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AUTOMATISMES INDUSTRIELS

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LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS Cours et Travaux dirigés  Décrire fonctionnellement un système automatisé de production(SAP) ; Faire le choix d’une technologie de commande ; Analyser un système de production ; Programmer un API.  BEN HAMMED SOFIENE 01/02/2015  Page 1  Licence appliquée en génie électrique et génie mécanique  Préparé par : BEN HAMMED SOFIENE Version février 2015  LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS  Page 2  SOMMAIRE  CHAPITRE 1 : LES AUTOMATES PROGRAMMABLE INDUSTRIELS ......................................................... 4 I- Structure des systèmes automatisés : ................................................................................. 4 II- Architecture matérielle des API .......................................................................................... 6 II-1 Description générale : ....................................................................................................... 6 II-2 cartes d’entrées TOR : ....................................................................................................... 8 II-3 cartes de sorties TOR : ....................................................................................................... 9 II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques : .......................................................................... 10 II-5 Cartes d’entrées/sorties complexes : ............................................................................. 12 III-6 Critères de choix d’un API :...............................................................................15 CHAPITRE 2 : LES ACTIONNEURS ET LES CAPTEURS ..............................................................................16 I- Principales caractéristiques des actionneurs : ............................................................... 16 I-1 Commande d’un Moteur à courant continu à aimant permanant par API .............. 16 I-2 Commande d’un MCA en un seul sens de rotation par API ........................................ 17 I-3 Commande d’un MCA en deux sens de rotation par API ........................................... 18 I-4 Commande d’un variateur de vitesse par API .............................................................. 19 I-5 Commande des vérins à doubles effets ........................................................................ 21 II- Principales caractéristiques des capteurs : .................................................................... 22 II-1 Différents types de capteurs TOR : ................................................................................. 23 II-2 Différents types de capteurs analogiques :................................................................... 27 II-3 Différents types de capteurs numériques : .................................................................... 30 CHAPITRE 3 : LE GRAFCET ........................................................................................................................33 I- conventions et règles : ...................................................................................................... 33 I-1 Principe de base............................................................................................................... 33 I-2 Actions associées à l’étape :........................................................................................... 34 I-3 transition : .......................................................................................................................... 34 I.4 Liaisons orientées .............................................................................................................. 34 I.5 Les règles d’évolution ...................................................................................................... 35 II- Notions de séquence: ....................................................................................................... 37 II-1 actions aux ETAPES : ........................................................................................................ 37 Exemple : ................................................................................................................................ 39 II-2 sélection de séquences : ................................................................................................ 41 II-3 séquences simultanées : ................................................................................................. 