MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels

08 – Automates programmables

Objectifs de la séance
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Architecture typique

Système à microprocesseur
• Les micropr...
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Architecture d’un microcontrôleur
Port de
communication

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Automate programmable

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Automate...
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Sélection d'un automate

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Struct...
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Module d'entrée analogique

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Capteur NPN

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Module de sortie logique

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Exécution des instructions

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Fonction logique - ET

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Règles d’utilisation
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Exemple de segment
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A B

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Exemple d’application (suite)

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Adresse des bits logiques

Département de génie mécanique
Pro...
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Déplacement de données

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Déplace...
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Addition

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Compteur incrémental
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Compteur décrémental

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Chronogra...
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Temporisateur

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Temporisation

U...
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Chronogramme TONR

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Résolution d...
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Sortie d’impulsions rapides
• G...
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SFC: Sequential Function Chart

Département de génie mécaniqu...
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Les transitions

Les réceptivit...
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Règle #2 - La validation

Règle...
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Règle #4 - Le franchissement

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  1. 1. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Objectifs de la séance • Introduction aux différents types de contrôleurs numériques et circuits électroniques programmables MEC-743, cours n°8 Automates programmables • Survol de la structure interne des automates programmables. Particularités des modules d’entrées / sorties. • Introduction au langage de programmation ladder (Ladder Logic Diagrams - LLD) spécialisé dans le contrôle de processus logiques séquentiels et combinatoires. Bsata, Instrumentation et automation, chap. 12.5 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 2 Le génie pour l'industrie Processeurs programmables Fonction: Saisi, traite et transmet des données numériques suivant des instructions enregistrés en mémoire Contrôleur numérique programmable Type: • Microordinateur / microprocesseur (PC) • Microcontrôleur • Automate programmable (PLC: Programmable Logic Controller) Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 3 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 4
  2. 2. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Architecture typique Système à microprocesseur • Les microprocesseurs sont des composantes électroniques miniaturisées à la base des microordinateurs. Ils sont donc conçus pour exécuter des instructions programmées dans le cadre d'applications générales. Console de programmation et/ou interface opérateur Lien réseau Réception d’information Interface de communication Co-processeur Mémoire 08 – Automates programmables Interface Capteur Interface Actuateur Processeur • Pour agir dans des applications de contrôle, les microordinateurs doivent être interfacés grâce à des cartes d'acquisition spécialisées. Envoie de commandes Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 5 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 6 Le génie pour l'industrie Système à microprocesseur Microcontrôleur Un microcontrôleur est un circuit intégré rassemblant, dans un même boîtier, un processeur central (CPU), plusieurs types de mémoires et des périphériques de communication (Entrées – Sorties). Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 7 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 8
  3. 3. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Architecture d’un microcontrôleur Port de communication Circuitrie de l’horloge Ex.: Caméra automatique Interface usager CPU Unité de contrôle Registre Temporisateur 08 – Automates programmables ADC RAM ALU PWM Mémoire flash (programme) DAC Comparateur Ports d’entrée/sortie analogiques et numériques Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 9 Le génie pour l'industrie Ex.: Moteur à combustion Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 10 Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Ex.: Laveuse à linge Page 11 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 12
