• 1. Automatismes industriels Les automates programmables
  • 2. SommaireChapitre 1: définition d’automatisme 1_1 :exemple d’application d’api 1_2 :définition automatisme 1_3 :bute d’automatisation 1_4 :Historique 1_5 :fabriquant des automatesChapitre 2 :constitution générale de l’API 2_1: Architecture matérielle 2_2: fonctionnement 2_3:catégorie des API 2_4:les différentes partie d’une automate modulaireChapitre 3: organisation d’un système automatisé de production 3_1:schéma de principe 3_2:les actionneurs 3_2_1:moteur électrique 3_2_2:vérin pneumatique 3_2_3:autres actionneurs3_3:les pré actionneurs 3_3_1 les contacteurs 3_3_2 les relais 3_3_3 les distributeurs pneumatique 3_4:les capteurs 3_4_1 capteurs TOR 3_4_2 capteurs analogique 3_4_3 transmeteurs
  • 3. Applications des automates programmables.• Commande des machines•Machines outil a commande numérique•Convoyage•Emballage• Machines de chantier, engin de levage
  • 4. Applications des automatesprogrammables.• Automatisme du bâtiment•Chauffage, climatisation• Distribution électrique• éclairage• Sécurité, alarmes• Régulation de Processus Chimie• pétrochimie• pharmaceutique• Traitement des eaux• Thermique, fours, métallurgie
  • 5. Applications des automatesprogrammables.• Contrôle de systèmes• Production et distribution d’énergie(électricité ,pétrole, gaz) Transports(chemin de fer, routier, marine).
  • 6. INTRODUCTION A L’AUTOMATISMEDéfinitions:• Automatique : C’est l’ensemble des sciences et destechniques utilisées dans la conception et la réalisation dessystèmes automatisés (SA).• Automatisation : C’est l’exécution automatique de tâchessans interventions humaines.
  • 7. DéfinitionUn Automate Programmable IndustrielAPI : Automate programmable industrielou, en anglaisPLC : Programmable Logic ControllerEst un appareil électronique de traitement de l’information(remplacement de logique à relais câblée)
  • 8. DéfinitionEffectue 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.
  • 9. Buts de l’automatisation • Pourquoi automatiser ?
  • 10. Buts de lautomatisation• Élimination de tâches répétitives ou sans intérêt – Machine de fabrication• Simplifier le travail de lhumain – 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.
  • 11. Buts de lautomatisation• Proposer aux hommes des tâches valorisantes – Au lieu de chargement / déchargement de pièces sur une machine, offrir la possibilité de la contrôler voire programmer.• Accroître la productivité – Cadence de production soutenue – Pas de fatigue• Économiser les matières premières et lénergie – Production plus efficace
  • 12. Buts de lautomatisation• Superviser les installations et les machines– Vérifier l’état de fonctionnement de la machineet prévenir si une maintenance est nécessaire.– Augmentation de la disponibilité.
  • 13. HistoriqueCest Modicon (entreprise américaine) qui créa en1968, aux USA, le premier automate programmable. Sonsuccès donna naissance a une industrie mondiale quisest considérablement développé depuis.Lautomate programmable représente aujourdhuilintelligence des machines et des procèdes automatisésde lindustrie, des infrastructures et du bâtiment.
  • 14. Quelques fabriquants des automates dans 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, SLC5000 .. .)• 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 . . .)
  • 15. Architecture matérielle d’un API
  • 16. Architecture matérielle d’un APIUn 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 programmationInterfaces pour les signaux d’entrée• Tout ou rien: 24 V DC• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc
  • 17. Architecture matérielle d’un APIInterfaces 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
  • 18. Fonctionnement des automatesUn automate exécute son programme de manière cyclique :• Lecture des entrées• Traitement du programme• Ecriture des sortiesLe temps d’exécution d’un cycle est de lordre dune vingtaine de millisecondes et est contrôle par une temporisation appelée chien de garde.
