introduction automatisme industriel

Automatismesindustriels

Les automatesprogrammables

Sommaire

Chapitre 1: définition d’automatisme 1_1 :exemple d’application d’api 1_2 :définition automatisme

1_3 :bute d’automatisation1_4 :Historique1_5 :fabriquant des automates

Chapitre 2 :constitution générale de l’API 2_1: Architecture matérielle

2_2: fonctionnement 2_3:catégorie des API2_4:les différentes partie d’une automate modulaire

Chapitre 3: organisation d’un système automatisé de production3_1:schéma de principe3_2:les actionneurs 3_2_1:moteur électrique 3_2_2:vérin pneumatique 3_2_3:autres actionneurs 3_3:les pré actionneurs 3_3_1 les contacteurs 3_3_2 les relais 3_3_3 les distributeurs pneumatique3_4:les capteurs3_4_1 capteurs TOR3_4_2 capteurs analogique3_4_3 transmeteurs

Applications des automatesprogrammables.

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

• Automatisme du bâtiment • Chauffage, climatisation• Distribution électrique• éclairage• Sécurité, alarmes• Régulation de Processus Chimie• pétrochimie• pharmaceutique• Traitement des eaux• Thermique, fours, métallurgie


• Contrôle de systèmes• Production et distribution d’énergie

(électricité ,pétrole, gaz) Transports (chemin de fer, routier, marine).


INTRODUCTION A L’AUTOMATISME

Définitions:

• Automatique : C’est l’ensemble des sciences et des techniques utilisées dans la conception et la réalisation des systèmes automatisés (SA).

• Automatisation : C’est l’exécution automatique de tâches sans interventions humaines.

Définition

Un Automate Programmable Industriel API : Automate programmable industriel

ou, en anglais

PLC : Programmable Logic Controller

Est un appareil électronique de traitement de l’information(remplacement de logique à relais câblée)

Effectue des fonctions d’automatisme programmes telles que:

• Logique combinatoire• Logique séquentiel (Grafcet, bascules. . .)• Temporisation (T-on, T-off, minuterie, horloge . . .)• Comptage (totalisateur ,compteur incrémenté décrémenté)• Calculs numériques (+,-,/,x. . .)• Asservissement, régulation• Permet de commander, mesurer et contrôler au moyen de

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

Définition

Buts de l’automatisation

• Pourquoi automatiser ?

Buts de l'automatisation• Élimination de tâches répétitives ou sans intérêt

– Machine de fabrication

• Simplifier le travail de l'humain– Toute une séquence d’opérations remplacée par l’appui

sur un poussoir

• Augmenter la sécurité– Éviter les erreurs (aboutissant parfois à des

catastrophes) inévitables dans un travail répétitif.

Buts de l'automatisation• 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 l'énergie– Production plus efficace

Buts de l'automatisation

• Superviser les installations et les machines

– Vérifier l’état de fonctionnement de la machine et prévenir si une maintenance est nécessaire.

– Augmentation de la disponibilité.

Historique

C'est Modicon (entreprise américaine) qui créa en 1968, aux USA, le premier automate programmable. Son succès donna naissance a une industrie mondiale qui s'est considérablement développé depuis. L'automate programmable représente aujourd'hui l'intelligence des machines et des procèdes automatisés de l'industrie, des infrastructures et du bâtiment.

Quelques fabriquants des automatesdans le monde

• Siemens ( S7-200,S7-300,S7-400,S7-1200,LOGO . . .)

• Schneider électrique (TSX 17/37/57, TSX micro ,premium. . .)

• Rockwell Automation (micrologix 1200/1400,SLC-500, SLC 5000 .. .)

• ABB (AC500,AC800C,S500 . . .)

• Omron (ZEN ,CPM 1A/2A/2C,CS1,CJ1. . .)

• Mitsubishi (MELSEC FX1S/FX1N ,série L ,système Q . . .)

• Yokugawa (FCN,FCN-RTU,FCJ . . .)

Architecture matérielle d’un API


Un automate programmable est constitué de : Unité de traitement de l’information • (CPU) Processeur, unité arithmétique et logique• Mémoire contenant le programme• Mémoire contenant les données• Interface pour la programmation

Interfaces pour les signaux d’entrée• Tout ou rien: 24 V DC• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc

Interfaces pour les signaux de sortie• Tout ou rien: 24 V • Tout ou rien à contacts• Analogiques: +/-10V; 4..20mA; etc.

Interfaces pour des fonctions spéciales• Comptage• Positionnement• Communication


Fonctionnement des automates

Un automate exécute son programme de manière cyclique :

• Lecture des entrées• Traitement du programme• Ecriture des sorties

Le temps d’exécution d’un cycle est de l'ordre d'une vingtaine de millisecondes et est contrôle par une temporisation appelée chien de garde.

Remarque: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.


