Automate Programmable Industrielle

1. Cours des automates
programmables industriels
Filières génie électrique
ROYAUME DU MAROC
UNIVERSITE MOHAMMED PREMIER
Ecole Nationale des Sciences Appliquées (ENSA)
Oujda - Maroc

2. Synoptique d’une installation
industrielle
Partie de supervision
Partie de commande
Partie puissance
Partie mécanique
Partie production
Partie de contrôle
et de commande
Indicateurs d’état
(Capteurs)

3. Exemples d’installations
industrielles

4. Station de pompage

5. Système de transport

6. fabrication pharmaceutique

7. Conception des circuits et des
cartes eléctroniques

8. Fonderie

9. Les éléments de base en
automatisation

10. 1- Contrôle et commande
Supervision

11. Contrôle commande sur Pupitre

12. Contrôle commande sur armoire
direct

13. Supervision: salle de contrôle

14. 2-Salles électriques

15. Armoires électriques

16. Câblage électrique des contacteurs

17. Câblage électrique des relais

18. Câblage électrique de l’automate

19. Exemple simple d’installation
(Démarrage d’un moteur)

20. La partie puissance

21. Sectionneur
Il assure la séparation du réseau électrique du départ des
équipements. Dans la plupart des cas il comporte des fusibles de
protection.
Le sectionneur n’a pas de pouvoir de coupure, il doit être
manipulé à vide

22. Fusibles
Cet élément comportant un fil conducteur, grâce à sa fusion, il
interrompe le circuit électrique lorsqu’il est soumis à une
intensité de courant qui dépasse la valeur maximale supportée
par l’équipement.

23. Les disjoncteurs
C’est un appareil de protection qui comporte deux relais, relais
magnétique qui protège contre les courts-circuits et un relais
thermique qui protège contre les surcharges.

24. Relais thermiques
Le relais de protection thermique protège le moteur contre les
surcharges.

25. Les contacteurs
Le contacteur est un appareil de commande capable d'établir
ou d'interrompre le passage de l'énergie électrique.

26. Les niveaux de tension sont définis par les normes NF C 15-100
ET NF C 13-200.
Tension
alternative
Domaine
de tenson
Autre appellation
courante
Valeurs
usuelles en
France (tension
d'utilisation)
≤ 50 V TBT TBT 12 - 24 - 48 V
≤ 1000 V BT BT(basse tension) 230 - 380 - 400
V
1 < U ≤ 50 kV HTA MT (moyenne
tension)
5.5 - 6.6 - 10 -
15 - 20 - 36 kV
U > 50 kV HTB HT (haute tension)
THT (très haute
tension)
63 - 90 - 150
kV
225 - 400 kV

27. Sectionneur

28. Disjoncteur

29. Contacteur

30. La partie commande

31. Boutons

32. Boutons

33. Les interrupteurs de position
Les interrupteurs de position mécanique ou capteur de fin
de course coupent ou établissent un circuit lorsqu’ils sont
actionnés par un mobile

34. Détecteur de proximité

35. Détecteur de proximité
Les détecteurs de proximité
inductif Leur usage est réservé
uniquement à la détection
d’éléments métalliques
Les détecteurs de proximité
capacitifs présentent l’avantage de
pouvoir détecter à courte distance
la présence de tous types d’objets

36. Détecteur de proximité a lame
souple
Lorsqu'un champ magnétique est
dirigé sur la face sensible du capteur,
le contact s'établit entre les deux
bornes du capteur.

37. Un détecteur photoélectrique
Un détecteur photoélectrique se compose essentiellement d'un émetteur de
lumière (diode électroluminescente) associée à un récepteur sensible à lumière
reçue (phototransistor).
Dans le cas du système barrage, les deux composants
sont indépendants et placés l'un en face de l'autre. La
présence d'un objet dans le champ du capteur interrompt le
faisceau lumineux et le récepteur délivre alors un signal.

38. Dans le cas du système proximité, les deux
composants sont placés dans le même boîtier et c'est
l'objet à détecter qui renvoie le faisceau lumineux vers
le récepteur.

