08 automates programmables

MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels

08 – Automates programmables

Objectifs de la séance
• Introduction aux différents types de contrôleurs
numériques et circuits électroniques programmables

MEC-743, cours n°8
Automates programmables

• Survol de
la structure interne des automates
programmables. Particularités des modules d’entrées /
sorties.
• Introduction au langage de programmation ladder (Ladder
Logic Diagrams - LLD) spécialisé dans le contrôle de
processus logiques séquentiels et combinatoires.

Bsata, Instrumentation et automation, chap. 12.5

Département de génie mécanique
Programme de baccalauréat


MEC743 - Martin Viens, prof.

Le génie pour l'industrie


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Processeurs programmables
Fonction:
Saisi, traite et transmet des données numériques suivant
des instructions enregistrés en mémoire

Contrôleur numérique
programmable

Type:
• Microordinateur / microprocesseur (PC)
• Microcontrôleur
• Automate programmable (PLC: Programmable Logic
Controller)



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Architecture typique

Système à microprocesseur
• Les microprocesseurs sont des composantes électroniques miniaturisées à la base des microordinateurs. Ils
sont donc conçus pour exécuter des instructions
programmées dans le cadre d'applications générales.

Console de programmation et/ou interface opérateur
Lien réseau
Réception d’information
Interface de
communication

Co-processeur

Mémoire


Interface

Capteur

Interface

Actuateur

Processeur

• Pour agir dans des applications de contrôle, les
microordinateurs doivent être interfacés grâce à des
cartes d'acquisition spécialisées.

Envoie de commandes



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Système à microprocesseur

Microcontrôleur
Un microcontrôleur est un circuit intégré rassemblant,
dans un même boîtier, un processeur central (CPU),
plusieurs types de mémoires et des périphériques de
communication (Entrées – Sorties).



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Architecture d’un microcontrôleur
Port de
communication

Circuitrie
de
l’horloge

Ex.: Caméra automatique

Interface
usager

CPU

Unité de
contrôle

Registre

Temporisateur


ADC

RAM

ALU

PWM

Mémoire
flash
(programme)

DAC

Comparateur

Ports d’entrée/sortie analogiques et numériques



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Ex.: Moteur à combustion




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Ex.: Laveuse à linge

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Automate programmable


Automate programmable

Système numérique spécialisé, conçu pour contrôler,
dans un environnement industriel, divers type de
yp
machines ou de procédés
• Possède des entrées et des sorties analogiques et numériques
• Effectue des opérations logiques, arithmétiques, séquentielles,
de comptage et de temporisation
• Effectue ces opérations suivant des instructions sauvegardées
dans une mémoire programmable



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Fonctions de l’automate
Architecture et fonctionnement
d’un automate



• À partir des informations que lui fournissent les capteurs
et, suivant un algorithme déterminé par programmation,
élabore les commandes transmises aux actionneurs.
• Assure la communication avec l’opérateur (interface avec
l’usager) et les autres processeurs qui gèrent la
production ou qui interviennent dans le même procédé.

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Sélection d'un automate


Structure interne
Console de programmation et/ou interface opérateur
Lien réseau

Automate non-modulaire
• nombre réduit d’E/S
• capacités d’extension limitées
• solution adaptée à des tâches
de contrôle simples
• peu dispendieux

Réception d’information
Ré
ti d’i f
ti

Automate modulaire
• sur un rail ou dans un bâti
• possibilité d'ajouter une grande
variété de modules spécialisés
(solution adaptée aux besoins)
• grand nombre d’E/S
• plus dispendieux

Interface
en entrée

Processeur

Mémoire

Capteur
Bouton

Interface
de sortie

Interface de
communication

Actionneur
Voyant
Indicateur

Unité
d’entrées /
sorties

Envoie de commandes


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Processeur

Module d'entrées/sorties

• Effectue les opérations logiques et arithmétiques suivant une
séquence dictée par les instructions stockées en mémoire

• Les modules d’entrées traduisent les
signaux industriels (tension, courant,
résistance, pulsation, …) en information
é i t
l ti
)
i f
ti
logique ou numérique interprétable par le
processeur.

