introduction automatisme industriel

1. Automatismes
industriels
Les automates
programmables

2. Sommaire
Chapitre 1: définition d’automatisme
1_1 :exemple d’application d’api
1_2 :définition automatisme
1_3 :bute d’automatisation
1_4 :Historique
1_5 :fabriquant des automates
Chapitre 2 :constitution générale de l’API
2_1: Architecture matérielle
2_2: fonctionnement
2_3:catégorie des API
2_4:les différentes partie d’une automate modulaire
Chapitre 3: organisation d’un système automatisé de production
3_1:schéma de principe
3_2:les actionneurs
3_2_1:moteur électrique
3_2_2:vérin pneumatique
3_2_3:autres actionneurs
3_3:les pré actionneurs
3_3_1 les contacteurs
3_3_2 les relais
3_3_3 les distributeurs pneumatique
3_4:les capteurs
3_4_1 capteurs TOR
3_4_2 capteurs analogique
3_4_3 transmeteurs

3. Applications des automates
programmables .
• Commande des machines
•Machines outil a commande numérique
•Convoyage
•Emballage
• Machines de chantier, engin de levage

4. Applications des automates
programmables .
• Automatisme du bâtiment
• Chauffage, climatisation
• Distribution électrique
• éclairage
• Sécurité, alarmes
• Régulation de Processus Chimie
• pétrochimie
• pharmaceutique
• Traitement des eaux
• Thermique, fours, métallurgie

5. Applications des automates
programmables .
• Contrôle de systèmes
• Production et distribution d’énergie
(électricité ,pétrole, gaz) Transports
(chemin de fer, routier, marine).

6. INTRODUCTION A L’AUTOMATISME
Définitions:
• Automatique : C’est l’ensemble des sciences et des
techniques utilisées dans la conception et la réalisation des
systèmes automatisés (SA).
• Automatisation : C’est l’exécution automatique de tâches
sans interventions humaines.

7. Définition
Un Automate Programmable Industriel
API : Automate programmable industriel
ou, en anglais
PLC : Programmable Logic Controller
Est un appareil électronique de traitement de l’information
(remplacement de logique à relais câblée)

8. Définition
Effectue des fonctions d’automatisme programmes telles que:
• Logique combinatoire
• Logique séquentiel (Grafcet, bascules. . .)
• Temporisation (T-on, T-off, minuterie, horloge . . .)
• Comptage (totalisateur ,compteur incrémenté décrémenté)
• Calculs numériques (+,-,/,x. . .)
• Asservissement, régulation
• Permet de commander, mesurer et contrôler au moyen de
signaux d’entrées et de sorties (numériques ou analogiques)
toutes machines et processus, en environnement industriel.

9. Buts de l’automatisation
• Pourquoi automatiser ?

10. Buts de l'automatisation
• Élimination de tâches répétitives ou sans intérêt
– Machine de fabrication
• Simplifier le travail de l'humain
– Toute une séquence d’opérations remplacée par l’appui
sur un poussoir
• Augmenter la sécurité
– Éviter les erreurs (aboutissant parfois à des
catastrophes) inévitables dans un travail répétitif.

11. Buts de l'automatisation
• Proposer aux hommes des tâches valorisantes
– Au lieu de chargement / déchargement de pièces sur
une machine, offrir la possibilité de la contrôler voire
programmer.
• Accroître la productivité
– Cadence de production soutenue
– Pas de fatigue
• Économiser les matières premières et l'énergie
– Production plus efficace

12. Buts de l'automatisation
• Superviser les installations et les machines
– Vérifier l’état de fonctionnement de la machine
et prévenir si une maintenance est nécessaire.
– Augmentation de la disponibilité.

13. Historique
C'est Modicon (entreprise américaine) qui créa en
1968, aux USA, le premier automate programmable. Son
succès donna naissance a une industrie mondiale qui
s'est considérablement développé depuis.
L'automate programmable représente aujourd'hui
l'intelligence des machines et des procèdes automatisés
de l'industrie, des infrastructures et du bâtiment.

