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7/14/2019 Automatismes.pptx

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Automatismes

industriels

Les automates

programmables



p g

SommaireChapitre 1: définition d’automatisme

1_1 :exemple d’application d’api 1_2 :définition automatisme1_3 :bute d’automatisation

1_4 :Historique1_5 :fabriquant des automates

Chapitre 2 :constitution générale de l’API

2_1: Architecture matérielle2_2: fonctionnement2_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 principe3_2:les actionneurs

3_2_1:moteur électrique3_2_2:vérin pneumatique3_2_3:autres actionneurs

3_3:les pré actionneurs3_3_1 les contacteurs3_3_2 les relais3_3_3 les distributeurs pneumatique

3_4:les capteurs3_4_1 capteurs TOR3_4_2 capteurs analogique3_4_3 transmeteurs



Applications des automatesprogrammables.

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



• Automatisme du bâtiment

• Chauffage, climatisation

• Distribution électrique

•

éclairage• Sécurité, alarmes

• Régulation de Processus Chimie

• pétrochimie

• pharmaceutique• Traitement des eaux

• Thermique, fours, métallurgie




• 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 dessystèmes automatisés (SA).

• Automatisation : C’est l’exécution automatique de tâches

sans interventions humaines.



DéfinitionUn 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)



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 designaux d’entrées et de sorties (numériques ou analogiques)toutes machines et processus, en environnement industriel.

Définition



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.




• Proposer aux hommes des tâches valorisantes – Au lieu de chargement / déchargement de pièces sur

une machine, offrir la possibilité de la contrôler voireprogrammer.

• Accroître la productivité

– Cadence de production soutenue

–

Pas de fatigue

• Économiser les matières premières et l'énergie

– Production plus efficace




• Superviser les installations et les machines

–

Vérifier l’état de fonctionnement de la machineet prévenir si une maintenance est nécessaire.

– Augmentation de la disponibilité.



Historique

C'est Modicon (entreprise américaine) qui créa en1968, aux USA, le premier automate programmable. Sonsuccès 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 automatisésde l'industrie, des infrastructures et du bâtiment.



Quelques fabriquants des automatesdans 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




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



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 temporisationappelée chien de garde.



Remarque:

On peut choisir le mode d’ exécution desprogrammes 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 automatesNombre d’entrées sorties fixe

Généralement pas d’analogique ni de communication Remplacement de logique à relais•Les automates compacts10 à 250 entrées-sorties

Nombre d’entrées-sorties extensible par blocsFonctions analogiques et communications limitéesPetits automatismes, logique combinatoire et séquentielle



N L +24 VD

C

- 1 0 3 2 5 4 7 6 9 8

0 OUT COM 2 1 3 5 6 7 8 OUT COM 9

10 12 11 13

4 OUT COM INPUTS 24 VDC OUTPUTS 2A Ry OUT COM A B SG EXTENSION

IN COM

ERR

I/O

RUN

COM

1

1

0

0

I

O 3 2 5 4 7 6 9 8

3 2 5 4 7 6 9 8

11 10 13 12

TSXO7

Type monobloc



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 DCCourant choisie selon la consommationdes modules utilisés.

• Exemple TSY PSY 2600M

ALIM 100/240 VCA 26W



CPU

Caractéristique :Vitesse possesseurMémoire de travailLes ports intégrés de communicationLimitation systèmes

Nombre de modules ,de rack . . .Environnement logiciel

CPU 412-1 MPI/DPsiemens

TSX P57 2634M

Télémécanique



Module d’entrée sortie

Module entrée TOR (tout ou rien):

Il est constituer des entrées physique logiqueLa lecture d’état logique du signale se fait par la

mesure de la tension d’entrée : soit la tension au borne d’entrée est présenteon 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 entrée Analogique :

Il est constituer des entrées physique analogiqueLa lecture du valeur du signale se fait par la

mesure de signale d’entrée ( tension , courantrésistance ).Il est constitué d’ un convertisseur analogiquenumérique .




Module sortie Analogique :

Il est constituer des sorties physique analogiquequi fournie un signale ( tension, courant ) aux

périphérique extérieur.Il est constitué d’un convertisseur numérique

analogique .



Les systèmes d’entrés – sortiesdéportées

• 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



Partie opérative

Partie commande

Les capteurs Les préactionneurs

Traitement des données

Dialogue homme machine

Les actionneurs

pupitre



Partie opérative/les actionneurs

les Actionneurs électriqueLe moteur à courant alternatif :Il existe deux sorte de moteur à courant alternatif:

En premier nous avons les moteurssynchrones qui sont utilisés pour les TGVaussi appelé alternateur quand il est utilisécomme générateur.