  4. 4. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Automate programmable 08 – Automates programmables Automate programmable Système numérique spécialisé, conçu pour contrôler, dans un environnement industriel, divers type de yp machines ou de procédés • Possède des entrées et des sorties analogiques et numériques • Effectue des opérations logiques, arithmétiques, séquentielles, de comptage et de temporisation • Effectue ces opérations suivant des instructions sauvegardées dans une mémoire programmable Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 13 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 14 Le génie pour l'industrie Fonctions de l’automate Architecture et fonctionnement d’un automate Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. • À partir des informations que lui fournissent les capteurs et, suivant un algorithme déterminé par programmation, élabore les commandes transmises aux actionneurs. • Assure la communication avec l’opérateur (interface avec l’usager) et les autres processeurs qui gèrent la production ou qui interviennent dans le même procédé. Page 15 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 16
  5. 5. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Sélection d'un automate 08 – Automates programmables Structure interne Console de programmation et/ou interface opérateur Lien réseau Automate non-modulaire • nombre réduit d’E/S • capacités d’extension limitées • solution adaptée à des tâches de contrôle simples • peu dispendieux Réception d’information Ré ti d’i f ti Automate modulaire • sur un rail ou dans un bâti • possibilité d'ajouter une grande variété de modules spécialisés (solution adaptée aux besoins) • grand nombre d’E/S • plus dispendieux Interface en entrée Processeur Mémoire Capteur Bouton Interface de sortie Interface de communication Actionneur Voyant Indicateur Unité d’entrées / sorties Envoie de commandes Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 17 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 18 Le génie pour l'industrie Processeur Module d'entrées/sorties • Effectue les opérations logiques et arithmétiques suivant une séquence dictée par les instructions stockées en mémoire • Les modules d’entrées traduisent les signaux industriels (tension, courant, résistance, pulsation, …) en information é i t l ti ) i f ti logique ou numérique interprétable par le processeur. • Gère le trafic des données sur le bus interne (transfert en mémoire) • Procédure d’auto-diagnostique (mesure pour s’assurer du bon fonctionnement de toutes les composantes de l’automate) • Un des critères de performance d’un processeur est son temps de cycle (le temps pris par l’automate pour interroger les ports d’entrée, exécuter le programme, et mettre à jour les ports de sortie). Ce temps varie de 0.1 à 50 ms/ko. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. • Inversement, les modules de sorties traduisent les commandes du processeur en des signaux industriels. • Ces modules comportent 1 4 8 16 ou 1, 4, 8, 32 voies (ports) d’entrée et/ou de sortie. Page 19 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 20
  6. 6. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Module d'entrée analogique Module d'entrée logique • Mesure une tension ou un courant électrique et le convertit en une valeur numérique (ADC). • Mesure un signal binaire (deux états). • Adapté à des capteurs de température, de pression ou autres variables continues. • Les valeurs d'entrée typiques sont 4-20 mA ou 1-5 VDC. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. • Adapté à des interrupteurs de fin de course, des capteurs course de proximité, des détecteurs photoélectriques ou d'autres interrupteurs (manuels ou non). • Généralement, pour chaque entrée logique, l'automate possède une DEL qui indique l'état de l'entrée correspondante. Page 21 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 22 Le génie pour l'industrie Valeurs typiques (entrée logique) Port d'entrée en tension • Tension continue: 5 (TTL), 12, 24 ou 48 VDC • Généralement, l’électronique de l’automate est électriquement isolée de la tension entrante par un optocoupleur (séparation galvanique). Le couplage s effectue par un signal lumineux qui peut être visible ou s'effectue invisible (infrarouge). • Tension alternative: 24, 48, 110 ou 220 VAC 24 48 • Capteur NPN (sinking): pousse l’entrée à la masse lorsqu’activé (principalement utilisée en Amérique) • Permet de commuter l’entrée d’un automate à partir de signaux ayant des tensions élevées (jusqu’à 1000 V) et ce, autant en DC qu'en AC. • Capteur PNP (sourcing): pousse l’entrée à une source de tension positive lorsqu’activé (principalement utilisée en Europe) ) Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 23 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 24
