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Semestre2 – Automatismes1
Introduction – Présentation et programmation
des automates programmables
Sommaire
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 2
 1 Introduction – contexte
 2 L’automate programmable
 3 Capteurs et actionneurs
 4 Programmation des automates (partie 1)
Introduction contexte
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 3
 1 Introduction – contexte
 2 L’automate programmable
 3 Capteurs et actionneurs
 4 Programmation des automates (partie 1)
contrôleur
Comment réaliser le contrôleur ?
Quelle technique choisir ?
entrées sorties
Vers les actionneurs
un voyant
une vanne
un moteur
Depuis les capteurs
un interrupteur
une sonde de tension
un fin de course
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 4
1.1 Qu’est ce qu’un automatisme ?
L’automatisation consiste à mettre en place des systèmes
électroniques permettant le fonctionnement autonome de machines
Le contrôleur connait l’état de la machine grâce aux capteurs.
En fonction de cela, il prend les décisions pour piloter les actionneurs
1.2 Les deux grands domaines de l’informatique
industrielle
 automobile
 téléphonie
 consoles diverses
production de masse
 L’embarqué  L’automatisme industriel
processus industriel
agroalimentaire, chimie, automobile,
traitement de l’eau …..
 production et transport de l’énergie
 gestion technique de bâtiment
 machines spéciales
le contrôleur est un microcontrôleur
production unitaire ou petites séries
le contrôleur est un automate programmable
Nous nous limitons à ce domaine
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 5
L’automate programmable
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 6
 1 Introduction – contexte
 2 L’automate programmable
 3 Capteurs et actionneurs
 4 Programmation des automates (partie 1)
L'automate programmable, un équipement de contrôle-commande conçu
pour
 Sa robustesse
 Des temps de mise en œuvre courts (programmation et communications aisées)
 Un produit « sur étagère », interopérable avec une large famille de capteurs /
actionneurs
 Sa pérennité
Les inconvénients :
 Le coût (de 100 à 2000 euros, voir plus)
 Le poids, l’encombrement, la consommation
2.1 L’automate programmable
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 7
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 8
2.2 Architectures possibles (1)
 Locale
 les entrées/sorties sont directement connectées à l’automate
2.2 Architectures possibles (2)
 Distribuée
 les entrées/sorties sont déportées
grâce à un bus de terrain
de la supervision est possible via un
réseau
Automate
Variateur de
vitesse
Entrées/sorties
déportées
Moteur
Capteur
intelligent
Capteurs et
actionneurs
Réseau de Supervision
IHM
Bus de terrain
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 9
 Les acteurs les plus importants de l'automatisme
 Siemens (n°1, allemand)
 Schneider Electric (français)
 Rockwell Automation (américain)
 ABB (suédois)
 Omron (japonais)
 Mitsubishi (japonais)
 Panasonic (Japonais)
 Wago (allemand)
 Phoenix Contact (allemand)
 Bekhoff (allemand)
 BnR (suisse)
 Unitronics (israelien)
 Les acteurs indépendants du domaine de la supervision
 Arc Informatique - PCVue (français)
 Wonderware - InTouch (franco-américain)
 Codra - Panorama
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 10
2.3 Les acteurs
Capteurs et actionneurs
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 11
 1 Introduction – contexte
 2 L’automate programmable
 3 Capteurs et actionneurs
 4 Programmation des automates (partie 1)
Un capteur convertit une grandeur physique en signal électrique
utilisable
 Exemples : capteur de température, capteur de vitesse, fin de course
 Capteur Tout ou Rien (TOR), il est équivalent à un interrupteur
 Exemple : le fin de course
Capteur numérique : il fournit un nombre entier proportionnel à la
grandeur physique mesurée
 Exemple : le codeur de position
Capteur analogique : il fournit une grandeur électrique
proportionnelle à la grandeur physique mesurée
 Exemple : le capteur de température (ou sonde)
3.1 Capteurs
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 12
Un actionneur réagit à un ordre électrique et permet la mise en fonctionnement d’un
objet mécanique.
 Exemples :
Le moteur (actionneur électrique), le vérin (actionneur pneumatique ou hydraulique),
l’électrovanne (action directe ou servo-assistée), résistance chauffante...
 Les actionneurs sont commandés par des pré-actionneurs.