En deuxième on trouve le moteur asynchrone

Qui ne possède aucune connexion entre le rotor etLe stator (cas rotor cage d'écureuil). Se moteur estessentiellement alimenter par des systèmes decourant triphasés.

Moteur synchrone

Moteur asynchrone



• Les moteurs pas à pas

Se sont des machines électrique Synchrone ,ou le rotor est en aimentpermanant , Et le stator constitue par des bobines commandés par uncourant continu géré par un système électronique

Avantage

• Sans balais• Couple important même en petite vitesse• Asservissement de position sans perte d’angle • Vitesse important




Une machine électrique à courant continu estconstituée :

D’un stator à base d’un flux de champ

magnétique crée soit par des enroulementsbobinée soit par un aiment permanent

D’un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant la polarité de chaque enroulement

rotorique.




les actionneurs pneumatiqueLes vérins pneumatique : il fournie une énergie

mécanique à partird’une énergie pneumatique

Ils produisent un mouvement de translation.Type des vérins :

Vérin double effet Vérin simple effet

Vérin linéaireVérin rotatif




Vérin simple effet

Vérin rotatif


Vérin linéaire



Autre actionneurs

• Ventouses pneumatique :Très utilisée dans la

manipulation d’objets.

• vanne à commande: – Électrique (électrovanne)

– Pneumatique

– Hydraulique



Exemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique




Les pré actionneursLes pré actionneurs se sont des dispositifs intermédiaires pour

la commande des actionneurs .

Les contacteurs et les relais:

Le contacteur est un appareil électromécanique de commandemécanique de connexion, capable d’établir, de supporter etd’interrompre des courants dans les conditions normales ducircuit, y compris les conditions de surcharges en services.

Contacteur 4 pole



La commande des contacteur se fait parl’alimentation électrique du bobine interne ducontacteur.

Les pré actionneurs

Une bobine



Les relais se sont des interfaces de commande Ilest chargé de transmettre un ordre de lapartie commande à la partie puissance d'un

appareil électrique et permet, entre autres, unisolement galvanique entre les deux parties.

Type :

Relais électromécaniqueRelais statique




Schéma de principe

Relais électromécanique





Les relais statique :relais électronique à base dePhoto coupleur qui assure l’isolement électrique des deux parties électrique.




les distributeurs

Pour chaque vérin pneumatique, on associera un distributeur.

La commande du distributeur peut être pneumatique ouélectrique.

Les distributeurs sont constitués d’un corps contenantplusieurs orifices et d’un tiroir pouvant prendre plusieurs

positions dont une seule est active. Le symbole d’un distributeurse présente sous la forme suivante


L d’i f i



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



définition

Un Capteur est un dispositif transformant l'état d'unegrandeur 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 lasituation pour lequel il a été spécifiquement conçu.

Les capteurs



Les capteursQuelque principes physiques exploités par les capteurs :• Angle• Courant• Champ magnétique• Débit• Déplacement• Distance

• Force• Inertiels• Lumière• Niveau• Position• Pression• Son• Température

L t t t i



Les capteurs tout ou rien

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

Sur la majorité des systèmes automatisés, le traitementdes données est effectué sur des variables de type

logiques( informations sur 2 états).

L t t t i



En fonction des application on distingue deuxTypes de technologies :

Les capteurs à détection avec contacte pour lequel l’objet àdétecter entre directement en Contacte avec un élément ducapteur

Les capteurs à détection sans contact, pour lesquels l’objetest détecter à distance par le capteur .


L t t t i



Les interrupteurs de positions sont des appareilsactionnés par contact direct avec l’objet à détecter. Ils

transforment ce contact physique en une fermeture ououverture 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, angulaireou multidirectionnel )

Dispositif de

manoeuvre

Boitier

Contacts

électriques


L t t t i



Les détecteurs inductifs sont des appareilscapables de détecter des objets métalliquesà distance. Une sortie statique informe de la

détection

Le Détecteur inductif





Un détecteur inductif se compose essentiellement d’un oscillateur dont les bobinagesconstituent la face sensible. A l’avant de celle-ci est crée un champ magnétiquealternatif


Après mise en forme, un signal de sortie, correspondant à un contactNO ou NF, est délivré.




Le détecteur capacitif

Les détecteurs capacitifs sont desappareils capables de détecter desobjets métalliques ou isolants àdistance ( solide, liquide oupulvérulent ). Une sortie statiqueinforme de la détection.





Un détecteur capacitif se compose essentiellement d’un oscillateur dontles condensateurs constituent la face sensible. Celle-ci est formée parl’une des armatures du condensateur. L’autre armature étant constituéepar l’objet à détecter.

Après mise en forme, un signal de sortie,correspondant à un contact NO ou NF, estdélivré.