  • 19. Fonctionnement des automates
  • 20. Fonctionnement des automatesRemarque:On peut choisir le mode d’ exécution des programmes utilisateur:• Fonctionnement cyclique.• Mode périodique.Le temps d’un cycle influence sur le tempsde repense de l’automate.
  • 21. Exemple d’une API
  • 22. Catégories d’automates•Les micro automatesNombre d’entrées sorties fixeGénéralement pas d’analogique ni de communicationRemplacement de logique à relais•Les automates compacts10 à 250 entrées-sortiesNombre d’entrées-sorties extensible par blocsFonctions analogiques et communications limitéesPetits automatismes, logique combinatoire et séquentielle
  • 23. Type monoblocL N +24VD-INCOM01 2 345 6 7 8 9 10 11 12 13CTSXO7IRUN ERR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13OCOM I/O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9OUT OUT OUT OUT INPUTS 24 VDC EXTENSIONCOM 0 1 2 3 4 COM 5 6 7 COM 8 COM 9 OUTPUTS 2A RyA B SG
  • 24. 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
  • 25. Type modulaireALIMENTATION CPUINPUT
  • 26. Rack pour automate modulaire Rack 6 positionsRack 10 positions
  • 27. Alimentation automate modulaireCaractéristique :Tension fournie 24v DCCourant choisie selon la consommationdes modules utilisés.• Exemple TSY PSY 2600MALIM 100/240 VCA 26W
  • 28. CPUCaractéristique :Vitesse possesseurMémoire de travailLes ports intégrés de communicationLimitation systèmes TSX P57 2634MNombre de modules ,de rack . . .TélémécaniqueEnvironnement logicielCPU 412-1 MPI/DPsiemens
  • 29. Module d’entrée sortieModule entrée TOR (tout ou rien):Il est constituer des entrées physique logiqueLa lecture d’état logique du signale se fait par lamesure 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 absenteon dira que l’état logique est faux I=0
  • 30. Module d’entrée sortieModule entrée Analogique :Il est constituer des entrées physique analogiqueLa lecture du valeur du signale se fait par lamesure de signale d’entrée ( tension , courantrésistance ).Il est constitué d’ un convertisseur analogiquenumérique .
  • 31. Module d’entrée sortieModule sortie Analogique :Il est constituer des sorties physique analogiquequi fournie un signale ( tension, courant ) auxpériphérique extérieur.Il est constitué d’un convertisseur numériqueanalogique .
  • 32. Les systèmes d’entrés – sorties déportées• Flexibilité totale de la configurationExtension d’un automate modulaireProcesseurs spécialisés, PC industrielsModule sortie pneumatique• Lecture-écriture des entrée-sortiesPar réseaux câblé ou sans fil.
  • 33. Les systèmes d’entrés – sorties déportées
  • 34. Architecture d’un système automatiséde production SAP
  • 35. Les actionneursLes capteursLes préactionneurs Partie opérative Partie commande Traitement des données Dialogue homme machinepupitre
  • 36. 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 moteursMoteur synchronesynchrones qui sont utilisés pour les TGVaussi appelé alternateur quand il est utilisécomme générateur. En deuxième on trouve le moteur asynchroneQui ne possède aucune connexion entre le rotor etLe stator (cas rotor cage décureuil). Se moteur estessentiellement alimenter par des systèmes decourant triphasés. Moteur asynchrone
  • 37. Partie opérative/les actionneurs• 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 électroniqueAvantage• Sans balais• Couple important même en petite vitesse• Asservissement de position sans perte d’angle• Vitesse important
  • 38. Partie opérative/les actionneursUne machine électrique à courant continu estconstituée :D’un stator à base d’un flux de champmagnétique crée soit par des enroulementsbobinée soit par un aiment permanentD’un rotor bobiné relié à un collecteur rotatifinversant la polarité de chaque enroulementrotorique.
