polytech automatisation

8/8/2019 Polytech Automatisation

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1

Jean Jean -- François PETIN François PETIN ee-- mail : Jean mail : Jean -- [email protected] [email protected] -- nancy.fr nancy.fr

Systèmes de contrôle et deSystèmes de contrôle et de commande industriels commande industriels

Ingénierie d’Automatisation

Systèmes de supervisionSystèmes de supervisionindustrielleindustrielle

Systèmes d’informationsSystèmes d’informationsindustriellesindustrielles

Modèles, méthodes et outils pourl’analyse, la conception et l’implantation des :



2


Automatiser ?

• Définir, implanter les règles de commande d'unsystème à partir de la connaissance du

comportement dynamique du procédé àautomatiser et des objectifs à atteindre

Dynamics ∧ Unknown Control rules ⊃ Goal

• Définir et implanter un systèmed’information permettant leséchanges entre le systèmeautomatisé et les systèmes degestion de l’entreprise (MES)

• Définir et implanter les interfaceshommes/machines permettant laconduite et le pilotage de la production(supervision)

1.1. Introduction GénéraleIntroduction Générale

2.2. Systèmes de commandeSystèmes de commande

2.12.1 IntroductionIntroduction2.2.2.2.TechnologieTechnologie2.3.2.3.De l’analyse à la conceptionDe l’analyse à la conception2.4.2.4.Conception modulaireConception modulaire2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation

3.3. Systèmes de supervisionSystèmes de supervision

3.1.3.1.Rôle d’un système de supervisionRôle d’un système de supervision3.2.3.2.Conception des applications deConception des applications desupervisionsupervision

4.4. M.E.S.M.E.S.4.1.4.1.Rôle d’un M.E.S.Rôle d’un M.E.S.4.2. Standard ISA SP954.2. Standard ISA SP95



3


SGBD

Maintenance

Gestion technique

Suivid’atelier

M.E.S.

SGBD Gestion de Production

Gestion financière

Gestion commerciale

Gestion Ressources Humaines

E.R.P.

Calculateur desupervision

Modulesd ’assistanceà l ’opérateur

IHMConduite et

supervision dessystèmes

CalculateurLocal

CalculateurLocal

Systèmes decommande

Process

Automatiser ?


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Ingénierie ?

Spécification

ConceptionGénérale

ConceptionDétaillée

Codage

Tests unitaires

Tests intégration

RecetteScénarios de tests

Scénarios de tests

Scénariosde tests

BesoinBesoin Système opérationnel

modèleoutilsméthode




S.A.P.

VueFonctionnelle

VueComportementale

VueOrganique

VuePhysique




Plan du cours

• Analyse, conception et implantation des systèmes decommande– Définitions– Technologie– Conception (modularité, interopérabilité)– Implantation– Validation / vérification

• Supervision industrielle– Rôle et objectif – Architecture technique– Méthodes de mise en oeuvre

• M.E.S.– Principes généraux– Formalisation UML de la norme ISA SP 95

Exemple support




3.3. Systèmes de supervisionSystèmes de supervision3.1.3.1.Rôle d’un système de supervisionRôle d’un système de supervision3.2.3.2.Conception des applications deConception des applications desupervisionsupervision





Analyse, conception

et implantationdes systèmes de commande









Analyse, conception et implantation des systèmes de commande 2.1. Introduction

PARTIECOMMANDE

PARTIEOPERATIVE

C A P T E U

R

A C T I O N N E U R S

ENERGIE

MATIERED’ŒUVRE

ENTRANTE

MATIERE

D’ŒUVRESORTANTE

INFORMATIONSVERS D’AUTRES

SYSTEMES

Interventions humaines sur

Partie Commande

Interventions humaines sur

Partie Opérative









Analyse, conception et implantation des systèmes de commande 2.1. Propriétés des systèmes de commande

Le terme " SYSTEME REACTIF " a été introduit par D. HAREL et A. PNUELI en 1985 pour caractériser des systèmes qui maintiennent une INTERACTION

PERMANENTE avec leur environnement …Les problèmes dus auxéchanges de signauxsont plus importants que lesproblèmes liés aux calculs à faire.

SYSTEME REACTIFSYSTEME REACTIF

… par opposition aux systèmes TRANSFORMATIONNELSqui se terminent avec la production d'un résultat à partir dedonnées initiales.

SYSTEME ENVIRONNEMENT

INTERACTIONPERMANENTE

t TEvénements

d'entrée

Evénementsde sortie










La plupart des systèmesREACTIFSsont ditsTEMPS REELcar soumis àde fortesCONTRAINTES TEMPORELLESimposées par leur environnement etauxquelles ils doivent satisfaire.

SYSTEMES "TEMPS REEL"SYSTEMES "TEMPS REEL"

SYSTEME ENVIRONNEMENT

INTERACTIONPERMANENTE

t T

Contraintes Temporelles

Il est communément admis d'appeler TEMPS REEL un système ou

un programme qui reçoit des interruptions externes ou qui lit desinformations capteurs en provenance d'un monde extérieur, et qui

produit en retour des commandes (sorties) en respectant des contraintestemporelles.










Contraintes de SÛRETE DE FONCTIONNEMENTContraintes de SÛRETE DE FONCTIONNEMENTDans les pires conditions, les réactions du système doivent conserverleurs caractéristiques (permanence de l'action avec l'environnement :chaque action "non maîtrisée" peut avoir des conséquencescatastrophiques sur l'environnement)

Propriété d'invariancepréservée dans un nombre fini d'états dusystème :"ce qui ne doit jamais arriver"Propriété devivacité(ou de fatalité) devant être atteinte dans unétat futur du système :"ce qui doit arriver un jour"

Les systèmes réactifs "temps réel" doivent respecter, outre de fortes contraintes temporelles, d'autres contraintes qui peuvent être aussi, voire plus, importante :

Contraintes LOGIQUESContraintes LOGIQUES

Déterminismede comportement qui impose le respect de laSPECIFICATION des relations entre ENTREES et SORTIES :"Une même séquence d'entrées provoque toujours la même séquence de sortie"









Intégration partielleMateriel / Logiciel

hors site

Analyse, conception et implantation des systèmes de commande

2.1. Cycle de vie d’un projet d’automatisation

Besoin ExploitationMaintenance

Spécification de laPartie commande

Spécification du

S.A.P.

Conception généralePartie commande

Spécif.Partie matérielle

Spécif.logiciel

Concept.Schémasimplant.

et câblagesur site

Concept.Détail.

Sous-ens.matériels

Concept.prélim.logiciel

Concept.détail.

logiciel

Codage

Câblage des Sous-Ens. matériels

Câblage sur site

et réalisation

Conceptionde lapartie

opérative

testsunitaireslogiciel

testsintégration

Validation

Valid.et tests

Sous-Ens.matériels

Valid.et tests

câblagesur site

Intégration globalede la partie commande

sur site

Intégration du S.A.P.

(tests et mise en service)


2.2. Systèmes de commandeSystèmes de commande2.12.1 IntroductionIntroduction2.2.2.2.TechnologieTechnologie2.3.2.3.De l’analyse à la conceptionDe l’analyse à la conception2.4.2.4.Conception modulaireConception modulaire2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation







2.2. Un peu de technologie …Structure des Automates Programmables Industriels (A.P.I.)

AlimentationProcesseurUnité de

traitementMémoire E/S

TORE/S

ANA CoupleursCartesspécialisées

Bus ( fond de panier )

U.C.

P.O.CommunicationsENERGIE

Interfaces : cartes d’E/S modulaires Nombre d’emplacements limitésCartes spécialisées : cartes de comptage, commande d’axe, …

RACK

SIEMENS S7/300








13

Jean Jean -- François PETIN François PETIN

ee-- mail : Jean mail : Jean -- [email protected] [email protected] -- nancy.fr nancy.fr


2.2. Un peu de technologie …

1. Introduction Générale1. Introduction Générale2. Systèmes de commande2. Systèmes de commande

3. Systèmes de supervision3. Systèmes de supervision

4. MES4. MES



14





Réseau Profibus DP

Réseau Profibus FMS

Réseau MPI (Siemens)

Réseau Ethernet

Pupitre opérateur 8 entrées8 sorties

Coupleur étiquette Automate Coupleurs réseaux

- Pilotage cellule,- Supervision cellule,

- Gestion cellule,-Serveur de données

Serveur

Réseau Internet

ASM440

ASM440

ET 200B

CPU315 CP342-5 CP343-5COROS OP15CSIEMENS

K 1 K 2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K13 K14 K15 K16

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. +/-

SHIFT

HELP ENTER

ACKHARDCOPY

D I R I N S ESC

DEL

i

Coupleur étiquette

Architecture distribuée sur le SFP







15





Tempsde

Cycle

PC EnvironnementContraintesTemporelles

STIMULI EXTERNES : interruptionsexternes ou informations capteurs en

provenance d'un monde extérieur,TRAITEMENTS : évaluation de lasituation et calcul des réactionsappropriées

REACTIONS : émission de stimuli decommandes (sorties) en respectant descontraintes temporelles.

Programmation des automates

< Initialize Memory >For each sampling cycle do

< Read INPUTS >< Instr 1 >

…< Instr i >< Instr i+1 >< Write OUTPUTS >

end

Chien de garde : surveillance du temps de scrutation du programme.



