programmation de la machine de tri virtuelle de ITS PLC

1. Département de Physique appliquée
Licence Sciences et Techniques
Informatique, Electronique, Electrotechnique et Automatique
(L.S.T I.E.E.A)
RRaappppoorrtt ddee SSttaaggee
Effectué par : - YADDAS Mohamed
- HASSOU Mohamed
Encadré par : -Mr CHAKIR EL ALAOUI El Houcine
N° : 2015/ Année universitaire:
2014/2015
CCoommmmaannddee vviirrttuueellllee dd’’uunnee ppaarrttiiee ooppéérraattiivvee vviirrttuueellllee eett
ssuuppeerrvviissiioonn dd’’uunnee mmaaqquueettttee ddiiddaaccttiiqquuee
UNIVERSITE CADI AYYAD
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
MARRAKECH
‫ﺍﻟﻘﺎ‬ ‫ﺠﺎﻣﻌﺔ‬‫ﻀﻲ‬‫ﻋﯾ‬‫ﺎ‬‫ﺾ‬
‫ﻮﺍﻟﺗﻗﻨﯾﺎ‬ ‫ﻢ‬ ‫ﺍﻟﻌﻟﻮ‬ ‫ﻜﻠﻴﺔ‬‫ﺖ‬
‫ﻤﺮﺍﻜﺶ‬

2. 1
SOMMAIRE
REMERCIEMENTS.…………………………………………..…………….........…I
INTRODUCTION……………….…………………………………………………...1
PARTIE 1 : Commande virtuelle d’une partie opérative virtuelle
1- PRESENTATION
1-1) Logiciel de simulation ITS PLC …………………………….…………..…3
1-2) Les parties opératives virtuelles proposées par ITS PLC…..……........….4
1-3) Logiciel WinPLC-engine (API virtuelle)…………………………….……5
1-4) Configuration de WinPLC-Engine et de STEP7………………….…...….5
1-5) Présentation de la partie opérative « machine de tri » ………………….6
2- CAHIER DES CHARGES ET PROGRAMMATION
2-1) Cahier des charges de la machine de tri…………………………….......…7
2-2) Etablissement des GRAFCETS ……………………………….…..............9
PARTIE 2 : Programmation et supervision d’une maquette
didactique
1- PRESENTATION DU LOGICIEL TIA PORTAL
2- CAHIER DES CHARGES ET PROGRAMMATION
2-1) Présentation de la maquette………………………………..…..….............13
2-2) Cahier des charges…………………………………...………………….....13
2-3) Programmation en GRAFCET ……………….……………………..........15
3-SUPERVISION
3-1) la configuration matérielle ………………………..……………………...18
3-2) Vue globale de l’écran de supervision ………..…..…………………….19
CONCLUSION……….…………………...…………………………………...……21

3. 2
REMERCIMENT
En préambule de ce rapport, nous souhaitons adresser nos vifs
remerciements à toute personne ayant contribué de prés ou de loin à
l’élaboration et à la réalisation de ce rapport.
Nous tenons à remercier très sincèrement notre professeur
Monsieur CHAKIR El ALAOUI EL HOUCINE pour leur aide et
leurs conseils précieux, ainsi que le temps qu’il a bien voulu nous
consacrer, à guider nos recherches et à diriger ce projet avec beaucoup
de patience et de pédagogique.
Enfin, n’oublions pas de remercier, avec des pensées
particulières, l’ensemble du corps professoral de la Faculté des
Sciences et Techniques de Marrakech, et particulièrement
l’intervenant dans la formation IEEA (Informatique, Electronique,
Electrotechnique, Automatique et automatisme)