  • 39. Partie opérative/les actionneursles actionneurs pneumatiqueLes vérins pneumatique : il fournie une énergiemécanique à partir d’une énergie pneumatique Ils produisent un mouvement de translation.Type des vérins :  Vérin double effet  Vérin simple effet Vérin linéaire Vérin rotatif
  • 40. Partie opérative/les actionneurs Vérin simple effetVérin linéaireVérin rotatif
  • 41. Autre actionneurs• Ventouses pneumatique :Très utilisée dans lamanipulation d’objets.• vanne à commande:– Électrique (électrovanne)– Pneumatique– Hydraulique
  • 42. Partie opérative/les actionneursExemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique
  • 43. Les pré actionneursLes pré actionneurs se sont des dispositifs intermédiaires pourla 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
  • 44. Les pré actionneursLa commande des contacteur se fait parl’alimentation électrique du bobine interne ducontacteur.Une bobine
  • 45. Les pré actionneursLes relais se sont des interfaces de commande Ilest chargé de transmettre un ordre de lapartie commande à la partie puissance dunappareil électrique et permet, entre autres, unisolement galvanique entre les deux parties.Type :Relais électromécaniqueRelais statique
  • 46. Les pré actionneursRelais électromécanique Schéma de principe
  • 47. Les pré actionneursLes relais statique :relais électronique à base dePhoto coupleur qui assure l’isolement électriquedes deux parties électrique.
  • 48. Les pré actionneursles distributeursPour 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 plusieurspositions dont une seule est active. Le symbole d’un distributeurse présente sous la forme suivante
  • 49. Les capteurs: source d’information ou l’acquisition des données
  • 50. définitionUn Capteur est un dispositif transformant létat dunegrandeur physique observée en une grandeur utilisableUn détecteur est un dispositif technique (instrument, substance,matière) qui change détat en présence de lélément ou de lasituation pour lequel il a été spécifiquement conçu.
  • 51. Les capteursQuelque principes physiques exploités par les capteurs :• Angle• Courant• Champ magnétique• Débit• Déplacement• Distance• Force• Inertiels• Lumière• Niveau• Position• Pression• Son• Température
  • 52. Les capteurs tout ou rien Sur la majorité des systèmes automatisés, le traitement des données est effectué sur des variables de typelogiques( informations sur 2 états). 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
  • 53. Les capteurs tout ou rien 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 .
  • 54. Les capteurs tout ou rienLes interrupteurs de positions sont des appareilsactionnés par contact direct avec l’objet à détecter. Ilstransforment 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 demanoeuvre Contacts électriquesBoitier
  • 55. Les capteurs tout ou rienLe Détecteur inductif Les détecteurs inductifs sont des appareilscapables de détecter des objets métalliquesà distance. Une sortie statique informe de ladétection
  • 56. Les capteurs tout ou rienUn détecteur inductif se compose essentiellement d’un oscillateur dont les bobinagesconstituent la face sensible. A l’avant de celle-ci est crée un champ magnétiquealternatifAprès mise en forme, un signal de sortie, correspondant à un contactNO ou NF, est délivré.
  • 57. Les capteurs tout ou rienLe détecteur capacitifLes détecteurs capacitifs sont desappareils capables de détecter desobjets métalliques ou isolants àdistance ( solide, liquide oupulvérulent ). Une sortie statiqueinforme de la détection.
  • 58. Les capteurs tout ou rienUn 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. 6 Après mise en forme, un signal de sortie, 3 correspondant à un contact NO ou NF, est délivré.5 2 4 1
  • 59. Les capteurs tout ou rienLes détecteurs photoélectriques sont des appareils capables dedétecter des objets à très grandes distances ( quelquescentimètres à plusieurs dizaines de mètres ). Ils se présententsous la forme dun boîtier avec ou sans réflecteur, ou de deuxboîtiers; lun émetteur, lautre récepteur.