2.12.1

IntroductionIntroduction

2.2.2.2.TechnologieTechnologie2.3.2.3.De l’analyse à la conceptionDe l’analyse à la conception2.4.2.4.Conception modulaireConception modulaire2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation





16





Câblage alimentation électrique



2.12.1

IntroductionIntroduction






17









Câblage des E/S



18





Les actionneurs / préactionneurs : quelques exemples

Moteurs

Relaisthermique

Contacteur

PREACTIONNEUR ACTIONNEUR

Variateurs de vitesse

Variateur devitesse

PREACTIONNEUR ACTIONNEUR

Moteurtriphasé

Moteur àvitessevariable

Carte de sortieanalogique(4-20 mA)

API

Carte de sortieTOR

API







19





Les actionneurs / préactionneurs : quelques exemples

VERIN

Double effet Simple effet

ACTIONNEUR

PREACTIONNEUR

Pneumatique Hydraulique

.Distributeur 5/2 bistable

Nombre d’orificespar tiroir

Nombre de tiroirs

. Distributeur 5/2 monostable

Distributeur 5/3







20





1. Introduction Générale1. Introduction Générale2. Systèmes de commande2. Systèmes de commande

3. Systèmes de supervision3. Systèmes de supervision

4. MES4. MES

Exemples de schémas pneumatiques



21








2.2. Un peu de technologie … Exemples de schémas pneumatiques



22




2.2. Un peu de technologie …Capteurs TOR

Capteurs électromécanique (ou capteur à contact)Il commute lorsque l’objet à détecter actionne physiquementl’élément mobile du capteur. Sa commutation se fait par fermeture

ou ouverture d’un contact électromécaniqueDétecteur de proximité

Il n’y a plus de contact physique avec l’objet à détecter : un capteurmagnétique à effet inductif commute lorsque le champ qu’il émet estperturbé par la proximité d’un objet métallique.

Détecteur à distance

Un rayon lumineux est interrompu par l’objet àdétecter. Un photo-récepteur traduit cetteprésence en un signal électrique.

Élément à détecter

miroir

Emetteur

Photo-récepteur

Capteurs numériquesIls transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des températures, despressions, … sous la forme d’une information numérique

Capteurs analogiquesIls transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des températures, despressions, … sous la forme d’un signal électrique évoluant entre deux valeurs limites(4-20 mA, 0-10V)







23




2.3. De l’analyse à la conception

Identifier à partir du cahier des charges rédigé par les utilisateurs finaux :

Analyse fonctionnelle

- Les fonctions attendues du système automatisé (processus detransformation et fonction de commande)

- Les ressources nécessaires pour réaliser les fonctions detransformation et de commande

- Les flux d’informations et de matière échangées entre lesfonctions :- Informations consommées et transformées par une

fonction- Informations produites par une fonction- Informations déclenchant les traitements

- Informations utilisées par une fonction pour réaliser lestraitements qui lui sont associés.

REECRITURE DU CAHIER DES CHARGES (FORMALISATION)

(à faire valider par les utilisateurs finaux du SAP)







24





Entrée Sortie

Contrôle

Mécanisme

Activité

Exemple de méthode d’analyse fonctionnelle : SADT / IDEF0

BOITE : ActivitéENTREES: données consommées et transformées par l’activitéSORTIES : données produites par l’activitéCONTRÔLE: contraintes et critères liés à l’exécution de l’activitéMECANISME: ressource (physique ou humaine) utilisée pour exécuterl’activité (Support)

=

= FLECHES: échangesd’informations ou dematières entre activités

- Simple- Bidirectionnelles

..

. .







25



Décomposition fonctionnelle

Décompositionhiérarchique des

fonctions/activités

Activité de baseA-0

12 4

3

A0

1 23

A2

A 2 1 A 2 3

12 1

4

3

2

3









26





EXEMPLE SFP

Décomposition hiérarchique

ContrôlerProcessus Pi1

ProcessusPi11 Processus

Pi12

Requêtes / Compte-rendus

ContrôlerProcessus Pi


Pi2 ProcessusPi3

Requêtes / Compte-rendus

Produits bruts

Produits finis

ContrôlerPi

ContrôlerPi1

ContrôlerPi2

ContrôlerPi11

ContrôlerPi12

Architecture decommande hiérarchisée

(coordination)







27



ProcessusPi22


Pi11

ProcessusPi21


Pi22


2.3. De l’analyse à la conception Décomposition hétérarchique

ProcessusPi1

ProcessusPi2

Processus

Pi3 ProcessusPi4

Produits bruts

Produits finis

Architecture de commande hétérarchique(coordination, coopération) Contrôler

Pi1

ContrôlerPi11

ContrôlerPi21

ContrôlerPi111

ContrôlerPi112

ContrôlerPi2

Contrôler

Processus

actions observations







28




2.3. De l’analyse à la conception Passage de l’analyse fonctionnelle à la

spécification comportementale

E1E11

E12

C1

C2

D1

D2S1

S2A3

A2

A1

E1

E11

E12

C2

C1 A1D1

D2

S1

A2 S2

Transformation SADT – Réseau de Petri

A3







29




2.3. De l’analyse à la conception Passage de l’analyse fonctionnelle à la

spécification comportementale

ajout suppression

Gérer l’étatd’un stock

de capacité N

erreur

nombrede pièces

Suppression∧[i=1] / i:=0

Ajout / i:=1Suppression

/ erreur ajout∧[i=N] / erreurou

ajout∧[i<N] / i:=i+1

ousuppression∧[i>1] / i:= i-1

Association SADT – Automate à Etats Finis







30





Passage de l’analyse fonctionnelle à la spécification comportementale

FonctionFonction

Comportement

Dynamique

e2

e1c1

s1

s2

e2

e1

c1

s1

s2







31





E1

C1

C2

D1

D2S1

S2A3

A2

A1

Passage de l’analyse fonctionnelle à la spécification comportementale

A1

A2A3

RAFFINEMENT DES FLUX D’INFORMATIONS / ENTREES-SORTIES

D1

D2

S1

S2

C2

C1

E12

E11

Portsd’entrées de sorties



3.3. Systèmes de supervisionSystèmes de supervision3.1.3.1.Rôle d’un système de supervisionRôle d’un système de supervision

3.2.3.2.Conception des applications deConception des applications desupervisionsupervision




33



RAPPELS SUR LES SYSTEMES LOGIQUESRAPPELS SUR LES SYSTEMES LOGIQUES

Les systèmes logiques sont caractérisés par la nature LOGIQUE des Entrées-Sorties qui modélisent le changement d'état de variables de l'environnement.Parmi les systèmes logiques, on distingue deux classes de systèmes :


2.4. Conception

Les systèmesCOMBINATOIRESpour lesquels les sorties ne dépendent que desentrées. Leur comportement peut être défini indépendamment de la dated'observation

Sorties = f (entrées)Entréeslogiques

Sortieslogiques

Les systèmesSEQUENTIELS pour lesquels l'évaluation des sorties à partirdes entrées nécessite des données complémentaires sur l'état du système. Lesvaleurs du vecteur de sortie à un instant donné dépendent non seulement dela valeur courante du vecteur d'entrée mais également des états internes,c.a.d. de l'historique des valeurs antérieures du vecteur d'entrées (systèmes "à mémoire")

Sorties = f (entrées, états)

Variables logiques d’états

Entréeslogiques

Sortieslogiques








34



MACHINES DE MOORE ET DE MEALYMACHINES DE MOORE ET DE MEALYPrincipe

G.H. MEALY et E.F. MOORE, deux pionniers en conception dessystèmes logiques séquentiels, ont proposé, dans les années 50, uneformulation mathématique pour exprimer la solution de toute fonctionséquentielle :

)E,X(gY)E,X(fX

ttt

tt1t=

= Avec Et : vecteur d'entrée, Xt : vecteur d'état,Yt: vecteur de sortie

f et g deux fonctions combinatoiresRéalisation

Machine de MOORE

f gXt+1Et

Xt

Yth

) X (gY

) E , X ( f X

t t

t t 1t

==+

Machine de MEALY

f gXt+1Et

Xt

Yth

) E , X (gY

) E , X ( f X

t t t

t t 1t

==+


2.4. Conception








35



SYNTAXE

RAPPELS SUR LE MODELE GRAFCETRAPPELS SUR LE MODELE GRAFCET

1

10

Etape

Etape initiale

(1) Transition

Liaisons orientées

+ Règle de syntaxe : alternance étape / transition

4

b6

5

a7

8

3

X2.d /X2.d

c

/d

1

a

2

X3.b


2.4. Conception








36



Règle 1 : SITUATION INITIALELa situation initiale est caractérisée par les étapes actives au début du

fonctionnement.Règle 2 : FRANCHISSEMENT D'UNE TRANSITIONUne transition est dite VALIDEE lorsque toute les étapes immédiatementprécédentes reliées à cette transition sont actives. Une transition estFRANCHISSABLE lorsque la transition est validée ET lorsque laréceptivité associée à cette transition est vraie.Une transition franchissable est obligatoirement franchie.Règle 3 : EVOLUTION DES ETAPES ACTIVESLe franchissement d'une transition entraîne SIMULTANEMENTl'ACTIVATION de toutes les étapes immédiatement suivantes et laDESACTIVATION de toutes les étapes immédiatement précédentesreliées à cette transition.Règle 4 : EVOLUTIONS SIMULTANEESPlusieurs transitions SIMULTANEMENT franchissables sontsimultanément FRANCHIES.Règle 5 : ACTIVATION ET DESACTIVATION SIMULTANEED'UNE ETAPESi une même étape est simultanément ACTIVEE et DESACTIVEE,elle reste ACTIVE.

RAPPELS SUR LE MODELE GRAFCETRAPPELS SUR LE MODELE GRAFCET


2.4. Conception








38




2.4. Conception modulaireRAPPELS SUR LE MODELE GRAFCET : MODULARITERAPPELS SUR LE MODELE GRAFCET : MODULARITE

FORCAGE D’ETAPES

e11(y11)

(y10) e10

e20(y20)

e21(y21)

2

e2(y2)

(y1) e1

F/G2:X11 11

10

12

21

20

F/G2:X21

G1G2

G3

Un ordre de forçage est associé à une étape et définit la situation àatteindre par un ou plusieurs Grafcets partiels.