 Exemples :
Un variateur de vitesse pour un moteur un distributeur pour un vérin
3.2 Actionneurs et préactionneurs
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 13
3.2 Actionneurs et pré-actioneurs
Le pré-actionneur transmet/module l’énergie disponible envoyée vers l’actionneur. Il est
commandé par l’automate
Le variateur
convertit
l’énergie
électrique du
réseau (230V,
50 Hz) pour le
moteur
asynchrone
Le distributeur
transmet
l’énergie
pneumatique
au vérin
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 14
3.3 Interface Homme/Machine (IHM)
Permet la communication entre
l’automate et l’opérateur
Exemple :
Retour de défauts, d’informations
sur l’état de la machine
(températures, vitesses), l’état
actuel du processus ( démarrage,
remplissage…)
Envoi de consignes : marche,
arrêt, consigne de vitesse,
température pour un four…
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 15
Programmation des automates
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 16
 1 Introduction – contexte
 2 L’automate programmable
 3 Capteurs et actionneurs
 4 Programmation des automates (partie 1)
4.1 Programmation des automates
 L’automate se programme grâce à un outil de développement (un logiciel) sous PC
API
PC
Liaison série, USB ou Ethernet
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 17
 Les projets sont décrits en utilisant un langage dédié aux automatismes
 Il existe plusieurs langages, que l’on peut combiner
 LADDER
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 Blocs fonctionnels (FB)
4.2 Langage LADDER (1)
 Le LADDER est le langage de programmation des automates le plus ancien
 Il est simple
 Sa simplicité le rend inadapté pour décrire des problème complexes
Exemples
a résultat a résultat
Un réseau
Traduction de resultat = a Traduction de resultat = /a
Une bobine
Un contact normalement ouvert
Un contact normalement fermé
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 18
4.2 Langage LADDER (2)
a b résultat
 Fonctions combinatoires
a
b
résultat
c
Traduction de resultat = a . b. c
c
Traduction de resultat = a + b + c
ET
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 19
OU
4.2 Langage LADDER (3)
 Fonctions mémoire
Traduction de la mise à ‘0’ et maintien
Traduction de la mise à ‘1’ et maintien
marche moteur
Set
arret
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 20
moteur
Reset
4.3 Langage GRAFCET (4)
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 21
 Le langage GRAFCET (ou SFC) est dédié à la description de problèmes
séquentiels
 Problématique combinatoire : le temps n’intervient pas. L’état des sorties dépend
uniquement de l’état des entrées.
« Les conditions de démarrage sont réunies si le capot est fermé et le bain d’huile à la
bonne température. »
 Problématique séquentielle : le temps et l’ordonnancement interviennent
« Suite à un ordre de marche, le vérin sort. Quand la tige est totalement sortie, il faut
attendre 10s. Ensuite, le vérin rentre. Quand la tige est totalement rentrée, on attend un
nouvel ordre de marche »
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 22
0
ordre de marche
SORTIR LE
NOYAU
capteur1
capteur2
Vérin
START
RENTRER LE
NOYAU
2
1
Capteur
1
Capteur
2
Exemple
temps
4.3 Langage GRAFCET (5)
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 23
SORTIR LE
NOYAU
capteur1
capteur2
RENTRER LE
NOYAU
2
1
Étape
Transition
Réceptivité
Exemple
0
Étape initiale
ordre de marche
Liaison orientée
Action
temps
4.3 Langage GRAFCET (6)
Un bit interne est associé à chaque étape. Il vaut 1 quand l’étape correspondante est active
4.3 Langage GRAFCET (7)
1
2
a
1
2
var>10
Comparaison
de grandeurs
numériques
1
2
t/X1/5s
Temporisation
1
2
TRUE
Toujours
vraie
1
2
a
n
n+1
receptivité
Le franchissement de la transition désactive l’étape
précédente et active l’étape suivante
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Exemples :
1
Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 24
2
a+/b
Combinaison
Transitions
La transition est franchie
si l’étape précédente n est active ET si la réceptivité est vraie
Front
montant
4.3 Langage GRAFCET (8)
Actions
10 Action A
Action ordinaire
11 Action A Action B
Deux actions simultanées
Action conditionnelle
12 C Action A si condition
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25 R Action A
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Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 25
26 P Action A