14. Quelques fabriquants des automates
dans le monde
• Siemens ( S7-200,S7-300,S7-400,S7-1200,LOGO . . .)
• Schneider électrique (TSX 17/37/57, TSX micro ,premium. . .)
• Rockwell Automation (micrologix 1200/1400,SLC-500, SLC
5000 .. .)
• ABB (AC500,AC800C,S500 . . .)
• Omron (ZEN ,CPM 1A/2A/2C,CS1,CJ1. . .)
• Mitsubishi (MELSEC FX1S/FX1N ,série L ,système Q . . .)
• Yokugawa (FCN,FCN-RTU,FCJ . . .)

15. Architecture matérielle d’un API

16. Architecture matérielle d’un API
Un automate programmable est constitué de :
Unité de traitement de l’information
• (CPU) Processeur, unité arithmétique et logique
• Mémoire contenant le programme
• Mémoire contenant les données
• Interface pour la programmation
Interfaces pour les signaux d’entrée
• Tout ou rien: 24 V DC
• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc

17. Architecture matérielle d’un API
Interfaces pour les signaux de sortie
• Tout ou rien: 24 V
• Tout ou rien à contacts
• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc.
Interfaces pour des fonctions spéciales
• Comptage
• Positionnement
• Communication

18. Fonctionnement des automates
Un automate exécute son programme de manière cyclique :
• Lecture des entrées
• Traitement du programme
• Ecriture des sorties
Le temps d’exécution d’un cycle est de l'ordre d'une vingtaine
de millisecondes et est contrôle par une temporisation
appelée chien de garde.

19. Fonctionnement des automates

20. Fonctionnement des automates
Remarque:
On peut choisir le mode d’ exécution des
programmes utilisateur:
• Fonctionnement cyclique.
• Mode périodique.
Le temps d’un cycle influence sur le temps
de repense de l’automate.

21. Exemple d’une API

22. Catégories d’automates
•Les micro automates
Nombre d’entrées sorties fixe
Généralement pas d’analogique ni de communication
Remplacement de logique à relais
•Les automates compacts
10 à 250 entrées-sorties
Nombre d’entrées-sorties extensible par blocs
Fonctions analogiques et communications limitées
Petits automatismes, logique combinatoire et séquentielle

23. Type monobloc
L N +24
VD - IN
COM0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
C TSXO7
I
RUN ERR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
O
COM I/O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
OUT OUT OUT OUT INPUTS 24 VDC EXTENSION
COM 0 1 2 3 4 COM 5 6 7 COM 8 COM 9 OUTPUTS 2A RyA B SG

24. Les automates modulaires
• <4’000 entrées sorties par CPU
• Nombre d’entrées-sorties modulables
• Comptage
• Commandes d’axes
• Pesage
• Communications
• Sécurité
• Automatismes complexes, régulation
• numérique, asservissements

25. Type modulaire
ALIMENTATION CPU
INPUT

26. Rack pour automate modulaire
Rack 6 positions
Rack 10 positions

27. Alimentation automate modulaire
Caractéristique :
Tension fournie 24v DC
Courant choisie selon la consommation
des modules utilisés.
• Exemple TSY PSY 2600M
ALIM 100/240 VCA 26W

28. CPU
Caractéristique :
Vitesse possesseur
Mémoire de travail
Les ports intégrés de communication
Limitation systèmes TSX P57 2634M
Nombre de modules ,de rack . . . Télémécanique
Environnement logiciel
CPU 412-1 MPI/DP
siemens

29. Module d’entrée sortie
Module entrée TOR (tout ou rien):
Il est constituer des entrées physique logique
La lecture d’état logique du signale se fait par la
mesure de la tension d’entrée :
 soit la tension au borne d’entrée est présente
on dira que l’état logique est vrais I=1
 Soit la tension au borne d’entrée est absente
on dira que l’état logique est faux I=0

30. Module d’entrée sortie
Module entrée Analogique :
Il est constituer des entrées physique analogique
La lecture du valeur du signale se fait par la
mesure de signale d’entrée ( tension , courant
résistance ).
Il est constitué d’ un convertisseur analogique
numérique .

31. Module d’entrée sortie
Module sortie Analogique :
Il est constituer des sorties physique analogique
qui fournie un signale ( tension, courant ) aux
périphérique extérieur.
Il est constitué d’un convertisseur numérique
analogique .