42 II-4 extension des représentations (Macro-étapes) : .......................................................... 43 Exemple : ................................................................................................................................ 44 CHAPITRE 4 : LA PROGRAMMATION DES API ......................................................................................48 I- Mise en équations des GRAFCET: ..................................................................................... 48 I-1 Mémoire d’étape : ........................................................................................................... 48 I-2 Initialisation de la séquence : .......................................................................................... 50 II- Langages de programmation des API:............................................................................ 51 II-1 Le langage LADER (LD) : ................................................................................................. 51 II-2 Adressage des entrées/sorties ........................................................................................ 52 Exemple: ................................................................................................................................ 53 TRAVAUX DIRIGES...................................................................................................... 60  Page 3  Chapitre 1   CHAPITRE 1: LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS  Dans le domaine de l'automatisation de processus industriels, l’évolution des  techniques de contrôle/commande s’est traduite par :  une intégration dès la conception de l’installation.  On est ainsi passé du stade de la machine automatisée à celui du système automatisé  de production  I- Structure des systèmes automatisés de production (SAP) :  Tout système automatisé comporte :  IHM  Partie commande  Capteurs Pré-actionneurs  Figure 1 : Structure d’un système automatisé  Page 4  un développement massif,  une approche de plus en plus globale des problèmes,  Partie opérative  Chapitre 1   Une partie commande (P.C.) coordonnant la succession des actions sur la Partie  Opérative avec la finalité d'obtenir cette valeur ajoutée.  La structure simplifiée d’un ensemble automatisé peut se décomposer en trois parties  essentielles :  Page 5  Une partie opérative (P.O) procédant au traitement des matières d’œuvre afin  d'élaborer la valeur ajoutée ; c’est la partie mécanique du système qui  effectue les opérations. Elle est constituée d’actionneurs tels que vérins,  moteurs... utilisant de l’énergie électrique, pneumatique, hydraulique...  Une partie interface (P.I) : est la partie se trouvant entre les deux faces PO et PC Traduisant les ordres et les informations.  les entrées Tout Ou Rien (TOR), parfois analogiques, destinées à fournir des  informations sur l’état du processus : fin de course, détecteur de niveau, pressostat,  thermostat, ect,  l’automate qui traite les différentes informations d’entrée afin d’élaborer les ordres,  les sorties transmettant les ordres élaborés par l’automate, aux différents  actionneurs ou pré- actionneurs : voyants, distributeurs de vérins, contacteurs de  moteur,......  Capteurs Actionneurs  PROCESSUS  ENTREES AUTOMATE  SORTIES  Opérateur  Figure 2 : principe de lecture et commande de l’API  Chapitre 1   Selon sa complexité, la réalisation de la partie commande (PC) fait appel à diverses  technologies dont les plus couramment utilisées sont :  les cartes électroniques à base d’un microcontrôleur  A partir d’une certaine, complexité, les relais électromécaniques et les relais statiques  deviennent lourds à mettre en œuvre et le cout de l’automatisation est difficile à estimer.  L’automate programmable évite de faire appel à l’ordinateur qui, lui a souvent des  performances trop élevées pour le problème à résoudre et demande un personnel  spécialisé.  Particulièrement bien adaptés aux problèmes de commande séquentielle et d’acquisition  des données, les API autorisent la réalisation aisée d’automatismes comprenant de  quelques dizaines jusqu’à plusieurs milliers d’entrées/sorties.  