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STRUCTURE ET PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UN AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL (API)

Remarque préliminaire : les parties de TP repérées par un trait vertical « » correspondent à un travail préparatoire à faire à la maison. 1. Structure fonctionnelle et matérielle d’un API La structure générale d’un système pluritechnique est représentée ci-dessous. : Repérer sur ce schéma l’emplacement occupé par un API en coloriant le ou les rectangle(s)

fonction(s) concerné(s) en bleu.

Le système «MINIDOSA» présent dans la salle de TP est piloté par un API ; rendez-vous auprès de ce système et identifier l ‘API utilisé.

Vérifiez que les indications portées sur l’appareil sont : - Marque : SCHNEIDER TELEMECANIQUE - Type / référence du modèle (voir étiquette signalétique sur le coté droit) :

TSX MICRO / TSX3710101 - Tension d’alimentation : 24 VCC

: J’ai réussi à repérer toutes ces indications sur l’API du « Minidosa ».................................. oui ٱ

non ٱ

: La référence actuelle de cet appareil a changé ; la nouvelle référence constructeur est : TSX 3710 164 DT K1

Voir sur la documentation constructeur, jointe en annexe 1, la présentation générale de cet automate, ainsi que les caractéristiques principales correspondant à cette nouvelle référence.

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Les principales fonctions présentes dans un API sont présentées sur le diagramme FAST ci-dessous.

Diagramme FAST d’un API

: Compléter ce FAST en précisant les

solutions techniques utilisées sur l’API du système Minidosa ; préciser les caractéristiques principales.

: voir sur le système (lors du TP) et dans la doc. technique annexe 1 (confère nouvelle référence donnée en page 1).

Les éléments repérés 1 et 2 sont visibles

sur l’API : les repérer sur la photo ci-contre.

Acquérir les informations issues des capteurs et des interfaces H/M

Gérer le fonctionnement de l’API

Emettre les ordres vers les chaînes d’énergie et les informations vers les

interfaces H/M

Dialoguer avec d’autres systèmes

Adapter l’énergie électrique

………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Carte unité centrale

…………………………………………………………………….………………………………………………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………………………………………………………………………

Carte(s) de communication

Mémoriser le programme et des données

Module d’alimentation

Traiter les données

Solutions techniques

1

2

3

Caractéristiques des entrées – sorties (TOR)

: Compléter le tableau suivant pour l’API du minidosa et pour l’API du sous-système «TSX37» mis à disposition (voir annexes 2 et 4): API du minidosa API du sous-système TSX37 Référence de la carte d’E/S TSX DMZ 64 DTK TSX DMZ 28 DT Nombre d’entrées Nombre de sorties Type de raccordement

: Compléter le texte à l’aide du vocabulaire proposé : Une carte d’entrée reçoit les ……………………………………………. issus des ……………………………. ou des interfaces homme → machine ( …………………………., …………………………….). Ces signaux sont filtrés (parasites, rebonds de contacts,…) puis mis en forme pour élaborer des informations ………………………. qui seront lues périodiquement par l’unité centrale. Une carte de sortie permet à l’API de commander les actionneurs via les …………………………………….. ( ……………………………………., ………………………………….) ou d’émettre des informations à destination des interfaces machine → homme (…………………………………., ……………………………………..) ; Elle réalise la correspondance état logique → signal électrique. Vocabulaire à utiliser : binaires – boutons – préactionneurs – signaux électriques – capteurs – voyants – contacteurs – sirènes – claviers – distributeurs

: voir, si nécessaire, le chapitre D4.3 du Mémotech SI.