32. Les systèmes d’entrés – sorties
déportées
• Flexibilité totale de la configuration
Extension d’un automate modulaire
Processeurs spécialisés, PC industriels
Module sortie pneumatique
• Lecture-écriture des entrée-sorties
Par réseaux câblé ou sans fil.

33. Les systèmes d’entrés – sorties déportées

34. Architecture d’un système automatisé
de production SAP

36. Les actionneurs
Les capteurs Les préactionneurs
Partie opérative
Partie commande
Traitement des données
Dialogue homme machine
pupitre

37. Partie opérative/les actionneurs
les Actionneurs électrique
Le moteur à courant alternatif :
Il existe deux sorte de moteur à courant alternatif:
 En premier nous avons les moteurs Moteur synchrone
synchrones qui sont utilisés pour les TGV
aussi appelé alternateur quand il est utilisé
comme générateur.
 En deuxième on trouve le moteur asynchrone
Qui ne possède aucune connexion entre le rotor et
Le stator (cas rotor cage d'écureuil). Se moteur est
essentiellement alimenter par des systèmes de
courant triphasés.
Moteur asynchrone

38. Partie opérative/les actionneurs
• Les moteurs pas à pas
Se sont des machines électrique Synchrone ,ou le rotor est en aiment
permanant , Et le stator constitue par des bobines commandés par un
courant continu géré par un système électronique
Avantage
• Sans balais
• Couple important même en petite vitesse
• Asservissement de position sans perte d’angle
• Vitesse important

39. Partie opérative/les actionneurs
Une machine électrique à courant continu est
constituée :
D’un stator à base d’un flux de champ
magnétique crée soit par des enroulements
bobinée soit par un aiment permanent
D’un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif
inversant la polarité de chaque enroulement
rotorique.

40. Partie opérative/les actionneurs
les actionneurs pneumatique
Les vérins pneumatique :
 il fournie une énergie
mécanique à partir
d’une énergie pneumatique
 Ils produisent un mouvement de translation.
Type des vérins :
 Vérin double effet
 Vérin simple effet
Vérin linéaire
Vérin rotatif

41. Partie opérative/les actionneurs
Vérin simple effet
Vérin linéaire Vérin rotatif

42. Autre actionneurs
• Ventouses pneumatique :Très utilisée dans la
manipulation d’objets.
• vanne à commande:
– Électrique (électrovanne)
– Pneumatique
– Hydraulique

43. Partie opérative/les actionneurs
Exemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique

44. Les pré actionneurs
Les pré actionneurs se sont des dispositifs intermédiaires pour
la commande des actionneurs .
Les contacteurs et les relais:
Le contacteur est un appareil électromécanique de commande
mécanique de connexion, capable d’établir, de supporter et
d’interrompre des courants dans les conditions normales du
circuit, y compris les conditions de surcharges en services.
Contacteur 4 pole

45. Les pré actionneurs
La commande des contacteur se fait par
l’alimentation électrique du bobine interne du
contacteur.
Une bobine

46. Les pré actionneurs
Les relais se sont des interfaces de commande Il
est chargé de transmettre un ordre de la
partie commande à la partie puissance d'un
appareil électrique et permet, entre autres, un
isolement galvanique entre les deux parties.
Type :
Relais électromécanique
Relais statique

47. Les pré actionneurs
Relais électromécanique
Schéma de principe

48. Les pré actionneurs
Les relais statique :relais électronique à base de
Photo coupleur qui assure l’isolement électrique
des deux parties électrique.

49. Les pré actionneurs
les distributeurs
Pour chaque vérin pneumatique, on associera un distributeur.
La commande du distributeur peut être pneumatique ou
électrique.
Les distributeurs sont constitués d’un corps contenant
plusieurs orifices et d’un tiroir pouvant prendre plusieurs
positions dont une seule est active. Le symbole d’un distributeur
se présente sous la forme suivante

50. Les capteurs: source d’information
ou l’acquisition des données

51. définition
Un Capteur est un dispositif transformant l'état d'une
grandeur physique observée en une grandeur utilisable
Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance,
matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la
situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.