II- Architecture matérielle des API  II-1 Description générale :  Un automate programmable industriel se présente sous la forme d’un ou plusieurs profilés  supports (racks) dans lesquels viennent s’enficher les différents modules fonctionnels :  Page 6  l’alimentation 110/220 VCA ou 24 VCC  L’unité centrale de trainement à base de microprocesseur,  Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR),  Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA),  Des cartes de comptage rapide,  Des cartes de communication (CP),  LOGIQUE CABLEE  LOGIQUE PRGRAMMEE  les relais statiques électroniques  l’automate programmable  Des cartes spécifiques pour : réseaux, asservissement, régulation commande d’axe....  les relais électromécaniques  les relais pneumatiques  Chapitre 1   Chaque module d’entrée/sortie comporte un bornier de raccordement et un ensemble  des LEDs visualisation de l’état logique de chaque voie.  230V AC  Figure 3 : principe de lecture et commande de l’API  Alimentation CPU DI DO AI AO CP  Cette organisation modulaire permet une grande souplesse de configuration adaptée aux  besoins de l’utilisateur ainsi qu’un diagnostic et une maintenance facilités.  II-2 cartes d’entrées TOR :  Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 entrées logiques et peut  correspondre au schéma fonctionnel ci-dessous:  L’API reçoit les informations du processus à partir des capteurs liées aux entrées de  l’API. Le rôle de ces capteurs est de fournir des informations, par exemple, des  capteurs qui reconnaissent si une pièce d'usinage se trouve à une position donnée  ou de simples commutateurs ou boutons poussoirs, qui peuvent être ouverts ou  fermés, appuyés ou relâchés.  Page 7  24V DC  Chapitre 1   Carte Capteurs TOR d’entrée  DI 0V I0.0 E1 0V I0.1 0V I0.2 0V  I0.3  24V 0V (COM)  Figure 4a : Principe de connexion des entrées état au repos  I0.0 E1 I0.1  I0.2  I0 .3  Page 8  0000  CPU  On distingue également entre les contacts à ouverture qui sont fermés au repos et les  contacts à fermeture qui sont ouverts au repos.  Capteurs TOR Carte  d’entrée DI 24V  0V  0101  24V CPU  0V  24V 0V (COM)  Figure 4b : Principe de connexion des entrées état actionnées  Les capteurs TOR sont connectés ensemble par le pole plusse 24 v fournie par l’automate  et les sorties sont connectés aux entrées I0.0, I0.1, I0.2,....  Chapitre 1   II-3 cartes de sorties TOR :  Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 sorties logiques et peut correspondre au  schéma fonctionnel suivant :  Carte de sortie DO  Q0.0  Q0.1  Q0.2  Q0.3  24V  L1 L2 L3  L1 L2 L3  0000  CPU  0V  Figure 5a : Principe de connexion des sorties état au repos  Q0.0  Q0.1  Q0.2  Q0.3  Carte de sortie  24V  24V  0V 0V 0V  L1 L2 L3  L1 L2 L3  0001 CPU  0001 CPU  0001 CPU  L’API commande le processus en connectant des actionneurs via les points de  connexion de l’API appelés sorties à une tension de commande de 24 V p.ex.. Ceci  Page 9  U V W  MAS MAS  24V  0V  U V W  Figure 5b : Principe de commande des sorties état actionnée  MAS MAS  Chapitre 1   permet de démarrer ou d’arrêter un moteur, de faire monter ou descendre des vannes ou  d’allumer et éteindre des lampes.  Les pré-actionneurs se connectent à la borne négative 24V de l’automate et suivant le  programme traité l’automate est équipé par des relais distribue le 24V vers les pré-  actionneurs.  Dans ce cas le moteur ne fonctionne que si le programme autorise la fermeture du relais  Q0.0.  II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques :  A la différence des signaux binaires qui ne peuvent prendre que les deux états  "Tension disponible +24V" et "Tension indisponible 0V", les signaux analogiques sont  capables (dans une certaine plage donnée) de prendre n'importe quelle valeur comprise  entre 0V et 10V ou de 0 à 20mA.  Exemples de grandeurs analogiques:  Page 10  ENTREE ANALOGIQUE AI  Vane à commande analogique  SORTIE ANALOGIQUE AO  Consigne  Figure 6 : Principe de commande des sorties état actionnée  Capteur analogique  Température -50 ... +150°C  C A N  C Algorithme  de calcul  N A  N A  Chapitre 1   etc.  En utilisant un transducteur de mesure, ces variables sont converties en tensions  électriques, en courants ou en résistances. Pour une vitesse mesurée de 865 tr/min, le  transducteur de mesure afficherait une tension de 3,65 V. Ces tensions électriques,  courants et résistances sont ensuite connectés à un module analogique qui numérise le  signal.  La chaine d’acquisition et de traitement répond périodiquement à la procédure  suivante (toutes les 100ms par exemple) : 
  1. Acquisition de la mesure via la carte d’entrée analogique. Pour cela le CAN 
(convertisseur analogique numérique figure 8) fournit une valeur numérique codée  sur 12 à 16 Bits. 
  1. Le programme de traitement (algorithme de calcul) détermine sous forme 
numérique la valeur à fournir en sortie, en tenant compte des différents  paramètres :  Le type d’algorithme (PID,....) 
