Cours Automates Programmables (Automatismes industriels)

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Cours Automates Programmables(Automatismes industriels)

Niveau: IMI3

Par: Nesrine Belhaj Youssef © Année universitaire: 2021/2022

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1) Support numérique du cours disponible sur:

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avec la Clé d’inscription: aut_ind_imi3_2021

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� Cours: 22.5 hrs

� Travaux pratiques: 15 hrs

� Travaux dirigés: 11.25 hrs

� Coefficient: 3

� Pré-requis: systèmes logiques, programmation, technologie des schémas.

Organisation des enseignements

7 chapitres

4 manips + exam TP

3 - 4 séries de TD

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� Email institutionnel: [email protected]

� Autre email:[email protected]

� Bureau: Département physique & instrumentation, 2ème

bureau à droite.

Contact

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Plan du cours

� Chapitre I: Généralités sur les Systèmes Automatisés de Production (SAP)

1. Introduction à l’automatisation de la production

industrielle: définition, historique, objectifs.

2. Structure d’un système automatisé: schéma

fonctionnel, parties opérative/commande/supervision,

capteurs, actionneurs, pré actionneurs, logiques

câblée/programmée.

3. Exemple illustratif.

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Introduction à l’automatisationDéfinition

� L'automatisation d’un procédé industriel consiste à

confier la totalité ou une partie des tâches de

coordination, auparavant exécutées par des opérateurs humains, à un système de commande.

� Les automatismes remplacent, en général, l’action de

l’opérateur humain dans des tâches simples et

répétitives, nécessitant rigueur, précision ou, dans

certains cas, dans des tâches ingrates et dangereuses.

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Introduction à l’automatisationÉvolution historique

�Première moitié du XIXe siècle: avancement des industries du textile et de la métallurgie

(révolution industrielle).

�Seconde moitié du XVIIIe siècle: semi automatisation des systèmes de production artisanale (U.K).

�XXe siècle: apparition des premières machines à commande numérique et les systèmes de

régulation des processus (circuits intégrés analogiques).

�Années 70: les premiers ordinateurs commencent à être utilisés pour contrôler les grands

systèmes d’automatisation � en raison de leur maintenance coûteuse et de leur programmation

difficile, ils ont été remplacés par des automates programmables industriels.

�Années 90: avancement technologique des circuits et des ordinateurs à haute capacité de

traitement, générant des systèmes d’automatisation plus efficaces, rapides et fiables.

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Introduction à l’automatisationAutomatisation industrielle aujourd’hui

Automatisation industrielle

Interopérabilité Virtualisation Décentralisation Capacité en temps réel

Modularité

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� Interopérabilité: la capacité des systèmes, des machines, des

postes d’assemblage, des produits et des humains à communiquer

ensemble, via l’Internet des objets (IoT) et l’informatique en nuage

(Cloud).


Interopérabilité

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� Virtualisation: consiste à créer une couche logicielle, au-dessus de

l’infrastructure matérielle, afin de disposer d’une image unique et

simplifiée, regroupant les tâches d’administration des équipements

sur une console unique, et permettant la création et la gestion

des workflows (charges de travail).


Virtualisation

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� Décentralisation: consiste à effectuer une segmentation de

l’architecture de contrôle, en découpant l’automatisme en entités

fonctionnelles. Ceci permet de réduire le nombre d’E/S gérées et

présente, donc, l’avantage de faciliter la mise en service et la

maintenance.


Décentralisation

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� Capacité en temps réel: c’est la capacité à collecter et analyser des

données de manière instantanée.


Capacité en temps réel

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� Modularité: la capacité à adapter la production de manière flexible,

au moyen de l’extension, du remplacement, du retrait ou de la

mutation des modules.


Modularité

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� Accroître la productivité du système (quantité de

produits élaborés pendant une durée donnée).

� Améliorer la qualité du produit.

� Améliorer la flexibilité de production, en s'adaptant à

des contextes particuliers:

– Environnements hostiles pour l'homme.

– Tâches physiques ou intellectuelles pénibles pour l'homme.

� Augmenter la sécurité.

� Améliorer la gestion de la matière d’oeuvre et l’énergie.