Le forçage ne s’exécute que si l’étape à laquelle il est associé est ACTIVE.

Le Gracet Partiel forcé NE PEUT PAS EVOLUER tant qu’il est soumis à

un ordre de forçage; dès que l’étape porteuse du forçage est désactivée, leGrafcet Partiel qui vient d’être forcé peut à nouveau évoluer à partir dudernier état forcé suivant les règles habituelles.








39


ee

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2.4. Conception modulaire

PartieCommande

PartieCommande

Partie OpérativePartie Opérative

Entrée 1

Entrée n

Sortie 1

Sortie n

EnvironnementEnvironnement

Maintenabilité ?Réutilisabilité ?Gestion des évolutions ?

Descriptions relatives :- au fonctionnement attendu,- à la technologie de la PO

STRUCTURATION : POURQUOI ? COMMENT ?STRUCTURATION : POURQUOI ? COMMENT ?








40


ee

-- mail : Jean mail : Jean

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2.4. Conception modulaire

PartieCommande

PartieCommande


E.P.O.1ComposantMatériel 1

ComposantMatériel 2

E.P.O.nComposantMatériel 1


Entrée 1

Entrée n

Sortie 1

Sortie n

EnvironnementEnvironnement

RelationsPhysiques

RelationsPhysiques









41


Analyse, conception et implantation des systèmes de commande 2.4. Conception modulaire

Vue Physique

E.P.O.n

Technologique



Domaine Comportemental

Comportement Anormal

ComportementNormalEntrées Sorties

Comportement Anormal = Comportement Normal

Vue Comportementale

E.P.O.n LogiqueEtat i Etat k

Etat j









42




E.P.O.1ComposantMatériel 1


E.P.O.nComposantMatériel 1 ComposantMatériel 2

RelationsPhysiques

RelationsPhysiques

PartieCommande

Fonctionnelle

PartieCommande

Fonctionnelle

Dem 1

CR n

CR 1

Dem. n

Interface

Entrée n

Sortie n

Filtre 1

Filtre n

STRUCTURATION : FILTRE DE COMPORTEMENTSTRUCTURATION : FILTRE DE COMPORTEMENT

Sortie 1Entrée 1

Interface fonctionnel / technologiqueRends la Partie Commande indépendante de latechnologie de Partie OpérativeRéutilisabilité








43


Observations


Partie

Commande

Elément

de Partie

Opérative

Filtre decommande

Filtre desobservations

Demandes

Comptes-Rendus

Actions

STRUCTURATION : FILTRE DE COMPORTEMENTSTRUCTURATION : FILTRE DE COMPORTEMENT

Filtrage des commandesémises à destination deséquipements technologiques en vérifiant leurcompatibilité vis-à-vis de leur état courant,

PartieCommande

Traitements des DéfautsPrédictiondes Ordres

Comparaison

OS, OR

CS, CR

=

#

E.P.O.Filtre d'E.P.OOrdres

RetoursOS OR

CS

CR

.

Filtrage des observationsen les comparant au

comportement normal modélisé.

Prédictiondes Retours

Comparaison

OS, OR

CS, CR

#

=

PartieCommande

Traitements des Défauts

Filtre d'E.P.O.Ordres

Retours OS OR

CS

CR

.

E.P.O.


2.2. Systèmes de commandeSystèmes de commande2.12.1 IntroductionIntroduction







44



FILTRE DE COMPORTEMENTFILTRE DE COMPORTEMENT

Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistabl Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistabl ee

.Filtre

Commande

ES ERDR DS

OS OR CR CS

Graphe deCommande Normale

Comportement normal du vérinFiltrage des actions et des observations

Surveillance Détection de défauts

Graphe deGestion des Modes

Initialisation

Traitement des dysfonctionnements









45


CR

CS

DS./DR

DR./DS

DS./DR

DR./DS



Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistabl Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistabl ee

GRAPHE DE COMMANDE NORMALE (GCN)GRAPHE DE COMMANDE NORMALE (GCN)

1

3

ER

ES

2

4

OS

OR

OR.

Filtre

CommandeES ERDR DS

OS CR CS









46




Exemple du vérin double effet muni Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistable d’un distributeur 5/2 bistable

SURVEILLANCESURVEILLANCE

CR

CS

DS./DR

DR./DS

DS./DR

DR./DS

1

3

ER

ES

2

4

OS

OR

Défauts statiques

CR et CSX1 et↑CS

X1 et↓CRX3 et↑CRX3 et↓CS

Défauts dynamiques

T/X2/TpsTropLongT/X2/TpsInertie et CR

T/X4/TpsInertie et CST/X4/TpsTropLong









47




Exemple du vérin double effet Exemple du vérin double effet muni d’un distributeur 5/2 bistable muni d’un distributeur 5/2 bistable

GRAPHE DE GESTION DES MODESGRAPHE DE GESTION DES MODES

0 F/GCN:(X1)

CR./CS CS./CR

X1 + X3

1

F/GCN:(X3)

2

DEF

ACQ

F/GCN:( )

DEF

Variable calculée par le module de

surveillance

CR

CS

DS./DR

DR./DS

DS./DR

DR./DS

1

3

ER

ES

2

4

OS

OR

Exemple SFP









48



Elément technologique

Commande (fonctionnelle)

Rendre compte

Gérer lacommande

Valider lesobservations

Valider lesobjectifs

Observations

Objectifs

Actions

Informations

MODULE DE COMMANDE / SURVEILLANCEMODULE DE COMMANDE / SURVEILLANCE

Valider les objectifs: commandes compatibles avec l’état de l’équipement,commandes compatibles avec l’état de l’installation, …

Valider les observations: états capteurs compatibles avec la situation

courante de l’équipement, redondance capteurs, états capteurs compatiblesavec d’autres états capteurs de l’installation

Gérer la commande: choix de la commande la plus appropriée comptetenu des objectifs à atteindre et de l’état de l’équipement

Rendre compte: élaborer des CR sur l’état réel de l’équipement, sur sadisponibilité, élaborer des statistiques, établir des pré-diagnostic, …







l l d è d d



49



Interface Opérateur

Diagnostic Reprise

Commande

Urgence

Système de

Surveillance

CommandeSystème de Référence

MODULE I,J

Niveau I-1

Niveau I

Niveau I+1

MODULE FONCTIONNEL D’AUTOMATISMEMODULE FONCTIONNEL D’AUTOMATISME

LAAS (Toulouse) [Combacau 91, De Bonneval 93]

A l i i l i d è d d



50



CONTROL

UNIT

DECISIONAL

UNIT

PROCESS

ERROR

RECOVERY

CONTROL

COMMAND

COMMAND

FILTERS

FAULT

PROCESSING

Sensors

Action

CR_ACT

ERR_ACT

CR_ACT

Action

Action

State of Process

ON/OFF

SUPERVISION


LAGIS (Lille) [Craye 89, El Khatabi 92]







A l ti t i l t ti d tè d d



51



EPO EPO

Filtre Filtre

MFA 1

EPO EPO

Filtre Filtre

MFA 2

MFA 3


Extension de la démarche « Filtre de comportement »à des niveaux moins technologiques

Commande hiérarchisée





3.2.3.2.

Conception des applications deConception des applications de

supervisionsupervision


Anal se conception et implantation des s stèmes de commande



52



IMPLANTATION DES FILTRES DE COMPORTEMENTIMPLANTATION DES FILTRES DE COMPORTEMENTOU MODULE DE COMMANDE/SURVEILLANCEOU MODULE DE COMMANDE/SURVEILLANCE

Implantation « classique » dans les automates programmablesindustriels assurant la commande de l’installation.

Implantation « distribuée » dans les boîtiersd’entrées/sorties déportées (implantation au pied des

équipements).

Implantation « distribuée » sur de l’électroniqueembarquée dans les équipements :actionneurs etcapteurs intelligents

- fonctions de surveillance- fonctions de maintenance- fonctions de gestion technique





3.2.3.2.

Conception des applications deConception des applications de



Analyse conception et implantation des systèmes de commande



53



INTEROPERABILITEINTEROPERABILITE

FONCTIONSINTERNES

DEMESURE

CONTROLEUR

FONCTIONS

POUR LA CONDUITED'ACTIONNEMENT

PCS

MAINTENANCE

FONCTIONSEXTERNES

POUR LA MAINTENANCED'ACTIONNEMENT

MS

FONCTIONSINTERNES

D'ACTIONNEMENT

ITs IAs

CA¨PTEUR INTELLIGENT ACTIONNEUR INTELLIGENT

Mesurevalidée

Cosnigned'Actionnement

validée

FONCTIONSEXTERNES

LA MAINTENANCEDE MESURE POUR

Requêtes et Comptes-rendusdes équipements informatiques

Requêtes et Comptes-Rendusdes opérateurs

FONCTIONSEXTERNES

POUR LA CONDUITEDE MESURE

EXTERNES

TRAITEMENTS DE

Interopérabilité :- de communication: aptitude de deux équipements à

échanger de l’information (réseau de communication,profils d’équipements)

- de service : complémentarité des fonctions délivréespar les équipements









54


Analyse, conception et implantation des systèmes de commande 2.5. Validation / vérification

Spécification

ConceptionGénérale

ConceptionDétaillée

Codage

Tests unitaires

Tests intégration

RecetteScénarios de tests

Scénarios de tests

Scénariosde tests

Débuggage

Maquettage

PrototypageSimulationVérification

PrototypageSimulationVérification

BesoinBesoin Système opérationnel









55



Caractéristique intrinsèque (fonctionnelle, comportementale, structurelle ouorganique) d'une entité, dépendante du temps ou non.