Exemple d’une API

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

NL +24VDC

- 10 32 54 76 98

0OUTCOM 21 3 5 6 7 8OUT

COM 9

10 1211 13

4 OUTCOM

INPUTS 24 VDCOUTPUTS 2A Ry

OUTCOM A B SG

EXTENSION

INCOM

ERR

I/O

RUN

COM

1

1

0

0

I

O32 54 76 98

32 54 76 98

1110 1312

TSXO7

Type monobloc

Les automates modulaires

• <4’000 entrées sorties par CPU• Nombre d’entrées-sorties modulables• Comptage• Commandes d’axes• Pesage• Communications• Sécurité• Automatismes complexes, régulation • numérique, asservissements

Type modulaire

ALIMENTATION CPU

INPUT

Rack pour automate modulaire

Rack 6 positions

Rack 10 positions

Alimentation automate modulaire

Caractéristique :Tension fournie 24v DCCourant choisie selon la consommationdes modules utilisés.

• Exemple TSY PSY 2600M ALIM 100/240 VCA 26W

CPUCaractéristique :Vitesse possesseur Mémoire de travailLes ports intégrés de communicationLimitation systèmes Nombre de modules ,de rack . . .Environnement logiciel

CPU 412-1 MPI/DP siemens

TSX P57 2634MTélémécanique

Module d’entrée sortie

Module entrée TOR (tout ou rien):

Il est constituer des entrées physique logique La lecture d’état logique du signale se fait par la mesure de la tension d’entrée : soit la tension au borne d’entrée est présente on dira que l’état logique est vrais I=1 Soit la tension au borne d’entrée est absente on dira que l’état logique est faux I=0


Module entrée Analogique :

Il est constituer des entrées physique analogiqueLa lecture du valeur du signale se fait par la mesure de signale d’entrée ( tension , courant résistance ).Il est constitué d’ un convertisseur analogique numérique .


Module sortie Analogique :

Il est constituer des sorties physique analogiquequi fournie un signale ( tension, courant ) aux périphérique extérieur.Il est constitué d’un convertisseur numérique

analogique .

Les systèmes d’entrés – 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.

Accessoire entrées sorties

TeleFast2

Module automate

Entrées sorties

Câble deliaison

Les systèmes d’entrés – sorties déportées

Architecture d’un système automatiséde production SAP

Partie opérative

Partie commande

Les capteurs Les préactionneurs

Traitement des données

Dialogue homme machine

informations Ordres

Les actionneurs

pupitre

Partie opérative/les actionneurs

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

En premier nous avons les moteurs synchrones qui sont utilisés pour les TGV aussi appelé alternateur quand il est utilisé comme générateur.

En deuxième on trouve le moteur asynchrone Qui ne possède aucune connexion entre le rotor etLe stator (cas rotor cage d'écureuil). Se moteur est essentiellement alimenter par des systèmes de courant triphasés.

Moteur synchrone

Moteur asynchrone

• Les moteurs pas à pas

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

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


Une machine électrique à courant continu est constituée : D’un stator à base d’un flux de champ magnétique crée soit par des enroulements bobinée soit par un aiment permanent D’un rotor bobiné relié à un collecteur rotatif inversant la polarité de chaque enroulement rotorique.


les actionneurs pneumatiqueLes vérins pneumatique : il fournie une énergie mécanique à partir d’une énergie pneumatique Ils produisent un mouvement de translation.Type des vérins :

Vérin double effet Vérin simple effet Vérin linéaire Vérin rotatif


Vérin simple effet

Vérin rotatif


Vérin linéaire

Autre actionneurs • Ventouses pneumatique :Très utilisée dans la manipulation d’objets.• vanne à commande:

– Électrique (électrovanne)– Pneumatique – Hydraulique

Exemple d’un bras rebot avec vérin pneumatique


Les pré actionneurs Les pré actionneurs se sont des dispositifs intermédiaires pour la commande des actionneurs .Les contacteurs et les relais:

Le contacteur est un appareil électromécanique de commande mécanique de connexion, capable d’établir, de supporter et d’interrompre des courants dans les conditions normales du circuit, y compris les conditions de surcharges en services.

Contacteur 4 pole

La commande des contacteur se fait par l’alimentation électrique du bobine interne du contacteur.

Les pré actionneurs

Une bobine

Les relais se sont des interfaces de commande Il est chargé de transmettre un ordre de la partie commande à la partie puissance d'un appareil électrique et permet, entre autres, un isolement galvanique entre les deux parties.

Type :Relais électromécaniqueRelais statique


Schéma de principe

Relais électromécanique



Les relais statique :relais électronique à base de Photo coupleur qui assure l’isolement électriquedes deux parties électrique.

les distributeursPour chaque vérin pneumatique, on associera un distributeur. La commande du distributeur peut être pneumatique ou électrique.

Les distributeurs sont constitués d’un corps contenant plusieurs orifices et d’un tiroir pouvant prendre plusieurs positions dont une seule est active. Le symbole d’un distributeur se présente sous la forme suivante


Les capteurs: source d’informationou l’acquisition des données

définition

Un Capteur est un dispositif transformant l'état d'unegrandeur physique observée en une grandeur utilisable

Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu.