52. Les capteurs
Quelque principes physiques exploités par les capteurs :
• Angle
• Courant
• Champ magnétique
• Débit
• Déplacement
• Distance
• Force
• Inertiels
• Lumière
• Niveau
• Position
• Pression
• Son
• Température

53. Les capteurs tout ou rien
Sur la majorité des systèmes automatisés, le traitement
des données est effectué sur des variables de type
logiques( informations sur 2 états).
Ces variables représentent généralement :
 La présence ou l’absence de l’objet à détecter
 Le passage de l’objet
 Le positionnement de l’objet
 Éventuellement le comptage de l’objet

54. Les capteurs tout ou rien
En fonction des application on distingue deux
Types de technologies :
 Les capteurs à détection avec contacte pour lequel l’objet à
détecter entre directement en Contacte avec un élément du
capteur
 Les capteurs à détection sans contact, pour lesquels l’objet
est détecter à distance par le capteur .

55. Les capteurs tout ou rien
Les interrupteurs de positions sont des appareils
actionnés par contact direct avec l’objet à détecter. Ils
transforment ce contact physique en une fermeture ou
ouverture d’un contact électrique.
Le dispositif d’attaque ( à poussoir, à levier, à tige..)
Le corps équipé de contact ( NO ou NF )
La tête de commande ( tête à mouvement rectiligne, angulaire
ou multidirectionnel )
Dispositif de
manoeuvre
Contacts
électriques
Boitier

56. Les capteurs tout ou rien
Le Détecteur inductif
Les détecteurs inductifs sont des appareils
capables de détecter des objets métalliques
à distance. Une sortie statique informe de la
détection

57. Les capteurs tout ou rien
Un détecteur inductif se compose essentiellement d’un oscillateur dont les bobinages
constituent la face sensible. A l’avant de celle-ci est crée un champ magnétique
alternatif
Après mise en forme, un signal de sortie, correspondant à un contact
NO ou NF, est délivré.

58. Les capteurs tout ou rien
Le détecteur capacitif
Les détecteurs capacitifs sont des
appareils capables de détecter des
objets métalliques ou isolants à
distance ( solide, liquide ou
pulvérulent ). Une sortie statique
informe de la détection.

59. Les capteurs tout ou rien
Un détecteur capacitif se compose essentiellement d’un oscillateur dont
les condensateurs constituent la face sensible. Celle-ci est formée par
l’une des armatures du condensateur. L’autre armature étant constituée
par l’objet à détecter.
6
Après mise en forme, un signal de sortie, 3
correspondant à un contact NO ou NF, est
délivré. 5
2
4
1

60. Les capteurs tout ou rien
Les détecteurs photoélectriques sont des appareils capables de
détecter des objets à très grandes distances ( quelques
centimètres à plusieurs dizaines de mètres ). Ils se présentent
sous la forme d'un boîtier avec ou sans réflecteur, ou de deux
boîtiers; l'un émetteur, l'autre récepteur.

61. Les capteurs tout ou rien
Principe de fonctionnement:
Un détecteur de type barrage est composé d'un
émetteur de lumière associé à un récepteur
photosensible.
Emetteur Récepteur
Dans le cas du système barrage, les deux composants
sont indépendants et placés l'un en face de l'autre.
Câble

62. Les capteurs
Les détecteurs de niveau
Il permet le maintien d’un niveau à des points
spécifiques (niveau haut et niveau bas) et
alarme pour un niveau anormalement bas.
N1
NIVEAU
MAX
NIVEAU
MINI
POMPAGE
RESERVOIR
MP1
VIDANGE
PUISARD

63. Les capteurs
Fonctionnement des détecteurs de niveau
Il existe différentes méthodes de mesure ou de
détection de niveau, on peut en énumérer
essentiellement trois:
1 - Méthodes hydrostatiques de mesure de niveau.
2 - Méthodes électriques de mesure de niveau.
3 - Méthodes fondées sur l’utilisation de rayonnements.