Ensemble des caractéristiques et possibilités d'un produit (ou d’un système) qui contribueà satisfaire un besoin (utilisateur, producteur, client, …)

Fonctionnalité :Conformité du système à toutes les

exigences fonctionnelles.Comportement :

Conformité des comportements dusystème à tous les scénarii prévus.Performances :

Débit et de temps de réponse.Ordonnancement des actions et respect

des échéances en temps réel.Robustesse :

Fonctionnement en conditions limitesd'alimentation et d'utilisation desressources.

Comportement face à des stimuli

limites ou anormaux.Conditions d'ambiance : Respect des normes en matière d'effet

sur l'environnement.

Limites de charges : Détection des seuils de saturation par

chargements progressifs.Sûreté de fonctionnement :

Reconfiguration lors de la détectionde pannes ou de stimuli anormaux.Sécurité :

Innocuité du système par rapport àson environnement.

Immunité du système face auxagressions potentielles del'environnement.Ergonomie :

Ergonomie opérationnelleQualité :

Propriétés déduites des métriques àrespecter.

Propriétés comportementales des systèmes de commande

PROPRIETESPROPRIETES









56



Atteignabilité

Sûreté

Vivacité

Equité

Blocage

Dans les pires conditions, les réactions du système doivent conserver leurs caractéristiques (permanence de l'action avec l'environnement :chaque action "non maîtrisée" peut avoir des conséquencescatastrophiques sur l'environnement)

PROPRIETES COMPORTEMENTALESPROPRIETES COMPORTEMENTALES









57



Enonce qu’une certaine situation peut être atteinte

ExempleOn peut avoir n >0On peut rentrer en section critique

Négation

Conditionnelle

Applicable à tous les états

On ne peut pas avoir n > 0, on ne peut pas rentrer en sectioncritique

On ne peut pas rentrer en section critique sans passer par n=0

On peut toujours revenir à l’état initial depuis n’importe quelétat

ATTEIGNABILITEATTEIGNABILITE








59


y , p p y 2.5. Validation / vérification

Enonce que, sous certaines conditions,quelque chose finira par avoir lieu

Exemple

Toute requête finira par être satisfaiteSi on appelle l’ascenseur, la cabine arrivera un jourRemarque

La vivacité est une propriété plus forte que l’atteignabilité qui n’impose rien Atteignabilité : on peut arriver dans l’état E Vivacité : L’état E sera forcément atteint un jour

Vivacité bornée : propriété de vivacité avec délai maximalQuelque chose finira par se produire en au plus x unités de tempsLa vivacité bornée est équivalente à une propriété de sûreté conditionnelle

Depuis la situation S1, e1 arrivera forcément avant 2 unités de temps (h). A partir de S1, il ne peut s’écouler 2 unités de temps sans occurrence de e1

VIVACITE (LIVENESS)VIVACITE (LIVENESS)









60


y , p p y 2.5. Validation / vérification

Enonce que, sous certaines conditions,quelque chose aura lieu (ou n’aura pas lieu)un nombre infini de fois

Exemple

La barrière sera levée un nombre infini de foisSi on demande l’accès en section critique un nombre infini defois, il sera accordé un nombre infini de fois.

EQUITE (FAIRNESS)EQUITE (FAIRNESS)









61


y p p y 2.5. Validation / vérification

Enonce que le système ne se trouve jamais dans une situation où il lui est impossible de progresser

S’applique aux systèmes supposés ne jamais terminer (systèmes réactifs)

S1

S2

S3

! x:=0, y:=0

! x := x + 1

? x = y? x >0

! x := x - 1

! y := y + 1

Pas de blocage puisque x estégal à y dans l’état S1

S2 devient état bloquant

BLOCAGE (DEADLOCK)BLOCAGE (DEADLOCK)









62


2.5. Validation / vérification

VALIDATIONAnalyse de l’adéquation entre un besoin exprimé de manièreinformelle et un modèleformel (de spécification, de conception,d’implantation).

• Simulation : exécution symbolique d’un modèle pour analyser son comportement en réaction à des stimuli d’entrées

• Tests : exécution du système réel implanté pour analyser soncomportement en réaction à des entrées ou scénarios de tests.

Modèlesde spécification

Modèlesd'implantation

Processus de raffinement

TestsSimulation

Formalisation du besoin

VALIDATION

Besoins desutilisateurs

SystèmeimplantéGénération

de code

VERIFICATIONFORMELLE

Simulation

VERIFICATIONAnalyse de l’adéquation entredeux modèles formels: un modèleformel (de spécification, de conception, d’implantation) et un modèleformel d’une propriété à satisfaire.

• Model checking : équivalence mathématique entre 2 modèles• Démonstrateur de théorèmes : démonstrations logiques,

règles de ré-écriture

VALIDATION VS VERIFICATIONVALIDATION VS VERIFICATION









63



Simulation en boucle fermée :

Couplage entre un modèle du système de commandeet un modèle du système à commander

Emulation de partie opérative : test en plate-forme

Couplage entre le système réel de commandeet un modèle du système à commander

« Hardware in the loop »

Intégration d’éléments physique difficilement modélisable dans la boucle de simulation

Real -time simulation

Real processSimulated control system

Simulated processSimulated control system

Simulated processReal control system

Control Process Control Process Control Process

VALIDATION DES SYSTEMES DE COMMANDEVALIDATION DES SYSTEMES DE COMMANDE



2.2.2.2.

TechnologieTechnologie

2.3.2.3.De l’analyse à la conceptionDe l’analyse à la conception2.4.2.4.Conception modulaireConception modulaire2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation






64



Exécution Symbolique

Modèle dotés d’unesémantique opérationnellepermettantl’exécution symbolique des modèles de commande et de process

– Modèles de S.E.D. : Automates, RdP, Grafcet, …– Modélisation de comportements continus

• Automates Hybrides• Approches mixtes : Equations Différentielles Algébriques / SED

SIMULATION

MODELES

Grafcet deSpécification

déterminationdes situations

stablesaccessibles

Graphe dessituationsaccessibles

réduction par analyse de lachronologiedes entrées

Automateéquivalent

Algorithmes d’interprétation Exemple

VALIDATION DES SYSTEMES DE COMMANDEVALIDATION DES SYSTEMES DE COMMANDE



2.2.2.2.

TechnologieTechnologie







65


Modèle dusystème

commandé

actions

observations

Boucle fermée

observations

actions


– Fonctionnement normal + Fonctionnement incidentel• réaction de l’équipement de PO àΣ de défauts (alimentation,

blocage tige vérin, …),

• comportement dégradé (modélisation usure, ex: grippage tige de

vanne, …)– Associations entre entités de PO

• Liaisons mécaniques,• Interactions PO/environnement, interactions PO-produit : (ex: vérin

poussant des charges)

MODELISATION DE PARTIE OPERATIVE

Commandeà valider

requêtes

Comptesrendus

Entrées desscénarios desimulation

Périmètre de la simulation

SIMULATION EN BOUCLE FERMEESIMULATION EN BOUCLE FERMEE

Boucle ouverte








66



COMPORTEMENT NORMALCOMPORTEMENT NORMAL

OS OR

CS

CR

. 3 - Déterminer les conditions de passage d’un état à un autreComportement de l’EPO indépendamment de son utilisation

1 - Déterminer les états « stables » : états dans lesquels lesgrandeurs physiques observables sont stabiliséesExemple : Tige rentrée / Tige Sortie

2 - Déterminer les états « transitoires » : états permettant depasser d’un état stable à un autre état stable et dans lesquelsil y a variation des grandeurs physiquesExemple : Rentrée Tige / Sortie Tige

MODELISATION DE PARTIE OPERATIVEMODELISATION DE PARTIE OPERATIVE

Tige=Cmin

Tige=Cmax

OS./OR

OR./OS

1

3

CR

CS

2

4

Tige := Tige + Is

Tige := Tige - Is

OS./OR

OR./OS

4 - Caractériser les ETATS INITIALISABLES0INITR

/INITR








67



COMPORTEMENT ANORMALCOMPORTEMENT ANORMAL

OS OR

CS

CR

.

MODELISATION DE PARTIE OPERATIVEMODELISATION DE PARTIE OPERATIVE

Exemple :CR = X1./DefCoupCR + /X1.(DefCCtCR + DefColCR)CS = X3./DefCoupCS + /X3.(DefCCtCS + DefColCS)

2 - Déterminer les différents comportementsdéfaillants des actions et permettre leur émulation :

- Blocage course de la tige- Forces de frottement- Absence d’alimentation électrique- Absence d’énergie pneumatique

Tige=Cmin

Tige=Cmax

OS./OR

OR./OS

1

3

CR

CS

2

4

Tige := Tige + Is

Tige := Tige - Is

OS./OR

OR./OS

1 - Déterminer les différents comportements défaillants descapteurs et permettre leur émulation :

- collage capteurs- court-circuit capteurs- coupure capteurs

Exemple :SI X2. DefFF ALORS Tige := Tige + Is – FsSI X4. DefFF ALORS Tige := Tige - Is + FsSI (DefBLOC ou DefELEC ou DefPNEUM)ALORS Tige := Tige








68



préparer la recette du système de commande en le testant hors siteconnecter du système de commande à un modèle du système réel à commander

Objectif

Décrire le modèle comportemental d'une partie opérative par assemblagedes modèles comportementaux des équipements qui la composent,Paramétrer les temps de réactions de ces équipementsConnecter ce modèle à l'architecture de contrôle-commande à valider.