4. 3
INTRODUCTION
Le présent projet rentre dans le cadre du module de stage de notre formation LST IEEA. Il est
composé de deux parties :
 La première partie consiste à commander une partie opérative virtuelle en 3D (appelée
‘machine de tri’) à partir d’un Automate Programmable Industrielle virtuelle.
L’étude menée dans cette partie peut être résumée dans les points suivants :
- Nous nous sommes familiarisés avec deux nouveaux logiciels, à savoir :
 ITS PLC : un logiciel qui permet de simuler des parties opératives (PO), avec
des animations graphiques 3D, des dynamiques et des sons
 WinPLC Engine : l’automate virtuel qui commande les parties opératives
virtuelle proposés par ITS PLC, compatible avec les logiciels de
programmation STEP7 et TIA PORTAL.
- Avec l’aide de notre encadrant, nous avons tout d’abord élaboré le cahier des charges
traduisant les différents modes de fonctionnement de la machine de tri.
- Nous avons ensuite établi un ensemble des Grafcets traduisant toutes les spécifications
du cahier des charges.
- Finalement nous avons procédé à la programmation de ces Grafcets en utilisant le
langage LADDER sous le logiciel Step 7.
 La deuxième partie consiste à faire la programmation et la supervision d’une maquette
didactique (‘machine de tri des pièces’)
L’étude menée dans cette partie peut être résumée dans les points suivants :
- Nous nous sommes familiarisés avec l’ensemble du matériel (maquette, Automate,
câbles, boite de commande...) et logiciels (Tia PORTAL, Photoshop) nécessaire pour
effectuer cette étude
- Nous avons élaboré le cahier des charges traduisant les différents modes de
fonctionnement de la maquette de tri.
- Nous avons ensuite établi un ensemble des Grafcets traduisant toutes les spécifications
du cahier des charges
- Nous avons créé l’ensemble des éléments graphiques constituant la maquette étudiée
afin de créer une vue de supervision
- Finalement nous avons procédé à la programmation des Grafcets et la configuration
de l’écran de supervision sous le logiciel Tia PORTAL.

5. 4
PARTIE 1
COMMANDE VIRTUELLE D’UNE
PARTIE OPERATIVE VIRTUELLE

6. 5
Dans cette partie, nous allons commencer par donner une présentation générale des deux
logiciels utilisés : ITS PLC et Win PLC. Ensuite, nous définissons le cahier des charges de la
partie opérative virtuelle utilisée à savoir la machine de tri. Enfin, nous établissons les
Grafcets traduisant le cahier des charges.
1- PRESENTATION
1-1) Logiciel de simulation ITS PLC
ITS PLC est un logiciel éducatif adapté à l’apprentissage de la programmation des automates
programmables industriels (API). Basé sur les dernières technologies informatiques, il rend la
formation aux API facile et amusante au moyen de parties opératives (PO) simulées. La
simulation rend possible l’apprentissage des bases de la programmation sans que l’on possède
de machines complexes réelles, et qui permet d’économiser de la place, sans maintenance ce
qui prévient naturellement tout risque de blessure pour les utilisateurs et de dégradation des
équipements
Ce logiciel est disponible en deux éditions :
 ITS PLC Professional Edition : c’est la version la plus puissante d’ITS PLC et la
seule qui permet la commande réelle à partir des grandes marques des API: Allen-
Bradley, Festo, Hitachi, Mitsubishi, Moeller, Omron, Schneider, Siemens, Unitronics
et bien d'autres, en utilisant ADVANTECH USB-4750 comme interface entre le PC
et l’automate (voir figure 1) .
 ITS PLC MHJ édition : c’est une version qui permet la simulation des parties
opératives à partir des automates virtuels sous forme logiciel (WinPLC-Engine ou
WinSPS-S7) programmé avec les logiciel de programmation SIEMENS (STEP7 v5.x
et TIA PORTAL v11 , v12 et v13)
Figure 1 : Interface ADVANTECH USB-4750 entre ITS PLC Pro et
l’API
ADVANTECH USB-4750
Automate programmable industrielle

7. 6
1-2) Parties opératives virtuelles proposées par ITS PLC
ITS PLC propose 5 systèmes virtuels pour la formation et l’entraînement à la programmation
des API. Chaque Partie Opérative est une simulation graphique d’un système industriel
incluant ses capteurs et ses actionneurs permettant ainsi à un API de le piloter.
ITS PLC Professional Edition propose cinq PO virtuelles différentes (voir figure 2) basées
sur des scénarios rencontrés dans le monde industriel.
La description de ces parties opératives est résumée dans le tableau 1 ci-dessous.
Figure 2 : Parties opératives de ITS PLC
Tableau 1: la description des cinq parties operatives