  • 60. Les capteurs tout ou rienPrincipe de fonctionnement:Un détecteur de type barrage est composé dunémetteur de lumière associé à un récepteurphotosensible. Emetteur RécepteurDans le cas du système barrage, les deux composantssont indépendants et placés lun en face de lautre. Câble
  • 61. Les capteursLes détecteurs de niveauIl permet le maintien d’un niveau à des pointsspécifiques (niveau haut et niveau bas) et alarme pour un niveau anormalement bas.N1NIVEAU MAXNIVEAU MINIPOMPAGERESERVOIR MP1VIDANGEPUISARD
  • 62. Les capteurs Fonctionnement des détecteurs de niveauIl 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.
  • 63. Les capteurs Le détecteur de pressionLes pressostats et les vacuostats ont pour fonction de contrôler ou de réguler unepression ou une dépression dans un circuit hydraulique ou pneumatique.Ils transforment le franchissement dune valeur de consigne de pression, en un signalélectrique TOR ou Analogique. 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 Les pressostats et vacuostats sont constitués de deux parties distinctes :• 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.
  • 64. LES CAPTEURS ANALOGIQUESLe fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistancesest basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de larésistance électrique dun conducteur avec la température.Mais comme ces variations sont différentes suivant quil sagit dunmétal ou dun agglomérat doxydes métalliques, deux cas ont étédistingués sous les appellations de thermomètre à résistance dune partet de thermistance dautre part.
  • 65. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.1 – Thermomètre à résistanceLa résistance électrique dun conducteur métallique croit avec la température. Lorsque la température varie on a : RR (1 a Tb T 2 c T 3) 0 T la température en CRo la résistance à 0 C a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal.• C’est le platine qui est le plus utilisé.
  • 66. LES CAPTEURS ANALOGIQUESExemple : La sonde Pt100 est une sonde platine qui a une résistance de100 pour une température de 0 C. (138,5 pour 100 C)RS R0 K *tR0= 100 pour t=0 CK=0.4
  • 67. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.2 – Thermomètres à thermistanceLa résistance électrique dune thermistance est très sensibleà laction de la température. Il existe deux types dethermistance, les CTN ( Coefficient de Température Négatif,)et les CTP ( Coefficient de Température Positif ). La loi de variation est de la forme : b T Raea et b sont deux paramètres de la thermistance.
  • 68. LES CAPTEURS ANALOGIQUES 1.3 - Comparatif La comparaison des variations de résistivité dun fil de platine et dune 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 métalliqueUn second avantage des thermistances est leur faible encombrement. Leur domainedutilisation va de -80 à +700 C avec une précision de 1/10ème à un demi degré. Les thermistances ne présentent pas le phénomène de polarisation et peuvent être traverséesindifféremment par un courant continu ou alternatifLemploi 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 nest pas linéaire
  • 69. LES CAPTEURS ANALOGIQUES 10000 1000 SONDE PT 100 CTPRésistance100 10 10.10 20 406080100
  • 70. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.4 - Couple thermoélectriqueExemple : le thermocoupleUn thermocouple est constitué de deux conducteurs en métaux de caractéristiques thermoélectriquesdifférents. Ces deux conducteurs placés dans un gradient de température, vontgénérer une FEM ( V ) en rapport avec la température
  • 71. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.5 - Sonde de niveau capacitiveLa méthode de mesure capacitive est basée sur leprincipe du condensateur. La conversion d’unevariation de capacité en une variation de courants’effectue par un transmetteur.
