Cours electricite : utilisation de l’automate programmable
Cours électricité :utilisation de l’automate programmable
Raccordement d’un automate programmable
I.1Introduction
Les automatismes sont réalisés en vue d’apporter des solutions à des problèmes de nature technique, économique ou humaine.
Eliminer les tâches dangereuses et pénibles, en faisant exécuter par la machine les tâches humaines complexes ou indésirables.
Améliorer la productivité en asservissant la machine à des critères de production, de rendement ou de qualité.
Piloter une production variable, en facilitant le passage d’une production à une autre. Renforcer la sécurité en surveillant et contrôlant les installations et machines.
On distingue dans tout système automatisé la machine ou l’installation et la partie commande constituée par l’appareillage d’automatisme. Cette partie commande est assurée par des constituants répondant schématiquement à quatre fonctions de base :
- L’acquisition des données
- Le traitement des données
- La commande de puissance
- Le dialogue homme machine
I.2Structure fonctionnelle de l’automate
L’automate programmable industriel est un appareil qui traite les informations selon un programme préétabli.
Son fonctionnement est basé sur l’emploi d’un microprocesseur et de mémoires. (voir figure 1-1)
MEMOIRES
DIALOGUE
OPERATEUR
Figure 1-1 : structure d’un système de traitement
I.2.1 Interface d’entrée
Elles permettent d’isoler électroniquement le circuit externe (saisie de l’information) du circuit de traitement.
I.2.2 L’unité centrale
cœur de l’automate, elle est constituée:
- d’un processeur qui exécute le programme
- de mémoires qui, non seulement contiennent ce programme, mais aussi des informations de données (durée d’une temporisation, contenu d’un compteur)
Les types de mémoires :
Mémoires vives:
RAM – Random Access Memory ( Mémoire à accès aléatoires)
Ce sont des mémoires volatiles lues et écrites par le processeur.
Mémoires mortes:
ROM – Read only memory
PROM – ROM programmable
NE PEUVENT PAS ETRE EFFACES
REPROM – effacement par UV
EEPROM – effacement électrique
I.2.3 Interface de sortie
Elles permettent de commander les sorties toute ou rien (TOR) telle que : les contacteurs, les moteurs pas à pas, les électrovannes et ainsi des sorties analogiques (boucle de régulation débit température et variateur de vitesse.)
I.2.4 Communication et dialogue
Elle est réalisée avec l’opérateur par un pupitre de dialogue ou par l’intermédiaire d’un ordinateur et avec les autres automates pour un réseau informatique local.
I.3Description des automates
Il existe deux types d’automate programmable industriel:
- le type monobloc
- le type modulaire
I.3.1 Automate Monobloc
Le type monobloc possède généralement un nombre d’entrées et de sorties restreint et son jeu d’instructions ne peut être augmenté. Bien qu’il soit parfois possible d’ajouter des extensions d’entrées/sorties, le type monobloc a pour fonction de résoudre des automatismes simples faisant appel à une logique séquentielle etutilisant des informations tout-ou-rien. (voir figure1-2)
Figure1-2 : Automate monobloc TSX Nano
Exemple 1 : automate monobloc (voir figure1-3)
Figure1-3 : automate monobloc
1- Une prise (1) pour raccordement du terminal de programmation.
2- Un sélecteur pour codage de la fonction base / extension. 3- Deux points de réglage analogique.
4- Une visualisation :
- Des entrées 0 à 8 ou 0 à 13 et sorties 0 à 6 ou 0 à 9,
- De l’état automate (RUN, ERR, COM, I/O).
5- Un raccordement de l’alimentation secteur
6- Une alimentation capteurs (=24V/150mA) sur modèles alimentés en∼
100…240V.
7- Un raccordement des capteurs d’entrées.
8- Un raccordement des préactionneurs de sorties.
9- Un raccordement extension (extension d’entrées /sorties et / ou extensionautomate) ou raccordement Modbus esclave
10- Un cache amovible pour protection des borniers à vis.
