01

11

10

a.b

c.d

S = a.b.c + a.b.c + a.b.c + a.b.d

1 1

11 1 1

Tableau de Karnaugh

Tableau de Karnaugh : 3 – Définir l’équation finale

00 01 11 10

00

01

11

10

a.b

c.d

S = a.b.c + a.b.c + a.b.c + a.b.d

1 1

11 1 1 S = a.b+ a.c S = a.(b + c)

Recommencer

Tableau de Karnaugh

mercredi 12 avril 2023

Logique séquentielle

Définition

S(t) = f(e1(t),e2(t),…,en(t),S(t-1))

• En logique séquentielle, le niveau de la sortie est certes lié aux niveaux des entrées, mais il dépend aussi des états antérieurs (mémoire) :

Logique combinatoire

État binaire à mémoriser État binaire mémorisé

Logique séquentielle

Définition

Ce sont des bascules dont la sortie ou l'état de mémorisation dépend à tout instant de l'état simultané des entrées.

Mémoire binaire asynchroneÉtat binaire à mémoriser

État binaire mémorisé

●Applications : Mémoriser un état binaire isolé (bouton

poussoir) Utilisé dans les vieux automates câblés.

Fonctions mémoires asynchrones

Bascule RS à porte NANDBascule RS à porte NORLa bascule D à verrouillage ou

bascule LATCHBascule RSH - RST


Bascule RS à porte NAND

Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

01

1

0

0

10



Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

11

1

0

010

0

10



Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

11

1

0

10

0

10

1

100

0

01



Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

10

0

1

10

0

10

1 01

01



Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

1

0

0

1

10

0

10

1 01

0 1

11

0

1

0

0



Q/R /S

1

1

0

0

1

11

1

0

1

&/S

Q

&/R /Q

/Q

0

0

11

10

0

10

1 01

0

1

11

0

1

0

0

0

1

1


Bascule RS à porte NOR

QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

1

0

10

1

1

0

0

>1

>1



QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

10

10

1

1

0

0

>1

>1

0

10



QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

1

0

10

1

1

0

0

>1

>1

0

10

0 0

0

1

11



QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

0

0

10>1

>1

1

10

00

0

1

1

1 01



QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

0

0

10

0

1

0

0

>1

>1

10

10

01

01

1

0

1

11



QR S

0

0

1

1

0

00

0

1

0

RQ

S /Q

/Q

1

1

1

0

10

0

0

0

>1

>1

10

10

01

011 1

01

0 0


Bascule RS Symbole général :

S

Q

/Q

R

R

Q

/Q

S


La bascule D à verrouillage ou bascule LATCH

QD C

1

1

0

0

X

1

/Q

10


D Q

C /Q

01

Q \Q

La sortie Q, recopie la valeur de la donnée D, ici lorsque C est à 1. Lorsque C est à 0, la valeur en Q est mémorisée, la bascule est verrouillée

Bascule RS-H à porte NAND Q

R

Q

1

1

0

1

0

00

0

01

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

001

1

0

0

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

1

0

/Q

H

1



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

01

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

001

1

0

0

10&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

1

0

/Q

H

1

0

1

0 1



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

01

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

011

1

0

0

10&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

0

0

/Q

H

1

0 1

0

10



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

011

1

0

0

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

0

0

/Q

H

1

0 1

0

10

0 1



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

011

1

00

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

10

/Q

H

1

0 1

0

10

0 1

0

1

110

0

0



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

010

0

11

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

10

/Q

H

0 1

0

10

0 1

1 1 0

1 0



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

1

&

/S

Q

&/R

/Q

/Q

0

1

10

0

11

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

0

/Q

H

0 1

0

10

0 1

1 1 0

1 0

0 0

0

1 0 1

0 0 1

0 1 1

0 0 0

A compléter



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

& Q

& /Q

/Q

0

1

10

&

&

H

R

S

S

0

0

1

0

1

1

R S H

/Q

H

0 1

10

0 1

1 0

1 0

0 0

0

1 0 1

0 0 1

0 1 1

0 0 0

Réfléchissons un peu

1 0

1 0

10

10

1 0



R

Q

1

1

0

1

0

00

0

0

1

/Q

0

1

10

S

0

0

1

0

1

1

R S H

/Q

H

0 1

10

0 1

1 0

1 0

0 0

0

1 0 1

0 0 1

0 1 1

0 0 0

Symbole général

1 0

1 0

10

10

1 0

R

Q

/Q

SS

R

H

Si H=1, la bascule recopie les entrées S et R sur les sorties Q et /QSi H=0, la bascule garde en mémoire le dernier état des sorties Q et /Q


Le système mémorise l'état présent sur son entrée si et seulement si une horloge fournit un signal de synchronisation (front). :

●Applications : Ordinateurs, consoles de jeux Montres électroniques.

Mémoire binaire synchroneÉtat binaire à mémoriser

État binaire mémorisé

Horloge

Fonctions mémoires synchrones

Bascule JKBascule D élémentaireLa bascule TBascule Schmitt


Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

\QQX

0

1

X

1

0

CLK K J


J Q

CLKK /Q

Pour J = K = 0, le signal d'horloge est sans effet, il y a conservation du dernier état logique pris par Q et /Q : il n'y a jamais de basculement. Pour J = K = 1, le système bascule à chaque front d'horloge (montant ou descendant selon les modèles). Pour J différent de K, la sortie Q recopie l'entrée J et la sortie /Q recopie l'entrée K à chaque front d'horloge.

Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

\QQ

X

0

1

X

1

0

CLK J K

Q \Q


J Q

CLKK /Q


Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

\QQ

X

0

1

X

1

0

CLK J K

Q \Q

\QQ


J Q

CLKK /Q


Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

01

X

0

1

X

1

0

CLK J K

Q \Q

\QQ

Q \Q


J Q

CLKK /Q


Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

01

X

0

1

X

1

0

CLK J K

Q \Q

\QQ

Q \Q

0 1


J Q

CLKK /Q


Bascule JK Q

X

0

X

0

X

1

1

/Q

01

X

0

1

X

1

0

CLK J K

Q \Q

\QQ

Q \Q

0 1

\Q Q


J Q

CLKK /Q


La bascule D élémentaire

QD CLK

1

X

0

X

/Q

10


D Q

CLK /Q

01

Q \Q

La bascule D la plus simple possède 2 entrées (entrée D et l'horloge) et une sortie Q. À chaque front (ici montant) d'horloge, Q recopie l'entrée D.

La bascule T

QT CLK

0

X

1

0

/Q

Q\Q


T Q

CLK /Q

\QQ

Q \Q

si T=1, on bascule à chaque impulsion d'horloge

si T=0, la sortie ne change pas (mémorisation)

La bascule de Schmitt


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