CHAPITRE IV : LES AUTOMATES PROGRAMMABLES …

1 Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 37 CHAPITRE IV : LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS I INTRODUCTION 1- D finition et Historique des : Un Automate Programmable Industriel est une machine lectronique, programmable par un personnel non informaticien et destin e piloter en ambiance industrielle et en temps r el des proc d s automatiques. Les AUTOMATES PROGRAMMABLES industriels ou comme on les appelle le plus souvent ou encore Programmable Logic Controller (PLC en anglais), sont apparut aux Etats-Unis vers 1969 o ils r pondaient aux d sirs des industries de l automobile de d velopper des cha nes de fabrication automatis es qui pourraient suivre l volution des technologies et des mod les fabriqu s. L s est ainsi substitu aux armoires relais en raison de sa souplesse, mais aussi parce que dans les automatismes de commande complexe, les co ts de c blage et de mise au point devenaient trop lev s.

2 Les premiers constructeurs am ricains taient les entreprises Modicon et Allen-Bradley. Les offrent de nombreux avantages par rapport aux dispositifs de commande c bl s, comme : La fiabilit . La simplicit de mise en uvre (pas de langage de programmation complexe) . La souplesse d adaptation (syst me volutif et modulaire) . La maintenance et le d pannage possible par des techniciens de formation lectrom canique. L Int gration dans un syst me de production (implantation ais e). Les ont subit des am liorations tous les 4 7 ans au fur et mesure de l apparition des composants lectroniques tels que les microprocesseurs et les microcontr leurs. 2- Domaines d'emploi des AUTOMATES : On utilise les API dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage, ) ou des cha nes de production (automobile, agroalimentaire ..) ou il peut galement assurer des fonctions de r gulation de processus (m tallurgie, chimie.)

3 Il est de plus en plus utilis dans le domaine du b timent (tertiaire et industriel) pour le contr le du chauffage, de l' clairage, de la s curit ou des alarmes. 3- Nature des informations trait es par l'automate : Les informations trait es par un API peuvent tre de type : Tout ou rien ( ) ou logique : l'information ne peut prendre que deux tats (0 ou 1 ..). C'est le type d'information d livr e par un d tecteur, un bouton poussoir .. Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien d termin e. C'est le type d'information d livr e par un capteur (pression, temp rature ..) Num rique : l'information est contenue dans des mots cod s sous forme binaire. C'est le type d'information d livr e par un ordinateur ou un module intelligent. II Architecture des 1- Aspect ext rieur : Les AUTOMATES peuvent tre de type compact ou modulaire. Les AUTOMATES type compact ou micro AUTOMATES int grent le processeur, l'alimentation, les interfaces d entr es / sorties.

4 Selon les mod les et les fabricants, ils peuvent r aliser certaines fonctions suppl mentaires (comptage rapide, E/S analogiques ..) et recevoir des extensions en nombre limit . Exemples : LOGO de Siemens, ZELIO de Schneider, S7-200 de Ces AUTOMATES sont de fonctionnement simple et sont g n ralement destin s la commande de petits automatismes . Pour les AUTOMATES type modulaire, le processeur, l'alimentation et les interfaces d'entr es / sorties r sident dans des unit s s par es (modules) et sont fix es sur un ou plusieurs racks contenant le "fond de panier" (bus plus connecteurs). Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 38 Ces AUTOMATES sont int gr s dans les automatismes complexes o puissance, capacit de traitement et flexibilit sont n cessaires. Figure 1 : Automate modulaire (Modicon) Figure 2 : Automate compact (LOGO) Figure 3 : Structure g n rale d un 2- Structure d un syst me complet La figure 4 repr sente un avec divers p riph riques et auxiliaires qui repr sentent son environnement.

5 Figure 4 : L et son environnement(= liaisons permanentes ; - temporaire ; --- ventuelle) 3- Structure interne de l automate L est constitu principalement de trois parties (voir figures 4 et 5) : Une unit centrale qui est le cerveau qui se trouve derri re toute prise de d cision logique. Unit Centrale Coupleurs de sorties Coupleurs d entr es Coupleurs de p riph rique Console de programmation Automate Ordinateur E/S d port es M moires auxiliaires Imprimante Proc d ou machine Actionneurs Capteurs Pr -Actionneurs Bus de communication Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 39 Des coupleurs d entr es/sorties qui assurent la liaison entre l unit centrale et le monde ext rieur (capteurs, pr actionneurs, ) Des coupleurs de p riph riques. Ces l ments communiquent par un bus appel Bus d entr es/sorties. Figure 5 : Structure interne d un API 3-1- L unit centrale ou UC L UC est caract ris par son processeur et sa m moire centrale (voir figure 6).