I.3.2 Automate Modulaire
Par ailleurs, le type modulaire est adaptable à toutes situations. Selon le besoin, des modules d’entrées/sorties analogiques sont disponibles en plus de modules spécialisés tels: PID, BASIC et Langage C, etc. La modularité des API permet un dépannage rapide et une plus grande flexibilité. La figure 1-4 présente un automate modulaire.
Figure 1-4 : API modulaire
Exemple 2 :automate modulaire :(voir figure 1-5)
Figure1-5 : automate modulaire :
L’automate TSX 37-08 comprend :
1- Un bac à 3 emplacements.
2- Un bloc de visualisation centralisé.
3- Une prise terminal repérée TER.
4- Une trappe d’accès aux bornes d’alimentation.
5- Deux modules à 16 entrées et 12 sorties « Tout ou Rien » positionnés dans le premier et le deuxième emplacements (positions 1, 2, 3 et 4).
6- Une trappe d’accès à la pile optionnelle.
7- Un emplacement disponible.
8- Un bouton de réinitialisation
I.4Les applications de l’automate
Les automates trouvent leur application en milieu industriel, domestiques. On cite quelques exemples courants :
Exemple n°1: Feux de carrefour
(voir figure 1-6)
Figure1- 6 : Feux de carrefour
Description
On règle la circulation d’un carrefour de deux voies A et B par des feux tricolores
(Rouges, orange, vert).
Exemple 2 : Portail coulissant.(voir figure 1-7)
Figure 1-7 : Portail coulissant.
Soit un portail coulissant à commander :
- Le portail étant fermé, le contact fin de course fcFE est actionné ;
- On appuie sur le bouton-poussoir d’ouverture S3, le moteur actionne le portail et provoque son ouverture ;
- En fin d’ouverture, le contact fin de course fcOU est actionné, il signale l’ouverture du portail, et il coupe l’alimentation du moteur.
L’action sur le bouton-poussoir de fermeture provoque l’inversion de sens de marche du moteur, et la fermeture du portail.
Le portail libère le contact fcOU, et se déplace jusqu’à actionner le contact fcFE qui provoque l’arrêt du moteur.
…
Figure1- 8 : système de perçage
Exemple 4° système de pompage
(voir figure 1-9)
Réservoir B4 P anti bélier surpresseur
P B2
P1
P2
P B3
Réservoir #1
Réservoir #2
P B1
Figure1- 9 : système de pompage
I.5Les différents modules d’entrée/ sortie
Les modules d’entrée / sortie sont les interfaces qui permettent de communiquer avec le microprocesseur.
On distingue :
Les interfaces d’entrée.
Les interfaces de sortie.
I.5.1Interface d’entrée
a) Interface Tout on rien (TOR)
A partir d’un signal quelconque en entrée, les interfaces fournissent en sortie deux tensions 0V ou 5V. Ces interfaces sont de type à contact, ou statique (voir figures
1-10 et 1-11)
DEL
Figure 1-10 : Interface d’entrée tout ou rien à relais vers unité de traitement
Figure 1-11: Interface d’entrée tout ou rien statique.
b) Transmetteurs analogiques
Les transmetteurs analogiques : Tension / intensité permettent d’adapter les signaux issus des capteurs pour les rendre compatibles avec l’unité de traitement. La variation de la grandeur d’entrée est convertie en une variation :
- En tension : de 0V, à10V
- En intensité : de 0 mA à 20 mA, ou de 4 mA à 20 mA
Exemple : Transmission de mesure de température effectuée par une sonde PT (voir figure 1-12)
PT | 2mA |
Sortie | |
100 | 4-20mA |
0-20mA |
Réf
Figure1-12 : Interface d’entrée analogique
I.5.2 Interface de sortie
a) Interface de sortie tout ou rien
La sortie de l’unité de traitement peut s’effectuer soit sur relais, soit sur transistor (TTL), ou avec un triac.