  1. Emission par la carte de sortie analogique de commande pour cela le CNA 
(convertisseur numérique analogique figure 7) convertit la valeur numérique de  sortie sous forme analogique (tension, courant ....).  II-5 Cartes d’entrées/sorties complexes :  Toutes ces cartes dites << intelligentes >> disposent en plus des interfaces d’entrée et de  sortie, d’un véritable micro-ordinateur assurant un traitement local plus ou moins  sophistiqué.  Ceci permet, d’une part d’éviter un développement souvent fastidieux de  l’application, d’autre part de réduire parfois considérablement la place mémoire et le  temps d’exécution au niveau de l’UC de l’automate programmable.  Page 11  La valeur de la mesure  La valeur de la consigne  Débit 0 ... 200 l/min  Vitesse 0 ... 1500 tr/min  Chapitre 1   II-5-1 Carte d’axes pour moteur à courant continu ou alternatif  Déplacement  Codeur  Dynamo Moteur Variateur  Position  Vitesse Entrée NUM  Entrée ANA  Sortie ANA 315  5.67 V  8.35 V  BUS LOCAL  Déplacement 450 mm Vitesse 50 Hz Sens arrière Commande Ok ROM  μp  BUS de données  BUS d’adresses  Décodeur  Logique de d’adresses  contrôle BUS de contrôle  Figure 7 : Principe de la commande d’un axe  La carte d’axe envoie sur sa sortie analogique ± 10V une tension proportionnelle à  l’accélération et la vitesse souhaitée. Une dynamo-tachymètrique fournit une tension de  retour , image de la vitesse réelle du moteur , afin que la carte puisse corriger tout écart  éventuel.  Un codeur de position incrémental ou absolu, permet à la carte de connaitre la position  de l’axe, et donc de gérer la vitesse en conséquence.  Page 12  Chapitre 1   II-5-2 Carte d’axes pour moteurs pas à pas  Déplacement  Moteur PAS à PAS  AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE  Horloge 0 ou 1 1000 1101  Fréquence  Sens  Compte 4 KHZ rendue  BUS LOCAL  Nombre de pas 500 Vitesse 50 Hz Sens arrière Commande Ok ROM  μp  BUS de données  BUS d’adresses  Décodeur  Logique de d’adresses  contrôle BUS de contrôle  Figure 8 : Principe de commande d’un moteur pas à pas avec API  La carte d’axe envoie sur sa sortie TOR une série d’impulsion avec une fréquence  proportionnelle à l’accélération et à la vitesse souhaitée. La quantité totale d’impulsions  envoyées correspond quand à celle au nombre de pas que doit parcourir le moteur.  Page 13  Chapitre 1   II-5-3 Carte de régulation PID  Cette carte comporte souvent plusieurs entrées analogiques permettant de recevoir  le signal de mesure issu des transmetteurs 4-20mA, ainsi que plusieurs sorties analogiques  permettant de piloter les vannes de régulation.  Le microprocesseur local traite le programme élaboré à partir des différents algorithmes de  régulation implantés sur la carte même (PID, Sommation, Racine carrée,..).  III- Critères de choix d’un API :  L’API se caractérise par :  Page 14  Une programmation qui offre un langage destinée à l’automaticien (et non celui  de l’informaticien.  Figure 9 : Principe de régulation par API  Des possibilités de simulation et de visualisation qui apportent à l’utilisateur une  aide efficace à la mise au point et à l’exploitation (modification aisée de  l’automatisme).  Sortie Consigne 40%  39%  + Manu ACNA  - Auto CAN A Capteur de débit 41%  Gain 1.2 Ti 0.5 Td 0.7  PID  Vanne 39%  Chapitre 1   Des possibilités d’extension en termes d’entrées sorties.  Pour créer un projet à base d’un API, des outils nécessaires comme :  Page 15  Une puissance de traitement et un ensemble de cartes spécialisées permettant un  développent aisé d’applications particulières : communication, asservissement  d’axes, régulation.  Un API de caractéristique compatible au système à commander : nombres  d’entrée sorties ; type d’entrées...  Un logiciel de programmation adapté à l’API.  Un câble de liaison entre PC/API  Figure 10 : outils pour démarche d’un projet analogique  Télécharger gratuitement les automatismes-industriels
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AUTOMATISMES INDUSTRIELS

