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Automatisme et automatique

• Le document ci-dessous traite de l’automatisme « recherche de défaut » présent dans les cellules tertiaires qui sont liés au schémas des liaisons à la terre IT.

• L’objectif est de réaliser l’essai du cycle de recherche du premier défaut d’isolement décrit par les graphes disponibles ici.

• Les programmes LADDER sont déjà présents dans les automates sauf les points qui figurent dans la liste des activités à réaliser: la dernière diapositive est donnée à titre d’information (hors programme).

• Les deux automates qui gèrent l’automatisme sont des TWIDO (Schneider).

• Pré- requis: notions d’entrées/sorties, logique combinatoire et séquentielle, Progiciel TwidoSuite: Bits, mots.

1) Activités: cliquez ici 2) Schémas: cliquez ici 3) Ladder (1) (2)

Marc Sanchez – Lycées Paul MATHOU – 2014 eleectrotechnique.fr

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/04/cellules-au-2-avril-2014.pdf

https://docs.google.com/document/d/1lTJQeOHVMmKgYHv2WvBUQ6ZqVQqM1OloC4PeLKo6tUw/edit

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/04/cellules-au-2-avril-2014.pdf

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/03/Ladder-IT.pdf

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/03/Ladder-TD3.pdf

http://eleectrotechnique.fr/

Automatisme et automatique

Marc Sanchez – Lycées Paul MATHOU – 2014

Situation

L’automatisme étudié concerne 2 coffrets alimentés en S.L.T IT ( IT et TD3). L’automatisme gère l’ouverture et la fermeture de 4 disjoncteurs à l’aide de bloc télécommandés. Le schéma complet ainsi que le fonctionnement du cycle sont disponibles en cliquant ici.

•Les entrés des automates, repérées (e) sur le schéma ci-contre, sont raccordées aux auxiliaires de déclenchement des disjoncteurs et au contact de défaut du C.P.I.

•Les sorties des automates, repérées (s), sont raccordées aux moteurs de télécommande et aux voyants (non représentés).

•Les automates sont interconnectés par une liaison Ethernet via une baie informatique.


http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2013/12/Bloc-Tm.pdf

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/03/ATM.pdf

Entrées et sorties de l’automate (Rappels) Les automates permettent de remplacer avantageusement les systèmes automatisés câblés car les connexions sont réduites aux entrées et aux sorties de l’A.P.I (extrait du Folio N° 13).

Les entrées: repérées I0.n°entrée

Alimenter les entrées d’un automate est comparable du point de vue électrique à alimenter des bobines de relais: ici le 24V = est fourni par l’automate.

Les sorties: repérées Q0.n°sortie

Les sorties sont des contacts secs dont les caractéristiques dépendent de l’appareil utilisé (deux sorties statiques sont aussi disponibles mais non utilisées). Ici, les sorties sont alimentées sous 230V.

Principe: Chaque entrée est capable de commander la fermeture et/ou l’ouverture d’un ou de plusieurs sorties en fonction de l’état des entrées et du programme présent dans l’automate.

ENTREES

SORTIES


Symboles utilisés en programmation: langage Ladder

Le Ladder est un langage de programmation graphique utilisé par les A.P.I. Il est assez facile à prendre en main par les électriciens car il utilise les propriétés schématiques des circuits électriques: (symboles ci-contre)

•Une alimentation « logique ».

•Des « interrupteurs » : entrées, bit interne, mot ..etc.

•Des « récepteurs »: sorties.

Structure du LADDER

Le principe est décrit dans l’exemple ci-contre: ici l’entrée I0.0 permet de fermer la sortie Q0.4. Le « schéma » utilisé ressemble à un simple allumage dont il reprend le principe, sauf que les grandeurs manipulées sont des niveaux logiques. L’équation de ce programme est: %Q0.4 = %I0.0.

L’équation gère des niveaux logiques.

Si I0.0 = 1 Q0.4 = 1

Alim. logique

Si I0.0 = 0 Q0.4 = 0

BIT d’entrée


BIT de sortie

Potentiel et niveau logique

Le basculement des contacts raccordés sur les entrées provoque une modification du niveau des tensions mesurées aux point 0 et 1.

1) Sur la Fig.1, le niveau mesuré sur I0.0 et I0.1 est de 0V.

Si les symboles a et b sont utilisés pour lire les entrées I0.0 et I0.1 lorsqu’elles sont au 0 Volt, on obtient respectivement:

•Un niveau logique 0 pour a.

•Un niveau logique 1 pour b.

2) Sur la Fig.2, le niveau mesuré sur I0.0 et I0.1 est de 24V.

Cette fois le niveau logique des symboles c et d sera:

•Un niveau logique 1 pour c.

