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Adel BOUCHAHED Page 1 0 1 2… Action-1 Action-2 Etape initiale Transition X Y Z Réceptivité Etiquette Etape Etape active CHAPITRE 4 : GRAFCET ET PROGRAMMATION DES API 1. Définition : Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étapes et Transitions) est un diagramme fonctionnel. Il permet de représenter par un graphe le fonctionnement d’un système automatisé, ce système est composé par trois parties essentielles qui sont : Partie pupitre ; Partie commande ; Partie opérative. Le GRAFCET est une représentation graphique alternée des étapes et des transitions. Une seule transition doit séparer deux étapes. Le diagramme ci- dessous représente un GRAFCET. Figure.1. Représentation du GRAFCET séquence unique مقراطية الشعبيةية الجزائرية الدي الجمهورعلميلي والبحث اللعاتعليم ا وزارة الREPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE 1 1 قسنطينة منت ــــــــ وري جامعـــــــــةخ ا ــــــــ وةInstitut Des Sciences Et Techniques Appliquées مـعــهــد التطبيقيقنياتـوم و التعل ال ة___________________________________________________________________________

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2…

Action-1

Action-2

Etape initiale

Transition

X

Y

Z Réceptivité

Etiquette

Etape

Etape active

CHAPITRE 4 : GRAFCET ET

PROGRAMMATION DES API

1. Définition :

Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étapes et Transitions) est

un diagramme fonctionnel. Il permet de représenter par un graphe le

fonctionnement d’un système automatisé, ce système est composé par trois

parties essentielles qui sont :

Partie pupitre ;

Partie commande ;

Partie opérative.

Le GRAFCET est une représentation graphique alternée des étapes et des

transitions. Une seule transition doit séparer deux étapes. Le diagramme ci-

dessous représente un GRAFCET.

Figure.1. Représentation du GRAFCET séquence unique

الجمهورية الجزائرية الديمقراطية الشعبية وزارة التعليم العالي والبحث العلمي

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE 1 1 وريــــــــمنت قسنطينة وةــــــــالاخجامعـــــــــة

Institut Des Sciences Et Techniques Appliquées ةالعلـوم و التقنيات التطبيقي مـعــهــد ___________________________________________________________________________

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2. TYPES DU GRAFCET

Il existe trois types du GRAFCET qui sont :

2.1. GRAFCET DE NIVEAU 01 (GRAFCET/ partie système)

Ce type de GRAFECT est basé sur la représentation de toutes les parties du

système automatisé avant l’existence de ce dernier (système automatisé). Par

ailleurs le GRAFCET de niveau 1 est un GRAFCET de coordination des

données et des actions.

2.2. GRAFCET DE NIVEAU 02 (GRAFCET/ partie opérative)

Ce type de GRAFCET est basé sur la technologie des actionneurs (moteurs

électriques, vérins, …etc.) et capteurs, ces derniers nous permettent de

réaliser un diagramme séquentielle qui définit le comportement de la partie

commande d’un système automatisé.

2.3. GRAFCET DE NIVEAU 03 (GRAFCET/ partie commande)

Ce type de GRAFCET prend le matériel existant (automates programmables,

contacteurs, boutons poussoirs, …etc.) pour réaliser la partie commande.

Le GRAFCET de niveau 03 est basé sur la programmation des automates

programmables en utilisant par exemple le langage ladder (langage contact)

dont les entrées (%I0.0) et les sorties (%Q0.0).

Exercice-01

Dans un atelier de mécanique situé au niveau de L’ISTA, il existe un poste

de perçage automatisé qui nous a permis le perçage et le serrage des pièces

mécaniques, voir la figure.2. Son fonctionnement est basé sur le

mouvement de rotation du moteur électrique dans les deux sens (marche

avant et marche arrière). Le serrage et le desserrage des pièces mécaniques

sont effectués par le vérin-V1, mais pour les capteurs de positions, sont rôle

est fixé l’arrivé et le retour du vérin-V1 ainsi que du moteur électrique M.