…
Figure1-14 : Interface de sortie statique à transistor
b) Interfaces de sorties analogiques
Les conventions digitales /analogiques ont pour fonction de générer un signal analogique normalisé (0-10 V ; 0-20 mA) à partir d’une information numérique, délivrée par l’ unité de traitement et codée en binaire, sur des sorties digitales TOR raccordées aux entrées de l’ interface( ou convertisseur).
Figure 1-15 : Interface de sortie numérique / analogique
Figure1-16 : Modules E/S
Figure1-17 : Les bornes sont des E/S
Figure 1-18 : Le n° 1 est un connecteur pour une entrée sortie analogique
Figure 1-19 : Câblage des entrées/sorties TOR :
I.6Les étapes à suivre pour raccorder un automate
Pour raccorder un automate, il est recommandé:
- De suivre les spécifications du fabricant.
- De suivre la technique de raccordement.
- De vérifier si les modules sont dans leurs embases respectives. Vérifier le type, le numéro du modèle et le diagramme de câblage. Vérifier l’emplacement des embases dans le document pour l’assignation des adresses d’E/S.
- De localiser le paquet de fils correspondant à chaque module et le diriger à travers le conduit à l’emplacement du module. Identifier chacun des fils dans le paquet et s’assurer qu’ils correspondent à ce module en particulier.
- En commençant avec le premier module, repérer le fil dans le paquée qui se branche à la borne la plus basse. Au point où le fil arrive à la même hauteur que le point de terminaison, plie le fil à angle droit vers la borne.
- De couper le fil pour qu’il dépasse de 6 mm du côté de la vis de la borne. Dégainer l’isolant du fil à approximativement 9 mm. Insérer le fil sous la plaque de la borne et serrer la vis.
- Si deux modules ou plus utilisent la même source d’alimentation, on peut utiliser du cavalier «jumpers » pour le câblage de la source d’alimentation d’un module à l’autre.
- Si le câble blindé est utilisé, en brancher seulement un bout à la mise à la terre, préférablement au châssis. Ce branchement évitera toutes boucles possibles de retour de masse. L’autre bout doit être coupé et non branché.
- De répéter la procédure de câblage pour chaque fil du paquet jusqu’à ce que le câblage du module soit complété. Après que tous les fils auraient été branchés, tirer doucement sur chacun pour s’assurer d’avoir un bon branchement.
- De répéter la procédure de câblage jusqu’à ce que tous les modules soient terminés.
(voir figure 1-20)
Alimentation capteurs/ préactionneurs
Figure 1-20 : Raccordement des alimentations
Les Langages de programmation
II.1Langage à contacts
Structure d’un programme :
Un programme en langage à contacts est composé d’une suite de réseaux de contacts exécutée de façon séquentielle par l’automate :
Dessiné entre deux barres de potentiel, un réseau est un ensemble d’éléments graphiques représentant :
- les entrées/sorties de l’automate (boutons-poussoirs, détecteurs, relais, voyants...),
- des fonctions d’automatismes (temporisateurs, compteurs...),
- des opérations arithmétiques, logiques et spécifiques,
- Les variables internes de l’automate.
Ces éléments graphiques sont reliés entre eux par des connexions horizontales et verticales.
(Voir figure 2-1)
Exemple : (Voir figure 2 - 2)
Figure 2 -2 : Exemple écrit avec un langage à contacts
II.2Langage GRAFCET
Le GRAFCET est une représentation graphique qui permet la transcription du fonctionnement d’un système automatique. Il prend en compte les entrées et les sorties, et définit le comportement séquentiel du système.
L’étape correspond à une situation élémentaire ayant un comportement stable. Une transition indique la possibilité d’évolution d’une étape à l’étape suivante. A chaque transition, on associe une, ou des conditions logiques qui traduisent la notion de réceptivité.
(Voir figure 2-3)
Étape initiale : définit la situation initiale de l’automatisme.