  7. 7. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Capteur NPN Capteur PNP Puisque le capteur fournit une masse (sinking output), l'entrée commune de l'automate est mise sous tension (sourcing input) ( ) Puisque le capteur fournit une tension (sourcing output), l'entrée commune de l'automate est mise à la masse (sinking input) ) VCC INxx Capteur NPN (sinking) Département de génie mécanique Programme de baccalauréat + Tension compatible COM MEC743 - Martin Viens, prof. Page 25 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 26 Le génie pour l'industrie Protection anti-rebond Module de sortie analogique Lorsqu’un interrupteur est activé (ou désactivé), le contact rebondit mécaniquement sur sa nouvelle position avant de se stabiliser. C rebondissement apparaît comme des Ce changements d’état rapide à la transition. • Génère une tension ou un courant proportionnel à une valeur numérique (DAC). électrique • Adapté aux moteurs (AC et DC), aux valves continues, … • Les plages de sortie typiques sont 4 à 20 mA ou 0 à 10 VDC. D'autres plages sont également disponibles (-5 à +5 VDC, -10 à +10 VDC, 0 à +5 VDC, …) Interrupteur en configuration pull-up Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Signaux typiques MEC743 - Martin Viens, prof. Circuit de conditionnement Page 27 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 28
  8. 8. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Module de sortie logique Port de sortie à transistor • Génère un signal de contrôle binaire (deux états). • p p , , Adapté aux lampes témoin, aux valves actionnées p solénoïde, aux par systèmes de verrouillage de porte, … • Les tensions commutées vont de 5 à 240 V avec des courants allant jusqu’à 5 A. • • • • • Les ports de sortie sont configurés en sinking ou en source: Adapté aux applications DC seulement Permet des courants moins intenses que les relais Plus rapide et plus durable que les sorties à relais Une diode Zener protège le port contre les tensions induites inverses provoquées par des charges inductives (moteur, solénoïde, relais, …)  Sinking: commute la masse de la charge (elle est branchée à l'alimentation en permanence)  Source: commute l'alimentation de la charge (la charge est branchée à g ( g la masse en permanence) • Ces modules utilisent des interrupteurs électroniques (transistors ou triac). Lorsque la charge est trop importante, ces interrupteurs contrôlent un relais électromagnétique. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 29 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 30 Le génie pour l'industrie Diode Zener Port de sortie à triac • Solution de choix pour les applications AC • Plus rapide et plus durable que les sorties à relais • Une attention particulière doit être portée aux courants de fuite afin qu'ils n'activent pas inopinément la sortie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 31 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 32
  9. 9. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Triac Varistance • TRIAC: Triode for Alternating Current • Lorsqu'amorcé par un courant sur la gâchette (G), permet de conduire le courant dans les deux directions (thyristor bidirectionnel). Le triac l d l d di i (h i bidi i l) L i reste "passant" tant que l'intensité de ce courant ne baisse pas en-deçà d'un seuil appelé courant de maintien et ce, quel que soit le courant de gâchette. Composante électronique, composée d'oxydes métalliques ou de carbure de silicium, et répondant à une relation courant-tension fortement non-linéaire (similaire à celle d'une f ( diode). • En AC, le courant revient à 0 à tous les demi-cycles. Ainsi, s'il n'y a plus de courant injecté dans la gâchette, le triac devrait passer en mode "bloqué" (ne plus conduire le courant). Toutefois, lorsque la charge contrôlée est inductive, la coupure du courant provoque une impulsion de tension qui peut être suffisamment intense pour réamorcer le triac et maintenir la conduction. • L'intensité des courants pouvant circuler dans une varistance est cependant supérieure à celle d'une diode. Limitée à des applications basses fréquences. Ce problème est habituellement réglé par l'ajout d'un circuit RC (snubber) qui réduit le taux de variation de la tension aux bornes du triac. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 33 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 34 Le génie pour l'industrie Port de sortie à relais Modules d’E/S spécialisés • Indépendant de la tension requise par l'actuateur • Module de contrôle de moteurs:  Moteur pas à pas (compte le nombre d’impulsions envoyées au moteur) • Permet des courants plus intenses que les transistors • Durée de vie et vitesse limitées par l'action mécanique du contact  Moteur à courant continu (contrôle la tension d’alimentation du moteur M i ( ôl l i d’ li i d suivant un algorithme de commande de type PID) Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Lecteur de codes à barres • MEC743 - Martin Viens, prof. Module de mesure et de compensation (jonction froide) de thermocouple • bit de contrôle Convertisseur de fréquence et de signaux d’horloge en quadrature (lecture d’un encodeur de position) • alimentation • Etc. Page 35 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 36