Principe

EMULATION DE PARTIE OPERATIVEEMULATION DE PARTIE OPERATIVE

OS OR

CS

CR

Vue physiquePartieCommande

Modèle du systèmecommandé

Etat w Etat v

Etat j

Etat i Etat u

Etat t

Etat i Etat k

Etat j

EMULATION DE PARTIE OPERATIVE





Analyse, conception et implantation des systèmes de commandel d é f



69



Emulation de composants « intelligents » communicant via un

réseau de communication

Architectures distribuées

C-C Équipement(communication,

commande,surveillance,…)


commande,surveillance,…)


commande,surveillance,…) R é s

e a u d e t e r r a i n

Système decommande réel

Simulation

EMULATION DE PARTIE OPERATIVEEMULATION DE PARTIE OPERATIVE

• Equipements incluant une partie mécanique et/ou informatique

• Composants sur étagère (COTS), d’équipements intelligents1.1. Introduction GénéraleIntroduction Générale




Analyse, conception et implantation des systèmes de commande2 5 V lid i / é ifi i



70



Tests structurels :• Le jeu de test repose sur structure interne du code :générer des scénarios de

tests permettant de parcourir l'ensemble des branches ou des chemins du code• Le jeu de test repose sur un modèle de cette structure correspondant en fait à la

sémantique opérationnelle des spécifications généralement exprimée sous formed'un système de transitions.

Tests fonctionnels :le jeu de tests ne dépend que des spécifications de l’utilisateur

le choix du jeu de test: définir un sous-ensemble de données d'entrées

suffisamment exhaustif pour couvrir des objectifs de tests clairementdéfinis.

l'évaluation dutaux de couverture du jeu de test (définie comme unemesure de la représentativité des situations auxquelles est un système estsoumis durant sa validation par rapport aux situations auxquelles il seraconfronté en phase opérationnelle) :

• analyse du graphe de contrôle du programme,• analyse des flots de données parcourant le programme,• Mutation : créer des mutants du code original - copies du code dans lesquelles

des erreurs ont été introduites aléatoirement - et de les soumettre à un jeu de testdont le taux de couverture sera déterminé en fonction du pourcentage de mutantsdétectés.

évaluation des résultats: impose une description précise des résultatsattendus lors de l'exécution d'un scénario de simulation ou de test.

Principales difficultés

TESTSTESTS





Analyse, conception et implantation des systèmes de commande2 5 V lid ti / é ifi ti



71



• Objectif : vérifier l'équivalenceentre un modèle formel des spécificationsexprimant les propriétés que doit vérifier le système informatique et unmodèle formel du programme.

• Modèles: automates à états finis, logique temporelle, …• Principes: analyse d’automates, graphe des situations accessibles, …

• Limites : risque d'explosion combinatoire, les programmes corrects étant lesplus long à vérifier puisque le processus de vérification peut être stoppé dèslors qu'un contre-exemple qui invalide la propriété est trouvé.

Model Checking

• Objectif : vérificationinteractive qui repose sur la constructionprogressived'axiomesou dethéorèmesà partir d'une théorie de base.

• Modèles: logiques àprédicats, théorie des ensembles, … Exemples :méthode B, PVS, COQ, …

• Principes : théorie de la démonstration en logique (règles de ré-écriture, modus ponens, …). La démonstration aboutit alors à unnouveau théorème qui vient enrichir la théorie de base par rapport àune spécification donnée.

Prouveur de théorèmes

CF COURS 3A

VERIFICATION FORMELLEVERIFICATION FORMELLE





Analyse, conception et implantation des systèmes de commande2 5 Validation / vérification



72



VALIDATIONIntérêts

• Détecter certaines fautes dans le comportement du système decommande

Limites• Exhaustivité: Ne permet de garantir l'absence de fautes : scénarios de

simulation ou scénarios de tests ne sont pas exhaustifs• Critères de validité du test :prise de décision à l’issue d’un scénario de

simulation ou de test (correct ?, non correct ?)

VERIFICATIONIntérêts• Preuve : permet de démontrer qu’une propriété est toujours

satisfaite par le système, quelque soit les stimuli auxquels cesystème est soumis.

Limites• Interprétation de l’échec de preuve: un échec du processus de

preuve ne signifie pas qu'une propriété n'est pas satisfaite

puisque cet échec peut provenir• d’une mauvais modèle de spécification• d’une mauvaise description de la propriété à vérifier• d'une impossibilité mathématique et/ou technique à mener

la démonstration à son terme

Exemples

"La vertu d'une preuve logique n'est pas tant la confiance prouvée queles doutes suggérés" [Lakatos]

COMPLEMENTARITE VALIDATION/VERIFICATIONCOMPLEMENTARITE VALIDATION/VERIFICATION





Analyse, conception et implantation des systèmes de commande2 6 Implantation de la commande



73


FORME ALGEBRIQUE DU MODELE GRAFCETFORME ALGEBRIQUE DU MODELE GRAFCET

) E , X (gY

) E , X ( f X

t t t

t t 1t

==+

Calcul deF(Xt, Et)

MémoireXt

Calcul deG(Xt, Et)

E Y

Elaboration Dates t

)CF X (CF X avkt kt amkt 1kt ∑¬∧∑ ∨=+

Forme Générale de F :

avecXkt : état étape k (à la date t)CFamkt : condition de franchissement d'une transition amont à l'étape kCfavkt : condition de franchissement d'une transition avale à l'étape k

en sachant que

avec Rit : réceptivité associée à la transition i (à la date t)∏∧= amit it it X RCF

2.6. Implantation de la commande








74



4

b

6

5

a

7

8

3

X2.d /X2.d

c

/d

1

a

2

X3.b

Exemple :









75


)d X () X X d ( X

))c X ( X () X a( X

))c X ( X () X b( X

)a X () X X d ( X )b X () X X d ( X

)d X ())d X () X X c(( X

))b X ( X () X a( X

)a X () X X b( X

t 8t 3t 21t 8

t 6 t 7 t 51t 7

t 7 t 6 t 41t 6

t 5t 3t 21t 5

t 4t 3t 21t 4

t 3t 8t 7 t 6 1t 3

t 3t 2t 11t 2

t 1t 3t 21t 1

∧∨∧¬∧=∧¬∧∨∧=∧¬∧∨∧=¬∧∨∧∧=¬∧∨∧∧=

¬∧∨¬∧∨∧∧=∧¬∧∨∧=

¬∧∨∧∧=

+

+

+

+

+

+

+

+

⎩⎨⎧

========

0 X X X X X X X

1 X

80706050402010

30

4b

6

5a

7

8

3

X2.d /X2.d

c

/d

1a

2X3.b







Analyse, conception et implantation des systèmes de commande2.6. Implantation de la commande



76


ALGORITHMES D’INTERPRETATIONALGORITHMES D’INTERPRETATION

Initialisation des Variables Internes

X(t=0)⇒ X0Lecture initiale des Entrées

⇒ E0

Calcul des ActionsG(Xt, Et)⇒ Yt

Activation des Sorties⇒ Yt

Lecture des Entrées⇒ Et

Calcul des EvolutionsF(Xt, Et)⇒ Xt+1

Mise à jour de la situationXt+1⇒ Xt

Début

SYNCHRONISMEENTREES / SORTIEREACTIVITE

SYNCHRONISMED ’EVOLUTION

Sans Recherche de Stabilité

L'hypothèse requise : le temps de réponse du support de réalisation est suffisamment court de sorte qu'une SITUATION STABLE est atteinteentre deux variations des entrées.








Analyse, conception et implantation des systèmes de commande 2.6. Implantation de la commande



78


p

Norme IEC 1131-3

• Uniformiser les langages– pour améliorer la portabilité des applications,– pour diminuer les temps d’adaptation et les temps de formation

des utilisateurs (en conception comme en exploitation) lors deschangements d’outil de développement ou de matériel– tout en répondant à la diversité des intervenants (Automaticiens,

électriciens, exploitants).

• Réutilisation

– Programmation structurée, modularité, – Approche orientée objet – Atelier logiciel (développement, configuration,exploitation). – Réduction des délais de développement qui compense le

surcoût lié à la gestion des modules (Bibliothèques demodules documentés).

• Amélioration de la fiabilité – utilisation ou la réutilisation de modules déjà testés, – Définition claire des interfaces clairement définis – Validation / vérification








79


Norme IEC 1131-3

Une structuration commune des applications de commande• Programme,

• Fonctions• Blocs fonctionnels

Langages normalisés• LD

• FBD• IL• ST• SFC

Bibliothèques de fonctions & blocs fonctionnels• Fonctions: conversion, décalage de registre, …,• Blocs fonctionnel : blocs bistable (bascules),

temporisation, détection de fronts



3.3. Systèmes de supervisionSystèmes de supervision3.1.3.1.Rôle d’un système de supervisionRôle d’un système de supervision3.2.3.2.Conception des applications deConception des applications de

supervisionsupervision4.4. M.E.S.M.E.S.

4.1.4.1.Rôle d’un M.E.S.Rôle d’un M.E.S.4.2. Standard ISA SP954.2. Standard ISA SP95




80


• Configuration: système d ’automates programmables.• Ressource: fonction "traitement du signal", ses IHM et ses I/O• Programme : blocs fonctionnels, fonctions, éléments de langages

RessourceConfiguration

Tâche

Programme

FB

Variables globales

Chemins d ’accès

FC

Programme

Tâche

Ressource

Tâche

Programme

FB FB

Programme

Tâche

Norme IEC 1131-3 : structuration des applications de commande









81


Z:= SIN(X)*COS(X)SIN

COS

MUL

X

Y

Z

Unité d’organisation de programme qui, lorsqu’elle est exécutée,fournit exactement un élément de donnée (simple, tableau,structure...) et dont le lancement peut être utilisé, dans les langageslittéraux, comme un opérande dans une expression.