Transition : les réceptivités associées indiquent les conditions logiques nécessaires au franchissement de cette transition.
Activation simultanée des étapes 3 et 7 (Divergence en ET). Les sous- ensembles formés par les étapes 3, 4, 5, 6 et 7, 8, 9 constituent deux séquences dites simultanées.
Aiguillage (Divergence en OU) à partir de l’étape 3 vers l’étape 4 ou vers l’étape 5.
Fin d'aiguillage (convergence en OU)à partir de l'étape 4 ou de l'étape 5 vers l'étape 6.
Étape de fin de séquence : permet la synchronisation des séquences simultanées.
Désactivation simultanée des étapes6 et 9 (convergence en ET).
Étape : les actions associées ne s’exécutent que lorsque l’étape est active.
II.3Présentation du langage liste d'instructions
a) Principe
Un programme écrit en langage liste d'instructions se compose d’une suite d'instructions exécutées séquentiellement par l’automate.
Chaque instruction est composée d'un code instruction et d'un opérande. Ces instructions agissent sur :
- Les entrées/sorties de l’automate (boutons-poussoirs, détecteurs, relais, voyants...),
- Des fonctions d’automatismes (temporisateurs, compteurs...),
- Des opérations arithmétiques et logiques et des opérations de transfert,
- Les variables internes de l’automate.
Il existe 2 types d'instructions :
- Instruction de test, dans laquelle figurent les conditions nécessaires à une action, ex : LD, AND, OR...
- Instruction d'action, qui sanctionne le résultat consécutif à un enchaînement de test.
ex : ST, STN, R,...
b) Les instructions de base
c) Structure d’un programme
Généralités
Comme en langage à contacts, les instructions sont organisées en séquence d'instructions (équivalent à un réseau de contacts) appelée phrase. Chaque phrase se compose d'une à plusieurs instructions de test, le résultat de ces instructions étant appliqué à une ou plusieurs instructions d'action.
Une instruction occupe une ligne maximum. Chaque phrase commence par un point d'exclamation (généré automatiquement), elle peut comporter un commentaire et
être repérée par une étiquette.
! (*Attente de séchage*)
%L2:
LD%I0.1
AND%M10
ST%Q2.5
Commentaire
Le commentaire peut être intégré au début d'une phrase et peut occuper 3 lignes maximum (soit 222 caractères alphanumériques), encadrés de part et d'autre par les caractères (* et *). Il facilite l’interprétation de la phrase à laquelle elle est affectée, mais n’est pas obligatoire.
Les commentaires s’affichent uniquement à partir de la première ligne de la phrase. En cas de suppression d’une phrase, le commentaire qui lui est associé estégalement supprimé.
Les commentaires sont mémorisés dans l’automate et sont accessibles à tout moment par l’utilisateur. A ce titre, ils consomment de la mémoire programme
Étiquette
L’étiquette permet de repérer une phrase dans une entité de programme (programme principal, sous-programme,...) mais n’est pas obligatoire.
Cette étiquette a la syntaxe suivante : %Li avec i compris entre 0 et 999 et se positionne en début d’une phrase.
Un repère d’étiquette ne peut être affecté qu’à une seule phrase au sein d’une même entité de programme.
Par contre il est nécessaire d’étiqueter une phrase afin de permettre un branchement après un saut de programme.
L’ordre des repères des étiquettes est quelconque, c’est l’ordre de saisie des phrases qui est prise en compte par le système lors de la scrutation.
Utilisation des parenthèses
Les instructions AND et OR peuvent utiliser des parenthèses. Ces parenthèses permettent de réaliser des schémas à contacts de façon simple. L'ouverture de parenthèses est associée à l'instruction AND ou OR. La fermeture de parenthèse est une instruction, elle est obligatoire pour chaque parenthèse ouverte.
Exemple : AND(
Aux parenthèses peuvent être associées les modificateurs :
- N négation, ex : AND(N ou OR(N,
- F front descendant (Falling edge), ex : AND(F ou OR(F,
- R front montant (Rising edge), ex : AND(R ou OR(R,
- [ comparaison.