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LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS Cours et Travaux dirigés  Décrire fonctionnellement un système automatisé de production(SAP) ; Faire le choix d’une technologie de commande ; Analyser un système de production ; Programmer un API.  BEN HAMMED SOFIENE 01/02/2015  Page 1  Licence appliquée en génie électrique et génie mécanique  Préparé par : BEN HAMMED SOFIENE Version février 2015  LES AUTOMATISMES INDUSTRIELS  Page 2  SOMMAIRE  CHAPITRE 1 : LES AUTOMATES PROGRAMMABLE INDUSTRIELS ......................................................... 4 I- Structure des systèmes automatisés : ................................................................................. 4 II- Architecture matérielle des API .......................................................................................... 6 II-1 Description générale : ....................................................................................................... 6 II-2 cartes d’entrées TOR : ....................................................................................................... 8 II-3 cartes de sorties TOR : ....................................................................................................... 9 II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques : .......................................................................... 10 II-5 Cartes d’entrées/sorties complexes : ............................................................................. 12 III-6 Critères de choix d’un API :...............................................................................15 CHAPITRE 2 : LES ACTIONNEURS ET LES CAPTEURS ..............................................................................16 I- Principales caractéristiques des actionneurs : ............................................................... 16 I-1 Commande d’un Moteur à courant continu à aimant permanant par API .............. 16 I-2 Commande d’un MCA en un seul sens de rotation par API ........................................ 17 I-3 Commande d’un MCA en deux sens de rotation par API ........................................... 18 I-4 Commande d’un variateur de vitesse par API .............................................................. 19 I-5 Commande des vérins à doubles effets ........................................................................ 21 II- Principales caractéristiques des capteurs : .................................................................... 22 II-1 Différents types de capteurs TOR : ................................................................................. 23 II-2 Différents types de capteurs analogiques :................................................................... 27 II-3 Différents types de capteurs numériques : .................................................................... 30 CHAPITRE 3 : LE GRAFCET ........................................................................................................................33 I- conventions et règles : ...................................................................................................... 33 I-1 Principe de base............................................................................................................... 33 I-2 Actions associées à l’étape :........................................................................................... 34 I-3 transition : .......................................................................................................................... 34 I.4 Liaisons orientées .............................................................................................................. 34 I.5 Les règles d’évolution ...................................................................................................... 35 II- Notions de séquence: ....................................................................................................... 37 II-1 actions aux ETAPES : ........................................................................................................ 37 Exemple : ................................................................................................................................ 39 II-2 sélection de séquences : ................................................................................................ 41 II-3 séquences simultanées : ................................................................................................. 42 II-4 extension des représentations (Macro-étapes) : .......................................................... 43 Exemple : ................................................................................................................................ 