• Les fonctions ne comportent aucune information concernant leur état interne• Représentation sous forme littéral (ST) ou graphique (FBD).

FUNCTIONexemple

abc

REALREAL

REAL

REAL

ab

* /

c

exemple

END_FUNCTION

(* Interface externe *)

(* Corps de fonction *)

Exemples

Norme IEC 1131-3 : fonction









82


• Fonctions de conversion de types :

de la forme *_TO** Exemple A:=INT_TO _REAL(b)

• Fonctions numériques standards:à une seule variable : ABS, SQRT, LN, LOG, EXP, SIN,COS, TAN, ASIN, ACOS, ATANarithmétiques extensibles : ADD, MUL ou inextensiblesSUB, DIV, MOD, EXPT

• Fonctions de cordons de bits:SHL, SHR, ROR, ROL, AND, OR, XOR, NOT.

• Fonctions de sélection et de comparaison:SEL, MAX, MIN, MUX, GT, GE, EQ, LE, LT, NE

• Fonctions de caractères:LEN, LEFT, RIGHT, MID, CONCAT, INSERT,DELETE, REPLACE, FIND

Norme IEC 1131-3 : fonction









83


Norme IEC 1131-3 : bloc fonctionnel

Unité d ’organisation de programme qui, lorsqu’elle est exécutée,donne une ou plusieurs valeurs, dépendantes de son état interne.

• Une structure de données réparties entre entrées, sorties et variablesinternes, et éventuellement les valeurs de ses paramètres d ’entrée.

• Instances d ’un bloc fonctionnel• Opérations effectuées sur la structure de donnée lors de l’appel d’une

instance du bloc fonctionnel. Contrairement à la fonction, les sortiesou variables internes d ’une instance de FB doivent persister

FB1e1e2

s

DB1

FB1e1e2

s

DB2

S1R

S2

ANDin1

in2

out Q1

exemple2S1S2R

Q1BOOLBOOLBOOL

FUNCTION_BLOCK exemple2

BOOL

Instanciation

Seule les entrées et les sortiesd ’une instance de bloc

fonctionnel sont accessibles depuisl ’extérieur du bloc, les variables

internes sont donc cachées .









84


• Blocs fonctionnels de détection de front

Norme IEC 1131-3 : bloc fonctionnel

• Bloc fonctionnel bistable: bloc fonctionnel disposant de deux états stables,commandés par une ou plusieurs entrées.Exemples : bascules RS, SR, JK,Sémaphore, ...

• Temporisateur d’enclenchement (TON) : bloc fonctionnel quiretarde, d’une durée spécifiée, le front montant d’une entréebooléenne.

• Temporisateur de déclenchement (TOF): bloc fonctionnel quiretarde, d’une durée spécifiée, le front descendant d’une entréebooléenne.

• Temporisateur impulsion (TP)

• Compteurs (CTU, CTD, CTUD): blocs fonctionnels quiaccumulent une valeur pour le nombre de changements détectéssur une ou plusieurs entrées spécifiées.









85


Norme IEC 1131-3 : langages littéraux

Langage ST (Structured Text) Affectation A:=B;

Lancement de blocs fonctionnels et de préemption,

Nom_block (IN:=%IX5,PT:=T#300ms); RETURNSélection (IF, CASE),

I F D0 THEN Cpt:=Cpt+1;ELSE Cpt:=0;END_IF; Itération (FOR, WHILE, REPEAT) et de sortie

FOR Ii:=1 TO 30 DO Cpt[Ii]:=Cpt[Ii]+1;END_FOR

Langage IL (Instruction List) Etiquette, opérateur, opérande des langages assembleur Opérateurs : LD (load), ST(store), S(set), R(reset), AND , OR, XOR, ADD,SUB, MUL, DIV, GT, GE, EQ, NE, LE, LT, JUMP, CAL, RET, ).Fonction : le résultat courant est utilisé comme premier argumentBlocs fonctionnels: CAL avec passage des arguments en liste d’entrées ou avecentrées de charge/mémoire

Exemple : Appel de la fonction C10 avec les paramètres CU:=%IX10 et PV:=15LD 15ST C10.pvLD %IX10ST C10.CUCAL C10

ou CAL C10 (CU:=%IX10, PV:=15);









86


Norme IEC 1131-3 : langages graphiques

Langage LD (Ladder Diagram)

Langage FBD (Function Block Diagram)Connections de fonctions et de blocs fonctionnels

FB1

e1e2

s

DB1

FB1e1e2

s

DB2

S1R

S2

AND

in1

in2

out Q1

S1

S2

RUN

ENABLE( )RUN

Réseaux Contacts, bobines

E1

Contact NO (open)

E1

Contact NC (close)

E1

Front montant

P

E1

Front

descendant

N

S1 S1

S1 S1

Bobine

Bobine

négativée

Bobine Set

Bobine Reset

R

S









87


Norme IEC 1131-3 : SFC

Basé sur la norme Grafcet CEI 848 (Etapes, transitions, actions)MAIS denombreuses différences subsistent :

SFC n ’est pas considéré comme un langage de programmation en tant que tel.Considéré comme un élément de structuration interne d ’une unité d ’organisation de

programme : exécution séquentielles d’actions décrites dans l’un des quatre langages(FD, FBD, IL, ST)

ParallélismeStructuration des séquences correspondant à un graphe d ’état (ou à ungraphe d ’état équivalent)

Séquences simultanées (divergent ET / Convergent ET)Parallélisme interprété (Divergent OU / Convergent OU)Saut de séquence, boucle de séquence

InitialisationUne et une seule étape initiale obligatoire pour tout graphe SFC !

Activation d’un graphe par exécution de l’action RUN (forçage)

Règles d ’évolution1 à 4 : basées sur les règles CEI 8485 : absente compte tenu des prescriptions de structuration de la CEI 1131-3








88


Supervision des

systèmes industriels






Supervision industrielle 3.1. Introduction



89


Conduite des systèmes industriels• Suivi de production• Lancement et coordination d’actions

Surveillance• Suivi de l’état d’une installation• Détection de défaillances• Diagnostic• Actions correctrices






Ensemble d’outils et de méthodes permettant de piloter des installations industrielles tant en fonctionnement

normal qu’en présence de perturbations.

Degré d’automatisation

Tout Manuel Tout automatique

Commande supervisée

Supervision industrielle 3.1. Introduction



90


Calculateur desupervisionModules

d ’assistanceà l ’opérateur

IHMSystèmes de

Supervision

CalculateurLocal

CalculateurLocal

Systèmes decommande

Systèmes &machines

Flux descendants de commande :- paramétrage & lancement des campagnes de production- modes de marches, points de consigne- commandes réactives, actions manuelles

Flux ascendants de surveillance :- mesure directes par les capteurs- élaboration d’informations agrégées

F l u x

d e s c e n

d a n t s d e c o m m a n

d e

F l u x a s c e n

d a n

t s d e s u r v e i l l a n c e






Supervision industrielle 3.1. Conduite des installations industrielles



91


Objectif : assurer les changements de régime du procédé (arrêt,démarrage, changement de points de fonctionnement), lancer et paramétrer les campagnes de production.

Grandeurs commandables: grandeurs que l ’on peut modifier pendantl’exécution d’un processus

• modifications directes : états logiques des actionneurs(ouvrir/fermer vanne, rentrer/sortir vérin)

• modifications indirectes : effet physique produit par lamodification d ’état d ’un ou plusieurs actionneurs(modification d ’un débit, d ’une température,

Grandeurs observables: variables caractérisant l’état duprocédé que l’on peut mesurerqui peuvent être mesurées

• Mesures directes : mesures en ligne par des capteurs• Mesures indirectes: calculées à partir de plusieurs

grandeurs mesurées


2.2. Systèmes de commandeSystèmes de commande2.12.1 IntroductionIntroduction2.2.2.2.TechnologieTechnologie





Supervision industrielle 3.1. Conduite des installations industrielles



92


Il faut établir une trajectoire entre l ’état de départ etl ’état souhaité (xi →xf ) afin de trouver un temps final tf qui soit minimal tout en respectant les contraintes del ’ensemble des variables du système

Les aides supportées par les outils de supervision peuvent proposer des stratégies ou procédures de conduite pré-établies.

Problème à résoudre

Pour toutes les variables observables du système, le vecteur d ’état x i est connu à l ’instant t i. Le vecteur d ’état à atteindre x f est connu. Latrajectoire entre l ’état de départ et l ’état souhaité n ’est pas connue.

Gammes (manufacturier) :décrit la suite des opérationsélémentaires de fabrication (tournage, fraisage, contrôle, …) etles instructions pour réaliser les opérations (plans, programmeCN, …).

Recettes (process / batch): précise le produit à réaliser, letype d ’équipements requis, la procédure de traitement(séquences des opérations) et les ingrédients, quantité etparamètres de la fabrication.









Supervision industrielle 3.1. Surveillance des installations industrielles

Détection de défauts



94


xcm,xdm

ΣL

uc=

Gcq (xc, Uc)

Uc UdΣU

Procédé

uc xcm ud

ΣP

Modèle du Procédé(émulation)

+ - ΩP

∆P

Détecter l’apparition d’un événement anormal, la déviation d’une variableobservée ou du fonctionnement de l’installation

ΩP : ensemble des états calculés par unmodèle d ’émulation du procédé∆P : comparaison entre l ’état réel du procédéet l ’état théorique fourni par le modèle

Détection de défauts







Supervision industrielle 3.1. Surveillance des installations industrielles

Di i d l



95


Tâche de contrôle et de suivi de l ’installation: anticiperl ’apparition d ’un événement anormal et optimiser, par desréglages fins, la production : reconfiguration du procédé,paramétrage, ...