Imbrication de parenthèses
Il est possible d'imbriquer jusqu'à 8 niveaux de parenthèses.
Note :
- Chaque parenthèse ouverte doit être impérativement refermée.
- Les étiquettes %Li: ne doivent pas être placées dans des expressions entre parenthèses, ainsi que les instructions de saut JMP et d'appel à sous programme SRi,
- Les instructions d'affectation ST, STN, S et R ne doivent pas être programmées entre parenthèses.
Instructions MPS, MRD, MPP
Les 3 types d'instruction permettent de traiter les aiguillages vers les bobines.
Ces instructions utilisent une mémoire intermédiaire appelée pile pouvant stocker jusqu'à 3 informations booléennes.
L'instruction MPS (Memory PuSh) a pour effet de stocker le résultat de la dernière instruction de test au sommet de la pile et de décaler les autres valeurs vers le fond de la pile.
L'instruction MRD (Memory ReaD) lit le sommet de la pile.
L'instruction MPP (Memory PoP) a pour effet de lire, de déstocker le sommet de la pile et de décaler les autres valeurs vers le sommet de la pile.
Exemples :
Programmer une instruction
Les automates TSX sont programmables en langage LIST : listes d’instructions ou
LADDER : langage à contacts.
…
IV.L’utilisation d’un logiciel de programmation
IV.1 Les logiciels de programmation
Marque | Automate | Logiciel |
Télémécanique | TSX Nano | Pl707 |
TSX 3708,TSx22 | Pl7- micro | |
TSX Premium | Pl7 junior | |
ALENBRADLEY | SLC 500 | APSF |
SIEMENS | Serie 5:S5 | Step 5 |
Serie 7:S7 | Step 7 |
Ce tableau récapitulatif donne le logiciel et le type d’automate conforme à ce dernier. L’opérateur peut communiquer avec l’automate soit à travers un P.C portable, fixe (figure 4-1) ou avec la console (figure 4-2, 4-3). On lie l’automate au
PC (ou à la console) par un câble (RS232).
Figure 4-1 : PC portable
Figure 4-2 : console
Figure 4 -3 : console
IV.2 Utiliser un logiciel de programmation
Pour pouvoir utiliser le logiciel :
- Il faut d’abord commencer par l’installation du logiciel de programmation, pour cela on met le CD ROM dans le lecteur de CD ROM et suivre les démarches habituelles d’installation soit sous Windows ou sous dos (Exécuter, Parcourir, etc.…)
- Configurer le matériel c’est à dire spécifier l’automate avec lequel on va travailler en donnant sa référence.
- On choisit le mode de programmation en choisissant l’éditeur approprie : Ladder (à contact) ; (LD) langage structurée (LS), ou GRAFCET (CHART)
- Le mode en ligne consiste à passer l’application pour que l’automate l’exécute. Pour cela le logiciel offre cette possibilité qui permet de passer du Mode local en mode connecté en appuyant sur l’icône Connecter, puis Transférer.
IV.3 Les moyens d’accès aux fonctions d’un automate
Les moyens d’accès aux fonctions d’un automate consistent à configurer l’automate, voir comment est structuré les mémoires et enfin comment connaître les paramètres de communication.
La procédure qu’on énonce concerne le logiciel PL7 Micro adapté à l’automate TSx3708 et version 3.0
- On commence par ouvrir une nouvelle application.
- Dans le menu Fichier on appuie sur nouveau.
- On passe à la configuration matérielle en choisissant l’automate dans une série offerte par logiciel.
- Pour allouer l’espace nécessaire à l’application on pourra voir dans le menu AP le menu Bilan mémoire qui nous montre comment la mémoire est partagée.