• Gère le trafic des données sur le bus interne (transfert en
mémoire)
• Procédure d’auto-diagnostique (mesure pour s’assurer du
bon fonctionnement de toutes les composantes de
l’automate)
• Un des critères de performance d’un processeur est son
temps de cycle (le temps pris par l’automate pour interroger
les ports d’entrée, exécuter le programme, et mettre à jour
les ports de sortie). Ce temps varie de 0.1 à 50 ms/ko.



• Inversement, les modules de sorties
traduisent les commandes du processeur
en des signaux industriels.
• Ces modules comportent 1 4 8 16 ou
1, 4, 8,
32 voies (ports) d’entrée et/ou de sortie.

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Module d'entrée analogique

Module d'entrée logique

• Mesure une tension ou un courant électrique et le
convertit en une valeur numérique (ADC).

• Mesure un signal binaire (deux états).

• Adapté à des capteurs de température, de pression ou
autres variables continues.
• Les valeurs d'entrée typiques sont 4-20 mA ou 1-5 VDC.



• Adapté à des interrupteurs de fin de course, des capteurs
course
de proximité, des détecteurs photoélectriques ou d'autres
interrupteurs (manuels ou non).
• Généralement, pour chaque entrée logique, l'automate
possède une DEL qui indique l'état de l'entrée
correspondante.

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Valeurs typiques (entrée logique)

Port d'entrée en tension

• Tension continue: 5 (TTL), 12, 24 ou 48 VDC

• Généralement, l’électronique de l’automate est électriquement isolée de
la tension entrante par un optocoupleur (séparation galvanique). Le
couplage s effectue par un signal lumineux qui peut être visible ou
s'effectue
invisible (infrarouge).

• Tension alternative: 24, 48, 110 ou 220 VAC
24 48
• Capteur NPN (sinking): pousse l’entrée à la masse
lorsqu’activé (principalement utilisée en Amérique)

• Permet de commuter l’entrée d’un automate à partir de signaux ayant
des tensions élevées (jusqu’à 1000 V) et ce, autant en DC qu'en AC.

• Capteur PNP (sourcing): pousse l’entrée à une source de
tension positive lorsqu’activé (principalement utilisée en
Europe)
)



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Capteur NPN

Capteur PNP

Puisque le capteur fournit une masse (sinking output),
l'entrée commune de l'automate est mise sous tension
(sourcing input)
(
)

Puisque le capteur fournit une tension (sourcing output),
l'entrée commune de l'automate est mise à la masse (sinking
input)
)

VCC
INxx
Capteur NPN
(sinking)


+

Tension
compatible

COM


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Protection anti-rebond

Module de sortie analogique

Lorsqu’un interrupteur est activé (ou désactivé), le contact
rebondit mécaniquement sur sa nouvelle position avant de
se stabiliser. C rebondissement apparaît comme des
Ce
changements d’état rapide à la transition.

• Génère une tension ou un courant
proportionnel à une valeur numérique (DAC).

électrique

• Adapté aux moteurs (AC et DC), aux valves continues, …
• Les plages de sortie typiques sont 4 à 20 mA ou 0 à
10 VDC. D'autres plages sont également disponibles (-5 à
+5 VDC, -10 à +10 VDC, 0 à +5 VDC, …)

Interrupteur en
configuration pull-up


Signaux typiques


Circuit de
conditionnement

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Module de sortie logique

Port de sortie à transistor

•

Génère un signal de contrôle binaire (deux états).

•

p
p
,
,
Adapté aux lampes témoin, aux valves actionnées p solénoïde, aux
par
systèmes de verrouillage de porte, …

•

Les tensions commutées vont de 5 à 240 V avec des courants allant
jusqu’à 5 A.

•
•
•
•

•

Les ports de sortie sont configurés en sinking ou en source:

Adapté aux applications DC seulement
Permet des courants moins intenses que les relais
Plus rapide et plus durable que les sorties à relais
Une diode Zener protège le port contre les tensions induites
inverses provoquées par des charges inductives (moteur,
solénoïde, relais, …)

 Sinking: commute la masse de la charge (elle est branchée à
l'alimentation en permanence)
 Source: commute l'alimentation de la charge (la charge est branchée à
g (
g
la masse en permanence)

•

Ces modules utilisent des interrupteurs électroniques (transistors ou
triac). Lorsque la charge est trop importante, ces interrupteurs
contrôlent un relais électromagnétique.