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: Répondre aux questions suivantes en cochant la case adéquate pour la carte d’E/S du sous-système TSX37: Entrées : voir annexe 2 - La carte d’entrée fonctionne sous ......................................................................... V alternatif 230 ٱ V continu 24 ٱ 24V alternatif ٱ - Pour activer une entrée, il faut que le capteur commute le potentiel ........... V 0 ٱ (voir schéma en annexe 3, côté capteurs) 24 ٱ V - Il est possible de raccorder un détecteur de proximité (ddp) de type ٱ NPN Justification : ٱ PNP PNP ou NPN ٱ - Une tension de 12 Vcc en entrée est ..................................................................... un état 1 ٱ un état 0 ٱ à proscrire ٱ - Une tension de 4 Vcc en entrée est ...................................................................... un état 1 ٱ un état 0 ٱ à proscrire ٱ - Une tension de 8 Vcc en entrée est ...................................................................... un état 1 ٱ un état 0 ٱ à proscrire ٱ - Le temps de réponse de la carte d’entrée permet de prendre en compte le signal d’un capteur qui envoie 10 impulsions par seconde (10Hz).................... oui ٱ

non ٱJustification : .......................................................................................................................................... Sorties: voir annexe 4 - Les sorties de ce module sont des sorties ........................................................... statiques ٱ relais ٱ - Un préactionneur à commander en 24V alt. est raccordable à ce module .... oui ٱ

non ٱ - Un préactionneur à commander en 24Vcc est raccordable à ce module ....... oui ٱ

non ٱ - Le temps de réponse de la carte permet à une sortie d’allumer et d’éteindre un voyant 10 fois par seconde (10Hz) .................................................. oui ٱ non ٱ Justification : ..........................................................................................................................................

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2. Principe de fonctionnement d’un API 2.1 Observation du fonctionnement A l’aide du logiciel de transcodage CADEPA et sur le poste mis à disposition (sous-système

TSX Micro), programmer l’équation suivante :

S = a (fonction OUI)

Raccorder un bouton poussoir « a » à l’entrée programmée ; faire vérifier le câblage au professeur avant toute mise sous tension.

Transférer le programme dans l’API, mettre en marche. Activer l’entrée a et observer attentivement le temps de réponse de l’API (intervalle de

temps séparant l’activation de l’entrée a de l’activation par l’API de la « réponse » S ) : Comme vous le constatez, cette réponse est, à notre échelle, quasi instantanée.

Tout se passe donc comme si la sortie était directement raccordée à l’entrée (logique câblée : ).

Mais dans notre cas, le principe de fonctionnement est bien entendu fondamentalement différent ; en effet, la réponse de la sortie S à l’entrée a est liée à l’exécution du programme S=a. Cette logique programmée peut être imagée de la manière suivante :

2.2 Mesure du temps de réponse Nous allons essayer de mesurer ce (rapide) temps de réponse. Matériel supplémentaire à utiliser: - Un oscilloscope numérique avec la voie 1 (CH1) raccordée au signal « a » et la voie 2 (CH2) raccordée à la sortie « S » Réglages préconisés : 5V/DIV pour les 2 voies et 1 ms/DIV

Acquisition déclenchée sur fronts montants de la voie 1(trigger ON) Raccorder l’oscilloscope au sous-système TSX Micro. : faire vérifier le câblage au professeur avant toute mise sous tension !

Manipulations à effectuer : activer l’entrée « a » et relever à l’oscilloscope le temps de

réponse noté tr de la sortie « S ». :Procéder à dix relevés et compléter le tableau suivant :

Mesure n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 tr mini tr maxi

tr (ms) Conclusion : …………………………… ≤ tr ≤ ……………………………

Sa

Sa API

S=a

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2.3 Exploitation des résultats expérimentaux Rappel :

Le principe de fonctionnement de base d’un automate est le suivant : - lecture et mémorisation de l’état logique de toutes les entrées (E) - exécution du programme écrit par l’utilisateur avec les états mémorisés

précédemment (T) - affectation des sorties (S)

Ce traitement, illustré ci-dessous, est cyclique, c’est à dire qu’il est relancé à la fin de chaque affectation des sorties (S).

