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AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS
(API)
PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER
(PLC)
HAMADACHE Fouzia
10/12/2020
1
10/12/2020
10/12/2020
REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Université de Mohamed El-Bachir El-Ibrahimi - Bordj Bou Arreridj
Faculté des Sciences et de la technologie
Département d’Electronique
PLAN DU COURS
10/12/2020
2
1
• Introduction
2
• Définition d’un API
3
• Structure interne d'un automate programmable industriel
(API)
4
• Structure externe d’un API
5
• Architecture matérielle des API
6
• Fonctionnement d’un API (cycle d’un API)
7
• Principaux automates programmables industriels
8
•Critères de choix d'un automate
INTRODUCTION
 Les Automates Programmables Industriels
(API) sont apparus aux Etats-Unis vers 1969 où
ils répondaient aux désirs des industries de
l’automobile de développer des chaînes de
fabrication automatisées qui pourraient suivre
l’évolution des techniques et des modèles
fabriqués.
 Les ordinateurs de l'époque étant chers et non
adaptés aux contraintes du monde industriel, les
automates devaient permettre de répondre aux
attentes de l'industrie.
10/12/2020
3
DÉFINITION D’UN API
 Un automate programmable industriel (API)
est un dispositif électronique programmable
destiné à la commande de processus industriels
par un traitement séquentiel.
 Il envoie des ordres vers les préactionneurs
(partie opérative ou PO côté actionneur) à partir:
 de données d’entrées (capteurs)
 de consignes
 et d’un programme informatique.
10/12/2020
4
API
Consignes
Actionneurs
Capteurs
Programme
informatique
EXEMPLE
 Imaginez que vous ayez une lampe connectée à
un interrupteur. La lumière fonctionne dans deux
conditions - ON et OFF.
 Maintenant, une tâche vous est confiée lorsque
vous allumez l'interrupteur, la lampe ne doit
s’allumer qu'après 30 secondes.
10/12/2020
5
STRUCTURE INTERNE D'UN AUTOMATE
PROGRAMMABLE INDUSTRIEL (API)
 Les API comportent principalement :
 Une alimentation;
 Une unité de traitement (un processeur CPU);
 Une mémoire ;
 Des dispositifs d'entrées-sorties ;
 Des interfaces d'entrées-sorties ;
 périphérique de programmation
 l’interface de communication
10/12/2020
6
ALIMENTATION ÉLECTRIQUE
 Elle élabore à partir d’un réseau
220V en courant alternatif (AC)
une tension 24V en courant
continu (DC), Cette tension
continue est ensuite envoyée
pour alimenter le reste des
composants de l'automate.
 Les principales tensions utilisées
dans un API sont du +12v et + 5v
adaptés au fonctionnement des
cartes électroniques internes.
10/12/2020
7
 Généralement, l'alimentation des capteurs est
assurée par l'API, alors que celle des
préactionneurs est fournie par une alimentation
externe.
 A fin d’assurer le niveau de sûreté requis, L’API
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.
 Chercher le schéma d’une alimentation d’un API
10/12/2020
8
LE PROCESSEUR OU UNITÉ CENTRALE DE
TRAITEMENT (CPU, CENTRAL PROCESSING UNIT)
 Le CPU interprète les signaux d’entrée et effectue les
actions de commande conformément au programme
stocké en mémoire, en communiquant aux sorties les
décisions sous forme de signaux d’action.
 En général il assure les fonctions suivantes:
 Lecture des informations d'entrée.
 Exécution des instructions du programme contenu en
mémoire.
 Commande des sorties.
10/12/2020
9
FONCTION SIMPLIFIÉE DU PROCESSEUR
10/12/2020
10
1° PHASE: le compteur ordinal
désigne l'adresse de l'instruction
en cours dans la mémoire, par
l'intermédiaire des Bus
l'instruction est ramenée de la
mémoire dans le registre
d'instruction.
10/12/2020
11
2° PHASE: le décodeur de
fonctions interprète et
détermine les commandes à
appliquer sur l'UAL
pour réaliser l'opération
désignée sur les données
d'adresse AO et contenue
dans l'accumulateur. Le
résultat est remis dans
l'accumulateur.
3° PHASE: le compteur ordinal
est incrémenté pour contenir
l'adresse de l'instruction suivante.