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Diode Zener

Port de sortie à triac
• Solution de choix pour les applications AC
• Plus rapide et plus durable que les sorties à relais
• Une attention particulière doit être portée aux courants de
fuite afin qu'ils n'activent pas inopinément la sortie



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Triac

Varistance

•

TRIAC: Triode for Alternating Current

•

Lorsqu'amorcé par un courant sur la gâchette (G), permet de conduire
le courant dans les deux directions (thyristor bidirectionnel). Le triac
l
d
l
d
di
i
(h i
bidi
i
l) L
i
reste "passant" tant que l'intensité de ce courant ne baisse pas en-deçà
d'un seuil appelé courant de maintien et ce, quel que soit le courant de
gâchette.

Composante électronique, composée d'oxydes métalliques
ou de carbure de silicium, et répondant à une relation
courant-tension fortement non-linéaire (similaire à celle d'une
f
(
diode).

•

En AC, le courant revient à 0 à tous les demi-cycles. Ainsi, s'il n'y a
plus de courant injecté dans la gâchette, le triac devrait passer en
mode "bloqué" (ne plus conduire le courant). Toutefois, lorsque la
charge contrôlée est inductive, la coupure du courant provoque une
impulsion de tension qui peut être suffisamment intense pour
réamorcer le triac et maintenir la conduction.

•

L'intensité des courants pouvant
circuler dans une varistance est
cependant supérieure à celle d'une
diode.
Limitée à des applications basses
fréquences.

Ce problème est habituellement réglé par l'ajout d'un circuit RC
(snubber) qui réduit le taux de variation de la tension aux bornes du
triac.


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Port de sortie à relais

Modules d’E/S spécialisés

• Indépendant de la tension requise par l'actuateur

•

Module de contrôle de moteurs:
 Moteur pas à pas (compte le nombre d’impulsions envoyées au moteur)

• Permet des courants plus intenses que les transistors
• Durée de vie et vitesse limitées par l'action mécanique du
contact

 Moteur à courant continu (contrôle la tension d’alimentation du moteur
M
i
(
ôl l
i
d’ li
i
d
suivant un algorithme de commande de type PID)


Lecteur de codes à barres

•


Module de mesure et de compensation (jonction froide) de
thermocouple

•
bit de contrôle

Convertisseur de fréquence et de signaux d’horloge en quadrature
(lecture d’un encodeur de position)

•

alimentation

•

Etc.

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Mémoire

Types de mémoire

• Emplacement où le programme est sauvegardé
• Emplacement des variables de calcul (données
temporaires)
• Emplacement où le système d’exploitation est sauvegardé
• Registres dans lesquels la valeur des entrées est
temporairement sauvegardée lors de la scrutation de ces
entrées (image des entrées)
• Registres dans lesquels la valeur des sorties est
t
i
t
dé
tt d t ’
i
temporairement sauvegardée en attendant qu’une mise à
jour de ces sorties ne soit faite par les modules de sortie
(image des sorties).

• Volatile: Perd l’information en cas de panne de
l’alimentation. Souvent suppléé par une pile de secours



– RAM: Random Access Memory

• Non volatile: EEPROM et mémoire Flash pour la
sauvegarde du système d’exploitation
– ROM: Read Only Memory
– PROM: Programmable Read Only Memory (ne peut être
utilisée en écriture qu'une seule fois)
bl Programmable R d O l M
bl Read Only Memory
– EPROM E
EPROM: Erasable P
(effacée par rayons UV puis, réutilisée en écriture)
– EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only
Memory (effacée par signaux électriques puis, réutilisée en
écriture)

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Interface de communication
RS-232: communication série (l’information est communiquée, un bit à la
fois,
fois sur un seul fil) entre deux
dispositifs (un autre automate, une
imprimante, …)

Langage Ladder ou
g g
schéma à contacts
(Ladder Logic diagrams)

Réseau: lien de communication
partagé
par
plusieurs
dispositifs. Chacun d’eux
est identifié par une
adresse unique.
q
La
communication se fait
suivant des protocoles
déterminés
(DeviceNet,
Profibus, Ethernet, …)



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Langage Ladder


Séquence des opérations

• Langage graphique très populaire auprès des
automaticiens pour programmer les automates
programmables industriels (PLC).
• Permet d’écrire un programme de contrôle sous la
forme d’un circuit électrique comportant des
interrupteurs.