  • 72. LES TRANSMETTEURSCest un dispositif répondant à une variable mesuréeafin de générer et de transmettre un signal de sortiestandard en relation continue avec la valeur de la variable mesurée.Le transmetteur est destiné à être monté en tête de sonde. Le signal du détecteur ( sonde de température, de niveau, etc… ) est converti par letransmetteur 2 fils en un signal courant linéarisé. La liaison 2 fils assure à la fois lalimentation et latransmission du signal
  • 73. LES TRANSMETTEURSDeux types de transmission du signal cohabitent :• La boucle de tension : 0-10 V, 5V- 10VLe capteur délivre une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. Attentioncependant au problème des parasites radioélectriques • La boucle de courant : 0-20mA, 4-20mALe 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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    • 1. Automatismes industriels Les automates programmables
  • 2. SommaireChapitre 1: définition d’automatisme 1_1 :exemple d’application d’api 1_2 :définition automatisme 1_3 :bute d’automatisation 1_4 :Historique 1_5 :fabriquant des automatesChapitre 2 :constitution générale de l’API 2_1: Architecture matérielle 2_2: fonctionnement 2_3:catégorie des API 2_4:les différentes partie d’une automate modulaireChapitre 3: organisation d’un système automatisé de production 3_1:schéma de principe 3_2:les actionneurs 3_2_1:moteur électrique 3_2_2:vérin pneumatique 3_2_3:autres actionneurs3_3:les pré actionneurs 3_3_1 les contacteurs 3_3_2 les relais 3_3_3 les distributeurs pneumatique 3_4:les capteurs 3_4_1 capteurs TOR 3_4_2 capteurs analogique 3_4_3 transmeteurs
  • 3. Applications des automates programmables.• Commande des machines•Machines outil a commande numérique•Convoyage•Emballage• Machines de chantier, engin de levage
  • 4. Applications des automatesprogrammables.• Automatisme du bâtiment•Chauffage, climatisation• Distribution électrique• éclairage• Sécurité, alarmes• Régulation de Processus Chimie• pétrochimie• pharmaceutique• Traitement des eaux• Thermique, fours, métallurgie
  • 5. Applications des automatesprogrammables.• Contrôle de systèmes• Production et distribution d’énergie(électricité ,pétrole, gaz) Transports(chemin de fer, routier, marine).
  • 6. INTRODUCTION A L’AUTOMATISMEDéfinitions:• Automatique : C’est l’ensemble des sciences et destechniques utilisées dans la conception et la réalisation dessystèmes automatisés (SA).• Automatisation : C’est l’exécution automatique de tâchessans interventions humaines.
  • 7. DéfinitionUn Automate Programmable IndustrielAPI : Automate programmable industrielou, en anglaisPLC : Programmable Logic ControllerEst un appareil électronique de traitement de l’information(remplacement de logique à relais câblée)
  • 8. DéfinitionEffectue 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.
  • 9. Buts de l’automatisation • Pourquoi automatiser ?
  • 10. Buts de lautomatisation• Élimination de tâches répétitives ou sans intérêt – Machine de fabrication• Simplifier le travail de lhumain – 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.
  • 11. Buts de lautomatisation• Proposer aux hommes des tâches valorisantes – Au lieu de chargement / déchargement de pièces sur une machine, offrir la possibilité de la contrôler voire programmer.• Accroître la productivité – Cadence de production soutenue – Pas de fatigue• Économiser les matières premières et lénergie – Production plus efficace
  • 12. Buts de lautomatisation• Superviser les installations et les machines– Vérifier l’état de fonctionnement de la machineet prévenir si une maintenance est nécessaire.– Augmentation de la disponibilité.
  • 13. HistoriqueCest Modicon (entreprise américaine) qui créa en1968, aux USA, le premier automate programmable. Sonsuccès donna naissance a une industrie mondiale quisest considérablement développé depuis.Lautomate programmable représente aujourdhuilintelligence des machines et des procèdes automatisésde lindustrie, des infrastructures et du bâtiment.
  • 14. Quelques fabriquants des automates dans 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, SLC5000 .. .)• 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 . . .)
  • 15. Architecture matérielle d’un API
  • 16. Architecture matérielle d’un APIUn 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 programmationInterfaces pour les signaux d’entrée• Tout ou rien: 24 V DC• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc
  • 17. Architecture matérielle d’un APIInterfaces 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
  • 18. Fonctionnement des automatesUn automate exécute son programme de manière cyclique :• Lecture des entrées• Traitement du programme• Ecriture des sortiesLe temps d’exécution d’un cycle est de lordre dune vingtaine de millisecondes et est contrôle par une temporisation appelée chien de garde.
  • 19. Fonctionnement des automates
  • 20. Fonctionnement des automatesRemarque:On peut choisir le mode d’ exécution des programmes utilisateur:• Fonctionnement cyclique.• Mode périodique.Le temps d’un cycle influence sur le tempsde repense de l’automate.