•Un niveau logique 0 pour d.

0

1

0V

Niveau électrique

1

0

Niveau logique

24V

Fig.1

Fig.2

a

b

c

d


Numération décimale, binaire et hexadécimale 102 101 100

2 2 7

227(10) = 2x102+2x101+2x100

Problématique:

nous comptons en base 10, c’est-à-dire par paquet de 10, car nous avons 10 doigts.

Base 2 et Base 16:

Les systèmes informatiques et automatisés comptent et communiquent sur un changement d’état électrique ou mécanique que seule la base 2 peut traiter: absence ou présence de tension, contact fermé ou ouvert…etc.

Dans ce cas, le nombre 10 indique un paquet de 2 éléments….

Si un nombre N est codé sur 8 BITS alors Nmax = 28=256.

La base 16 ou hexadécimale est utilisée pour traiter les informations groupées par paquet de 16 BITS (2 octets). Comme il n’existe que 10 chiffres, on utilise des lettres A, B,C,D,E,F, pour coder les BITS compris entre 10 et 15.

Ainsi le 14ème BIT en base 10 vaut E en base 16 comme l’indique la conversion en hexadécimal de 227(10).

27 26 25 24 23 22 21 20

1 1 1 0 0 0 1 1

227(10) = 1x27+1x26+1x25+1x21+1x20

161 160

E 3

227(10) = 14x161+3x160

Paquet de 10

Paquet de 2

Paquet de 16

23 22 21 20 23 22 21 20

1 1 1 0 0 0 1 1

E 3

Paquet de 16 Paquet de 16

8 BITS


BIT LIST

LD

LDN

ST

Fonctions et équations logiques

Principe:

Le codage binaire des états électriques et logiques d’un système automatique permet de les mettre en équation afin d’être programmés et/ou étudiés plus simplement. En effet, nous résolvons des équations logiques lorsque nous décrivons le fonctionnement d’un système: fonctions ET et OU (AND et OR)

Exemples: AND - OR

1) La sortie Q0.4 est à 1 si I0.0 ET I0.1 sont à 1: série = ET

2) La sortie Q0.4 est à 1 si I0.0 OU I0.1 sont à 1: dérivation = OU

l’éditeur de programme peu être utilisé en LADDER (graphique) ou LIST (instructions)


Application: écriture d’entrées et sorties Reprenons le schéma de la page précédente et considérons uniquement les entrées I0.0 et I0.1 et I0.11.

Elles sont occupées par des contacts auxiliaires SD+OF liés au disjoncteur Q48.

•SD commute entre 91-94 sur déclenchement.

•OF commute entre 11-14 lorsqu’il est en position fermée.

•S5 est un bouton-poussoir.

Application N°1:

commander la fermeture de Q48 à l’aide de sa télécommande MQ48.

Quand Q48 est ouvert et qu’aucun défaut n’est présent et que S5 est relâché.

•I0.0 non alimentée = niveau logique 0



a) Ecrivez le Ladder qui permet de fermer la sortie Q0.4 lorsqu’une impulsion est donnée sur S5 sauf si un déclenchement de Q48 sur court-circuit a eu lieu.

b) La fermeture de Q48 est signalée par H7.


SD: indicateur de déclenchement OF: indicateur de position: (ouvert/fermé)

http://eleectrotechnique.fr/wp-content/uploads/2014/03/ATM.pdf

LADDER: Correction de l’application N°1

Application N°2: 17.1.b : Programmer la mise sous tension des résistances chauffantes dans l’automate TWIDO présent dans les 2 coffrets en schéma IT.


https://docs.google.com/document/d/1Xo3qI_SX5pZ0WzxQkEkFjo2zZJtV5c12Yq4HPl046bk/edit

Logique combinatoire ou séquentielle Logique combinatoire: cas précédent

Le LADDER étudié obéit à une logique combinatoire: les entrées provoquent toujours les mêmes actions indépendamment de l’ordre et du moment où elles sont sollicitées.

Logique séquentielle:

En revanche, lorsqu’un automatisme doit réaliser une succession d’opérations qui sont liées entre elles, la logique combinatoire ne peut, à elle seule gérer un cycle. Dans ce cas, il faut faire appel à la logique séquentielle, seule capable de découper un cycle en une succession d’étapes. Le grafcet valide chaque étape en cours avant d’activer la suivante. Ainsi, dans le cycle ci-contre, l’étape 4 ne peut être active que si l’étape 3 a été effectuée et validée. L’ensemble des étapes constituent un cycle qui se repositionne à l’étape initiale (double carré) lorsqu’il est terminé.