39. Signalisation lumineuse
Signalisation visuelle du fonctionnement normal du
système, ou défauts.

40. Signalisation sonore
Sirène
Avertisseur
Lampe de signalisation
ou d'éclairage
Sonnerie
Rouge
Orange
Jaune
Vert
Bleu
Blanc
RD ou C2
OGou C3
YEou C4
GN ou C5
BU ou C6
WH ou C9
=
=
=
=
=
=
Ronfleur
Dispositif lumineux
clignotant
Néon
Mercure
Iode
Electroluminescent
Fluorescent
Infrarouge
Ultraviolet
Ne
Hg
I
EL
FL
IR
UV
=
=
=
=
=
=
=

41. Programmation câblée
Partie puissance

42. Partie commande

43. Exemple1 : Système de perçage :
Solénoïde
d'avance
Tête de Touret
Fin de
course 1LS
Pièce
Pulvérisation
de réfrigérant
Bâti de perçage
Pressostat
1PS
Réservoir de
réfrigérant
Pompe à
réfrigérant
Retour du
réfrigérant
Moteur du
réfrigérant
Filtre
Tableau de
commandes

44. P
Pompe à
réfrigérant
Arrêt
B1
Marche
B2
KM1
Surcharge
Surcharge
H1
Pompe
sous tension
Moteur
Av
ance tête
perçage
Pompe sous
pression
Temporisation
H2
KM3
KM1
Pompe à
réfrigérant
sous
pression
B3
Retrait
KM2
B4
Retrait/av
ance
du touret de
perçage
KA1
KA1
Tête de perçage
entièrement
avancée
KM1 KM2

45. Exemple 2 : système double de pompes en station

47. Automates programmables industriels

48. Automates programmables industriels
• Définition d’un API:
L’API est un dispositif électronique
programmable qui assure dans une logique
programmée, l'enchaînement automatique
d'opérations logiques et arithmétiques (relatives
au déroulement d'un cycle).
Son objectif est de traiter des informations
entrantes( les entrées) pour émettre des ordres
de sorties en fonction d’un programme.

49. Automates programmables industriels
Relais programmable
automate compact
Logique cablée
automate
modulaire
(réseaux et
métiers)
SOFT PLC : Pc industriel
et logiciel de contrôle
commande
Volume et niveau d’automatisme
Volume de
l’industrie

50. Automates programmables industriels
Il est constitué principalement des deux blocs
suivants: Bloc matériel et bloc logiciel.
Partie matériel
Logiciel programmable
(utilisateur)
Logiciel d’exploitation ( Figé par le
constructeur)

51. Automates programmables industriels
Parties
opérative
Partie des
commandes
IE
IS
Interface d’entrée Interface de sortie
Unité de
traitement
Mémoire de programme
Programme utilisateur
Mémoire Système d’exploitation
(Programme constructeur)
Bus interne
Alimentation
électrique
Horloge

52. Automates programmables industriels
1-Unité de traitement:
Elle est bâti au tour d’un microcontrôleur ( ou
microprocesseur), ce dernier lit le programme
utilisateur et en exécute les instructions d’une
façon séquentiel en tenant compte des
informations d'entrée, ensuit il positionne les
valeurs des sorties logiciels et matériels ainsi
que et les bits d’états.
A-Partie matériel

53. Automates programmables industriels
2-Interface d'entrée:
C’est la partie de l'API sur laquelle sont raccordés les
éléments de commande (BP, capteurs ) qui donnent les
informations à l'unité de traitement.
Elle permet de plus:
-- Le filtrage : pour protéger l'API des parasites ou des
rebondissements de contacts,
-- La séparation galvanique : un coupleur
optoélectronique sert à isoler électriquement
l'intérieur de l'extérieur de l'API.
-- Visualisation de l'état logique de l'entrée grâce à une
diode électroluminescente.