  • 21. Exemple d’une API
  • 22. Catégories d’automates•Les micro automatesNombre d’entrées sorties fixeGénéralement pas d’analogique ni de communicationRemplacement de logique à relais•Les automates compacts10 à 250 entrées-sortiesNombre d’entrées-sorties extensible par blocsFonctions analogiques et communications limitéesPetits automatismes, logique combinatoire et séquentielle
  • 23. Type monoblocL N +24VD-INCOM01 2 345 6 7 8 9 10 11 12 13CTSXO7IRUN ERR 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13OCOM I/O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9OUT OUT OUT OUT INPUTS 24 VDC EXTENSIONCOM 0 1 2 3 4 COM 5 6 7 COM 8 COM 9 OUTPUTS 2A RyA B SG
  • 24. 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
  • 25. Type modulaireALIMENTATION CPUINPUT
  • 26. Rack pour automate modulaire Rack 6 positionsRack 10 positions
  • 27. Alimentation automate modulaireCaractéristique :Tension fournie 24v DCCourant choisie selon la consommationdes modules utilisés.• Exemple TSY PSY 2600MALIM 100/240 VCA 26W
  • 28. CPUCaractéristique :Vitesse possesseurMémoire de travailLes ports intégrés de communicationLimitation systèmes TSX P57 2634MNombre de modules ,de rack . . .TélémécaniqueEnvironnement logicielCPU 412-1 MPI/DPsiemens
  • 29. Module d’entrée sortieModule entrée TOR (tout ou rien):Il est constituer des entrées physique logiqueLa lecture d’état logique du signale se fait par lamesure 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 absenteon dira que l’état logique est faux I=0
  • 30. Module d’entrée sortieModule entrée Analogique :Il est constituer des entrées physique analogiqueLa lecture du valeur du signale se fait par lamesure de signale d’entrée ( tension , courantrésistance ).Il est constitué d’ un convertisseur analogiquenumérique .
  • 31. Module d’entrée sortieModule sortie Analogique :Il est constituer des sorties physique analogiquequi fournie un signale ( tension, courant ) auxpériphérique extérieur.Il est constitué d’un convertisseur numériqueanalogique .
  • 32. Les systèmes d’entrés – sorties déportées• Flexibilité totale de la configurationExtension d’un automate modulaireProcesseurs spécialisés, PC industrielsModule sortie pneumatique• Lecture-écriture des entrée-sortiesPar réseaux câblé ou sans fil.
  • 33. Les systèmes d’entrés – sorties déportées
  • 34. Architecture d’un système automatiséde production SAP
  • 35. Les actionneursLes capteursLes préactionneurs Partie opérative Partie commande Traitement des données Dialogue homme machinepupitre
  • 36. 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 moteursMoteur synchronesynchrones qui sont utilisés pour les TGVaussi appelé alternateur quand il est utilisécomme générateur. En deuxième on trouve le moteur asynchroneQui ne possède aucune connexion entre le rotor etLe stator (cas rotor cage décureuil). Se moteur estessentiellement alimenter par des systèmes decourant triphasés. Moteur asynchrone
  • 37. Partie opérative/les actionneurs• 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 électroniqueAvantage• Sans balais• Couple important même en petite vitesse• Asservissement de position sans perte d’angle• Vitesse important
  • 38. Partie opérative/les actionneursUne machine électrique à courant continu estconstituée :D’un stator à base d’un flux de champmagnétique crée soit par des enroulementsbobinée soit par un aiment permanentD’un rotor bobiné relié à un collecteur rotatifinversant la polarité de chaque enroulementrotorique.