44 CHAPITRE 4 : LA PROGRAMMATION DES API ......................................................................................48 I- Mise en équations des GRAFCET: ..................................................................................... 48 I-1 Mémoire d’étape : ........................................................................................................... 48 I-2 Initialisation de la séquence : .......................................................................................... 50 II- Langages de programmation des API:............................................................................ 51 II-1 Le langage LADER (LD) : ................................................................................................. 51 II-2 Adressage des entrées/sorties ........................................................................................ 52 Exemple: ................................................................................................................................ 53 TRAVAUX DIRIGES...................................................................................................... 60  Page 3  Chapitre 1   CHAPITRE 1: LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS  Dans le domaine de l'automatisation de processus industriels, l’évolution des  techniques de contrôle/commande s’est traduite par :  une intégration dès la conception de l’installation.  On est ainsi passé du stade de la machine automatisée à celui du système automatisé  de production  I- Structure des systèmes automatisés de production (SAP) :  Tout système automatisé comporte :  IHM  Partie commande  Capteurs Pré-actionneurs  Figure 1 : Structure d’un système automatisé  Page 4  un développement massif,  une approche de plus en plus globale des problèmes,  Partie opérative  Chapitre 1   Une partie commande (P.C.) coordonnant la succession des actions sur la Partie  Opérative avec la finalité d'obtenir cette valeur ajoutée.  La structure simplifiée d’un ensemble automatisé peut se décomposer en trois parties  essentielles :  Page 5  Une partie opérative (P.O) procédant au traitement des matières d’œuvre afin  d'élaborer la valeur ajoutée ; c’est la partie mécanique du système qui  effectue les opérations. Elle est constituée d’actionneurs tels que vérins,  moteurs... utilisant de l’énergie électrique, pneumatique, hydraulique...  Une partie interface (P.I) : est la partie se trouvant entre les deux faces PO et PC Traduisant les ordres et les informations.  les entrées Tout Ou Rien (TOR), parfois analogiques, destinées à fournir des  informations sur l’état du processus : fin de course, détecteur de niveau, pressostat,  thermostat, ect,  l’automate qui traite les différentes informations d’entrée afin d’élaborer les ordres,  les sorties transmettant les ordres élaborés par l’automate, aux différents  actionneurs ou pré- actionneurs : voyants, distributeurs de vérins, contacteurs de  moteur,......  Capteurs Actionneurs  PROCESSUS  ENTREES AUTOMATE  SORTIES  Opérateur  Figure 2 : principe de lecture et commande de l’API  Chapitre 1   Selon sa complexité, la réalisation de la partie commande (PC) fait appel à diverses  technologies dont les plus couramment utilisées sont :  les cartes électroniques à base d’un microcontrôleur  A partir d’une certaine, complexité, les relais électromécaniques et les relais statiques  deviennent lourds à mettre en œuvre et le cout de l’automatisation est difficile à estimer.  L’automate programmable évite de faire appel à l’ordinateur qui, lui a souvent des  performances trop élevées pour le problème à résoudre et demande un personnel  spécialisé.  Particulièrement bien adaptés aux problèmes de commande séquentielle et d’acquisition  des données, les API autorisent la réalisation aisée d’automatismes comprenant de  quelques dizaines jusqu’à plusieurs milliers d’entrées/sorties.  