CYCLE

Sens de déroulement du cycle

Structure du programme grafcet

Réceptivité

Ecriture des transitions

Sortie Q0.4

Etape N°4

Ecriture des actions

Etape N°4


Détail de programmation de la réceptivité située entre l’étape N°3 et l’étape N°4 (entrées)

Conditions d’activation de l’étape N°4:

L’étape N°4 est active si tous les disjoncteurs sont fermés et si un défaut apparait.

Equation logique:

Si Q48_OF ET Q48_OF ET Q50_OF ET Q46_OF = 1: les disjoncteurs sont fermés.

Mise en mémoire:

Cette information est rangée dans un BIT interne repéré %M1. Le BIT constitue la plus petite information binaire traitée par un système, il ne peut stocker que 2 états (0 ou 1).

%M1 = 1 : les disjoncteurs sont fermés

%M1 = 0 : au moins un disjoncteur est ouvert.

L’information «défaut d’isolement» que nous verrons plus loin est aussi rangée dans un autre BIT.

%M0 ET %M1 Étape N°4

BIT interne %I0.1 . %I0.3 .% I0.5 . %I0.7 = %M1

Réceptivité entre étapes

3 et 4


ET = série

Programmation de l’action associée à l’étape N°4 (sorties)

Problème: les étapes N°2, N°3 et N°4 commande le fonctionnement de Q48, Q49, Q50.La commande des sorties s’effectue à l’aide d’un Ladder qui prend la forme du schéma ci-contre: seule la commande de Q48 est représentée, les autres sorties sont traitées en suivant la même méthode.

Equation logique:

Les fonctions logiques utilisées apparaissent lorsque l’on bascule l’éditeur de programme du mode graphique (LADDER) en mode ligne de commande (LIST) .

Etapes repérées X

Sortie Q0.4 (MQ48)

Mode LADDER

Mode LIST

NAND

Élément graphique instruction

LD

LDN

ST


OU = //

(%X2 + %X3 +% X4) . %I0.0 = %Q0.4

OU

OU

Cycle non linéaire: OU exclusif Le grafcet intègre un grand nombre d’outils graphiques, non décrits ici, qui permettent de répondre à n’importe quel cahier des charge, car s’il n’était que linéaire (étape 2,3 et4), un grafcet serait incapable de décrire tous les types de cycle. Divergence en OU: Ici, l’automatisme étudié se trouve face à un choix lorsqu’il se trouve positionné à l’étape 5, 6 et 7: ce choix impose la création d’une divergence en OU qui est représenté par un simple trait. Lecture: Considérons l’automatisme lorsqu’il est positionné à l’étape N°7. Il se trouve face à deux possibilités: •Soit il passe à l’étape 10 si la condition C1 = 1. •Soit il passe à l’étape 5 si la condition C2 = 1. En aucun cas les étapes 10 et 5 ne peuvent être actives simultanément: la fonction réalisée est une OU EXCLUSIF: c’est à dire l’un ou l’autre mais jamais les deux.

OU

OU

OU

C1

C2


Modification du cycle

Situation:

Afin de limiter les courants d’appel à la mise sous tension du coffret TD3, on se propose de décaler la commande de fermeture de Q48,Q49 et Q50.

Objectif:

Modifier l’étape N°2 afin de décaler dans le temps la fermeture des disjoncteurs de 3 secondes.

Méthode:

Vous remplacerez l’étape N°2 par les étapes 20, 21 et 22 suivant le graphe donné ci-contre.

Vous utiliserez 3 blocs temporisés T4, T5 et T6, que vous insérerez dans le LADDER existant afin de parvenir au fonctionnement décrit.

Avant modification Après modification

Fermeture Q48, Q49 et Q50


T4

T5

Communication: protocole TCP/IP et émission de lecture de mots vers un esclave .

Le contrôleur d’isolement (C.P.I) présente l’information de défaut d’isolement sur l’entrée I0.6 de l’A.P.I (1) via un contact NO du relais KA15.

Problème:

L’A.P.I (2) qui contient le grafcet étudié et qui pilote l’ensemble du cycle doit pouvoir lire l’état de l’entrée I0.6 de l’A.P.I (1).

Solution:

L’état de l’entrée I0.6 est transmis de l’A.P.I (1) vers l’A.P.I (2) via la connexion Ethernet.

Point N°1: Il faut réaliser l’adressage IP de chaque automate et déclarer l’A.P.I (1) en tant que maitre et le (2) esclave.

Point N°2: L’A.P.I(2) ne peut pas lire directement l’état de l’entrée I0.6 de l’ A.P.I (1). Pour effectuer cette opération, il faut transférer l’état de I0.6 dans un espace mémoire: un MOT.