Lecture des
entrées

VCC

Exécution des
instructions

Cases mémoire
liées aux entrées

COM
+

Les entrées sont
à gauche

Mise à jour
des sorties

Les sorties sont
à droite

X00

Cases mémoire
liées aux sorties

Y00

X00

Y00

0

X01

Y01

0

0

• À la différence d’un programme s’exécutant sur un
i
’ é t
microprocesseur, l programmes LLD s’exécute en
les
mode de balayages répétés.

0
0

-

X02

Y02

X01

X02

Y01

END
X03

PLC
24 V

X400

Y430

X401

Y431

X402
GND



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Chien de garde (Watchdog)

Lecture des entrées

• Le chien de garde est un temporisateur qui est réarmé au
début de chaque cycle d'exécution. S'il n'est pas réarmé
avant l'expiration du délai, l'automate tombe en situation
de défaut:

• Toutes les entrées sont liées à des cases mémoire
spécifiques:

 Arrêt du programme
 Génération de signaux de sortie sécuritaires

• Le chien de garde prévient des situations dans lesquelles
l'automate serait embourbé (erreur de programmation ou
matériel défectueux)
défectueux).
• Il permet de sortir, par exemple, d'une boucle infinie qui
empêcherait l'exécution normale des instructions du
programme.


 Un bit par entrée logique
 Un (ou plusieurs) octets (mots de 8 bits) par entrée
analogique

• S’il y a du courant qui passe par l’entrée Xxx, un "1"
logique est écrit dans la case mémoire attachée à cette
entrée.
• S’il n’y a pas de courant qui passe par l’entrée Xxx, un "0"
logique est écrit dans la case mémoire attachée à cette
entrée.

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Page 44



Exécution des instructions

Mise à jour des sorties

• Chaque échelon du programme est exécuté à tour de
rôle, de haut en bas et de gauche à droite.

• Toutes les sorties sont liées à des cases mémoire
spécifiques:

• Les variables sont évaluées à partir de l’information
contenue dans les cases mémoire. Les variations dans
les signaux d’entrée ne seront pris en compte que dans le
cycle d’exécution suivant.
• Le résultat des opérations est placé dans des cases
mémoire
attachées
aux
variables
de
sortie
correspondante.
• Durant l’étape d’exécution, le programme n’intervient ni
sur les entrées, ni sur les sorties physiques du PLC.


• S’il y a un "1" logique dans une case mémoire attachée à
une sortie, le commutateur de cette sortie (transistor, triac
ou relais) est activé (on y permet le passage d’un
courant)
courant).
• S’il y a un "0" logique dans une case mémoire attachée à
une sortie, le commutateur de cette sortie est désactivé
(on y empêche le passage d’un courant).

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Opération « contact »
• Contact à fermeture
• XIC: Examine if closed
• NO: Normally open contact

False

"1"

True

bit xx

État

"0"

True

"1"

False

bit xx

• Contact à front descendant
• Détection de front négatif
• DIFD: Differentiate down
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État

"0"

• Contact à front montant
• Détection de front positif
• DIFU: Differentiate up

Impact su la sortie
ur

Détection du changem
ment d’état


bit xx

• Contact à ouverture
• XIO: Examine if open
• NC: Normally closed contact

Écriture des sortie
es

Exécution du prog
gramme

Lecture des entré
ées
Changement d’état à l’entrée
t

Réarmement du chien de garde
c

Temps de réponse


 Un bit par sortie logique
 Un (ou plusieurs) octets (mots de 8 bits) par sortie
analogique

bit xx



État
True

autre

False
État
True

autre

False
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Comportement des contacts