  10. 10. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Mémoire Types de mémoire • Emplacement où le programme est sauvegardé • Emplacement des variables de calcul (données temporaires) • Emplacement où le système d’exploitation est sauvegardé • Registres dans lesquels la valeur des entrées est temporairement sauvegardée lors de la scrutation de ces entrées (image des entrées) • Registres dans lesquels la valeur des sorties est t i t dé tt d t ’ i temporairement sauvegardée en attendant qu’une mise à jour de ces sorties ne soit faite par les modules de sortie (image des sorties). • Volatile: Perd l’information en cas de panne de l’alimentation. Souvent suppléé par une pile de secours Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. – RAM: Random Access Memory • Non volatile: EEPROM et mémoire Flash pour la sauvegarde du système d’exploitation – ROM: Read Only Memory – PROM: Programmable Read Only Memory (ne peut être utilisée en écriture qu'une seule fois) bl Programmable R d O l M bl Read Only Memory – EPROM E EPROM: Erasable P (effacée par rayons UV puis, réutilisée en écriture) – EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory (effacée par signaux électriques puis, réutilisée en écriture) Page 37 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 38 Le génie pour l'industrie Interface de communication RS-232: communication série (l’information est communiquée, un bit à la fois, fois sur un seul fil) entre deux dispositifs (un autre automate, une imprimante, …) Langage Ladder ou g g schéma à contacts (Ladder Logic diagrams) Réseau: lien de communication partagé par plusieurs dispositifs. Chacun d’eux est identifié par une adresse unique. q La communication se fait suivant des protocoles déterminés (DeviceNet, Profibus, Ethernet, …) Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 39 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 40
  11. 11. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Langage Ladder 08 – Automates programmables Séquence des opérations • Langage graphique très populaire auprès des automaticiens pour programmer les automates programmables industriels (PLC). • Permet d’écrire un programme de contrôle sous la forme d’un circuit électrique comportant des interrupteurs. Lecture des entrées VCC Exécution des instructions Cases mémoire liées aux entrées COM + Les entrées sont à gauche Mise à jour des sorties Les sorties sont à droite X00 Cases mémoire liées aux sorties Y00 X00 Y00 0 X01 Y01 0 0 • À la différence d’un programme s’exécutant sur un i ’ é t microprocesseur, l programmes LLD s’exécute en les mode de balayages répétés. 0 0 - X02 Y02 X01 X02 Y01 END X03 PLC 24 V X400 Y430 X401 Y431 X402 GND Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 41 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 42 Le génie pour l'industrie Chien de garde (Watchdog) Lecture des entrées • Le chien de garde est un temporisateur qui est réarmé au début de chaque cycle d'exécution. S'il n'est pas réarmé avant l'expiration du délai, l'automate tombe en situation de défaut: • Toutes les entrées sont liées à des cases mémoire spécifiques:  Arrêt du programme  Génération de signaux de sortie sécuritaires • Le chien de garde prévient des situations dans lesquelles l'automate serait embourbé (erreur de programmation ou matériel défectueux) défectueux). • Il permet de sortir, par exemple, d'une boucle infinie qui empêcherait l'exécution normale des instructions du programme. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof.  Un bit par entrée logique  Un (ou plusieurs) octets (mots de 8 bits) par entrée analogique • S’il y a du courant qui passe par l’entrée Xxx, un "1" logique est écrit dans la case mémoire attachée à cette entrée. • S’il n’y a pas de courant qui passe par l’entrée Xxx, un "0" logique est écrit dans la case mémoire attachée à cette entrée. Page 43 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 44
  12. 12. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Exécution des instructions Mise à jour des sorties • Chaque échelon du programme est exécuté à tour de rôle, de haut en bas et de gauche à droite. • Toutes les sorties sont liées à des cases mémoire spécifiques: • Les variables sont évaluées à partir de l’information contenue dans les cases mémoire. Les variations dans les signaux d’entrée ne seront pris en compte que dans le cycle d’exécution suivant. • Le résultat des opérations est placé dans des cases mémoire attachées aux variables de sortie correspondante. • Durant l’étape d’exécution, le programme n’intervient ni sur les entrées, ni sur les sorties physiques du PLC. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat • S’il y a un "1" logique dans une case mémoire attachée à une sortie, le commutateur de cette sortie (transistor, triac ou relais) est activé (on y permet le passage d’un courant) courant). • S’il y a un "0" logique dans une case mémoire attachée à une sortie, le commutateur de cette sortie est désactivé (on y empêche le passage d’un courant). Page 45 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Page 46 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Opération « contact » • Contact à fermeture • XIC: Examine if closed • NO: Normally open contact False "1" True bit xx État "0" True "1" False bit xx • Contact à front descendant • Détection de front négatif • DIFD: Differentiate down Page 47 État "0" • Contact à front montant • Détection de front positif • DIFU: Differentiate up Impact su la sortie ur Détection du changem ment d’état MEC743 - Martin Viens, prof. bit xx • Contact à ouverture • XIO: Examine if open • NC: Normally closed contact Écriture des sortie es Exécution du prog gramme Lecture des entré ées Changement d’état à l’entrée t Réarmement du chien de garde c Temps de réponse Le génie pour l'industrie  Un bit par sortie logique  Un (ou plusieurs) octets (mots de 8 bits) par sortie analogique bit xx Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. État True autre False État True autre False Page 48