Configuration des E/S :
Le logiciel doit permettre de sélectionner la position et le format du module (format standard, demi-format) à configurer soit par clic sur la souris ou en manipulant les touches flèches du clavier. La configuration logicielle permet de définir pour l’application :
- Le nombre des différents types de blocs de fonctions,
- Le nombre de mots registres,
- Le nombre de bits internes °/°Mi,
- Le nombre de mots internes °/° MW,
- Le nombre de constantes °/° KW.
1) Ecriture des adresses des E/S :
Bit= % I 1.O%Q 2.3
Mot = % IW 6.2°/° QW6.O
Ecriture des adresses des Bits internes
Écriture des adresses des Le bloc fonction
°/° T1 °/° C1
IV.4 La méthode de programmation : (Résumé)
La méthode proposée vous permet de programmer, tester, mettre au point et sauvegarder votre programme.
Étape 1 :Configuration de l’application
Nom de l’application, valeurs des constantes, horodateur, paramètre des compteurs, temporisateurs.
Étape 2 :Saisie des symboles
Saisie des noms de Symboles pour chaque repère utilisé dans votre programme automate (contacts, bobines…).
Étape 3 :Saisie du programme
Et validation des saisies.
Étape 4 :Sauvegarde régulière du programme
En cours de saisie –PC vers disque.
Étape 5 : Transfert du programme dans l’automate Étape 6 : Mise en RUN et teste du programme Étape 7: Mise au point du programme
Éditeur de données.
Étape 8 :Sauvegarde du programme
Après mise au point – Automate ➝ disque
Étape 9 :création du dossier de l’application
SOMMAIRE
RESUME THEORIQUE .................... 7
I. Raccordement d’un automate programmable.................. 8
I.1 Introduction......................... 8
I.2 Structure fonctionnelle de l’automate ....................... 8
I.2.1 Interface d’entrée ............ 9
I.2.2 L’unité centrale................ 9
I.2.3 Interface de sortie ......... 10
I.2.4 Communication et dialogue.............. 10
I.3 Description des automates .................. 10
I.3.1 Automate Monobloc ......................... 10
I.3.2 Automate Modulaire......................... 13
I.4 Les applications de l’automate ............ 15
I.5 Les différents modules d’entrée/ sortie................... 18
I.5.1 Interface d’entrée .......... 18
I.5.2 Interface de sortie ......... 20
I.6 Les étapes à suivre pour raccorder un automate ...................... 24
II. Les Langages de programmation ............... 26
II.1 Langage à contacts .......... 26
II.2 Langage GRAFCET.......... 28
II.3 Présentation du langage liste d'instructions............ 30
III. Les principales instructions d’un automate................. 39
IV. L’utilisation d’un logiciel de programmation................ 41
IV.1 Les logiciels de programmation ........... 41
IV.2 Utiliser un logiciel de programmation...................... 43
IV.3 Les moyens d’accès aux fonctions d’un automate .................... 43
IV.4 La méthode de programmation : (Résumé)............ 44
V. Diagnostic des problèmes de fonctionnement d’un automatisme simple commandé par un automate ........... 45
V.1 Visualisation centralisée ...................... 45
V.2 Les problèmes de fonctionnement d’un automate programmable ................ 46
V.3 Les modifications apportées au programme d’un automate ...... 47
VI. L’essai d’un automatisme simple commandé par un automate..... 48
VI.1 Les dangers potentiels liés à l’utilisation d’un automate ............ 48
VI.2 L’essai d’un automatisme simple......... 48
GUIDE DES EXERCICES ET TRAVAUX PRATIQUES ....... 49
Exercices ..................... 50
TP 1 : raccordement d’un automate................... 60
TP2: Utilisation d’un logiciel de programmation .................... 61
TP2-1 ........................... 61
TP2-2 ........................... 62
TP2-3 ........................... 63
TP2-4 ........................... 63
TP2-5 ........................... 64
TP2-6 ........................... 65
TP2-7 ........................... 66
TP2-8 ........................... 68
Evaluation de fin de module............ 69
Liste bibliographique....................... 71