8. 7
Les 5 maquettes virtuelles ont comme caractéristiques communes :
 les zones d’alimentation et d’évacuation où les objets se déplaçant (palettes, caisses,
pièces) sont automatiquement insérés et retirés de la scène.
 Le nombre d’objets simultanément présents dans la scène est limité à 16. Si ce
nombre est dépassé, le premier objet inséré est retiré automatiquement.
 Le nombre de capteurs (entrées de l’API) est de 16 au maximum et le nombre
d’actionneurs (sorties de l’API) est de 10.
 Un pupitre de commande avec un mode AUTO, un arrêt d’urgence (AU) et 3
boutons-poussoirs (START, STOP, RESET).
 5 positions de caméra prédéfinies et possibilité de déplacer le point de vue de la
caméra dans la scène.
 Le son 3D restitué dépend de la position de la caméra.
1-3) Logiciel WinPLC-Engine
WinPLC-Engine est un logiciel qui permet de piloter les cinq partie opératives de ITS PLC, il
est compatible avec SIEMENS Step7 V5.x, SIEMENS TIA Portal V11, TIA Portal V12 et
TIA Portal V13.
Il joue le rôle d’un automate virtuel avec interface TCP / IP.
L’édition professionnelle de ce logiciel nous permet de créer notre propre interface utilisateur
de simulation avec des entrées et sorties numériques et analogiques.
1-4) Configuration de WinPLC-Engine et de SIMATIC STEP7
Pour programmer WinPLC-Engine avec STEP 7, on doit configurer correctement les deux
applications
Après avoir installé les deux logiciels WinPLC-Engine et SIMATIC STEP7, la procédure de
configuration se fait en deux phases :
La première phase consiste à spécifier dans l’interface réseau l’adresse IP de WinPLC-Engine
ainsi que le numéro de port (voir figure 3)
Figure 3 : paramètres de WinPLC-
Engine

9. 8
- La deuxième phase consiste tout d’abord a sélectionner WinPLC-Engine dans
l’interface PG/PC de STEP7 et introduire dans la fenêtre de dialogue la même adresse
IP et le même numéro de port spécifiés dans la première phase (voir figure 4).
..
1-5) Présentation de la partie opérative « machine de tri »
Ce système de tri est composé de (voir figure 5 et figure 6) :
- un convoyeur d’alimentation (A)
- trois convoyeurs à bande (B,E et G)
- un plateau tournant (C)
- deux monte-charges d’évacuation (H et F)
- un ensemble des capteurs et des voyants
L’objectif de ce système est d’acheminer deux types de caisses (petite « voir figure 7 » et
grande « voir figure 8 ») vers les monte-charges d’évacuation (H et F).
Figure 4 : Configuration de STEP7

10. 9
2- CAHIER DES CHARGES ET PROGRAMMATION
2-1) Cahier des charges de la machine de tri
Le but est d’amener les caisses du tapis d’arrivée aux monte-charges en les triant selon leur
taille petite ou grande en maximisant la production
Figure 5 : Système de tri des caisses
Figure 6