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  • 1. Semestre2 – Automatismes1 Introduction – Présentation et programmation des automates programmables
  • 2. Sommaire Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 2  1 Introduction – contexte  2 L’automate programmable  3 Capteurs et actionneurs  4 Programmation des automates (partie 1)
  • 3. Introduction contexte Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 3  1 Introduction – contexte  2 L’automate programmable  3 Capteurs et actionneurs  4 Programmation des automates (partie 1)
  • 4. contrôleur Comment réaliser le contrôleur ? Quelle technique choisir ? entrées sorties Vers les actionneurs un voyant une vanne un moteur Depuis les capteurs un interrupteur une sonde de tension un fin de course Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 4 1.1 Qu’est ce qu’un automatisme ? L’automatisation consiste à mettre en place des systèmes électroniques permettant le fonctionnement autonome de machines Le contrôleur connait l’état de la machine grâce aux capteurs. En fonction de cela, il prend les décisions pour piloter les actionneurs
  • 5. 1.2 Les deux grands domaines de l’informatique industrielle  automobile  téléphonie  consoles diverses production de masse  L’embarqué  L’automatisme industriel processus industriel agroalimentaire, chimie, automobile, traitement de l’eau …..  production et transport de l’énergie  gestion technique de bâtiment  machines spéciales le contrôleur est un microcontrôleur production unitaire ou petites séries le contrôleur est un automate programmable Nous nous limitons à ce domaine Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 5
  • 6. L’automate programmable Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 6  1 Introduction – contexte  2 L’automate programmable  3 Capteurs et actionneurs  4 Programmation des automates (partie 1)
  • 7. L'automate programmable, un équipement de contrôle-commande conçu pour  Sa robustesse  Des temps de mise en œuvre courts (programmation et communications aisées)  Un produit « sur étagère », interopérable avec une large famille de capteurs / actionneurs  Sa pérennité Les inconvénients :  Le coût (de 100 à 2000 euros, voir plus)  Le poids, l’encombrement, la consommation 2.1 L’automate programmable Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 7
  • 8. Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 8 2.2 Architectures possibles (1)  Locale  les entrées/sorties sont directement connectées à l’automate
  • 9. 2.2 Architectures possibles (2)  Distribuée  les entrées/sorties sont déportées grâce à un bus de terrain de la supervision est possible via un réseau Automate Variateur de vitesse Entrées/sorties déportées Moteur Capteur intelligent Capteurs et actionneurs Réseau de Supervision IHM Bus de terrain Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 9
  • 10.  Les acteurs les plus importants de l'automatisme  Siemens (n°1, allemand)  Schneider Electric (français)  Rockwell Automation (américain)  ABB (suédois)  Omron (japonais)  Mitsubishi (japonais)  Panasonic (Japonais)  Wago (allemand)  Phoenix Contact (allemand)  Bekhoff (allemand)  BnR (suisse)  Unitronics (israelien)  Les acteurs indépendants du domaine de la supervision  Arc Informatique - PCVue (français)  Wonderware - InTouch (franco-américain)  Codra - Panorama Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 10 2.3 Les acteurs
  • 11. Capteurs et actionneurs Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 11  1 Introduction – contexte  2 L’automate programmable  3 Capteurs et actionneurs  4 Programmation des automates (partie 1)
  • 12. Un capteur convertit une grandeur physique en signal électrique utilisable  Exemples : capteur de température, capteur de vitesse, fin de course  Capteur Tout ou Rien (TOR), il est équivalent à un interrupteur  Exemple : le fin de course Capteur numérique : il fournit un nombre entier proportionnel à la grandeur physique mesurée  Exemple : le codeur de position Capteur analogique : il fournit une grandeur électrique proportionnelle à la grandeur physique mesurée  Exemple : le capteur de température (ou sonde) 3.1 Capteurs Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 12
  • 13. Un actionneur réagit à un ordre électrique et permet la mise en fonctionnement d’un objet mécanique.  Exemples : Le moteur (actionneur électrique), le vérin (actionneur pneumatique ou hydraulique), l’électrovanne (action directe ou servo-assistée), résistance chauffante...  Les actionneurs sont commandés par des pré-actionneurs.  Exemples : Un variateur de vitesse pour un moteur un distributeur pour un vérin 3.2 Actionneurs et préactionneurs Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 13