Opérations « relais »
• Relais direct
• OTE: Output energize
• Normally de-energized coil

État

bit xx

False

"0"

True

"1"

• Relais inversé
• Outbar, Out not
• Normally energized coil

État

bit xx

False

"1"

True

"0"

• Relais à action set
• OTL: Output latch
• SET



Page 49

True

"1"

État

bit xx

False

inchangé

True

"0"



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Comportement des relais


bit xx
inchangé

• Relais à action reset
• OTU: Output unlatch
• RES: Reset


État
False


Relais à bascule

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Page 52



Fonction logique - ET

Fonction logique - OU

X401

Y431

X401

X402

Y431

0

0

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

Y431 = X401  X402

X402

0

1

1

1

1

1

X401

Y431

X402
END

Y431 = X401  X402
X401

X402


Page 53





Page 54


Fonction logique - NON

Propriétés des opérations
X401

Y431

NOT
X401

0

1

1

Y431
END

0

aa  a
aa a
aa  0

a0  0
a0 a
a 1  a

a  a 1

a 1  1

Y431 = X401

 ab  ba
commutativité 
 a b  b  a
 a  b  c    a  b  c

associativité 
 a  b  c    a  b  c

distributivité  a   b  c   a  b  a  c

NON‐OU:
NON OU a  b  a  b

X401

NON‐ET:



a b  a  b

XOU:

Y431


Y431

a  b  a b  a b

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   

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Fonction logique – NON-OU

Fonction logique – NON-ET

X401

Y431

X401

X402

Y431

0

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

1

1

Y431 = X401  X402

X402

0

1

0

1

1

0

X401

Y431

X402
END

Y431 = X401  X402
X401

X402


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Fonction logique – XOU

END



 

Y431 = X401X402  X401X402

0
1

1

Méthode graphique qui peut être utilisée pour identifier
l’expression booléenne qui satisfait une table de vérité
donnée

1

0

0



A
X401

X401


0
1

1

X402

Y431

1

X401

Y431

X402

0

X402

X401

Carte de Karnaugh

0

X401



Y431

X402


Y431

Q

0
0
1
1

X402

B
0
1
0
1

0
0
1
1

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B B
A
A

1 1


QA

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Règles d’utilisation
•

Carte de Karnaugh

Un seul bit change à la fois dans la séquence des variables identifiants
les lignes et les colonnes de la carte.

•

Indiquer toutes les combinaisons qui donnent un résultat vrai par un 1.

•

Indiquer toutes les combinaisons qui donnent un résultat faux par un 0
ou l’absence de caractère.

•

Indiquer toutes les combinaisons qui ne sont pas utilisées par le circuit
par un X.

•

La carte est sphérique i.e. que le bas est juxtaposé au haut et que la
gauche est juxtaposée à la droite.

•

Regrouper un maximum de 1 et de X ensembles tout en gardant un
aspect symétrique par rapport au centre de la sélection. Le nombre
d’éléments dans chacun des groupes doit être une puissance de 2.

•

Tous les 1 doivent faire partie d’au moins un regroupement. Aucun 0
ne peut y figurer. Les X peuvent en être écartés.



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Ex.: Affichage 7 segments

Ex.: Affichage 7 segments
Code binaire

Segment

A

a

b

c

d

e

f

g

0

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

2

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

3

0

0

1

1

1

1

1

1

0

0

1

4

0

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

5

0

1

0

1

1

0

1

1

0

1

1

6

0

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

7

0

1

1

1

1

1

1

0

0

0

0

8

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

9


D

1


C

0


B

1

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

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Page 64


Exemple de segment
Segment e

1
1
x x x x
1
x x

A B
A B



  
 

e  C D  B D
 D B  C


Logique séquentielle
Réalisation d’une fonction logique basée non
seulement sur la combinaison de l état actuel
l’état
des entrées du circuit mais également sur
l’historique de ces états.