11. 10
Le convoyeur d’alimentation (A) délivre aléatoirement des petites et des grandes caisses,
chargées sur des palettes. Les palettes sont transportées au moyen d’un convoyeur à bande (B)
vers un plateau tournant (C) et doivent ensuite être chargées sur les rouleaux (D). Les palettes
effectuent ensuite une rotation de 90°, au moyen du plateau tournant . La taille de la caisse est
détectée à l’entrée du convoyeur à bande (B). Les petits palettes sont envoyées sur le
convoyeur à bande (E) et les grandes palettes sur (G) par la mise en rotation des rouleaux
dans un sens ou dans l’autre. Enfin, les palettes sont évacuées automatiquement dès qu’elles
atteignent un monte-charge (F ou H).
Un appui sur le bouton Start doit permettre de démarrer la machine de tri. De meme un appuie
sur le bouton ‘Stop’ permettra d’arreter la machine une fois toutes les caisses présentes sur le
convoyeur B seront triées. Un appui sur l’arrêt d’urgence ‘AU’ doit permettre d’arrêter
toutes les actions sauf celle du plateau tournant (C). L’appui sur le bouton ‘Reset’ servira à
initialiser le système.
La liste des E/S de la machine de tri avec leur description est présentée dans les tableaux
suivants :
Adresses des entrées mnémonique description
E0.0 fin A Fin du tapis A
E0.1 bas capteur caisse basse
E0.2 haut capteur caisse haute
E0.3 fin B Fin du convoyeur B
E0.4 pos_charg Position chargement
E0.5 pos_decharg Position déchargement
E0.6 pres_plat palette sur le plateau
E0.7 deb G Debu de convoyeur G
E1.0 deb D Debu de convoyeur D
E1.1 fin G Fin du convoyeur G
E1.2 fin D Fin du convoyeur D
E1.3 auto Sélecteur auto/manu
E1.4 Start Départ cycle
E1.5 Stop Arrêt
E1.6 reset Initialisation
E1.7 urg urgence
Adresse
des sorties
mnémonique description
A0.0 Tapis A Tapis A
A0.1 Tapis B Convoyeur B
A0.2 charg Chargement
A0.3 decharg Déchargement
A0.4 ROT Rotation
A0.5 Convoyeur G Convoyeur G
A0.6 Convoyeur D Convoyeur D
Tableau 2: liste des entrées
;
Tableau 3: liste des sorties

12. 11
2)- Programmation en GRAFCET :
Pour traduire le cahier des charges de la machine de tri nous avons établi douze Grafcets : G1,
G10,G20,G30,G40,G50,G60,G70,G80,G90,G100 et G200. Le rôle de chacun est expliqué
dans ce qui suit.
G1 : grafcet du tapis d’alimentation A
G10 : grafcet du convoyeur B
G20 : grafcet du plateau C qui va s’occuper de la partie chargement des caisses et rotation du
plateau C
G30 : grafcet du tapis D (tapis droite)
G40 : grafcet du tapis G (tapis gauche)
G50 : grafcet qui va mémoriser la première caisse
G60 , G70 et G80 : les grafcets qui vont s’occuper de la mémorisation des caisses présentes
sur le convoyeur B
G90 : grafcet qui permet le forçage des autres grafcets à leurs étapes initiales lors de
l’appuie sur le bouton RESET
G100 : grafcet de mémorisation de l’appui sur le bouton poussoir stop (arrêt)
G200 : grafcet du plateau C qui va effectuer le tri selon le type de caisse

13. 12
G200

14. 13
L’ensemble de ces grafcets ont été implémenté sous le logiciel STEP7 en utilisant le langage
LADDER.
Les résultats de simulation montrent bien que les programmes développés respectent toutes
les spécifications indiquées dans le cahier des charges.