  • 14. 3.2 Actionneurs et pré-actioneurs Le pré-actionneur transmet/module l’énergie disponible envoyée vers l’actionneur. Il est commandé par l’automate Le variateur convertit l’énergie électrique du réseau (230V, 50 Hz) pour le moteur asynchrone Le distributeur transmet l’énergie pneumatique au vérin Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 14
  • 15. 3.3 Interface Homme/Machine (IHM) Permet la communication entre l’automate et l’opérateur Exemple : Retour de défauts, d’informations sur l’état de la machine (températures, vitesses), l’état actuel du processus ( démarrage, remplissage…) Envoi de consignes : marche, arrêt, consigne de vitesse, température pour un four… Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 15
  • 16. Programmation des automates Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 16  1 Introduction – contexte  2 L’automate programmable  3 Capteurs et actionneurs  4 Programmation des automates (partie 1)
  • 17. 4.1 Programmation des automates  L’automate se programme grâce à un outil de développement (un logiciel) sous PC API PC Liaison série, USB ou Ethernet Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 17  Les projets sont décrits en utilisant un langage dédié aux automatismes  Il existe plusieurs langages, que l’on peut combiner  LADDER  GRAFCET (SFC)  Langage de haut niveau (ST, voire langage C)  Blocs fonctionnels (FB)
  • 18. 4.2 Langage LADDER (1)  Le LADDER est le langage de programmation des automates le plus ancien  Il est simple  Sa simplicité le rend inadapté pour décrire des problème complexes Exemples a résultat a résultat Un réseau Traduction de resultat = a Traduction de resultat = /a Une bobine Un contact normalement ouvert Un contact normalement fermé Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 18
  • 19. 4.2 Langage LADDER (2) a b résultat  Fonctions combinatoires a b résultat c Traduction de resultat = a . b. c c Traduction de resultat = a + b + c ET Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 19 OU
  • 20. 4.2 Langage LADDER (3)  Fonctions mémoire Traduction de la mise à ‘0’ et maintien Traduction de la mise à ‘1’ et maintien marche moteur Set arret Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 20 moteur Reset
  • 21. 4.3 Langage GRAFCET (4) Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 21  Le langage GRAFCET (ou SFC) est dédié à la description de problèmes séquentiels  Problématique combinatoire : le temps n’intervient pas. L’état des sorties dépend uniquement de l’état des entrées. « Les conditions de démarrage sont réunies si le capot est fermé et le bain d’huile à la bonne température. »  Problématique séquentielle : le temps et l’ordonnancement interviennent « Suite à un ordre de marche, le vérin sort. Quand la tige est totalement sortie, il faut attendre 10s. Ensuite, le vérin rentre. Quand la tige est totalement rentrée, on attend un nouvel ordre de marche »
  • 22. Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 22 0 ordre de marche SORTIR LE NOYAU capteur1 capteur2 Vérin START RENTRER LE NOYAU 2 1 Capteur 1 Capteur 2 Exemple temps 4.3 Langage GRAFCET (5)
  • 23. Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 23 SORTIR LE NOYAU capteur1 capteur2 RENTRER LE NOYAU 2 1 Étape Transition Réceptivité Exemple 0 Étape initiale ordre de marche Liaison orientée Action temps 4.3 Langage GRAFCET (6) Un bit interne est associé à chaque étape. Il vaut 1 quand l’étape correspondante est active
  • 24. 4.3 Langage GRAFCET (7) 1 2 a 1 2 var>10 Comparaison de grandeurs numériques 1 2 t/X1/5s Temporisation 1 2 TRUE Toujours vraie 1 2 a n n+1 receptivité Le franchissement de la transition désactive l’étape précédente et active l’étape suivante La réceptivité est une expression booléenne. Exemples : 1 Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 24 2 a+/b Combinaison Transitions La transition est franchie si l’étape précédente n est active ET si la réceptivité est vraie Front montant
  • 25. 4.3 Langage GRAFCET (8) Actions 10 Action A Action ordinaire 11 Action A Action B Deux actions simultanées Action conditionnelle 12 C Action A si condition Action mémorisée 25 R Action A 13 S Action A Action impulsionnelle Semestre 2 – Cours d’automatismes industriels 25 26 P Action A