Tâche de compensation et de correction: décider desactions à entreprendre pour rétablir le fonctionnement normaldu procédé (modification du plan de fabrication (ΣL),modification des consignes émises par le superviseur (ΣU),voire adaptation dynamique des commandes.

Diagnostic des alarmes

Trouver les relations de causes à effets entre la déviation constatée et l’événement ou l’équipement défaillant qui l’a provoquée et évaluer lacriticité de cette déviation

Reprise

AMDECFonction Elément Défaillance Causes Effets Détection G F N Criticité

CF COURS 3A







Supervision industrielle 3.1. Architecture informatique



96


Vues de commande: permettent aux opérateurs de surveiller lefonctionnement de la partie commande et d ’agir sur le procédé (actionscorrectives, actions de changement de mode de fonctionnement, actionsde paramétrage, …).

Superviseur industriel

Vues de tendance ou « historiques» : courbes quiprésentent l’évolution passée d ’une variable procédé oud ’une alarme; élaboration de statistiques.

Vues synoptiques : représentent la structure physique del’installation et permettent la visualisation des variablesreprésentatives de l’état du procédé. Souvent les vues de

commandes sont accessibles depuis les vues synoptiques.

Vues d’alarmes: présentent aux opérateurs une liste delibellés d’alarmes et/ou d’états classés suivant des critèrespropres à chaque système ( chronologie, nature des alarmes,criticité, …).







CPU315 CP342-5 CP343-5

COROS OP15CSIEMENS

K1 K2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K 1 3 K 1 4 K 1 5 K 1 6

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

H E L P E N T E R

ACKHARDCOPY

DIR INS ESC

DEL

i

CPU315 CP342-5 CP343-5

COROS OP15CSIEMENS

K1 K2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K 1 3 K 1 4 K 1 5 K 1 6

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

H E LP E N T ER

ACKHARDCOPY

DIR INS ESC

DEL

i

CPU315 CP342-5 CP343-5

COROS OP15CSIEMENS

K1 K2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K13 K 1 4 K 1 5 K16

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

H E LP E N TE R

ACKHARDCOPY

D I R I N S ESC

DEL

i

Supervision industrielle 3.1. Architecture informatique



97



ProfibusFMSRéseau MPI

Poste dechargement

Poste dedéchargementet de contrôle

Poste detravail n°1



Serveur DDE

Réseau Ethernet

Profibus DP

COROS OP15CSIEMENS

K1 K2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K13 K 1 4 K 1 5 K16

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

H E L P E N T ER

ACKHARDCOPY

D I R I N S ESCDEL

i

CPU315 CP342-5 CP343-5

COROS OP15CSIEMENS

K 1 K 2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K 1 3 K 1 4 K 1 5 K 1 6

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

HELP ENTER

ACKHARDCOPY

D I R I N S E S CDEL

i

Profibus DP

COROS OP15CSIEMENS

K1 K2 K 3 K 4

K 5 K 6 K 7 K 8

K 9 K 1 0 K 11 K 1 2

K13 K 1 4 K 1 5 K16

F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 F 7 F 8

7 8 9

4 5 6

1 2 3

0. + /-

SHIFT

H E L P E N T ER

ACKHARDCOPY

D I R I N S ESC

DEL

i

CPU315 CP342-5 CP343-5 CPU315 C P3 42 -5 C P3 43 -5

Profibus DP

Serveur OPC

Client OPC

Client OPC

Réseau Internet

In Touch

In Track(MES)

Scout(Serveur WEB)

(2) Carte Siemens 5412(1) Carte Applico m PFB1500

(2)

(1)

ERP

Conduite et supervision

Pilotage ettraçabilité

Visualisationà distance

CP343-5

SQL serveur SGBDOracle

Architecture technique pour la supervision du SFP



98


Problèmes posés

Supervision industrielle 3.2. Conception des applications de supervision



99


Vues synoptiques: comment structurer et hiérarchiser lesinformations ?

Vues de commande: comment regrouper les niveaux decommande, comment identifier les variables d’informations et decommande associées à ces niveaux?

Vues historiques: quand doit-on historiser une variable ouune alarme (changement d’état, archivage périodique, …) ?

Vue d’alarmes : pertinence des alarmes, regroupement d’alarmes, persistance des alarmes ?

Comment organiser les différentes vues nécessaires etleurs liens hiérarchiques ?

Comment garantir la lisibilité, la charge et la complétudeinformationnelle de l’écran ?







Les vues de supervision ont pour vocation d’aider les opérateurs à structurer le champinformationnel issu d’une réalité complexe et de l’assister dans ses multiples fonctions(anticipation, détection, diagnostic, pronostic, …)


Un exemple



100


Un exemple

Etude britannique « Health and Safety Executive » réalisée sur 13 installationschimiques et centrales de production d’énergie

En fonctionnement normal

Un opérateur de supervision reçoit environ1 alarme toutes les 2 minutesde jour comme de nuit

50 % des alarmes sont desrépétitions d’alarmes déjà vues dans les 5minutes précédentes.

Seulement 6% des alarmes sont représentatives de problèmesopérationnels réels

En fonctionnement faisant suite à une perturbation

90 alarmes peuvent alors se produire dans la première minute, 70alarmes dans les 10 minutes qui suivent

Environ 50% des opérateurs reconnaissentvalider (acquitter) desalarmessans même lescomprendre,voire leslire






4.4. M.E.S.M.E.S.4.1.4.1.Rôle d’un M.E.S.Rôle d’un M.E.S.4.2. Standard ISA SP954.2. Standard ISA SP95 Besoin d ’une méthodologie de conception basée sur des

critères ergonomiques et des critères liés au procédé

Identification

Mise en place de l'organisation de travail




101


Analyse duprocédé

Mise en place de l organisation de travail

Recueil d'informations

Analyse et modélisation

Limites etressourcesthéoriques

des utilisateurs

Analyse deslimites et ressourcesréelles des utilisateurs

Analyse destachesprésentes

Analyse desbesoins enassistance

Modélisationdes

utilisateurs

Modélisationdes tâches(assistées)

Modélisationdu procédé

SpécificationSpécification desmodes dereprésentation et

des attributsgraphiques

Spécificationdesenchaînements

des vues

Spécificationdes modulesd'aide :prédictions,

diagnostics ...

Conceptiondétaillée etréalisation

Conception etréalisation d'une

bibliothèquegraphique

ergonomique

Conception etréalisation du

gestionnaire del'imagerie

Conceptionet réalisationdes modules

d'aide

Critères etméthodes

d'évaluation jeu decas-tests

Documentationdu projet

EvaluationEvaluation en simulation

Evaluation sur le site

Formation desutilisateurs


2.2. Systèmes de commandeSystèmes de commande2.12.1 IntroductionIntroduction2.2.2.2.TechnologieTechnologie2.3.2.3.De l’analyse à la conceptionDe l’analyse à la conception

2.4.2.4.Conception modulaireConception modulaire2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation



Méthodes basées sur la modélisation du procédé

Supervision industrielle 3.2. Méthodes de Conception



102


Structure : modélisation des unités, lignes, systèmes et équipementsde production,organes : équipements technologiques (actionneurs, capteurs, …)ressources : regroupement d ’organe / découpage de l ’atelier

Indisponible

Arrêt

Travail

α1

β 1

λ 1

µ 1

Tournage Fraisagestockageα1 α2β 1 β 2

Fonction : procédé de production

Structure : états de fonctionnement des

équipements

αi : lancement ,αβ i : travail terminéλi : défaillance machine,λµ i : réparation

Fonctions: modélisation des transformations supportées par le procédé,opérations élémentaires : transformations de matière et/ou d ’énergieregroupement d ’opérations

Evolution: modélisation de la dynamique du système






Analyse « moyens - objectifs » : on cherche à définir les relations entre les

Supervision industrielle 3.2. Méthodes de Conception : Modèles Structure/Fonction



103


transformations de matière et d ’énergie et les objectifs et fonctions à réaliser

A

G2

A

G1

M

Ressource 1

Ressource 2

C

Source Puits Transport Stockage Balance Barrière

Matière

Energie

A

A-M

C

Connection : relie les fonctions entre ellesAchieve : Relie la structure à un butAchieve by Management : lien achieve avecrégulation automatiqueCondition: conditionnement d ’une fonctionpar un but

BUTS

FORMALISME

EXEMPLE

Méthode Multi-level Flow Model (MFM) de LIND






Méthode industrielle développée par Rhône-Poulenc

Supervision industrielle 3.2. Méthodes de Conception : méthode ASTRID



104


Procédure « charge du réactif »:ouvrir V4, V6, V7 en garantissant que le circuit reste isolé (V2,V5, V8, V14, V3 fermée et non commandées par un autreautomatisme ou opérateur)

Cahier des charges de conduite

Comment définir les fonctions, les ressources, ... ?

Réacteur

Cristallisoir

V1

V2

V3

V4

P1

V5

V6V14

V8

V9

V7

Acidesalicylique

Solvant Réactif

Réacteur

Exemple






Organisation de référence

Supervision industrielle 3.2. Méthodes de Conception : ASTRID



105


RECETTES

FONCTIONS

RESSOURCES

ORGANES

SortiesTOR/Ana

EntréesTOR/Ana

Mode opératoire

Savoir-faire et procédures opératoiressur les phases élémentaires duprocessus de production

Responsables de l’exécution desfonctions en garantissant la sûreté defonctionnement

Gestion des actionneurs et des capteurs






Acidesalicylique Exemple

Supervision industrielle 3.2. Méthode de Conception : ASTRID



106


RESSOURCES =partie de l ’installation qui a moment donnépeut avoir un fonctionnement indépendant. C’est une interface

entre la fonction et les organes.

