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.

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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.

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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