Description du cycle

La pièce mécanique est arrivée en C5 (capteur mécanique de position), l’étau

est ouvert (le capteur C4 indique l’ouverture de l’étau), le moteur tourne le

foret et reste en position haute (le capteur C1 indique la position du moteur).

L’étau serre la pièce mécanique (le capteur C4 indique le serrage de la pièce

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mécanique), la perceuse descend et fait le perçage (le capteur C2 indique la

descente de la perceuse), la perceuse remonte (le capteur C1 indique la

remonte de la perceuse jusqu’à la position initiale). L’étau se desserre la

pièce mécanique (le capteur C3 indique le retour de la tige du vérin à sa

position initiale), la pièce est évacuée (le capteur C6 indique la sortie de la

pièce).

Figure.2. Poste de perçage automatisé

Remarque :

L’avancement du moteur électrique est assuré par le vérin V2

Fiche des données techniques

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 C1 Q0.0 M-

I0.1 C2 Q0.1 M+

I0.2 C3 Q0.2 V1-

I0.3 C4 Q0.3 V1+

I0.4 C5 Q0.4

I0.5 C6 Q0.5

Moteur électrique

Vérin-V1 Pièce mécanique

Étau

Vérin V-2

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1

2

Etau serré la pièce mécanique

Perceuse/ descente

Pièce en C5, Perceuse en position initiale, Etau desserré

3

4

Etau serré

Perceuse en bas

Perceuse/ monte

Perceuse en haut

Etau/ desserré

Etau desserre, pièce évacuée

QUESTIONS

1- Réaliser le GRAFCET de niveau-01 ou GRAFCET de point de vue partie

système ;

2- Réaliser le GRAFCET de niveau-02 ou GRAFCET de point de vue partie

opérative ;

3- Réaliser le GRAFCET de niveau-03 ou GRAFCET de point de vue partie

commande.

Solution-01

1. GRAFCET DE NIVEAU-01

Figure.3. GRAFCET de niveau-01

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1

2

V+

M+

C5, C1, C3

3

4

C4

C2

M-

C1

V-

C3, C6

2. GRAFCET DE NIVEAU-02

Figure.4. GRAFCET de niveau-02

3. GRAFCET DE NIVEAU-03

Pour réaliser ce type de GRAFCET on définit les entrées et les sorties de

l’automate programmable.

Le I désigne l’entrée de l’automate programmable et le Q désigne une sortie de

l’automate programmable.

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1

2

Q0.3

Q0.1

I0.4, I0.0, I0.3

, C1, C3

3

4

I0.3

I0.1

Q0.0

I0.0

Q0.2

I0.2, I0.5

Figure.5. GRAFCET de niveau-03

Exercice-02

A/- Un chariot de marchandise se déplace du point C1 vers le point C2 (voir la

figure.6), et il revient à sa position initiale.

- Réaliser le GRAFCET de niveau-01, niveau-02 et niveau-03

Condition :

Le chariot ne peut pas se déplacer si le bouton poussoir M non actionné.

Fiche des données techniques

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 C1 (capteur mécanique) Q0.0 AR

I0.1 C2 (capteur mécanique) Q0.1 AV

I0.2 M

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1

2

Marche du chariot en avant

Marche du chariot en arrière

Chariot en position initiale, bouton poussoir M non

actionné

Chariot arrivé en point C2

Chariot arrivé en point C2

B/- Le chariot se déplace au point C2 mais il doit rester 10 seconds.

- Etablir le GRAFCET de niveau-01, niveau-02 et niveau-03.