Un processeur complet, capable
de réaliser toutes les opérations
logiques et arithmétiques,
MÉMOIRE
10/12/2020
12
System
memory
(ROM)
Application
memory
(RAM)
User
Progra
m Area
Data
Table
Area
Mémoire
API
La mémoire du PLC a une source d’alimentation indépendante
(une pile), s’il ya coupure d’électricité, le programme reste
enregistré
DISPOSITIFS D’ENTRÉES-SORTIES
10/12/2020
13
Analogiques Numériques
Dispositifs
d’entrée-
sortie
INTERFACES D’ENTRÉE-SORTIE
10/12/2020
14
Interfaces
d’entrée-
sortie
Interfaces d’entrée : sont
destinées à recevoir
l'information en provenance
des capteurs et adapter le
signal en le mettant en forme,
en éliminant les parasites et
en isolant électriquement
l'unité de commande de la
partie opérative.
Interfaces de sortie: sont
destinées à commander les
pré-actionneurs et éléments
des signalisations du système
et adapter les niveaux de
tensions de l'unité de
commande à celle de la partie
opérative du système en
garantissant une isolation
galvanique entre ces
dernières.
PÉRIPHÉRIQUES DE PROGRAMMATION
 Le périphérique de programmation est utilisé pour
entrer le programme dans la mémoire du processeur
à travers un câble Ethernet ou série
 les PCs portables ordinaires ne disposent pas de port
Profibus ou MPI. Pour qu'un PC ordinaire puisse
communiquer avec un automate, on doit utiliser un
adaptateur se branchant sur les PCs via USB .
10/12/2020
15
INTERFACE DE COMMUNICATION
 est utilisée pour recevoir et transmettre des
données sur des réseaux de communication qui
relient l’АРI à d’autres API distants
10/12/2020
16
STRUCTURE EXTERNE D’UN API
 Les systèmes API sont principalement disponibles
sous deux formes : en boitier unique (single box) et en
version modulaire (modular).
 Le modèle en boitier unique intègre le processeur,
l'alimentation et les entrées -sorties.
 Ces automates sont généralement destinés à la
commande de petits automatismes.
 Formé d’une mémoire permettant d’enregistrer entre
300 et 1 000 instructions.
 Le nombre max des entrées-sorties est 40
10/12/2020
17
TYPE MODULAIRE
 Le type modulaire se présente sous la forme d’un ou
plusieurs profilés supports (racks) dans lesquels
viennent s’enficher les différents modules fonctionnels
qui sont indépendantes et séparés.
 Dispose de plus de 50 entrées et 50 sorties
 Grande mémoire plus de 1000 instructions
 Ces automates sont intégrés dans les automatismes
complexes où puissance, capacité de traitement et
flexibilité sont nécessaires.
 possibilité d’étendre la mémoire et les modules E/S
10/12/2020
18
ARCHITECTURE MATÉRIELLE DES API
Les différents modules sont disposés dans le rack toujours de gauche à
droite:
 l’alimentation 220 VCA ou 24 VCC
 L’unité centrale de trainement à base de microprocesseur,
 Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR),
 Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA),
 Des cartes de comptage rapide,
 Des cartes de communication (CP),
 Des cartes spécifiques pour : réseaux, asservissement, régulation
commande d’axe….
10/12/2020
19
CARTES D’ENTRÉES TOR
 Elles sont destinées à recevoir l'information en
provenance des capteurs et adapter le signal en
le mettant en forme, en éliminant les parasites et
en isolant électriquement l'unité de commande de
la partie opérative. Schéma électrique en TD
 Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32
entrées logiques.
 Les entrées sont généralement alimentées par
l’automate (alimentation interne 24VDC, 500mA)
10/12/2020
20
CÂBLAGE ET RACCORDEMENT
10/12/2020
21
CARTES DE SORTIE TOR
 Elles sont destinées à commander les pré-actionneurs et
éléments des signalisations du système et adapter les
niveaux de tensions de l'unité de commande à celle de la
partie opérative du système en garantissant une isolation
galvanique entre ces dernières
10/12/2020
22
CARTES D’ENTRÉES/SORTIES ANALOGIQUES
 Elles permettent de réaliser l'acquisition d'un signal
analogique et sa conversion numérique (CAN)
indispensable pour assurer un traitement par le
microprocesseur. La fonction inverse (sortie
analogique) est également réalisée. Les grandeurs
analogique sont normalisées : 0-10V ou 4-20mA.