  13. 13. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Comportement des contacts 08 – Automates programmables Opérations « relais » • Relais direct • OTE: Output energize • Normally de-energized coil État bit xx False "0" True "1" • Relais inversé • Outbar, Out not • Normally energized coil État bit xx False "1" True "0" • Relais à action set • OTL: Output latch • SET Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 49 True "1" État bit xx False inchangé True "0" Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 50 Le génie pour l'industrie Comportement des relais Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie bit xx inchangé • Relais à action reset • OTU: Output unlatch • RES: Reset Le génie pour l'industrie État False MEC743 - Martin Viens, prof. Relais à bascule Page 51 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 52
  14. 14. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Fonction logique - ET Fonction logique - OU X401 Y431 X401 X402 Y431 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 Y431 = X401  X402 X402 0 1 1 1 1 1 X401 Y431 X402 END Y431 = X401  X402 X401 X402 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Page 53 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 54 Le génie pour l'industrie Fonction logique - NON Propriétés des opérations X401 Y431 NOT X401 0 1 1 Y431 END 0 aa  a aa a aa  0 a0  0 a0 a a 1  a a  a 1 a 1  1 Y431 = X401  ab  ba commutativité    a b  b  a  a  b  c    a  b  c  associativité    a  b  c    a  b  c  distributivité   a   b  c   a  b  a  c NON‐OU:   NON OU a  b  a  b X401 NON‐ET: Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. a b  a  b XOU: Y431 Le génie pour l'industrie Y431 a  b  a b  a b Page 55 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie     MEC743 - Martin Viens, prof. Page 56
  15. 15. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Fonction logique – NON-OU Fonction logique – NON-ET X401 Y431 X401 X402 Y431 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 Y431 = X401  X402 X402 0 1 0 1 1 0 X401 Y431 X402 END Y431 = X401  X402 X401 X402 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Page 57 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 58 Le génie pour l'industrie Fonction logique – XOU END    Y431 = X401X402  X401X402 0 1 1 Méthode graphique qui peut être utilisée pour identifier l’expression booléenne qui satisfait une table de vérité donnée 1 0 0  A X401 X401 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat 0 1 1 X402 Y431 1 X401 Y431 X402 0 X402 X401 Carte de Karnaugh 0 X401 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Y431 X402 MEC743 - Martin Viens, prof. Y431 Q 0 0 1 1 X402 B 0 1 0 1 0 0 1 1 Page 59 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie B B A A 1 1 MEC743 - Martin Viens, prof. QA Page 60
  16. 16. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Règles d’utilisation • Carte de Karnaugh Un seul bit change à la fois dans la séquence des variables identifiants les lignes et les colonnes de la carte. • Indiquer toutes les combinaisons qui donnent un résultat vrai par un 1. • Indiquer toutes les combinaisons qui donnent un résultat faux par un 0 ou l’absence de caractère. • Indiquer toutes les combinaisons qui ne sont pas utilisées par le circuit par un X. • La carte est sphérique i.e. que le bas est juxtaposé au haut et que la gauche est juxtaposée à la droite. • Regrouper un maximum de 1 et de X ensembles tout en gardant un aspect symétrique par rapport au centre de la sélection. Le nombre d’éléments dans chacun des groupes doit être une puissance de 2. • Tous les 1 doivent faire partie d’au moins un regroupement. Aucun 0 ne peut y figurer. Les X peuvent en être écartés. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 61 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Page 62 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Ex.: Affichage 7 segments Ex.: Affichage 7 segments Code binaire Segment A a b c d e f g 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 9 MEC743 - Martin Viens, prof. D 1 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat C 0 Le génie pour l'industrie B 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 Page 63 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 64