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 C1 (capteur mécanique) Q0.0 AR

I0.1 C2 (capteur mécanique) Q0.1 AV

I0.2 M

I0.3 T1/10S Q0.2 T

Figure.6. Chariot de marchandise automatisé

Solution-A

1- GRAFCET de niveau-01

C1 C2

AV AR

M

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1

2

AV

AR

C1, M

C2

C1

0

1

2

Q0.1

Q0.0

I0.0, I0.2

I0.1

I0.0

Figure.7. GRAFCET de niveau-01

2- GRAFCET de niveau-02

Figure.8. GRAFCET de niveau-02

3- GRAFCET de niveau-03

Figure.9. GRAFCET de niveau-03

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1

2

Marche du chariot en avant

Temporisateur de 10 seconds

Chariot en position initiale, bouton poussoir M non

3

Chariot arrivé en point C2

Le temps est écoulé

Marche du chariot en arrière

Chariot arrivé en point C1

0

1

2

AV

T

C1, M

3

C2

T1/10s

AR

C1

Solution-B

1- GRAFCET de niveau-01

Figure.10. GRAFCET de niveau-01

2- GRAFCET de niveau-02

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1

2

Q0.1

Q0.2

I0.0, I0.2

3

I0.1

I0.3

Q0.0

I0.0

Figure.11. GRAFCET de niveau-02

3- GRAFCET de niveau-03

Figure.12. GRAFCET de niveau-03

Exercice-03

Dans une usine de fabrication des tôles, il existe un pont roulant utilisé pour

prendre les déchets métalliques et qui se déplace du point C1 au point C2 (voir

la figure.13). Pour le chargement et le déchargement des déchets métalliques ce

pont fait monter et descendre la charge.

Les capteurs de position C1 et C2 sont des capteurs mécaniques et les capteurs

A, B, C3 et C4 sont des capteurs magnétiques de position.

Installation électromécanique

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C1 C2

AV AR

M

C3 C4

A B

Chargement Déchargement

Figure.13. Pont roulant automatisé

Questions :

Réaliser le GRAFCET de niveau-02 et niveau-03.

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 M

I0.1 C1 (capteur mécanique) Q0.0 AR

I0.2 C2 (capteur mécanique) Q0.1 AV

I0.3 C3 (capteur magnétique) Q0.2 Descente charge (DC)

I0.4 A (capteur magnétique) Q0.3 Monte charge (MC)

I0.5 C4 (capteur magnétique) Q0.4 Descente charge (DC)

I0.6 B (Capteur magnétique) Q0.5 Monte charge (MC)

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1

2

Descente charge (DC)

Monte charge et chargement (MC)

M, C1, A

3

C3

A

Pont en avant (AV)

C2

4

5

6

Descente charge et déchargement (DC)

C4

Monte charge (MC)

B

Pont en arrière (AR)

C1

Solution-03

1- GRAFCET de niveau-02

Figure.14. GRAFCET de niveau-02

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1

2

Q0.2

Q0.3

I0.0, I0.1,

I0.4

3

I0.3

I0.4

Q0.1

I0.2

4

5

6

Q0.4

I0.5

Q0.5

I0.6

Q0.0

I0.0

2- GRAFCET de niveau-03

Figure.15. GRAFCET de niveau-03

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1

2

AV

AR

C1, M

C2

C1,

C1, M1

3. Reprise d’une séquence

Afin de comprendre la reprise d’une séquence on prend le chariot de

marchandise représenté par la figure.6.

Pour la marche continue du chariot on rajoute un commutateur M1.

Condition de fonctionnement :

- Le chariot fait un seul aller et retour le commutateur M1 prend ‘’0’’

- Le chariot fait une marche continue le commutateur M1 prend ‘’1’’

GRAFCET correspondant

Figure.16. GRAFCET de niveau-02 (Reprise d’une séquence)

4. Saut d’étape

Toujours on prend l’exemple du chariot représenté par la figure.06.

Conditions de fonctionnement

Si le chariot est en position initiale (C1), alors une impulsion sur M le chariot

fait un avancement en avant et en arrière.

Si initialement le chariot n’est pas en position initiale (C1), alors une

impulsion sur M provoque le déplacement du chariot au point (C1).