10/12/2020
23
La chaine d’acquisition et de traitement répond
périodiquement à la procédure suivante (toutes les
100ms par exemple) :
 Acquisition de la mesure via la carte d’entrée
analogique. Pour cela le CAN (convertisseur
analogique numérique ) fournit une valeur numérique
codée sur 12 à 16 Bits.
 Le programme de traitement (algorithme de calcul)
détermine sous forme numérique la valeur à fournir
en sortie, en tenant compte des différents paramètres
:
 La valeur de la mesure
 La valeur de la consigne
 Le type d’algorithme (PID,….)
o Emission par la carte de sortie analogique de
commande pour cela le CNA (convertisseur
numérique analogique) convertit la valeur numérique
de sortie sous forme analogique (tension, courant ….).
10/12/2020
24
FONCTIONNEMENT D’UN API (CYCLE D’UN
API)
 A la mise sous tension ou en cas de
passage de l‘arrêt (STOP) en marche
(RUN), la CPU procède à une
initialisation complète. Lors du
démarrage, le système d'exploitation
efface les mémentos, les
temporisations et les compteurs non
rémanents, il efface les piles des
interruptions et des blocs, il
réinitialise toutes les alarmes de
processus et les alarmes de
diagnostic mémorisées et lance le
temps de surveillance du cycle.
10/12/2020
25
 Cycle de scrutation :
Le fonctionnement cyclique de la CPU comprend
trois étapes principales.
 • La CPU interroge l'état des signaux d'entrée et
actualise la mémoire image des entrées.
 • Elle exécute le programme utilisateur avec ses
différentes opérations.
 Elle copie les valeurs de la mémoire image des
sorties dans les modules de sortie.
 Chercher le temps de scrutation et le temps de
réponse d’un API
10/12/2020
26
PRINCIPAUX AUTOMATES PROGRAMMABLES
INDUSTRIELS
La programmation des automates se fait soit à
partir de leur propre console, soit à partir du
logiciel de programmation propre à la marque.
 Mitsubitshi
 Toshiba
 Siemens
 Alen bradley
 Telemecanique
 Moeller
10/12/2020
27
CRITÈRES DE CHOIX D'UN AUTOMATE
Le choix d'un automate programmable est
généralement basé sur :
 Le nombre d'entrées/sorties disponibles.
 Le type de processeur: la taille mémoire, la
vitesse de traitement et les fonctions spéciales
offertes par le processeur .
 La disponibilité des modules spéciaux.
 La possibilité de communication de l’automate
avec des standards normalisés (Profibus).
10/12/2020
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  • 1. AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS (API) PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER (PLC) HAMADACHE Fouzia 10/12/2020 1 10/12/2020 10/12/2020 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE Université de Mohamed El-Bachir El-Ibrahimi - Bordj Bou Arreridj Faculté des Sciences et de la technologie Département d’Electronique
  • 2. PLAN DU COURS 10/12/2020 2 1 • Introduction 2 • Définition d’un API 3 • Structure interne d'un automate programmable industriel (API) 4 • Structure externe d’un API 5 • Architecture matérielle des API 6 • Fonctionnement d’un API (cycle d’un API) 7 • Principaux automates programmables industriels 8 •Critères de choix d'un automate
  • 3. INTRODUCTION  Les Automates Programmables Industriels (API) sont apparus aux Etats-Unis vers 1969 où ils répondaient aux désirs des industries de l’automobile de développer des chaînes de fabrication automatisées qui pourraient suivre l’évolution des techniques et des modèles fabriqués.  Les ordinateurs de l'époque étant chers et non adaptés aux contraintes du monde industriel, les automates devaient permettre de répondre aux attentes de l'industrie. 10/12/2020 3