15. 14
PARTIE 2
PROGRAMMATION ET SUPERVISION D’UNE
MAQUETTE DIDACTIQUE

16. 15
1- PRESENTATION DU LOGITIEL TIA PORTAL
La plateforme Totally Integrated Automation
Portal est le nouvel environnement de travail
Siemens qui permet de mettre en œuvre des
solutions d’automatisation avec un système
d’ingénierie intégré comprenant les logiciels
SIMATIC STEP 7 V13 et SIMATIC WinCC V13
On peut donc avec ce logiciel, programmer et
configurer, en plus de l’automate, les dispositifs
HMI, les variateurs, etc
2- CAHIER DES CHARGES ET PROGRAMMATION
1) Présentation de la maquette
La machine de tri est composée de trois postes pouvant travailler simultanément :
 Poste d’alimentation : dont le rôle est d’alimenter la machine de tri en pièces. Ces
dernières sont de deux types : métallique, plastique. Ce poste est muni de trois
capteurs : un capteur inductif pour détecter si la pièce est métallique ou non, un
capteur de couleur pour détecter si la pièce est noire ou blanche (ici on travaille avec
la pièce noire) et un capteur de présence de pièces. le déplacement de pièces se fait à
l’aide d’un vérin double effet. Il existe aussi deux capteurs de fin de courses du vérin.
 Poste de transfert : ce poste est constitué d’une part d’un bras mobile (double effet)
muni d’une venteuse (simple effet) et d’autre part de deux capteurs de position gauche
et droite. Ce poste permet de transférer les pièces du poste d’alimentation au poste de
tri.
 Poste de tri : ce poste est équipé d’une part d’un ascenseur pneumatique (double
effet) qui permet de déplacer verticalement les pièces au niveau des pièces au niveau
des bacs d’évacuation et d’un éjecteur (simple effet) dont le rôle est d’éjecter les
pièces dans les bacs et d’autre part de trois capteurs de niveaux (bas , moyen et haut)
et capteur de fin de course de l’éjecteur. Ce poste est aussi équipé d’une alarme.
2) Cahier des charges :
Dans le poste d’alimentation les pièces peuvent se présenter dans un ordre quelconque. Le but
étant de placer les pièces métalliques dans le bac d’évacuation situé au niveau bas , alors que
les pièces plastique dans le bac d’évacuation situé au niveau moyen

17. 16
On supposera les conditions initiales suivantes : Bras au milieu, l’ascenseur au niveau bas et
le vérin d’alimentation des pièces en position reculée.
Le grafcet fonctionne en deux modes, mode automatique et en mode semi-automatique :
 Le mode automatique : correspond au fonctionnement normal décrit au premier
paragraphe. L’arrêt de la machine en fin de cycle se fait par l’appui sur le bouton Arrêt. Un
cycle de cette machine correspond à la mise dans le bac d’évacuation d’une pièce plastique ou
métallique
 Le mode semi-automatique : la machine fonctionne cycle par cycle. Chaque début de
cycle est déclenché par l’appui sur le bouton Dcy.
Par ailleurs, la machine peut être mise en arrêt momentané en cas d’urgence par l’appui sur le
bouton d’urgence ‘AU’, suite à l’appui sur ‘AU’, l’évolution de la machine est figée (arrêt
instantané de l’ascenseur et du bras mobile, sans arrêter la ventouse pour ne pas avoir le
risque de relâcher les pièces ) avec un clignotement du voyant, pour continuer le
programme, l’opérateur doit désactiver ‘Au’
En d’autre part, l’appui sur le bouton ‘Reset’ permet d’initialiser le programme et pour
relancer la machine, l’opérateur doit désactiver Reset en appuyant sur le bouton ‘Dcy’.
Adresses des
entrées
Mnémonique Description
E0.0 Start Départ cycle
E0.1 Arrêt Arrêt en fin de cycle
E0.2 AU Le bouton d’urgence
E0.3 auto Mode automatique
E0.4 F_ejec Capteur fin éjecteur
E0.5 MOY Capteur de niveau moyen
E0.6 HAUT Capteur de niveau haut
E0.7 BAS Capteur de niveau bas
E1.0 Bd Bras à droite
E1.1 Bg Bras à gauche
E1.2 ind Capteur inductif
E1.4 coul Capteur de couleur
E1.6 pres Capteur de présence
E2.0 F_av_v Fin avance vérin
E2.1 F_re_v Fin recul vérin
E2.2 semi Mode semi-automatique
E2.3 Reset Bouton d’initialisation
Adresses
des sorties
Mnémonique description
A1.0 AV_V Avance vérin
A1.1 RE_V Recule vérin
A1.2 tg Tourner à gauche
A1.3 td Tourner à droite
A1.4 vent venteuse
A1.6 DE Descente ascenseur
A1.7 Ejct Ejecteur
A2.2 ALA alarme
A2.5 MO Monter ascenseur
Tableau 4: liste des entrées
Tableau 5: liste des sorties