Point N°1: protocole TCP/IP (adressage IP) Les automates TWDLCAE40DRF disposent d'un port de communication Ethernet RJ45. Ils prennent en charge le protocole client/serveur Modbus TCP/IP pour communiquer de poste à poste entre les automates sur le réseau Ethernet. L’IP (Internet Protocol) : Sur internet, un PC ou automate est repéré par son adresse IP (IPv4 )codée sur 4 octets ou 32 bits : chaque octet est séparé par un point . •L’IP est toujours donnée en décimal pour éviter l’écriture des 32 bits. •L’IP permet de connecter 232 postes en réseau (soit 4 milliards) mais tend à être remplacée par l’IPv6 : codage sur 16 octets:128 BITS. Ici le réseau est de classe C: 28 postes max. connectables sur ce réseau. Le masque permet d’isoler les octets qui identifient le réseau en effectuant : IP ET(logique) Masque = N°réseau AN: Convertissez l’IP(2) et le masque en base2 et effectuez l’opération (IP ET masque) et concluez.

10.18.200.250

N°poste


1 Octet = 8 Bits

IP de l’API(2) maitre

IP de l’API(1) esclave

N° réseau

Point N°1:Adressage IP de l’A.P.I (1) esclave

Par ailleurs, le protocole de communication entre les deux A.P.I nécessite de déclarer l’un des deux en MAITRE et l’autre en ESCLAVE:

L’A.P.I (1) est déclaré comme esclave.

L’A.P.I (2) est déclaré comme maitre.

•La configuration Maitre/esclave s’effectue dans la même fenêtre que l’adressage IP de l’A.P.I(2) déclaré maitre: voir diapositive précédente.

•Le nombre maximal de postes connectés sur un réseau dépend de sa classe: (voir tableau ci-dessous). L’affectation des adresses doit être réalisé en concertation avec l’administrateur.

Réseau Adresses IP - (R: poste; N: réseau)

Classe A 1.0.0.0 à 126.0.0.0

Classe B 128.0.0.0 à 191.255.0.0

Classe C 192.0.0.0 à 223.255.255.0


Donner la valeur binaire et hexadécimale de l’IP ci-dessus.

Point N°1: Connexion à l’A.P.I en mode Ethernet

1) La connexion sur les A.P.I s’effectue après avoir entré les adresses IP en mémoire en cliquant ici :

2) Vous ajoutez les adresses dans ce tableau :

3) A l’ouverture d’un projet, cocher « automate » et « charger »

4) Choisir l’IP de connexion, la connexion doit s’établir immédiatement.


Point N°2: travail sur un MOT (1/2) Nous savons qu’un BIT ne peut stocker que 2 états (0 ou 1), par conséquent, pour traiter un grand nombre d’informations, on les stocke en général par paquets de 8 ( 1 octet) .

L’A.P.I TWIDO possède 3000 mots internes de 16 BITS (2 octets) repérés: %Mwi ( 0<i<2999)

Application N°1:

1) Rangeons 16 entrées de l’A.P.I (1) dans un mot %MW512 : %MW512 := I0.0:16

2) Quelle est la valeur de %MW512:

•Si tous les disjoncteurs sont fermés.

•Si le chauffage est en fonctionnement.

•Si pas de défaut d’isolement (pas kA15).

•Si pas de court-circuit ( pas SD).

Simulation:Le test sur l’A.P.I permet de vérifier le résultat:%MW512 = 42(10)


%MW512 = 26 = 64 (10)

Exemple N°1

Simulation

Point N°2: travail sur un MOT (2/2)

Application N°2:

Il est possible d’extraire la valeur d’un BIT de %MW512 .

• Ici, il est intéressant de surveiller le 6ème BIT qui permet de détecter la présence d’un défaut d’isolement. C’est la méthode retenue pour notre application : il faudra ensuite transférer ce mot vers l’A.P.I (2) (le LADDER est donné en ressource mais n’est pas étudié car hors programme).

Simulation:

•Lors des simulation, les symboles = 1 s’affichent en vert.

• %MW512 = 26 =64 par conséquent %I0.6 = 1 et %MW512:X6 =1 (le 6ème BIT de %MW512 = 1).

•Le BIT %M0 = 1: un défaut est présent

Exemple N°2

Simulation

BIT N°6 = 1 %MW512 = 26 = 64 (10)


Ladder: émission d’un MOT contenant l’état des entrées du TWIDO(1)

Le Ladder ci-dessus permet le transfert du mot %MW512(10) de (1) vers (2) [200(16)]: %MW512 est transféré dans la table de réception en %MW107 dont il faut extraire le 6ème BIT pour avoir l’état du C.P.I (voir programme)


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