  17. 17. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Exemple de segment Segment e 1 1 x x x x 1 x x A B A B       e  C D  B D  D B  C Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Logique séquentielle Réalisation d’une fonction logique basée non seulement sur la combinaison de l état actuel l’état des entrées du circuit mais également sur l’historique de ces états. Segment f 1 AB A B AB A B A B AB 08 – Automates programmables 1 1 1 1 x x x x 1 1 x x Dépendance dans le temps Requiert une certaine forme de mémoire        A  B  C  D  C D f  C D  B  C  B D  A Page 65 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 66 Le génie pour l'industrie Bascule Set-Reset Set Exemple d'application Reset X401 Limite basse Y431 Y431 END 0 0 inchangé i h é 0 Y 0 1 Sortie Y 1 1 Limite haute Y 1 1 X402 Y431 0 X401 X402 0 Pompe Dans l'animation, les contacts ouvrent lorsque l'eau atteint le niveau correspondant Y431 =  X401+Y431  X402 Dans le vidéo, les contacts ferment lorsque l'eau atteint le niveau correspondant Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 67 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 68
  18. 18. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Exemple d’application (suite) 08 – Automates programmables Relais à bascule Circuit de verrouillage (seal-in) Relais à action Set et Reset Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 69 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 70 Le génie pour l'industrie Contact à front montant Zones de mémoire 1001 I (Mémoire image des entrées): Au début de chaque cycle, les entrées physiques du PLC sont copiées dans la mémoire image des entrées. entrées 0500 Q (Mémoire image des sorties): À la fin de chaque cycle, les valeurs contenues dans la mémoire image des sorties sont copiées dans les sorties physiques du PLC. P 0000 1000 1000 1001 1000 1001 1001 END V (Mémoire des variables): Mémoire utilisée pour sauvegarder des résultats intermédiaires d'opérations ou d'autres données. • Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour un seul cycle. Au cycle suivant, ce contact passera à False même si le bouton 0000 est toujours enfoncé. • Lorsque le contact 1000 est True, l’état de la sortie 1001 est inversé. • Lorsque le contact 1000 est False, l’état de la sortie 1001 est conservé. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Ces mémoires sont accessibles par bit (ex.: V10.2), par octet (ex.: VB10), par mot (ex.: VW10) et par double mot (ex.: VD10) Page 71 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 72
  19. 19. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Adresse des bits logiques Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. 08 – Automates programmables Adresse des données numériques Page 73 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 74 Le génie pour l'industrie Entrées/sorties analogiques AI (Entrées analogiques): Le PLC convertit une entrée analogique en une valeur numérique de 16 bits (un mot). Cette valeur est accessible à l adresse AIWx, où x désigne l adresse de l octet de l'adresse AIWx l'adresse l'octet départ (octet pair). Seule la lecture des entrées analogiques est possible. ex.: AIW0, AIW2, AIW4, … Accumulateurs AC (Accumulateurs): Mémoires de 32 bits utilisées pour sauvegarder des valeurs intermédiaires utilisées dans un calcul. Ces mémoires sont accessibles par octet, par mot et par double mot. C’est l’opération utilisée pour accéder à l’accumulateur qui détermine la taille des données en accès. AQ (Sorties analogiques): Le PLC convertit une valeur numérique de 16 bits (un mot) en un courant ou une tension proportionnelle à la valeur numérique. Cette valeur est écrite via l'adresse AQW où x dé i AQWx, ù désigne l' d l'adresse d l' t t d dé t ( t t pair). de l'octet de départ (octet i ) Seule l'écriture des sorties analogiques est possible. ex.: AQW0, AQW2, AQW4, … Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 75 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 76
  20. 20. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Déplacement de données 08 – Automates programmables Déplacement de données L’opération MOV permet le déplacement de valeurs numériques en mémoire. Ces données peuvent être entières ou réelles et codées dans des formats de 8 (B: byte) 16 (W: word) ou de 32 (D: double) bits byte), EN: Activation IN: Entrée OUT: Sortie Transférer un octet (8 bits) Transférer un mot (16 bits) Transférer un double mot (32 bits) • Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour un cycle seulement. • L’opération LDA lit une donnée et la conserve dans l’accumulateur du processeur (mémoire de travail temporaire). L’opération STA écrit cette donnée en mémoire. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Transférer un réel (32 bits) Page 77 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 78 Le génie pour l'industrie Opérations mathématiques Exemple Remarque: VD100 contient VW100 et VW102 … et autres. Remarque: VD200 contient VW200 et VW202 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 79 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 80