6 Figure 6 : Structure de l UC d un API Le r le de l UC est d ex cuter les programmes qui se trouvent dans la m moire. a- Le processeur : Il g re le fonctionnement de l automate programmable et ex cute les instructions du programme au rythme de son horloge. Il r alise toutes les fonctions logiques, arithm tiques et de traitement num rique (transfert, comptage, temporisation ..). Les processeurs sont actuellement r alis s par des microprocesseurs. Au d but de l apparition des API, les processeurs taient des processeurs c bl s (r alis s par des circuits logiques s par s) ou des processeurs microprogramm s (qui utilisait la logique programmable). b- la m moire centrale La m moire d un automate comporte une zone programme (ou m moire programmes ou utilisateurs), une zone donn es (ou m moire donn es) et une zone r serv e au moniteur ou syst me d exploitation qui est le logiciel de gestion de l (voir figure 6). la m moire programme contient les programmes utilisateurs ( ex cuter).

7 Elle est en technologie RAM sauvegard e par pile ou batterie ou en EPROM ou actuellement en EEPROM. Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 40 La m moire donn es est organis e de fa on sp cialis e, elle est c bl e directement sur les coupleurs d entr es/sorties (elle contient les tats des capteurs et pr -actionneurs). Elle est en technologie RAM obligatoirement et g n ralement sauvegard e par pile ou batterie. 3-2- Les coupleurs d entr es/sorties Les coupleurs d entr es/sorties, appel s aussi interfaces d entr es/sorties, sont des cartes lectroniques qui assurent la liaison entre l UC de l automate programmable et la Partie Op rative (le processus via les capteurs et les pr -actionneurs). Les coupleurs d entr es re oivent les signaux des capteurs et des commandes de l op rateur (via le pupitre de commande) qu ils traitent pour les rendre compatibles avec les caract ristiques internes de l Les coupleurs de sorties re oivent les signaux de l UC.

8 Ils les amplifient et les rendent compatibles avec les pr -actionneurs command s et les contr les du pupitre de commande. Pour la plupart des , les coupleurs sont group s avec l UC, mais sont modulaires par carte ou par rack. Le coupleur acc de d une part au bus d E/S, d autre part au bornier qui se trouve le plus souvent sur la face avant de l automate. Certains constructeurs proposent des E/S d centralis es (cartes d'entr es / sorties d port es). Les offrent une grande vari t d E/S comme : E/S (Tout Ou Rien c..d binaires ou digital). E/S sur mot ou E/S num riques. E/S sp ciales (modules intelligents) comme les E/S analogiques, les commandes d axes, les cartes de comptage rapide et les cartes de r gulation a- les interfaces d entr es binaires ( ) Les informations logiques peuvent tre de diff rente nature : Alternatif divers tensions de 12v 220v ou en tension ou encourant Continu divers courants de 1mA 1A Le coupleur est alors charg de rendre compatible ces divers signaux, pour qu ils soient calibr s en tension et en courant la logique de l automate (TTL, CMOS.)

9 Le sch ma de principe d une entr e binaire est donn sur la figure 7. Figure 7 : sch ma de principe d une entr e binaire La figure 8 donne un exemple du sch ma d une entr e binaire : Figure 8 : Exemple du sch ma d une entr e binaire b- les interfaces de sorties binaires Mise en forme (Redressement, ) Isolement lectrique (optocouplage). Information Visualisation Logique niveau TTL MOS Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 41 Le probl me est le m me que pour les interfaces d entr es, mais dans le sens inverse. Le sch ma de principe d une sortie binaire est donn sur la figure 9. Figure 9 : sch ma de principe d une sortie binaire La figure 10 donne un exemple du sch ma d une sortie binaire relais: Figure 10 : Exemple du sch ma d une sortie binaire Remarque : La capacit d interfa age est un crit re de choix important d un , ainsi que son nombre d E/S. 3-3- Les p riph riques et leurs coupleurs Ils sont divers.

10 Les principaux sont les suivants : M moire de masse Imprimantes Ces p riph riques sont en g n ral reli s sur la console de programmation et rarement directement sur l automate. Leurs interfaces sont classiques en informatique, ils g rent une transmission soit s rie soit parall le de type : RS 232C USB Autres AUTOMATES (superviseurs) Leurs liaisons sont de deux types : Soit par des ports d E/S de l automate. Soit par une interface sp cialis e appel e module ou cartes de communication (Ethernet ..) assurant une transmission normalis e travers des bus de terrain. Mise en forme ( ) Isolation lectrique (optocouplage ). Commandes Visualisation Logique niveau TTL MOS Triac Transistor ou relais Cours automatismes Logiques & Industriels GE1 Mme EL HAMMOUMI 42 Figure 11: Pyramide CIM (Computerized Integration Manufacturing) 3-4- C blage des entr es / sorties d'un automate : Branchement des Entr es TOR L'alimentation lectrique pour les capteurs /d tecteurs peut tre fournie par l'automate (en g n ral 24V continu) ou par une source ext rieure.