18. 17
3)-PROGRAMMATION EN GRAFCET :
Pour traduire le cahier des charges de la machine de tri nous avons établi douze Grafcets :
G1…G8.
G1
G2
G3
G4

19. 18
G5

20. 19
G6
G8
G7
reset

21. 20
Pour programmer le bouton d’arrêt d’urgence on a utilisé les mémentos de cadence, dans le
programme utilisateur. On a paramétré l’octet 100 de la CPU comme mémento de cadence.
Le voyant lumineux d’urgence clignote lorsque l’AU est appuié.
Dans l’OB1 on insère le réseau ci-dessous
3- SUPERVISION
1) la configuration matérielle
Notre système est un mono-maitre s’effectuer avec la CPU315-2DP comme maitre et un
coupleur ET200M comme esclave. Entre les deux on a exploité le réseau PROFIBUS-DP, et
la liaison PC – Automate utilise pour la supervision se fait avec le réseau MPI dont on peut
poursuivre la démarche du procédé et d’agir sur les sorties de l’automate.
L’architecture pour former un réseau comportant des différents niveaux hiérarchiques (voir
figure 7).
Dans ce qui suit nous nous sommes chargée de créer un écran de supervision permettant de
poursuivre le fonctionnement de la machine de tri, pour réaliser cela on a crée a l’aide de la
bibliothèque TIA PORTAL du logiciel Photoshop, l’ensemble des graphiques figurants dans
la vue IHM représenté dans « la figure 8 »
Figure 7 : vue des réseaux effectuée

22. 21
1) Vue global le l’écran de supervision :
L’écran de supervision permet de poursuivre le tri des pièces à distance, il s’agit de deux type
de pièces :
Metalique : plastique :
L’écran de supervision contient:
 la pupitre de commandes qui contient, mode automatique et semi-automatique, depart
cycle, arrêt, reset et l’arrêt d’urgence (voir figure 9).
Figure 8 : Vue global de l’écran de supervision
Figure 9 : Pupitre de commande

23. 22
 deux compteurs de pièces, un compteur pour les pièces métalliques et un deuxième
pour les pièces plastiques ainsi que deux voyant qui indique la nature de la pieces en
cours de tri (voir figure 10)
 lors de l’absence des pièces dans le tube, un message s’affiche sur l’écran du PC:
Les résultats des tests sur la maquette didactique montrent bien que les programmes
développés respectent toutes les spécifications indiquées dans le cahier des charges. Nous
avons pu Ainsi de commander le fonctionnement de la maquette d’après le panneau de
commande du PC.
Figure 10 : Compteur de pièces

24. 23
CONCLUSION
Notre projet consistait d’une part à étudier la commande virtuelle, à l’aide du logiciel
Win PLC-Engine, de la machine de tri virtuelle proposée par le logiciel ITS PLC, et d’autre
part à la supervision, à l’aide de l’outil TIA Portal de Siemens, d’une maquette didactique de
tri de pièces.
Dans la première partie, et après avoir élaboré le cahier des charges de la machine de
tri, nous avons pu établir un ensemble des Grafcets traduisant le fonctionnement de la
machine de tri dans tous ses modes de marches, d’Arrêt et de défaillances. Ensuite nous avons
implémenté ces différents Grafcets à l’aide du langage LADDER sous le logiciel STEP 7.
Dans la deuxième partie on s’est arrivé a élaboré le cahier des charges de la machine
de tri et ensuite nous avons pu établir l’ensemble des Grafcets permettant de traduire le cahier
des charges élaboré. Ensuite nous avons implémenté ces différents Grafcets ainsi de créer et
configurer un écran de supervision permettant de poursuivre le fonctionnement de cette
machine sous le logiciel TIA PORTAL.
Réaliser ce projet, nous a permis d’améliorer nos connaissances au niveau de la
programmation des automates, ainsi qu’au niveau de la maitrise de nouveaux logiciels tels
que TIA PORTAL , ITS PLC et WinPLC Engine.
.