  21. 21. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Addition 08 – Automates programmables Compteur incrémental Un compteur sert à compter des impulsions et à avertir le programme lorsqu’un nombre prédéterminé d’impulsions ont été reçues. reçues • Initialement, la mémoire DM102 contient la valeur 0000. • Lorsque le bouton 0000 est pressé, le contact 1000 devient True pour un cycle q p , p y seulement. • L’opération LDA lit la valeur contenue dans la mémoire DM100 (100) et l'additionne à la valeur contenue dans la mémoire DM101 (200). • L’opération STA écrit le résultat (300) dans la mémoire DM102. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. • Chaque fois que le bouton 0001 est pressé, le compteur incrémental (CTU: count up) est incrémenté de 1. • Lorsque le compteur atteint le nombre prédéterminé (yyyy = 5), le contact C000 devient True. • Lorsque le bouton 0002 est pressé, le compteur est remis à 0. Page 81 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 82 MEC743 - Martin Viens, prof. Page 84 Le génie pour l'industrie Compteurs Application C (Compteurs): Deux variables sont associées à chaque compteur: - la valeur en cours : nombre entier signé de 16 bits représentant le total cumulé ; - le bit de compteur : ce bit est mis à 1 lorsque le total cumulé égale ou excède la valeur prédéfinie (valeur cible). Ces deux variables sont accessibles à la même adresse: – les opérations prenant des bits comme opérandes accèdent au bit de compteur – les opérations prenant des mots comme opérandes accèdent à la valeur en cours. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 83 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie
  22. 22. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Compteur décrémental 08 – Automates programmables Chronogramme CTUD • Un compteur décrémental (CTD: count down) qui décrémente le compteur à chaque impulsion reçue. • Un compteur incrémental/décrémental (CTUD) qui possède deux entrées (une pour incrémenter le compteur, l’autre pour le décrémenter). CU: CD: R: PV: incrémente sur front montant décrémente sur front montant remise à zéro lorsque activé valeur cible* * Le bit de compteur est activé lorsque la valeur courante égale ou excède PV Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 85 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 86 MEC743 - Martin Viens, prof. Page 88 Le génie pour l'industrie Compteur rapide Application • Un compteur rapide (HSC: high-speed counter) compte des évènements dont la fréquence est trop rapide pour les compteurs ordinaires. • Ces compteurs reposent typiquement sur des circuits électroniques dédiés (les compteurs ordinaires reposent sur le traitement logiciel des impulsions). Ils fonctionnent indépendamment du temps de cycle du PLC. • La valeur en cours est nombre entier signé de 32 bits (double mot) représentant le total cumulé. ex.: HC0, HC1, HC2, … Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 87 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie
  23. 23. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Temporisateur 08 – Automates programmables Temporisation Un temporisateur (timer) impose un délai prédéterminé entre un front montant à l’entrée et à la sortie du temporisateur. T (Temporisation): Deux variables sont associées à chaque temporisation : - la valeur en cours : nombre entier signé de 16 bits représentant la durée comptabilisée par la temporisation ; - le bit de temporisation : ce bit est mis à 1 à l'expiration du délai et ce, jusqu'à la remise à 0 du temporisateur. Ces deux variables sont accessibles à la même adresse: – les opérations prenant des bits comme opérandes accèdent au bit de temporisation – les opérations prenant des mots comme opérandes accèdent à la valeur en cours cours. • Lorsque le bouton 0001 est pressé, le temporisateur de retard à la montée (TON: timer on-delay) débute la mesure du délai. • Lorsque le délai prédéterminé est expiré (yyyy = 5), le contact T000 devient True. • Lorsque le bouton 0001 est relâché, le temporisateur est réinitialisé. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 89 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 90 Le génie pour l'industrie Chronogramme TON Temporisateur cumulatif Un temporisateur cumulatif (TONR: retentive timer on-delay) se distingue d’un temporisateur TON par sa réaction à l’état de l’entrée de validation (Enable). (Enable) En effet lorsque Enable passe à False le temporisateur TONR effet, False, suspend la mesure du délai mais conserve la valeur accumulée jusqu’alors. • Lorsque le bouton 0002 est pressé, le temporisateur cumulatif débute la mesure du délai. • Lorsque le délai prédéterminé est expiré (yyyy = 5), le contact T000 devient True. • Lorsque le bouton 0001 est pressé, le temporisateur est réinitialisé. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 91 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 92