Segment f

1

AB

A B

AB

A B
A B
AB


1
1 1
1
x x x x
1 1 x x

Dépendance dans le temps
Requiert une certaine forme de mémoire



    
 A  B  C  D  C D

f  C D  B  C  B D  A

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Page 66


Bascule Set-Reset
Set

Exemple d'application

Reset

X401

Limite
basse

Y431

Y431
END

0

0

inchangé
i h
é
0

Y

0
1

Sortie
Y

1

1

Limite
haute

Y

1

1

X402

Y431

0

X401

X402

0

Pompe

Dans l'animation, les contacts ouvrent
lorsque l'eau atteint le niveau
correspondant

Y431 =  X401+Y431  X402

Dans le vidéo, les contacts ferment
lorsque l'eau atteint le niveau
correspondant



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Page 68


Exemple d’application (suite)


Relais à bascule

Circuit de verrouillage (seal-in)

Relais à action Set et Reset



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Page 70


Contact à front montant

Zones de mémoire

1001

I (Mémoire image des entrées): Au début de chaque cycle, les
entrées physiques du PLC sont copiées dans la mémoire image
des entrées.
entrées

0500

Q (Mémoire image des sorties): À la fin de chaque cycle, les
valeurs contenues dans la mémoire image des sorties sont
copiées dans les sorties physiques du PLC.

P

0000

1000

1000

1001

1000

1001

1001
END

V (Mémoire des variables): Mémoire utilisée pour sauvegarder des
résultats intermédiaires d'opérations ou d'autres données.

•

Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour
un seul cycle. Au cycle suivant, ce contact passera à False même si le
bouton 0000 est toujours enfoncé.

•

Lorsque le contact 1000 est True, l’état de la sortie 1001 est inversé.

•

Lorsque le contact 1000 est False, l’état de la sortie 1001 est conservé.



Ces mémoires sont accessibles par bit (ex.: V10.2), par octet
(ex.: VB10), par mot (ex.: VW10) et par double mot (ex.: VD10)

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Adresse des bits logiques




Adresse des données numériques

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Entrées/sorties analogiques
AI (Entrées analogiques): Le PLC convertit une entrée analogique
en une valeur numérique de 16 bits (un mot). Cette valeur est
accessible à l adresse AIWx, où x désigne l adresse de l octet de
l'adresse AIWx
l'adresse
l'octet
départ (octet pair). Seule la lecture des entrées analogiques est
possible.
ex.: AIW0, AIW2, AIW4, …

Accumulateurs
AC (Accumulateurs): Mémoires de 32 bits utilisées pour sauvegarder des
valeurs intermédiaires utilisées dans un calcul. Ces mémoires sont
accessibles par octet, par mot et par double mot.
C’est l’opération utilisée pour accéder à l’accumulateur qui détermine la
taille des données en accès.

AQ (Sorties analogiques): Le PLC convertit une valeur numérique
de 16 bits (un mot) en un courant ou une tension proportionnelle
à la valeur numérique. Cette valeur est écrite via l'adresse
AQW où x dé i
AQWx, ù désigne l' d
l'adresse d l' t t d dé t ( t t pair).
de l'octet de départ (octet i )
Seule l'écriture des sorties analogiques est possible.
ex.: AQW0, AQW2, AQW4, …



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Page 76


Déplacement de données


Déplacement de données

L’opération MOV permet le déplacement de valeurs numériques en
mémoire. Ces données peuvent être entières ou réelles et codées dans
des formats de 8 (B: byte) 16 (W: word) ou de 32 (D: double) bits
byte),

EN: Activation
IN: Entrée
OUT: Sortie

Transférer un octet (8 bits)

Transférer un mot (16 bits)

Transférer un double mot (32 bits)

• Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour un cycle
seulement.
• L’opération LDA lit une donnée et la conserve dans l’accumulateur du processeur
(mémoire de travail temporaire). L’opération STA écrit cette donnée en
mémoire.


Transférer un réel (32 bits)

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Page 78


Opérations mathématiques

Exemple

Remarque: VD100 contient
VW100 et VW102

… et autres.

Remarque: VD200 contient
VW200 et VW202



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Page 80


Addition


Compteur incrémental
Un compteur sert à compter des impulsions et à avertir le
programme lorsqu’un nombre prédéterminé d’impulsions ont été
reçues.
reçues

• Initialement, la mémoire DM102 contient la valeur 0000.
• Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour un cycle
q
p
,
p
y
seulement.
• L’opération LDA lit la valeur contenue dans la mémoire DM100 (100) et
l'additionne à la valeur contenue dans la mémoire DM101 (200).
• L’opération STA écrit le résultat (300) dans la mémoire DM102.