  • 4. DÉFINITION D’UN API  Un automate programmable industriel (API) est un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel.  Il envoie des ordres vers les préactionneurs (partie opérative ou PO côté actionneur) à partir:  de données d’entrées (capteurs)  de consignes  et d’un programme informatique. 10/12/2020 4 API Consignes Actionneurs Capteurs Programme informatique
  • 5. EXEMPLE  Imaginez que vous ayez une lampe connectée à un interrupteur. La lumière fonctionne dans deux conditions - ON et OFF.  Maintenant, une tâche vous est confiée lorsque vous allumez l'interrupteur, la lampe ne doit s’allumer qu'après 30 secondes. 10/12/2020 5
  • 6. STRUCTURE INTERNE D'UN AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL (API)  Les API comportent principalement :  Une alimentation;  Une unité de traitement (un processeur CPU);  Une mémoire ;  Des dispositifs d'entrées-sorties ;  Des interfaces d'entrées-sorties ;  périphérique de programmation  l’interface de communication 10/12/2020 6
  • 7. ALIMENTATION ÉLECTRIQUE  Elle élabore à partir d’un réseau 220V en courant alternatif (AC) une tension 24V en courant continu (DC), Cette tension continue est ensuite envoyée pour alimenter le reste des composants de l'automate.  Les principales tensions utilisées dans un API sont du +12v et + 5v adaptés au fonctionnement des cartes électroniques internes. 10/12/2020 7
  • 8.  Généralement, l'alimentation des capteurs est assurée par l'API, alors que celle des préactionneurs est fournie par une alimentation externe.  A fin d’assurer le niveau de sûreté requis, L’API 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.  Chercher le schéma d’une alimentation d’un API 10/12/2020 8
  • 9. LE PROCESSEUR OU UNITÉ CENTRALE DE TRAITEMENT (CPU, CENTRAL PROCESSING UNIT)  Le CPU interprète les signaux d’entrée et effectue les actions de commande conformément au programme stocké en mémoire, en communiquant aux sorties les décisions sous forme de signaux d’action.  En général il assure les fonctions suivantes:  Lecture des informations d'entrée.  Exécution des instructions du programme contenu en mémoire.  Commande des sorties. 10/12/2020 9
  • 10. FONCTION SIMPLIFIÉE DU PROCESSEUR 10/12/2020 10 1° PHASE: le compteur ordinal désigne l'adresse de l'instruction en cours dans la mémoire, par l'intermédiaire des Bus l'instruction est ramenée de la mémoire dans le registre d'instruction.
  • 11. 10/12/2020 11 2° PHASE: le décodeur de fonctions interprète et détermine les commandes à appliquer sur l'UAL pour réaliser l'opération désignée sur les données d'adresse AO et contenue dans l'accumulateur. Le résultat est remis dans l'accumulateur. 3° PHASE: le compteur ordinal est incrémenté pour contenir l'adresse de l'instruction suivante. Un processeur complet, capable de réaliser toutes les opérations logiques et arithmétiques,
  • 12. MÉMOIRE 10/12/2020 12 System memory (ROM) Application memory (RAM) User Progra m Area Data Table Area Mémoire API La mémoire du PLC a une source d’alimentation indépendante (une pile), s’il ya coupure d’électricité, le programme reste enregistré
  • 14. INTERFACES D’ENTRÉE-SORTIE 10/12/2020 14 Interfaces d’entrée- sortie Interfaces d’entrée : sont destinées à recevoir l'information en provenance des capteurs et adapter le signal en le mettant en forme, en éliminant les parasites et en isolant électriquement l'unité de commande de la partie opérative. Interfaces de sortie: sont destinées à commander les pré-actionneurs et éléments des signalisations du système et adapter les niveaux de tensions de l'unité de commande à celle de la partie opérative du système en garantissant une isolation galvanique entre ces dernières.