2

1

4

3

5

6





Les détecteurs photoélectriques sont des appareils capables dedétecter des objets à très grandes distances ( quelquescentimètres à plusieurs dizaines de mètres ). Ils se présententsous la forme d'un boîtier avec ou sans réflecteur, ou de deux

boîtiers; l'un émetteur, l'autre récepteur.





Emetteur Récepteur

Câble

Principe de fonctionnement:

Un détecteur de type barrage est composé d'unémetteur de lumière associé à un récepteurphotosensible.

Dans le cas du système barrage, les deux composantssont indépendants et placés l'un en face de l'autre.


Les capteurs



Les capteurs

Il permet le maintien d’un niveau à des points

spécifiques (niveau haut et niveau bas) et

alarme pour un niveau anormalement bas.

PUISARD

POMPAGE

MP1

NIVEAU

MAX

NIVEAU

MINI

N1

RESERVOIR

VIDANGE

Les détecteurs de niveau

Les capteurs

http://www.koboldmessring.com/french/h110.html







Fonctionnement des détecteurs de niveau

Il existe différentes méthodes de mesure ou dedétection de niveau, on peut en énuméreressentiellement 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

Les capteurs



Le détecteur de pression

Les pressostats et vacuostats sont constitués de deux parties distinctes :

Ils transforment le franchissement d'une valeur de consigne de pression, en un signalélectrique TOR ou Analogique.

Les capteurs

Les pressostats et les vacuostats ont pour fonction de contrôler ou de réguler unepression ou une dépression dans un circuit hydraulique ou pneumatique.

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

• un capteur (membrane ou piston) qui reçoit la pression et transmetl’information à la partie électrique

•une partie électrique comprenant des contacts ou une sortiestatique.

LES CAPTEURS ANALOGIQUES



Le fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistancesest basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de larésistance électrique d'un conducteur avec la température.

Mais comme ces variations sont différentes suivant qu'il s'agit d'unmétal ou d'un agglomérat d'oxydes métalliques, deux cas ont été

distingués sous les appellations de thermomètre à résistance d'une partet de thermistance d'autre part.




Lorsque la température varie on a :

La résistance électrique d'un conducteur métallique croit avec la température.

)32

1(0 T cT bT a R R

T la température en °C

a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal.

Ro la résistance à 0 °C

• C’est le platine qui est le plus utilisé.

1.1 – Thermomètre à résistance




Exemple : La sonde Pt100 est une sonde platine qui a une résistance de100 pour une température de 0 °C. (138,5 pour 100 °C)

R R K t S

0 *

R0= 100 pour t=0°CK=0.4




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 :

a et b sont deux paramètres de la thermistance.

T

b

ea R




Un second avantage des thermistances est leur faible encombrement. Leur domained'utilisation va de -80 à +700 °C avec une précision de 1/10ème à un demi degré.

1.3 - Comparatif

La comparaison des variations de résistivité d'un fil de platine et d'une thermistance est faitesur la figure ci-dessous. On constate que non seulement les variations sont de sens opposé, maisaussi que la variation de la résistivité est beaucoup plus importante pour une thermistance quepour un fil métallique

Les thermistances ne présentent pas le phénomène de polarisation et peuvent être traverséesindifféremment 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




20 1008060400

100

1000

10000

10

1

0.1

R é s i s t a n c e

SONDE PT 100

CTP




1.4 - Couple thermoélectrique

Exemple : le thermocouple

Un thermocouple est constitué de deuxconducteurs en métaux de

caractéristiques thermoélectriques

différents. Ces deux conducteurs placésdans un gradient de température, vont

générer une FEM ( V ) en rapport avec latempérature




1.5 - Sonde de niveau capacitive

La méthode de mesure capacitive est basée sur leprincipe du condensateur. La conversion d’une

variation de capacité en une variation de courants’effectue par un transmetteur.

LES TRANSMETTEURS



C'est un dispositif répondant à une variable mesuréeafin de générer et de transmettre un signal de sortie

standard en relation continue avec la valeur de lavariable mesurée.

Le transmetteur est destiné à être monté en tête desonde. Le signal du détecteur ( sonde de

température, de niveau, etc… ) est converti par le

transmetteur 2 fils en un signal courant linéarisé. Laliaison 2 fils assure à la fois l'alimentation et la

transmission du signal

LES TRANSMETTEURS

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. Attentioncependant au problème des parasites radioélectriques

• La boucle de courant : 0-20mA, 4-20mA

Le capteur délivre un courant proportionnel à la grandeur mesurée. La faibleimpédance du circuit améliore l’immunité aux parasites de la boucle et lui confèreune plus grande précision.

La boucle de courant 4 - 20 mA présente l’avantage de permettre la détection d’unecoupure de la ligne si i = 0 mA ( sécurité fil coupée ).

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