• Chaque fois que le bouton 0001 est pressé, le compteur incrémental
(CTU: count up) est incrémenté de 1.
• Lorsque le compteur atteint le nombre prédéterminé (yyyy = 5), le
contact C000 devient True.
• Lorsque le bouton 0002 est pressé, le compteur est remis à 0.

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Compteurs

Application

C (Compteurs): Deux variables sont associées à chaque compteur:
- la valeur en cours : nombre entier signé de 16 bits représentant le
total cumulé ;
- le bit de compteur : ce bit est mis à 1 lorsque le total cumulé égale
ou excède la valeur prédéfinie (valeur cible).

Ces deux variables sont accessibles à la même adresse:
– les opérations prenant des bits comme opérandes accèdent au bit
de compteur
– les opérations prenant des mots comme opérandes accèdent à la
valeur en cours.



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Compteur décrémental


Chronogramme CTUD

• Un compteur décrémental (CTD: count down) qui
décrémente le compteur à chaque impulsion reçue.
• Un compteur incrémental/décrémental (CTUD) qui
possède deux entrées (une pour incrémenter le compteur,
l’autre pour le décrémenter).
CU:
CD:
R:
PV:

incrémente sur front montant
décrémente sur front montant
remise à zéro lorsque activé
valeur cible*

* Le bit de compteur est activé lorsque la valeur courante égale ou excède PV



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Page 88


Compteur rapide

Application

• Un compteur rapide (HSC: high-speed counter) compte
des évènements dont la fréquence est trop rapide pour les
compteurs ordinaires.
• Ces compteurs reposent typiquement sur des circuits
électroniques dédiés (les compteurs ordinaires reposent
sur le traitement logiciel des impulsions). Ils fonctionnent
indépendamment du temps de cycle du PLC.
• La valeur en cours est nombre entier signé de 32 bits
(double mot) représentant le total cumulé.
ex.: HC0, HC1, HC2, …



Page 87



Temporisateur


Temporisation

Un temporisateur (timer) impose un délai prédéterminé entre un
front montant à l’entrée et à la sortie du temporisateur.

T (Temporisation): Deux variables sont associées à chaque
temporisation :
- la valeur en cours : nombre entier signé de 16 bits représentant la
durée comptabilisée par la temporisation ;
- le bit de temporisation : ce bit est mis à 1 à l'expiration du délai et
ce, jusqu'à la remise à 0 du temporisateur.

Ces deux variables sont accessibles à la même adresse:
– les opérations prenant des bits comme opérandes accèdent au bit
de temporisation
– les opérations prenant des mots comme opérandes accèdent à la
valeur en cours
cours.

• Lorsque le bouton 0001 est pressé, le temporisateur de retard à la
montée (TON: timer on-delay) débute la mesure du délai.
• Lorsque le délai prédéterminé est expiré (yyyy = 5), le contact T000
devient True.
• Lorsque le bouton 0001 est relâché, le temporisateur est réinitialisé.


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Page 90


Chronogramme TON

Temporisateur cumulatif
Un temporisateur cumulatif (TONR: retentive timer on-delay) se distingue
d’un temporisateur TON par sa réaction à l’état de l’entrée de validation
(Enable).
(Enable) En effet lorsque Enable passe à False le temporisateur TONR
effet,
False,
suspend la mesure du délai mais conserve la valeur accumulée
jusqu’alors.

• Lorsque le bouton 0002 est pressé, le temporisateur cumulatif débute la mesure
du délai.
• Lorsque le délai prédéterminé est expiré (yyyy = 5), le contact T000 devient True.
• Lorsque le bouton 0001 est pressé, le temporisateur est réinitialisé.



Page 91



Page 92


Chronogramme TONR


Résolution de la temporisation
Suivant le numéro du temporisateur, le S7-200 (Siemens) évalue
les délais selon des incréments de 1 ms, 10 ms ou 100 ms. La
valeur en cours est donc un multiple de cette base de temps.
temps
ex.: Si PT=50 pour T33, le délai sera de 500 ms.