  • 39. Partie opérative/les actionneursles actionneurs pneumatiqueLes vérins pneumatique : il fournie une énergiemécanique à partir d’une énergie pneumatique Ils produisent un mouvement de translation.Type des vérins :  Vérin double effet  Vérin simple effet Vérin linéaire Vérin rotatif
  • 40. Partie opérative/les actionneurs Vérin simple effetVérin linéaireVérin rotatif
  • 41. Autre actionneurs• Ventouses pneumatique :Très utilisée dans lamanipulation d’objets.• vanne à commande:– Électrique (électrovanne)– Pneumatique– Hydraulique
  • 42. Partie opérative/les actionneursExemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique
  • 43. Les pré actionneursLes pré actionneurs se sont des dispositifs intermédiaires pourla 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
  • 44. Les pré actionneursLa commande des contacteur se fait parl’alimentation électrique du bobine interne ducontacteur.Une bobine
  • 45. Les pré actionneursLes relais se sont des interfaces de commande Ilest chargé de transmettre un ordre de lapartie commande à la partie puissance dunappareil électrique et permet, entre autres, unisolement galvanique entre les deux parties.Type :Relais électromécaniqueRelais statique
  • 46. Les pré actionneursRelais électromécanique Schéma de principe
  • 47. Les pré actionneursLes relais statique :relais électronique à base dePhoto coupleur qui assure l’isolement électriquedes deux parties électrique.
  • 48. Les pré actionneursles distributeursPour 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 plusieurspositions dont une seule est active. Le symbole d’un distributeurse présente sous la forme suivante
  • 49. Les capteurs: source d’information ou l’acquisition des données
  • 50. définitionUn Capteur est un dispositif transformant létat dunegrandeur physique observée en une grandeur utilisableUn détecteur est un dispositif technique (instrument, substance,matière) qui change détat en présence de lélément ou de lasituation pour lequel il a été spécifiquement conçu.
  • 51. Les capteursQuelque principes physiques exploités par les capteurs :• Angle• Courant• Champ magnétique• Débit• Déplacement• Distance• Force• Inertiels• Lumière• Niveau• Position• Pression• Son• Température
  • 52. Les capteurs tout ou rien Sur la majorité des systèmes automatisés, le traitement des données est effectué sur des variables de typelogiques( informations sur 2 états). 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
  • 53. Les capteurs tout ou rien 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 .
  • 54. Les capteurs tout ou rienLes interrupteurs de positions sont des appareilsactionnés par contact direct avec l’objet à détecter. Ilstransforment 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 demanoeuvre Contacts électriquesBoitier
  • 55. Les capteurs tout ou rienLe Détecteur inductif Les détecteurs inductifs sont des appareilscapables de détecter des objets métalliquesà distance. Une sortie statique informe de ladétection
  • 56. Les capteurs tout ou rienUn détecteur inductif se compose essentiellement d’un oscillateur dont les bobinagesconstituent la face sensible. A l’avant de celle-ci est crée un champ magnétiquealternatifAprès mise en forme, un signal de sortie, correspondant à un contactNO ou NF, est délivré.
  • 57. Les capteurs tout ou rienLe détecteur capacitifLes détecteurs capacitifs sont desappareils capables de détecter desobjets métalliques ou isolants àdistance ( solide, liquide oupulvérulent ). Une sortie statiqueinforme de la détection.
  • 58. Les capteurs tout ou rienUn 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. 6 Après mise en forme, un signal de sortie, 3 correspondant à un contact NO ou NF, est délivré.5 2 4 1
  • 59. Les capteurs tout ou rienLes détecteurs photoélectriques sont des appareils capables dedétecter des objets à très grandes distances ( quelquescentimètres à plusieurs dizaines de mètres ). Ils se présententsous la forme dun boîtier avec ou sans réflecteur, ou de deuxboîtiers; lun émetteur, lautre récepteur.
  • 60. Les capteurs tout ou rienPrincipe de fonctionnement:Un détecteur de type barrage est composé dunémetteur de lumière associé à un récepteurphotosensible. Emetteur RécepteurDans le cas du système barrage, les deux composantssont indépendants et placés lun en face de lautre. Câble
  • 61. Les capteursLes détecteurs de niveauIl permet le maintien d’un niveau à des pointsspécifiques (niveau haut et niveau bas) et alarme pour un niveau anormalement bas.N1NIVEAU MAXNIVEAU MINIPOMPAGERESERVOIR MP1VIDANGEPUISARD
  • 62. Les capteurs Fonctionnement des détecteurs de niveauIl 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.