  24. 24. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels Chronogramme TONR 08 – Automates programmables Résolution de la temporisation Suivant le numéro du temporisateur, le S7-200 (Siemens) évalue les délais selon des incréments de 1 ms, 10 ms ou 100 ms. La valeur en cours est donc un multiple de cette base de temps. temps ex.: Si PT=50 pour T33, le délai sera de 500 ms. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 93 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 94 Le génie pour l'industrie Sommaire Siemens S7-200 Registre à décalage Un registre à décalage permet de sauvegarder l’historique de l’état d’un bit en mémoire et de récupérer cette information au besoin. Qualité du cornet Étiquette du bit le plus récent Étiquette du bit le plus vieux Cadence du déplacement du convoyeur Ajout d’une boule de crème glacée Ajout d’arachides broyées Ajout de pépites multicolores • La qualité du cornet est détectée par le capteur J000. Le résultat de cette inspection est disponible dans la variable 0000 (T: bon, F: brisé). • À chaque fois que la position du convoyeur est incrémentée, une impulsion est envoyée sur l’entrée 0001. • Chaque bit conservé contrôle l’ajout de valeur au produit. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 95 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 96
  25. 25. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Sortie d’impulsions rapides • Génération de trains d’impulsions rapides avec un rapport cyclique (duty cycle) de 50% (PTO: pulse train output) • Génération d’impulsions modulées en largeur (PWM: pulse width modulation) Programmation d’un automate • Le mode de fonctionnement désiré (les paramètres du train d'impulsions) est d'abord inscrit dans des zones précises de la mémoire SM • L'opération PLS active la génération des impulsions sur la sortie Q0 x Q0.x Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 97 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Page 98 Le génie pour l'industrie Langages usuels FDB: Function Block Diagram Langages Graphiques • LD (Ladder Diagram)  Diagramme en échelle • SFC (Sequential Function Chart)  GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande Étape/Transition) • FBD (Function Block Diagram)  Logigramme Langages textuels • IL (Instruction List)  Liste d'instructions • ST (Structured Text)  Texte structuré Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 99 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 100
  26. 26. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels SFC: Sequential Function Chart Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. 08 – Automates programmables IL: Instruction List Page 101 Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Page 102 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie ST: Structured Text GRAFCET - Les liaisons • Relient les étapes entre-elles. 11 Liaison Transition 12 • Toujours de haut en bas – Sinon, mettre une flèche... Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Page 103 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof.
  27. 27. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Les transitions Les réceptivités • Ce sont des barrières entre les étapes qui peuvent être franchies selon certaines conditions. • Trait horizontal. • Ce sont les conditions qui doivent être remplies pour franchir la transition. • La réceptivité est inscrite à la droite de la transition. 11 Liaison M3.1 Transition Réceptivité 9 M10.5 T_9 a.b.(c+/d) 12 M3.2 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie 10 MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Règle #1 - L’initialisation Règle #2 - La validation • Il existe toujours au moins une étape active lors du lancement de l'automatisme. Ces étapes activées lors du lancement sont nommées “ÉTAPES INITIALES” “É S S • Une transition est soit validée ou non validée. • Elle est valide lorsque TOUTES immédiatement précédentes sont actives. les étapes • Elle ne pourra être franchie que lorsque qu'elle est validée ET que la réceptivité associé est vraie. 1 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof.
  28. 28. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Règle #2 - La validation Règle #2 - La validation • Grafcet #1: • Grafcet #2: Étape active Étape active Ét ti T ransition validée 10 a Étape active 10 21 Étape active 33 Étape inactive T ransition non validée 11 a e T ransition validée 34 12 Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie Règle #3 - Le franchissement Règle #3 - Le franchissement • Le franchissement d'une transition entraîne l'activation de TOUTES les étapes immédiatement suivantes, et la désactivation de TOUTES les étapes précédentes. O S Étape active Étape active 10 Réceptivité vraie 10 a Franchissement 34 Étape active Département de génie mécanique Programme de baccalauréat 10 21 33 a Franchissement Réceptivité vraie AVANT e e AVANT Étape active Étape active 34 Transition validée 11 11 33 T ransition non validée 10 a a 12 21 Étape inactive Étape active Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie 12 APRÈS APRÈS Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof.
  29. 29. MEC-743 Instrumentation et contrôle de procédés industriels 08 – Automates programmables Règle #4 - Le franchissement Règle #5 • Plusieurs transitions simultanément franchissables sont simultanément franchies • Si au cours du fonctionnement une même étape doit être désactivée ou activée simultanément, elle reste activée. • Cohérence théorique interne au GRAFCET. Département de génie mécanique Programme de baccalauréat Le génie pour l'industrie Département de génie mécanique Programme de baccalauréat MEC743 - Martin Viens, prof. Le génie pour l'industrie MEC743 - Martin Viens, prof.

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