Les capteurs

Quelque principes physiques exploités par les capteurs :• Angle• Courant• Champ magnétique• Débit• Déplacement• Distance• Force• Inertiels• Lumière• Niveau• Position• Pression• Son• Température

Les capteurs tout ou rien

Ces variables représentent généralement :

La présence ou l’absence de l’objet à détecter Le passage de l’objet Le positionnement de l’objet Éventuellement le comptage de l’objet

Sur la majorité des systèmes automatisés, le traitement des données est effectué sur des variables de type logiques( informations sur 2 états).

En fonction des application on distingue deux Types de technologies :

Les capteurs à détection avec contacte pour lequel l’objet à détecter entre directement en Contacte avec un élément du capteur

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


Les interrupteurs de positions sont des appareils actionnés par contact direct avec l’objet à détecter. Ils transforment ce contact physique en une fermeture ou ouverture 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, angulaire ou multidirectionnel )

Dispositif de manoeuvre

Boitier

Contactsélectriques


Les détecteurs inductifs sont des appareils capables de détecter des objets métalliques à distance. Une sortie statique informe de la

détection

Le Détecteur inductif


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


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

Le détecteur capacitif

Les détecteurs capacitifs sont des appareils capables de détecter des objets métalliques ou isolants à distance ( solide, liquide ou pulvérulent ). Une sortie statique informe de la détection.


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

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

2

1

4

3

5

6


Les détecteurs photoélectriques sont des appareils capables de détecter des objets à très grandes distances ( quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres ). Ils se présentent sous la forme d'un boîtier avec ou sans réflecteur, ou de deux boîtiers; l'un émetteur, l'autre récepteur.


Emetteur Récepteur

Câble

Principe de fonctionnement:

Un détecteur de type barrage est composé d'un émetteur de lumière associé à un récepteur photosensible.

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


Les capteurs

Il permet le maintien d’un niveau à des points spécifiques (niveau haut et niveau bas) et

alarme pour un niveau anormalement bas.

PUISARD

POMPAGE

MP1

NIVEAU MAX

NIVEAU MINI

N1

RESERVOIR

VIDANGE

Les détecteurs de niveau

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

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

Fonctionnement des détecteurs de niveau

Il existe différentes méthodes de mesure ou de détection de niveau, on peut en énumérer essentiellement trois:

1 - Méthodes hydrostatiques de mesure de niveau.

2 - Méthodes électriques de mesure de niveau.

3 - Méthodes fondées sur l’utilisation de rayonnements.

Les capteurs

Le détecteur de pression

Les pressostats et vacuostats sont constitués de deux parties distinctes :

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

Les capteurs

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

une partie hydraulique comprenant:

• un ou plusieurs orifices pour le raccordement au réseau de fluide à contrôler

• des systèmes de ressorts pour les différents réglages

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

•une partie électrique comprenant des contacts ou une sortie statique.

LES CAPTEURS ANALOGIQUES

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

Mais comme ces variations sont différentes suivant qu'il s'agit d'un métal ou d'un agglomérat d'oxydes métalliques, deux cas ont été distingués sous les appellations de thermomètre à résistance d'une part et de thermistance d'autre part.

Lorsque la température varie on a :

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

)321(0

TcTbTaRR

T la température en °C

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

Ro la résistance à 0 °C

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

1.1 – Thermomètre à résistance


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

R R K tS 0 *

R0= 100 pour t=0°CK=0.4


1.2 – Thermomètres à thermistance

La résistance électrique d'une thermistance est très sensible à l'action de la température. Il existe deux types de thermistance, les CTN ( Coefficient de Température Négatif,) et les CTP ( Coefficient de Température Positif ).

La loi de variation est de la forme :

a et b sont deux paramètres de la thermistance.

T

b

eaR


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

1.3 - Comparatif

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

Les thermistances ne présentent pas le phénomène de polarisation et peuvent être traversées indifféremment par un courant continu ou alternatif

L'emploi des thermistances a donc des avantages de sensibilité et de faible encombrement, mais la loi de variation de la résistance en fonction de la température n'est pas linéaire


20 1008060400

100

1000

10000

10

1

0.1

Rés

ista

nce

SONDE PT 100

CTP


1.4 - Couple thermoélectrique

Exemple : le thermocouple

Un thermocouple est constitué de deux conducteurs en métaux de

caractéristiques thermoélectriques différents. Ces deux conducteurs placés dans un gradient de température, vont

générer une FEM ( V ) en rapport avec la température


1.5 - Sonde de niveau capacitive

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

variation de capacité en une variation de courant s’effectue par un transmetteur.


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

standard 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 le transmetteur 2 fils en un signal courant linéarisé. La

liaison 2 fils assure à la fois l'alimentation et la transmission du signal

LES TRANSMETTEURS

Deux types de transmission du signal cohabitent :

• La boucle de tension : 0-10 V, 5V- 10V

Le capteur délivre une tension proportionnelle à la grandeur mesurée. Attention cependant au problème des parasites radioélectriques

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

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

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

LES TRANSMETTEURS

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