II- Architecture matérielle des API  II-1 Description générale :  Un automate programmable industriel se présente sous la forme d’un ou plusieurs profilés  supports (racks) dans lesquels viennent s’enficher les différents modules fonctionnels :  Page 6  l’alimentation 110/220 VCA ou 24 VCC  L’unité centrale de trainement à base de microprocesseur,  Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR),  Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA),  Des cartes de comptage rapide,  Des cartes de communication (CP),  LOGIQUE CABLEE  LOGIQUE PRGRAMMEE  les relais statiques électroniques  l’automate programmable  Des cartes spécifiques pour : réseaux, asservissement, régulation commande d’axe....  les relais électromécaniques  les relais pneumatiques  Chapitre 1   Chaque module d’entrée/sortie comporte un bornier de raccordement et un ensemble  des LEDs visualisation de l’état logique de chaque voie.  230V AC  Figure 3 : principe de lecture et commande de l’API  Alimentation CPU DI DO AI AO CP  Cette organisation modulaire permet une grande souplesse de configuration adaptée aux  besoins de l’utilisateur ainsi qu’un diagnostic et une maintenance facilités.  II-2 cartes d’entrées TOR :  Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 entrées logiques et peut  correspondre au schéma fonctionnel ci-dessous:  L’API reçoit les informations du processus à partir des capteurs liées aux entrées de  l’API. Le rôle de ces capteurs est de fournir des informations, par exemple, des  capteurs qui reconnaissent si une pièce d'usinage se trouve à une position donnée  ou de simples commutateurs ou boutons poussoirs, qui peuvent être ouverts ou  fermés, appuyés ou relâchés.  Page 7  24V DC  Chapitre 1   Carte Capteurs TOR d’entrée  DI 0V I0.0 E1 0V I0.1 0V I0.2 0V  I0.3  24V 0V (COM)  Figure 4a : Principe de connexion des entrées état au repos  I0.0 E1 I0.1  I0.2  I0 .3  Page 8  0000  CPU  On distingue également entre les contacts à ouverture qui sont fermés au repos et les  contacts à fermeture qui sont ouverts au repos.  Capteurs TOR Carte  d’entrée DI 24V  0V  0101  24V CPU  0V  24V 0V (COM)  Figure 4b : Principe de connexion des entrées état actionnées  Les capteurs TOR sont connectés ensemble par le pole plusse 24 v fournie par l’automate  et les sorties sont connectés aux entrées I0.0, I0.1, I0.2,....  Chapitre 1   II-3 cartes de sorties TOR :  Chaque carte comporte généralement 8, 16, 32 sorties logiques et peut correspondre au  schéma fonctionnel suivant :  Carte de sortie DO  Q0.0  Q0.1  Q0.2  Q0.3  24V  L1 L2 L3  L1 L2 L3  0000  CPU  0V  Figure 5a : Principe de connexion des sorties état au repos  Q0.0  Q0.1  Q0.2  Q0.3  Carte de sortie  24V  24V  0V 0V 0V  L1 L2 L3  L1 L2 L3  0001 CPU  0001 CPU  0001 CPU  L’API commande le processus en connectant des actionneurs via les points de  connexion de l’API appelés sorties à une tension de commande de 24 V p.ex.. Ceci  Page 9  U V W  MAS MAS  24V  0V  U V W  Figure 5b : Principe de commande des sorties état actionnée  MAS MAS  Chapitre 1   permet de démarrer ou d’arrêter un moteur, de faire monter ou descendre des vannes ou  d’allumer et éteindre des lampes.  Les pré-actionneurs se connectent à la borne négative 24V de l’automate et suivant le  programme traité l’automate est équipé par des relais distribue le 24V vers les pré-  actionneurs.  Dans ce cas le moteur ne fonctionne que si le programme autorise la fermeture du relais  Q0.0.  II-4 Cartes d’entrées/sorties analogiques :  A la différence des signaux binaires qui ne peuvent prendre que les deux états  "Tension disponible +24V" et "Tension indisponible 0V", les signaux analogiques sont  capables (dans une certaine plage donnée) de prendre n'importe quelle valeur comprise  entre 0V et 10V ou de 0 à 20mA.  Exemples de grandeurs analogiques:  Page 10  ENTREE ANALOGIQUE AI  Vane à commande analogique  SORTIE ANALOGIQUE AO  Consigne  Figure 6 : Principe de commande des sorties état actionnée  Capteur analogique  Température -50 ... +150°C  C A N  C Algorithme  de calcul  N A  N A  Chapitre 1   etc.  En utilisant un transducteur de mesure, ces variables sont converties en tensions  électriques, en courants ou en résistances. Pour une vitesse mesurée de 865 tr/min, le  transducteur de mesure afficherait une tension de 3,65 V. Ces tensions électriques,  courants et résistances sont ensuite connectés à un module analogique qui numérise le  signal.  La chaine d’acquisition et de traitement répond périodiquement à la procédure  suivante (toutes les 100ms par exemple) : 
  1. Acquisition de la mesure via la carte d’entrée analogique. Pour cela le CAN 
(convertisseur analogique numérique figure 8) fournit une valeur numérique codée  sur 12 à 16 Bits. 
  1. Le programme de traitement (algorithme de calcul) détermine sous forme 
numérique la valeur à fournir en sortie, en tenant compte des différents  paramètres :  Le type d’algorithme (PID,....) 