Réacteur

Cristallisoir

V1

V2

V3

V4

P1

V5

V6V14

V8

V9

V7

FONCTIONS :réalise une phase de production élémentaire

Solvant Réactif

Réacteur

Actionneurs de sectionnement(V2, V4, V5, V6, V7, V14, V8) :sont affectés à une ressource unique et sont donc inaccessiblespour une commande en provenance d ’autres ressources

ORGANES =actionneurs, capteurs









107


RECETTES

FONCTIONS

RESSOURCES

ORGANES

SortiesTOR/Ana

EntréesTOR/Ana

Transfert

StockeurRéactif Pompe P1 Tuyau T1 Réacteur

V4V3 V2 V5 V6 V7 V14 V8P1

Exemple

Exemple

Supervision industrielle 3.2. Méthode de Conception : ASTRID



108


p

RECETTES

FONCTIONS

RESSOURCES

ORGANES

SortiesTOR/Ana

EntréesTOR/Ana

Normal Défaut

défaut

reprise

reprisedéfautLibérerorganeRéserver

Réservé

Réservation par une ressource(acceptation des commandes en provenance de la ressource)

Arrêt Indisponible

Terminé Arrêt

Marche

? Libérer-ressource! Libérer-organe

? Libérer-ressource! Libérer-organe

?Occuper-ressource! réserver-organe

?Défaut

?Reprise

LancerFin

LIBRE

OCCUPEE

Commandes des actionneurs selon la logique interne de la ressource

Prêt / Terminé Pause

Arrêt Défaut

Marche? Fin! Libérerressource

? LANCER [init]! Occuper-ressource

? Fin

?Défaut! Libérerressource?ARRETER

?RELANCER! Libérerressource

?PAUSER! Libérer-ressource

?RELANCER! Occuperressource

?Défaut! Libérer-ressource

Conditions de lancement [init] :disponibilité des ressources, état duprocédé, conditions initiales,

Conditions et logique de fonctionnement [état marche]

Conditions de terminaisons [fin] :état du procédé, état des ressources / organes



109







M.E.S.Manufacturing Execution

System

Deux organismes américains sont à l’origine du concept de MES :

Manufacturing Execution System Définition fonctionnelle



110


Deux organismes américains sont à l origine du concept de MES :l’ AMR (Advance Manufacturing Research) qui assure une veille technologiquedans le domaine de la gestion d’entreprise et de fabrication. Le terme MES a été défini par Bruce Richardson en 1990.

La MESA (MES Association), association professionnelle fondée en 1992 par

les principaux fournisseurs de progiciels de gestion de fabrication.

Modèle à 3 couches de l’entreprise

• la coucheplanificationde la production• la couchecontrôle-commandedes procédés

• la coucheexécution(domaine du MES) qui assurele lien entre les deux couches précédentes






L’entreprise sans M.E.S. Définition fonctionnelle



111


Fournir aux commerciaux desinformations très précises

nécessaires à l’acceptation descommandes (peut-on fabriquerun produit donné, sous quel délaiet à quel prix ?)

Mettre en fabrication rapidementun nouveau produit (définir larecette et les procédures detravail associées, former lesopérateurs, etc.).Réordonnancer la productionrapidement (pour faire face àune commande imprévue eturgente, pour réagir à la panned’un appareil, etc.).

Diagnostiquer rapidement une

dérive....

?

GMAO

IAO

GPAOLogistique(Supply Chain)

CommercialFinance

Supervision Contrôle/Commande

Comptabilité

Procédures / Habitudes / Bouche-à-oreille

Hommes / Papier

Processus de fabrication

Système informatique d’entreprise






Manufacturing Execution System Flux d’informations

S tè i f ti d’ t i



112


CapteursActionneurs

Système de contrôle/commande

Système informatique d’entreprise

M.E.S.

InformationsOrdres

2 : recettes, consignes

4 : Ce qui a été fait,réponses

2 : ce qu’il faut faire,Mode opératoire,questions

1 : ce qu’il faut fabriquer

3 : Ce qui a été fait,comment cela a été fait,ce qui est en cours,états

5 : Ce qui a été fabriqué






PlanningMRP

Manufacturing Execution System



113


MRP

MESExécution et gestion

des plans deproduction

ControlPLC, CNC

Etat des ordres de fabricationsDates Début, FinDate de mise à disposition

Etat des ressources/UtilisationEtat du personnel/UtilisationEtat des matières/UtilisationRecette de contrôleTraçabilité généalogie produit

OFRecettes & Gammes

RessourcesQualification du personnel

Etat des stocksProcédures

Etat du procédéSignaux de fin de batchAnalyses matièresEvénements:Temps/Date/Lot/AlarmesDonnées continues

(Ré-)Ordonnancement détailléAllocations de ressourcesPlanning de maintenance

Fiches de sécurité produitsModes opératoires






Intégration d’un M.E.S. en entreprise



114


Informations de gestion d’entreprisePlanning général usine, gestion opérationnelle,…

Informationssur le produit

Comment fabriquer

Informationssur la capacitéde production

Ce qui est disponible

Informations de gestion de productionSupervision , planning de production,

Sécurité, assurance qualité, …






Informationsde performancede production

Résultats

Informations

Quoi faire et quand

d’ordonnancementde la production

What do you need to manage?

WHAT and HOW to produce



115


CONTROLONTROL

ERP

Productiondata

collection

Productionexecution

Productionresource

management

Productiondispatching

Productiontracking

Detailedproductionscheduling

Productionschedule

Productdefinition

management

ProductionPerformance

analysis

Productdefinition

Productioncapability

Productionperformance

WHAT and HOW to produce

What CAN be produced

When and What TO produce

When and What WAS produced

Product Definition

Production Capability

Production Schedule

Production Performance

"From ISA 95.00.03, Part 3 (Draft 11). Copyright ISA 2003.”

Les 11 fonctions du M.E.S. (selon Mesa)

Fonction Rôle



116


Gestion des ressources

Ordonnancement

Cheminement des produits etdes lots

1

2

3

• Assure la gestion de toutes les ressources del’atelier (équipements, personnel, documents, etc.)

• Suit « en temps réel » l’évolution de leur état.

• Prend toutes dispositions pour que chacune d’ellessoit disponible au moment où on en a besoinconformément au planning de fabrication.

• Enregistre l’historique de leur utilisation.

• Ordonnance les activités et/ou les produits pouroptimiser les performances de l’atelier en tenantcompte de l’état réel de celui-ci (équipements etpersonnel disponibles)

• Détermine le cheminement des produits et des lotsdans l’atelier conformément aux recettes ougammes de fabrication utilisées et en tenantcompte de l’état réel de l’atelier (pannes, retards,etc.)

• Permet l’exécution de tâches non prévues(recyclages, nettoyages, mises en attente, ...)



2.4.2.4.

Conception modulaireConception modulaire

2.5. Validation / vérification2.5. Validation / vérification2.6.2.6.ImplantationImplantation






117


4

5

6

7

Collecte et acquisition dedonnées

Gestion des documents

Gestion du personnel

Gestion de la qualité

• Gère et distribue tous les documents nécessairesà l’exploitation de l’atelier (recettes, procédures,schémas, cahier de quart, etc.)

• Fournit les interfaces permettant de collecter lesdonnées de production en provenance del’atelier (saisies manuelles, supervision).

• Gère les acteurs de l’atelier.• Met à jour leur disponibilité.• Enregistre qui a fait quoi, quand et pendant

combien de temps.• Peut être utilisé par la fonction de gestion desressources pour l’attribution des tâches.

• Analyse en temps réel l’évolution de tous lesindicateurs qualité d’où qu’ils viennent(procédé, laboratoire, etc)

• Identifie les problèmes potentiels.

• Signale ces problèmes aux acteurs de l’atelieren recommandant des actions (changement deconsigne, demande d’inspection, etc.)





• Analyse l’évolution du procédé




118


8

9

10

11

Gestion du procédé

Gestion de la maintenance

Traçabilité produit etgénéalogie

Analyse des performances

Analyse l évolution du procédé• Identifie les problèmes potentiels.• Corrige automatiquement ces problèmes ou les

signale aux opérateurs en recommandant desactions.

• Planifie les tâches visant à maintenir l’outil deproduction dans l’état nécessaire à uneproduction optimale (maintenances périodique,préventive et corrective)

• Maintient un historique de ces activités

• Permet de connaître à tout moment l’état dechaque lot ou campagne engagé (dans queléquipement se trouve-t-il, qui travaille dessus,quels composants sont utilisés, quelles sont lesconditions opératoires, etc.)

• Maintient un historique qui permet de retracer lagénéalogie de tout lot ou campagne fabriqué

• Compare les résultats obtenus aux objectifs fixéspar l’entreprise, les clients ou les contraintesréglementaires

• Fournit des rapports aux utilisateurs

• Permet de connaître à tout moment l’état dechaque lot ou campagne engagé (dans queléquipement se trouve-t-il, qui travaille dessus,quels composants sont utilisés, quelles sont lesconditions opératoires, etc.)

• Maintient un historique qui permet de retracer lagénéalogie de tout lot ou campagne fabriqué





Intégration d’un M.E.S. en entreprise

M.E.S. 4.2.Standard ISA SP95



119


Modèles différentsEchelles de temps différentesVolumes et flux de données différents

Premières tentatives d’intégration ERP/MES difficiles

ISA SP95





SP95 part1

SP95 part2 Détails des Modèles

polytech automatisation

Documents