  • 15. PÉRIPHÉRIQUES DE PROGRAMMATION  Le périphérique de programmation est utilisé pour entrer le programme dans la mémoire du processeur à travers un câble Ethernet ou série  les PCs portables ordinaires ne disposent pas de port Profibus ou MPI. Pour qu'un PC ordinaire puisse communiquer avec un automate, on doit utiliser un adaptateur se branchant sur les PCs via USB . 10/12/2020 15
  • 16. INTERFACE DE COMMUNICATION  est utilisée pour recevoir et transmettre des données sur des réseaux de communication qui relient l’АРI à d’autres API distants 10/12/2020 16
  • 17. STRUCTURE EXTERNE D’UN API  Les systèmes API sont principalement disponibles sous deux formes : en boitier unique (single box) et en version modulaire (modular).  Le modèle en boitier unique intègre le processeur, l'alimentation et les entrées -sorties.  Ces automates sont généralement destinés à la commande de petits automatismes.  Formé d’une mémoire permettant d’enregistrer entre 300 et 1 000 instructions.  Le nombre max des entrées-sorties est 40 10/12/2020 17
  • 18. TYPE MODULAIRE  Le type modulaire se présente sous la forme d’un ou plusieurs profilés supports (racks) dans lesquels viennent s’enficher les différents modules fonctionnels qui sont indépendantes et séparés.  Dispose de plus de 50 entrées et 50 sorties  Grande mémoire plus de 1000 instructions  Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes où puissance, capacité de traitement et flexibilité sont nécessaires.  possibilité d’étendre la mémoire et les modules E/S 10/12/2020 18
  • 19. ARCHITECTURE MATÉRIELLE DES API Les différents modules sont disposés dans le rack toujours de gauche à droite:  l’alimentation 220 VCA ou 24 VCC  L’unité centrale de trainement à base de microprocesseur,  Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR),  Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA),  Des cartes de comptage rapide,  Des cartes de communication (CP),  Des cartes spécifiques pour : réseaux, asservissement, régulation commande d’axe…. 10/12/2020 19
  • 20. CARTES D’ENTRÉES TOR  Elles sont destinées à recevoir l'information en provenance des capteurs et adapter le signal en le mettant en forme, en éliminant les parasites et en isolant électriquement l'unité de commande de la partie opérative. Schéma électrique en TD  Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 entrées logiques.  Les entrées sont généralement alimentées par l’automate (alimentation interne 24VDC, 500mA) 10/12/2020 20
  • 22. CARTES DE SORTIE TOR  Elles sont destinées à commander les pré-actionneurs et éléments des signalisations du système et adapter les niveaux de tensions de l'unité de commande à celle de la partie opérative du système en garantissant une isolation galvanique entre ces dernières 10/12/2020 22
  • 23. CARTES D’ENTRÉES/SORTIES ANALOGIQUES  Elles permettent de réaliser l'acquisition d'un signal analogique et sa conversion numérique (CAN) indispensable pour assurer un traitement par le microprocesseur. La fonction inverse (sortie analogique) est également réalisée. Les grandeurs analogique sont normalisées : 0-10V ou 4-20mA. 10/12/2020 23
  • 24. La chaine d’acquisition et de traitement répond périodiquement à la procédure suivante (toutes les 100ms par exemple) :  Acquisition de la mesure via la carte d’entrée analogique. Pour cela le CAN (convertisseur analogique numérique ) fournit une valeur numérique codée sur 12 à 16 Bits.  Le programme de traitement (algorithme de calcul) détermine sous forme numérique la valeur à fournir en sortie, en tenant compte des différents paramètres :  La valeur de la mesure  La valeur de la consigne  Le type d’algorithme (PID,….) o Emission par la carte de sortie analogique de commande pour cela le CNA (convertisseur numérique analogique) convertit la valeur numérique de sortie sous forme analogique (tension, courant ….). 10/12/2020 24
  • 25. FONCTIONNEMENT D’UN API (CYCLE D’UN API)  A la mise sous tension ou en cas de passage de l‘arrêt (STOP) en marche (RUN), la CPU procède à une initialisation complète. Lors du démarrage, le système d'exploitation efface les mémentos, les temporisations et les compteurs non rémanents, il efface les piles des interruptions et des blocs, il réinitialise toutes les alarmes de processus et les alarmes de diagnostic mémorisées et lance le temps de surveillance du cycle. 10/12/2020 25
  • 26.  Cycle de scrutation : Le fonctionnement cyclique de la CPU comprend trois étapes principales.  • La CPU interroge l'état des signaux d'entrée et actualise la mémoire image des entrées.  • Elle exécute le programme utilisateur avec ses différentes opérations.  Elle copie les valeurs de la mémoire image des sorties dans les modules de sortie.  Chercher le temps de scrutation et le temps de réponse d’un API 10/12/2020 26
  • 27. PRINCIPAUX AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS La programmation des automates se fait soit à partir de leur propre console, soit à partir du logiciel de programmation propre à la marque.  Mitsubitshi  Toshiba  Siemens  Alen bradley  Telemecanique  Moeller 10/12/2020 27
  • 28. CRITÈRES DE CHOIX D'UN AUTOMATE Le choix d'un automate programmable est généralement basé sur :  Le nombre d'entrées/sorties disponibles.  Le type de processeur: la taille mémoire, la vitesse de traitement et les fonctions spéciales offertes par le processeur .  La disponibilité des modules spéciaux.  La possibilité de communication de l’automate avec des standards normalisés (Profibus). 10/12/2020 28