: En fonction du principe de fonctionnement exposé ci-dessus, compléter les figures suivantes, en faisant apparaître pour le

- cas 1 : la réponse « S » et son temps de réponse que l’on notera trtc (temps de réponse lié au traitement cyclique)

- cas 2 : l’entrée « a » et la sortie « S » pour un temps de réponse trtc minimal - cas 3 : l’entrée « a » et la sortie « S » pour un temps de réponse trtc maximal

En déduire pourquoi le temps de réponse tr relevé précédemment n’est pas constant : Conclusion : indiquer, en nombre de temps de cycle automate tc, la durée minimale et la durée maximale que peut prendre un temps de réponse trtc. trtc mini = ……… x tc trtc maxi = …… x tc

E T S

Relance de la scrutation

temps de cycle tc

E T S E T S E T S E

t

t

t

t

t

t

a

a

a

S

S

S

tc

Cas 1 :

Cas 2 :

Cas 3 :

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Remarque : le temps de réponse tr mesuré au § 2.2 est un temps global qui intègre, entre autres, le temps de réponse de la carte d’entrée trce et le temps de réponse de la carte de sortie trcs. On peut donc écrire que : tr = trtc + trce +trcs En admettant que les temps de réponse trce et trcs des cartes d’E/S soient constants, le temps de réponse global sera donc fonction des variations du temps lié au traitement cyclique trtc d’où : tr mini = trtc mini + trce +trcs et tr maxi = trtc maxi + trce +trcs

: Exprimer tr mini et tr maxi en fonction du temps de cycle de l’automate tc (reprendre les

résultats de la page 6). tr mini = tr maxi = Déterminer ∆tr = tr maxi - tr mini en fonction de tc

∆tr = Calculer ∆tr avec les résultats expérimentaux du §2.2

∆tr = Nous avons donc ainsi une estimation de la durée d’un temps de cycle automate :

tc ≈

: comme tr maxi et tr mini ne sont pas forcément relevés expérimentalement (il faudrait réaliser un grand nombre de mesures), la valeur trouvée ci-dessus est en général une valeur inférieure au temps de cycle automate tc. 2.4 Vérification des résultats Nous allons essayer de déterminer le temps de cycle tc d’une autre manière. Débrancher l’oscilloscope du TSX Micro. Saisir le programme ci-dessous (Cadepa):

2

T/X2/100c

1

[C1.INC.]

[C1=’0’] SI >RAZ

>mesure

Commentaires :

Mise à zéro du compteur C1 lors du front montant sur le bouton poussoir « RAZ » Le front montant sur le bouton poussoir « mesure » lance le cycleIncrémentation du compteur C1

Devient vrai après 100 centièmes de seconde d’activation de l’étape 2

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Raccorder les boutons poussoirs « mesure » et « RAZ » aux entrées choisies dans le programme. Transférer le programme dans l’automate TSX Micro, mettre en marche.

Sous Cadepa, visualiser l’exécution du programme ( Grafcet en ligne) ainsi que le contenu du

compteur C1 ; procéder comme suit : - depuis « grafcet en ligne », sélectionner « animation » puis « lire, écrire »

renseigner le champ « Mnémonique » par C1, valider en cliquant dans le champ « adresse ».

Donner une impulsion sur « mesure » et observer le contenu de C1.

Mettre C1 à zéro par une impulsion sur « RAZ » puis relancer la mesure ; procéder à cinq

mesures.

: Renseigner le tableau ci-dessous :

Relevé n° 1 2 3 4 5

Contenu de C1

En fonction du grafcet et des résultats expérimentaux, compléter le schéma ci-dessous :

Expliquer quels sont les événements comptés par C1 et pendant combien de temps ceux-ci

sont comptés :

: les variations du nombre d’événements comptés sont liées à la précision de la temporisation qui est de l’ordre de la base de temps donc, ici, de l’ordre du centième de seconde. En déduire la durée d’un temps de cycle automate tc :

tc ≈

Comparer avec les résultats du §2.3 et conclure :

X2

t

Durée= ………s

E T S E T S E T S E T S E T S E T S

C1=0 C1=….. C1=….. C1=….. C1=….. C1=…..

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ANNEXE 1

10

ANNEXE 2

Non compatible

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ANNEXE 3

SCHEMA DE RACCORDEMENT DE LA CARTE D’E/S (sous-système)

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ANNEXE 4