Page 93




Page 94


Sommaire Siemens S7-200

Registre à décalage
Un registre à décalage permet de sauvegarder l’historique de l’état d’un bit
en mémoire et de récupérer cette information au besoin.
Qualité du cornet
Étiquette du bit le plus récent
Étiquette du bit le plus vieux
Cadence du déplacement du convoyeur
Ajout d’une boule de crème glacée
Ajout d’arachides broyées
Ajout de pépites multicolores

• La qualité du cornet est détectée par le capteur J000. Le résultat de cette
inspection est disponible dans la variable 0000 (T: bon, F: brisé).
• À chaque fois que la position du convoyeur est incrémentée, une impulsion est
envoyée sur l’entrée 0001.
• Chaque bit conservé contrôle l’ajout de valeur au produit.


Page 95



Page 96



Sortie d’impulsions rapides
• Génération de trains d’impulsions rapides avec un rapport
cyclique (duty cycle) de 50% (PTO: pulse train output)
• Génération d’impulsions modulées en largeur (PWM: pulse
width modulation)

Programmation d’un automate

• Le mode de fonctionnement désiré (les paramètres du train
d'impulsions) est d'abord inscrit dans des zones précises de la
mémoire SM
• L'opération PLS active la génération des impulsions sur la sortie
Q0 x
Q0.x



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Page 98


Langages usuels

FDB: Function Block Diagram

Langages Graphiques
• LD (Ladder Diagram)
 Diagramme en échelle

• SFC (Sequential Function Chart)
 GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Étape/Transition)

• FBD (Function Block Diagram)
 Logigramme

Langages textuels
• IL (Instruction List)
 Liste d'instructions

• ST (Structured Text)
 Texte structuré



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Page 100


SFC: Sequential Function Chart




IL: Instruction List

Page 101



Page 102



ST: Structured Text

GRAFCET - Les liaisons
• Relient les étapes entre-elles.

11

Liaison
Transition

12
• Toujours de haut en bas
– Sinon, mettre une flèche...



Page 103





Les transitions

Les réceptivités

• Ce sont des barrières entre les étapes qui peuvent être
franchies selon certaines conditions.
• Trait horizontal.

• Ce sont les conditions qui doivent être remplies pour
franchir la transition.
• La réceptivité est inscrite à la droite de la transition.

11

Liaison
M3.1

Transition

Réceptivité

9

M10.5

T_9

a.b.(c+/d)

12
M3.2





10


Règle #1 - L’initialisation

Règle #2 - La validation

• Il existe toujours au moins une étape active lors du
lancement de l'automatisme. Ces étapes activées lors du
lancement sont nommées “ÉTAPES INITIALES”
“É
S
S

• Une transition est soit validée ou non validée.
• Elle est valide lorsque TOUTES
immédiatement précédentes sont actives.

les

étapes

• Elle ne pourra être franchie que lorsque qu'elle est validée
ET que la réceptivité associé est vraie.

1








• Grafcet #1:

• Grafcet #2:
Étape active

Étape active
Ét
ti

T ransition validée

10

a

Étape active

10

21

Étape active

33

Étape inactive
T ransition non validée

11

a
e

T ransition validée

34

12





Règle #3 - Le franchissement


• Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de
TOUTES les étapes immédiatement suivantes, et la
désactivation de TOUTES les étapes précédentes.
O
S

Étape active
Étape active

10
Réceptivité vraie

10

a
Franchissement

34

Étape active


10

21

33

a

Franchissement
Réceptivité vraie

AVANT

e

e

AVANT

Étape active

Étape active

34

Transition validée

11

11

33

T ransition non validée

10

a

a

12

21

Étape inactive

Étape active




12

APRÈS

APRÈS






Règle #5

• Plusieurs transitions simultanément franchissables sont
simultanément franchies

• Si au cours du fonctionnement une même étape doit être
désactivée ou activée simultanément, elle reste activée.
• Cohérence théorique interne au GRAFCET.





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