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1

2

AV

AR

C1, M

C2

C1,

Figure.17. GRAFCET de niveau-02 (Saut d’étape)

5. Aiguillage en OU

Ce type de GRAFCET est basé sur l’étape initiale ‘’0’’ c'est-à-dire à la sortie

de cette étape on a le choix entre plusieurs séquences. Le choix que nous

avons préféré dépend aux différentes transitions ainsi que ces dernières

dépendent aux réceptivités.

Exercice-04

Dans un atelier de mécanique situé au niveau de L’ISTA, il existe un poste

de perçage automatisé qui nous a permis le perçage et le serrage des pièces

mécaniques, voir la figure.18. Son fonctionnement est basé sur le

mouvement de rotation du moteur électrique dans les deux sens (marche

avant et marche arrière). Le serrage et le desserrage des pièces mécaniques

sont effectués par le vérin-V1, mais pour les capteurs de positions, sont rôle

est fixé l’arrivé et le retour du vérin-V1 ainsi que du moteur électrique M.

Conditions :

- Le système automatisé ne peut pas fonctionner si les deux boutons

poussoirs M et M1 non actionnés.

- Le bouton poussoir M et actionné avant M1

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Remarque :

L’avancement du moteur électrique est assuré par le vérin V2

- Fiche des données techniques

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 C1 Q0.0 M-

I0.1 C2 Q0.1 M+

I0.2 C3 Q0.2 V1-

I0.3 C4 Q0.3 V1+

I0.4 C5

I0.5 C6 Q0.5 P+

I0.6 M

I0.7 M1

Figure.18. Poste de perçage automatisé

Questions

- Réaliser le GRAFCET de point de vue partie système ;

- Réaliser le GRAFCET de point de vue partie opérative ;

- Réaliser le GRAFCET de point de vue partie commande.

Solution-04

1- GRAFCET de niveau-01

Moteur électrique

Vérin-V1 Pièce mécanique

Étau

Vérin V-2

M M1

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11 Etau serré la pièce mécanique

Perceuse/ descente

Etau serré Perceuse en bas

Perceuse en haut

Etau desserré

Pièce évacuée

21

12 22

1.

Perceuse/ monte

Etau desserre

BPM BPM1

Evacuer la pièce

0

11 V+ M+

C4 C2

C1

C6

21

12 22

1.

M-

C3

M, C5 M1, C5

V-

P+

Figure.19. GRAFCET de niveau-01

- GRAFCET de niveau-02

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11 Q0.3 Q0.1

I0.3 I0.1

I0.0

I0.5

21

12 22

1.

Q0.0

I0.2

I0.6, I0.4 I0.7, I0.4

Q0.2

Q0.5

Figure.20. GRAFCET de niveau-02

- GRAFCET de niveau-03

Figure.21. GRAFCET de niveau-03

6. Aiguillage en ET

Les séquences dans ce type du GRAFCET sont exécutées au même temps

(simultanément).

Exercice-05

On prend l’exercice-04, mais on a un seul bouton poussoir M qui fait démarrer

le système automatisé.

Questions :

- Réaliser le GRAFCET de niveau-01 ;

- Réaliser le GRAFCET de niveau-02 ;

- Réaliser le GRAFCET de niveau-03 .

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0

11 Etau serré la pièce mécanique

Perceuse/ descente

Etau serré Perceuse en bas

Perceuse en haut

Etau desserré

Pièce évacuée

21

12 22

1.

Perceuse/ monte

Etau desserre

Evacuer la pièce

13 23

=1

Bouton poussoir Marche, présence de la pièce

Solution-05

1- GRAFCET de niveau-01

Figure.22. GRAFCET de niveau-01

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11 V1+ M+

C4 C2

C1

C6

21

12 22

1.

M-

C3

P+

13 23

=1

M, C5

V1-

2- GRAFCET de niveau-02

Figure.23. GRAFCET de niveau-02

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0

11 Q0.3 Q0.2

I0.3 I0.1

I0.0

I0.5

21

12 22

1.