  • 63. Les capteurs Le détecteur de pressionLes pressostats et les vacuostats ont pour fonction de contrôler ou de réguler unepression ou une dépression dans un circuit hydraulique ou pneumatique.Ils transforment le franchissement dune valeur de consigne de pression, en un signalélectrique TOR ou Analogique. 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 Les pressostats et vacuostats sont constitués de deux parties distinctes :• 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.
  • 64. LES CAPTEURS ANALOGIQUESLe fonctionnement des thermomètres à résistance et des thermistancesest basé sur un même phénomène physique, à savoir la variation de larésistance électrique dun conducteur avec la température.Mais comme ces variations sont différentes suivant quil sagit dunmétal ou dun agglomérat doxydes métalliques, deux cas ont étédistingués sous les appellations de thermomètre à résistance dune partet de thermistance dautre part.
  • 65. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.1 – Thermomètre à résistanceLa résistance électrique dun conducteur métallique croit avec la température. Lorsque la température varie on a : RR (1 a Tb T 2 c T 3) 0 T la température en CRo la résistance à 0 C a, b et c des coefficients positifs, spécifiques au métal.• C’est le platine qui est le plus utilisé.
  • 66. LES CAPTEURS ANALOGIQUESExemple : La sonde Pt100 est une sonde platine qui a une résistance de100 pour une température de 0 C. (138,5 pour 100 C)RS R0 K *tR0= 100 pour t=0 CK=0.4
  • 67. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.2 – Thermomètres à thermistanceLa résistance électrique dune thermistance est très sensibleà laction de la température. Il existe deux types dethermistance, les CTN ( Coefficient de Température Négatif,)et les CTP ( Coefficient de Température Positif ). La loi de variation est de la forme : b T Raea et b sont deux paramètres de la thermistance.
  • 68. LES CAPTEURS ANALOGIQUES 1.3 - Comparatif La comparaison des variations de résistivité dun fil de platine et dune 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 métalliqueUn second avantage des thermistances est leur faible encombrement. Leur domainedutilisation va de -80 à +700 C avec une précision de 1/10ème à un demi degré. Les thermistances ne présentent pas le phénomène de polarisation et peuvent être traverséesindifféremment par un courant continu ou alternatifLemploi 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 nest pas linéaire
  • 69. LES CAPTEURS ANALOGIQUES 10000 1000 SONDE PT 100 CTPRésistance100 10 10.10 20 406080100
  • 70. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.4 - Couple thermoélectriqueExemple : le thermocoupleUn thermocouple est constitué de deux conducteurs en métaux de caractéristiques thermoélectriquesdifférents. Ces deux conducteurs placés dans un gradient de température, vontgénérer une FEM ( V ) en rapport avec la température
  • 71. LES CAPTEURS ANALOGIQUES1.5 - Sonde de niveau capacitiveLa méthode de mesure capacitive est basée sur leprincipe du condensateur. La conversion d’unevariation de capacité en une variation de courants’effectue par un transmetteur.
  • 72. LES TRANSMETTEURSCest un dispositif répondant à une variable mesuréeafin de générer et de transmettre un signal de sortiestandard en relation continue avec la valeur de la variable mesurée.Le transmetteur est destiné à être monté en tête de sonde. Le signal du détecteur ( sonde de température, de niveau, etc… ) est converti par letransmetteur 2 fils en un signal courant linéarisé. La liaison 2 fils assure à la fois lalimentation et latransmission du signal
  • 73. LES TRANSMETTEURSDeux types de transmission du signal cohabitent :• La boucle de tension : 0-10 V, 5V- 10VLe capteur délivre une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. Attentioncependant au problème des parasites radioélectriques • La boucle de courant : 0-20mA, 4-20mALe 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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