64. Les capteurs
Le détecteur de pression
Les pressostats et les vacuostats ont pour fonction de contrôler ou de réguler une
pression ou une dépression dans un circuit hydraulique ou pneumatique.
Ils transforment le franchissement d'une valeur de consigne de pression, en un signal
électrique TOR ou Analogique.
une partie hydraulique comprenant:
• un ou plusieurs orifices pour le raccordement au réseau de fluide à contrôler
• des systèmes de ressorts pour les différents réglages
Les pressostats et vacuostats sont constitués de deux parties distinctes :
• un capteur (membrane ou piston) qui reçoit la pression et transmet
l’information à la partie électrique
•une partie électrique comprenant des contacts ou une sortie
statique.

65. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistances
est basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de la
résistance électrique d'un conducteur avec la température.
Mais comme ces variations sont différentes suivant qu'il s'agit d'un
métal ou d'un agglomérat d'oxydes métalliques, deux cas ont été
distingués sous les appellations de thermomètre à résistance d'une part
et de thermistance d'autre part.

66. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
1.1 – Thermomètre à résistance
La résistance électrique d'un conducteur métallique croit avec la température.
Lorsque la température varie on a :
R R (1 a T b T 2 c T 3)
0
T la température en C
Ro la résistance à 0 C
a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal.
• C’est le platine qui est le plus utilisé.

67. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
Exemple : La sonde Pt100 est une sonde platine qui a une résistance de
100 pour une température de 0 C. (138,5 pour 100 C)
RS R0 K *t
R0= 100 pour t=0 C
K=0.4

68. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
1.2 – Thermomètres à thermistance
La résistance électrique d'une thermistance est très sensible
à l'action de la température. Il existe deux types de
thermistance, les CTN ( Coefficient de Température Négatif,)
et les CTP ( Coefficient de Température Positif ).
La loi de variation est de la forme :
b
T
R a e
a et b sont deux paramètres de la thermistance.

69. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
1.3 - Comparatif
La comparaison des variations de résistivité d'un fil de platine et d'une thermistance est faite
sur la figure ci-dessous. On constate que non seulement les variations sont de sens opposé, mais
aussi que la variation de la résistivité est beaucoup plus importante pour une thermistance que
pour un fil métallique
Un second avantage des thermistances est leur faible encombrement. Leur domaine
d'utilisation va de -80 à +700 C avec une précision de 1/10ème à un demi degré.
Les thermistances ne présentent pas le phénomène de polarisation et peuvent être traversées
indifféremment par un courant continu ou alternatif
L'emploi des thermistances a donc des avantages de sensibilité et de faible encombrement,
mais la loi de variation de la résistance en fonction de la température n'est pas linéaire

70. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
10000
1000
SONDE PT 100
CTP
Résistance
100
10
1
0.1
0 20 40 60 80 100

71. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
1.4 - Couple thermoélectrique
Exemple : le thermocouple
Un thermocouple est constitué de deux
conducteurs en métaux de
caractéristiques thermoélectriques
différents. Ces deux conducteurs placés
dans un gradient de température, vont
générer une FEM ( V ) en rapport avec la
température

72. LES CAPTEURS ANALOGIQUES
1.5 - Sonde de niveau capacitive
La méthode de mesure capacitive est basée sur le
principe du condensateur. La conversion d’une
variation de capacité en une variation de courant
s’effectue par un transmetteur.

73. LES TRANSMETTEURS
C'est un dispositif répondant à une variable mesurée
afin de générer et de transmettre un signal de sortie
standard en relation continue avec la valeur de la
variable mesurée.
Le transmetteur est destiné à être monté en tête de
sonde. Le signal du détecteur ( sonde de
température, de niveau, etc… ) est converti par le
transmetteur 2 fils en un signal courant linéarisé. La
liaison 2 fils assure à la fois l'alimentation et la
transmission du signal

74. LES TRANSMETTEURS
Deux types de transmission du signal cohabitent :
• La boucle de tension : 0-10 V, 5V- 10V
Le capteur délivre une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. Attention
cependant au problème des parasites radioélectriques
• La boucle de courant : 0-20mA, 4-20mA
Le capteur délivre un courant proportionnel à la grandeur mesurée. La faible
impédance du circuit améliore l’immunité aux parasites de la boucle et lui confère
une plus grande précision.
La boucle de courant 4 - 20 mA présente l’avantage de permettre la détection d’une
coupure de la ligne si i = 0 mA ( sécurité fil coupée ).