  1. Emission par la carte de sortie analogique de commande pour cela le CNA 
(convertisseur numérique analogique figure 7) convertit la valeur numérique de  sortie sous forme analogique (tension, courant ....).  II-5 Cartes d’entrées/sorties complexes :  Toutes ces cartes dites << intelligentes >> disposent en plus des interfaces d’entrée et de  sortie, d’un véritable micro-ordinateur assurant un traitement local plus ou moins  sophistiqué.  Ceci permet, d’une part d’éviter un développement souvent fastidieux de  l’application, d’autre part de réduire parfois considérablement la place mémoire et le  temps d’exécution au niveau de l’UC de l’automate programmable.  Page 11  La valeur de la mesure  La valeur de la consigne  Débit 0 ... 200 l/min  Vitesse 0 ... 1500 tr/min  Chapitre 1   II-5-1 Carte d’axes pour moteur à courant continu ou alternatif  Déplacement  Codeur  Dynamo Moteur Variateur  Position  Vitesse Entrée NUM  Entrée ANA  Sortie ANA 315  5.67 V  8.35 V  BUS LOCAL  Déplacement 450 mm Vitesse 50 Hz Sens arrière Commande Ok ROM  μp  BUS de données  BUS d’adresses  Décodeur  Logique de d’adresses  contrôle BUS de contrôle  Figure 7 : Principe de la commande d’un axe  La carte d’axe envoie sur sa sortie analogique ± 10V une tension proportionnelle à  l’accélération et la vitesse souhaitée. Une dynamo-tachymètrique fournit une tension de  retour , image de la vitesse réelle du moteur , afin que la carte puisse corriger tout écart  éventuel.  Un codeur de position incrémental ou absolu, permet à la carte de connaitre la position  de l’axe, et donc de gérer la vitesse en conséquence.  Page 12  Chapitre 1   II-5-2 Carte d’axes pour moteurs pas à pas  Déplacement  Moteur PAS à PAS  AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE  Horloge 0 ou 1 1000 1101  Fréquence  Sens  Compte 4 KHZ rendue  BUS LOCAL  Nombre de pas 500 Vitesse 50 Hz Sens arrière Commande Ok ROM  μp  BUS de données  BUS d’adresses  Décodeur  Logique de d’adresses  contrôle BUS de contrôle  Figure 8 : Principe de commande d’un moteur pas à pas avec API  La carte d’axe envoie sur sa sortie TOR une série d’impulsion avec une fréquence  proportionnelle à l’accélération et à la vitesse souhaitée. La quantité totale d’impulsions  envoyées correspond quand à celle au nombre de pas que doit parcourir le moteur.  Page 13  Chapitre 1   II-5-3 Carte de régulation PID  Cette carte comporte souvent plusieurs entrées analogiques permettant de recevoir  le signal de mesure issu des transmetteurs 4-20mA, ainsi que plusieurs sorties analogiques  permettant de piloter les vannes de régulation.  Le microprocesseur local traite le programme élaboré à partir des différents algorithmes de  régulation implantés sur la carte même (PID, Sommation, Racine carrée,..).  III- Critères de choix d’un API :  L’API se caractérise par :  Page 14  Une programmation qui offre un langage destinée à l’automaticien (et non celui  de l’informaticien.  Figure 9 : Principe de régulation par API  Des possibilités de simulation et de visualisation qui apportent à l’utilisateur une  aide efficace à la mise au point et à l’exploitation (modification aisée de  l’automatisme).  Sortie Consigne 40%  39%  + Manu ACNA  - Auto CAN A Capteur de débit 41%  Gain 1.2 Ti 0.5 Td 0.7  PID  Vanne 39%  Chapitre 1   Des possibilités d’extension en termes d’entrées sorties.  Pour créer un projet à base d’un API, des outils nécessaires comme :  Page 15  Une puissance de traitement et un ensemble de cartes spécialisées permettant un  développent aisé d’applications particulières : communication, asservissement  d’axes, régulation.  Un API de caractéristique compatible au système à commander : nombres  d’entrée sorties ; type d’entrées...  Un logiciel de programmation adapté à l’API.  Un câble de liaison entre PC/API  Figure 10 : outils pour démarche d’un projet analogique  Télécharger gratuitement les automatismes-industriels