54. Automates programmables industriels
On distingue deux type :
-Interface d’entrées tout ou rien TOR
- Interface d’entrées Analogique ANA

55. Automates programmables industriels
Bus
Adaptation
Filtrage
Mise en forme
Opto coupleur
Séparation
galvanique
Alimen-
tation
Automate
2-1 -Interface d’entrées tout ou rien TOR

56. Automates programmables industriels
Bus
Aquisition
Conversion
analogique
numérique
CAN
Capteur
Amplifi-
cation
Automate
2-2 -Interface d’entrées analogique:
Après la transformation assuré par le capteur de la grandeur
physique ( température pression …) en une grandeur
électrique; l’interface d’entrée analogique assure la conversion
de la grandeur électrique en valeur numérique.

57. Automates programmables industrie
On distingue deux type :
-Interface de sortie tout ou rien TOR
- Interface de sortie Analogique ANA
3-Interface de sortie:

58. Automates programmables industriels
Cette partie permet d'envoyer des informations, des
ordres à l'extérieur de l'API.
De plus elle assure plusieurs fonctions :
-- Connexion des sorties
-- Mémorisation du résultat : par une bascule,
-- Adaptation en puissance :
-- Séparation galvanique : un coupleur optoélectronique
dans le cas des sorties à transistor ou à triacs. Dans le cas
des sorties à relais, le relais assure directement cette
fonction.
-- Protection : par Fusibles, disjoncteurs, diodes
-- Visualisation de l'état logique de la sortie grâce à une
diode électroluminescente.

59. Automates programmables industriels
2-3 -Interface de sorties TOR:
Bus Fusible
Relais
Automate
Charge
Alimen-
tation

60. Automates programmables industriels
2-4 -Interface de sorties ANA:
Cette partie assure la conversion d’un code binaire ( numérique)
en une grandeur électrique courant ou tension proportionnel au code. Elle
donne l'image analogique d'une valeur numérique.
Elle est utilisée pour piloter en tension ou en courant des
actionneurs de type variateurs de vitesse, électrovannes à commande
proportionnelle, …
Bus
Valeur binaire
Conversion
numérique
analogique
CNA
Charge
Amplifi-
cation
Automate

61. Automates programmables industriels
Alimentation électrique d’un API
Généralement elle est assurée par
le secteur 220v ou (110v) mais il
faut prévoir les sécurités
nécessaires suivant le domaine
d’étatisation ( la mise à terre
disjoncteurs arrêts d’urgence …)
Automate
PE L N
220v

62. Interfaces d’entrées :
Alimentation électrique des entrées:
Automate
Le commun
des entrées

63. Automates programmables industriels
Alimentation électrique des entrées à partir de l’API en mode P:
24V
Unité de
traitement
Fin de course
+
-
Les entrées de l’automate programmable doivent recevoir l’information sous
forme de potentiel électrique (en général 24V).
Bornes des entrés

64. Automates programmables industriels
Alimentation électrique des entrées à partir de l’API en mode N:
24V
Unité de
traitement
Fin de course
+
-
Bornes des entrés

65. Automates programmables industriels
Unité de
traitement
Fin de course
-
24V
+ -
Alimentation externe
Bornes des entrés
Alimentation électrique externe des entrées de l’API:

66. Automates programmables industriels
Automate
Branchement des sorties
L
N
KA

67. Automates programmables industriels
Partie logiciel

68. API S7 200
La famille S7--200 est constituée de micro--automates programmables pouvant
commander une large gamme d’appareils afin de répondre au besoins
d’automatisation industriel. Le S7--200 surveille les entrées et modifie les sorties
conformément au programme utilisateur.
Elle offre un jeux d’opération puissant constitué par:
-des opérations booléennes,
-des opérations de comptage,
-des opérations de temporisation,
-des opérations arithmétiques
-des opérations de communication avec d’autres unités intelligentes.