Introduction à l’automatisationObjectifs

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Introduction à l’automatisationHiérarchie fonctionnelle

Pyramide CIM

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Systèmes ERP

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Systèmes MES

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Structure d’un système automatiséSchéma fonctionnel

Matières

d’œuvre

d’entrée

Matières

d’oeuvre

+

Valeur

ajoutée

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� La partie opérative (P.O) procède au traitement des matières d’oeuvre d’entrée, afin de leur acquérir une

valeur ajoutée, et de délivrer le produit fini. Il s’agit de la

partie mécanique du système, qui effectue les

opérations pour lesquelles le système a été initialement

conçu. Elle contient les capteurs, actionneurs et pré

actionneurs.

Structure d’un système automatiséPartie Opérative

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Structure d’un système automatiséExemples de parties opératives

Poste d’assemblage

Machine outil

Poste de conditionnement

Poste de contrôle

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Structure d’un système automatiséCapteurs

� Un capteur est un dispositif qui permet de mesurer une

grandeur physique sous forme d’un signal exploitable par

une machine (le plus généralement électrique).

Mesurande Mesure

0/1

01100101

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Structure d’un système automatiséExemples de capteurs

CAPTEURS TOUT OU RIEN (ToR)

Inductif Photoélectrique

MagnétiqueMécanique

CAPTEURS ANALOGIQUES

Température Poids Pression

Capteur CCD Codeur

CAPTEURS NUMERIQUES

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Structure d’un système automatiséActionneurs

� Le rôle d’un actionneur est de convertir l’énergie, qui lui

est distribuée par le pré actionneur, sous une autre

forme d’énergie, utile pour la partie opérative.

� C’est un élément capable de produire un phénomène physique: déplacement, émission de lumière/son,

dégagement de chaleur, etc.

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Structure d’un système automatiséExemples d’actionneurs

Moteur

Électrovanne

Ventilateur

Buzzer

Vérin

Afficheur

Résistance

chauffante

Voyants

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Structure d’un système automatiséPré actionneurs

� Le rôle du pré actionneur est de distribuer l’énergie

disponible à l’entrée vers l’actionneur, sous un ordre de

la partie commande.

Énergie disponible Énergie distribuée

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Structure d’un système automatiséExemples de pré actionneurs

Contacteur/relais Variateur de vitesse Distributeurs pneumatiques/

hydrauliques

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Structure d’un système automatiséDistribution d’énergie par relais

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Structure d’un système automatiséDistribution d’énergie par distributeur

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� La partie commande (P.C.) gère la succession des

actions sur la partie opérative, dans un ordre séquentiel

bien déterminé. Elle reçoit des informations (ou mesures)

issues des capteurs, et les restitue, sous forme de

commandes, en direction des pré actionneurs et

actionneurs.

Structure d’un système automatiséPartie Commande

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Structure d’un système automatiséExemples de systèmes de commande

Microcontrôleurs

Automates Programmables Industriels

Séquenceur

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Structure d’un système automatiséLogiques câblée/programmée

Logique câblée Logique programmée

API μCRelais Séquenceurs

•Mise en œuvre facile.

•Possibilité de modification.

•Pas de risques pratiques.

•Moindre consommation.

•Mise en œuvre difficile et coûteuse.

•Difficulté de mise à jour.

•Problèmes de fiabilité.

•Pertes électrique et thermique.

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� La partie supervision (P.S.), également appelée

Interface de Dialogue Homme-Machine (I.D.H.M ou

I.H.M), inclut les différentes commandes nécessaires

au bon fonctionnement du système, telles que la mise

en marche/arrêt, l’arrêt d’urgence, les modes

manuel/automatique… Sa complexité dépend de

l’importance du système à commander.

Structure d’un système automatiséPartie Supervision (ou Dialogue)

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Coffret de commande Écran tactile Afficheur texte/graphique

Structure d’un système automatiséExemples d’organes de supervision

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Structure d’un système automatiséExemple illustratif: porte de garage automatisée (1)

•Actionneurs et commandes:

- Moteur pour ouvrir et fermer la

porte.

•Capteurs et mesures:

- Positions porte ouverte/fermée.

- Détecteur d’obstacle.

•Ordres:

- Signal de la télécommande.

•Rapports:

- Voyant porte en mouvement.

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Position porte,

Présence obstacle

Ouvrir/fermer porte

Voyant porte en mouvement

Signal télécommande

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Réseau

220V ~

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