Q0.0

I0.2

Q0.5

13 23

=1

I0.6, I0.4

Q0.2

3- GRAFCET de niveau-03

Figure.24. GRAFCET de niveau-03

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PROGRAMMATION DES API

7. Définition

L’automate programmable est un appareil électronique intelligent, il est

constitué par des entrées et des sorties, les entrées dont ce dernier (API)

reçoit les informations des capteurs et compare avec le programme réalisé.

Pour les sorties de L’API font l’activation des pré-actionneurs. La figure ci-

dessous représente un automate programmable.

Figure.25. Automate programmable.

Avec :

MR : bouton poussoir marche ;

AR : bouton poussoir arrêt ;

S : bouton poussoir ;

KM1 : Contacteur.

8. Différents langages de programmation

Pour la programmation des API on a plusieurs types de langage parmi lesquels :

- Langage à contact (Ladder) ;

- Langage de programmation où nous avons utilisé un logigramme (liste

d’instruction) ;

- Langage de programmation à partir d’un GRAFCET.

8.1. Langage à contact

KM 1 MR

AR

S

Entrées Sorties

API

I0.0

Q0.0

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Ce langage est basé sur un schéma électrique ou électronique qui contient, les

contacteurs, relais, boutons poussoirs, capteurs, temporisateurs, pré-actionneurs,

actionneurs, …etc. A partir de ce schéma on va concevoir un schéma à contact

dans le logiciel (Twidosuite) de programmation des API.

8.2. Représentation des éléments principaux pour la programmation des

API

Symbole Désignation Fonction Schéma à contact

Contact à

fermeture

Contact passant

quand il actionné

Contact à

ouverture

Contact passant

quant il n’est pas

actionné

Connexion

horizontale

Permet de relier

les éléments

action en série

Connexion

verticale

Permet de relier

les actions en

parallèle

Bobine direct La sortie prend la

valeur du résultat

logique

Bobine inverse La sortie prend la

valeur inverse du

résultat logique

Bobine

d’enclenchement

Le bit interne est

mis à 1 et garde

cet état

Bobine

déclenchement

Le bit interne est

mis à 0 et garde

cet état

- La sortie directe fonctionne comme une entrée directe ;

- La sortie SET (S) qui agit comme une mémoire est reste à 1.

S

R

S

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Q1

10

5

6

31

2 4

N

10

03

04

T1

13

24

Q1

10

13

14

F1

10

95

96

S1A

1

2

S2M

3

4

L1 L2 L3

F1

10

97

98

KM1

10

53

54

KM1

10

61

62

KM1

A1

A2

KM2

10

5/L3

6/T3

3/L21/L1

2/T1 4/T2

RT1

1/L1 3/L2 5/L3

2/T1 4/T2 6/T3

M1

3 ~M

U1

V1

W1

KM1

A1

A2

KM1

10

13

14

KM1

10

21

22

F1

10

95

96

F1

10

97

98

KM1

10

13

14

- La sortie RESET (R) qui remet à zéro la sortie S.

- Exercice-06

- Soit le démarrage direct du moteur asynchrone à cage d’écureuil. Voir le

schéma ci-dessous.

Figure.26. Démarrage direct du MAS à cage triphasé.

Questions

1- À partir du circuit de commande du moteur asynchrone, Réaliser le

programme (langage ladder) sous Twidosuite.

2- Réaliser le GRAFCET de niveau-02 et niveau-03.

3- Réaliser le GRAFCET de niveau-2 si le moteur chauffe et le relais thermique

disjoncte.

Remarque

On suppose que le contact 13/14 du sectionneur est fermé, et le moteur sous

tension.

R

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- Fiche des données techniques

Entrées automate programmable Sorties automate programmable

I0.0 Q1 Q0.2 L3

I0.1 F1 Q0.1 L2

I0.2 S2M+KM1 Q0.3 M+

I0.3 S1A Q0.0 L1

Solution

1- Langage à contact sous TWIDOSUITE

Figure.27. schéma sous Twitosuite (langage à contact).