72. Nombre d’entrès: 8 de I0.0 à I0.7
Nombre de sortie: 6 Q0.0 à Q0.5
Vitesse d’exécution booléenne : 0,22 µs par opération

77. API S7 200
Jeu d’opérations S7--200
A-Opérations combinatoires sur bits:
1- les entrées

78. API S7 200
2-Les sortie

79. La construction se fait par réseaux (network1…)
Les opérations de sortie affectent des valeurs de bit à
des E/S externes (I, Q) et à des adresses de mémoire
interne (M, SM, T, C, V, S, L).
3-Construction du programme
principale

80. Mettre à 0 un groupe séquentiel de 6 bits. Indiquer une
adresse de bit de début et le nombre de bits à mettre à
0. L’indicateur d’état de programme pour 0 est activé
lorsque la valeur du premier bit (Q0.2) est 0.
Mettre à 1 un groupe séquentiel de 6 bits. Indiquer une
adresse de bit de début et le nombre de bits à mettre à
1. L’indicateur d’état de programme pour 1 est activé
lorsque la valeur du premier bit (Q0.2) est 1.

81. NETWORK 4 : Mettre à 1 et à 0 8 bits de sortie
(Q1.0 à Q1.7) en tant que groupe.

82. Dans cet exemple, le réseau 4 met à 1 et à 0
huit bits de sortie (Q1.0 à Q1.7) en tant que
groupe. A l’état d’exécution le réseau 5 peut
écraser la valeur du bit Q1.0 , car le
programme exécute l’affectation du réseau 5
en dernier

83. l’opération END (Fin de traitement conditionnelle ) met fin au programme
principal.
Elle n’est utilisée que dans le programme principal et non pas dans un sous-
programmes ni dans les programmes d’interruption.
4-Fin du programme principale

84. 5- Le cycle de fonctionnement de l’API
Traitement interne : L'automate effectue des
opérations de contrôle et met à jour certains
paramètres systèmes (détection des passages en
RUN / STOP,...). Elle ne fait pas partie du cycle
Lecture des entrées : L'automate lit les entrées et
les recopie dans la mémoire image des entrées.
Exécution du programme : L'automate exécute le
programme instruction par instruction et écrit les
sorties dans la mémoire image des sorties.
Traitement de toute demande de communication:
L’API traite tous les messages reçus de l’interface de
communication ou des modules d’E/S intelligents
Exécution du test d’auto--diagnostic de la CPU
L’API vérifie le bon fonctionnement de la CPU et
l’état des modules d’extension.
Ecriture des sorties : L'automate bascule les
différentes sorties physique aux positions définies
dans la mémoire image des sorties.
Lecture des entrées
Exécution du programme
Traitement de toute demande
de communication
Exécution du test d’auto--
diagnostic de la CPU
Ecriture dans les sorties physiques

85. 6- Plages de mémoire et fonctions du S7-200

86. API S7 200

87. Accès aux données
Le format d’adresse permet d’accéder à des données dans la plupart des zones de
mémoire ( I,V Q, M, S, L , SM, AC) sous forme:
- de bit
- d’octets
- de mots
- de doubles mots.
I: Mémoire image des entrées
Q: Mémoire image des sorties
V :Mémoire des variables
M:Mémentos
SM: Mémentos spéciaux
L: Mémoire locale

90. AC : les accumulateurs Le S7--200 dispose de quatre accumulateurs de 32 bits :
AC0, AC1, AC2 et AC3

91. T:Temporisations ( sur 16 bit incrémentation de 1ms 10ms ou 100ms

92. C: Compteurs

95. AI : Entrées analogiques : les entrées analogiques sont des mots, l’accé est par
des adresses d’octet paires (AIW0, AIW2, AIW4, par exemple)
AQ: Sorties analogiques : les sorties analogiques sont des mots l’accé est par des
adresses d’octet paires (AQW0, AQW2 ou AQW4, par exemple)
HC: Compteurs rapides

96. 2 FILS
Ces détecteurs se raccordent comme des
contacts. Ils sont alimentés en série avec la
charge à commander.
3 FILS
Ces détecteurs possèdent 2 fils pour
l‘ alimentation du composant et 1 fil pour la
transmission de l' information à l’API.
4 ou 5 FILS
Ces détecteurs possèdent 2 fils
pour l' alimentation du composant
et 2 ou 3 fils pour le contact de
l' information à transmettre à