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Automatismes
 industriels




 Les automates
 programmables
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
Applications des automates
                   programmables          .


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



• Contrôle de systèmes
• Production et distribution d’énergie
  (électricité ,pétrole, gaz) Transports
  (chemin de fer, routier, marine).
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.
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)
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.
Buts de l’automatisation

   • Pourquoi automatiser ?
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.
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
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.
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.
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 . . .)
Architecture matérielle d’un API
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
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
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.
Fonctionnement des automates
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.
Exemple d’une API
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
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
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
Type modulaire

ALIMENTATION   CPU




                              INPUT
Rack pour automate modulaire

                     Rack 6 positions




                      Rack 10 positions
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
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
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
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 .
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 .
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.
Les systèmes d’entrés – sorties déportées
Architecture d’un système automatisé
          de production SAP
Les actionneurs




Les capteurs                              Les préactionneurs
                   Partie opérative

                 Partie commande
                 Traitement des données




               Dialogue homme machine
                        pupitre
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
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
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.
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
Partie opérative/les actionneurs




                 Vérin simple effet




Vérin linéaire                        Vérin rotatif
Autre actionneurs
• Ventouses pneumatique :Très utilisée dans la
  manipulation d’objets.
• vanne à commande:
          – Électrique (électrovanne)
          – Pneumatique
          – Hydraulique
Partie opérative/les actionneurs




Exemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique
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
Les pré actionneurs
  La commande des contacteur se fait par
l’alimentation électrique du bobine interne du
contacteur.




                                  Une bobine
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
Les pré actionneurs




Relais électromécanique




                               Schéma de principe
Les pré actionneurs

Les relais statique :relais électronique à base de
Photo coupleur qui assure l’isolement électrique
des deux parties électrique.
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
Les capteurs: source d’information
   ou l’acquisition des données
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.
Les capteurs
Quelque principes physiques exploités par les capteurs :
• Angle
• Courant
• Champ magnétique
• Débit
• Déplacement
• Distance
• Force
• Inertiels
• Lumière
• Niveau
• Position
• Pression
• Son
• Température
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
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 .
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
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
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.
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.
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
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.
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
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
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.
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.
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.
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.
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
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.
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
LES CAPTEURS ANALOGIQUES




     10000

             1000
                                                         SONDE PT 100

                                                         CTP
Résistance




              100

               10

               1

              0.1
                    0   20     40    60    80      100
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
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.
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
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 ).

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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 . . .)
  • 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.
  • 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.
  • 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
  • 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
  • 35.
  • 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 ).