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0

1

2

L3

L2 M+

Q1, F1, S1A

S2M+KM1

S1A

Moteur est sous tension

0

1

2

Q0.2

Q0.1 Q0.3

I0.0, I0.1, I0.3

I0.2

MST

2- GRAFCET de niveau-2

Figure.28. GRAFCET de niveau-2

3- GRAFCET de niveau-03

Figure.23. GRAFCET de niveau-3

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0

1

2

L3

L2 M+

Q1, F1, S1A

S2M+KM1

S1A

Moteur est sous tension

F1

S1A

3 L 3 L1

Arrêt du moteur

- GRAFCET de niveau-2 si le moteur chauffe

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Références

[1] http://meidoyen.openelement.fr/Files/Other/Structure%20generale_prof.pdf

[2]https://sb47a502462c9ef47.jimcontent.com/download/version/1491229657/module/141280

88424/name/Introduction%20aux%20syst%C3%A8mes%20automatis%C3%A9s.pdf

[3] http://lyceeduruy.fr/si/files/2010/09/Cours_Systemes.pdf...........8

[4] https://www.google.com/url?sa=i&url=https%3A%2F%2Fwww.cdiscount.com%2Fhigh-

tech%2Fr-

contacteur%2Btriphase.html&psig=AOvVaw13ylpnblJ3PljHtSrjOR9K&ust=1587982876467

000&source=images&cd=vfe&ved=0CAIQjRxqFwoTCLje6rbvhekCFQAAAAAdAAAAAB

AD

[5] https://www.technic-achat.com/boutique/images_produits/1272xxxxxx-z.png

[6] https://img.directindustry.fr/images_di/photo-g/9226-2463163.jpg

[7]https://lh3.googleusercontent.com/proxy/qzTZIzbgan3WTTvlvvhg_TFKxdrEQc18Ed2ze0

IU7B3D9uow9bdJI6BPQA-

AGGClDd6QjzF8651Y4G9ELvu6HBgIZcASGcthLV3AfF4DlbGPe1PwNiQ

[8] https://www.automation-sense.com/medias/images/automate-siemens-prix.jpg

[9] https://www.axesindustries.com/images/np/9416FR.JPG

[10] https://img.directindustry.fr/images_di/photo-g/64974-9397959.jpg

[11]https://www.academia.edu/36684394/FORMATION_MODULAIRE_COMPAGNONS_

%C3%89LECTRICIENS_DU_DEVOIR

ASSOCIATION OUVRIERE DES COMPAGNONS DU DEVOIR DU TOUR DE

FRANCE FÉVRIER 2004

[12] https://www.futura-sciences.com/tech/definitions/informatique-automate-

programmable-10525/

[13] https://fr.wikipedia.org/wiki/Automate_programmable_industriel

[14]http://pamelard.electro.pagesperso-

orange.fr/fichier%20pdf/automatisme/programmation%20des%20API%20cours.pdf

[15] Les automatismes ‘’ Lycée L.RASCOL 10, Rue de la République BP 218. 81012 ALBI

CEDEX’’.

Page 29: UNIVERSITE DES FRERES MENTOURI CONSTANTINE 1 1 Institut ...

[16]http://www.lpmei.com/cd_bac_mei/Ressources/10

%20Ressource%20Automate%20Programmable/Automate%20TSX%2017%20cours.pdf

[17] Nadia SOUAG: logique combinatoire cours et exercices corrigés ‘alger 2004

[18] peter YK cheung, lecture 11digital logic, boolean algebra, flip-flops, 29 ;may 2018.

[19] W.Bolton, ‘’ Chapter 11 Ladder and Functional Block Programming’’,

[20] Paulo Jorge Oliveira, José Gaspar, ‘’ Industrial automation PLC Programming

languages’’ Instruction list, 2010/2011.

[21] W. Bolton, ‘’Programmable Logic Controllers’’, Fourth Edition, Elsevier E

ELSEVIE.

[22] Chapter 9 Discrete Control Using Programmable Logic Controllers