Automation System Study Guide and Exercises

Sujet 1 - Tête d'usinage automatisé

Partie 1 - Étude de la partie opérative

Question 1-1 - Circuit de puissance du moteur B

Pour que le moteur B (fonctionnement du foret) soit commandé par l'Automate Programmable Industriel (API), sa bobine de contacteur doit être connectée à une sortie Tout Ou Rien (TOR), par exemple Q0.0, et fermée par rapport à la masse (0V).

Le relais thermique protège le moteur contre les surcharges mécaniques. Son contact est de type normalement fermé (NC : Normally Closed). Il s'ouvre en cas de défaut. Pour informer l'API de l'état du moteur, ce contact doit être câblé sur une entrée TOR de l'API (par exemple I0.0) et alimenté en 24V.

Question 1-2 - Circuit de commande du moteur T avec variateur

Le moteur T gère la montée et la descente. Il utilise un variateur de vitesse. Selon le corrigé :

• L'entrée LI1 du variateur (programmée pour la Grande Vitesse - GV) est connectée à la sortie Q0.1.
• L'entrée LI2 du variateur (programmée pour la Petite Vitesse - PV) est connectée à la sortie Q0.2.
• L'entrée LI3 du variateur (programmée pour la Grande Vitesse dans le sens opposé - GV-O) est connectée à la sortie Q0.3.
• Le contact de relais R2A-R2C du variateur signale une surcharge mécanique. Il se ferme en cas de défaut et doit être connecté à l'entrée I0.1 de l'API (alimenté en 24V) pour remonter l'information.

Question 1-3 - Connexions de l'API (Tableau d'affectation)

Voici le tableau récapitulatif des affectations des entrées et sorties, essentiel pour la programmation :

Nom	Type de données	Adresse	Description
RT-B	TOR	I0.0	Relais thermique Moteur B
RT-T	TOR	I0.1	Relais thermique Moteur T (Variateur)
S1	TOR	I0.2	Capteur position haute
S2	TOR	I0.3	Capteur position intermédiaire
S3	TOR	I0.4	Capteur position basse
DCY	TOR	I0.5	Bouton Départ Cycle
AU	TOR	I0.6	Bouton Arrêt d'Urgence
K1	TOR	Q0.0	Contacteur Moteur B
GV	TOR	Q0.1	Commande Grande Vitesse descente (LI1)
PV	TOR	Q0.2	Commande Petite Vitesse descente (LI2)
GV-O	TOR	Q0.3	Commande Grande Vitesse montée (LI3)

Partie 2 - Étude de la partie commande

Question 2-1 - GRAFCET de point de vue PO et PC

GRAFCET de niveau 1 (Point de vue Partie Opérative)

Étape	Action (PO)	Transition	Condition de transition
1	Repos	1 → 2	Conditions initiales et départ cycle
2	Descente en GV	2 → 3	Action capteur S2
3	Descente en PV et fonctionnement foret	3 → 4	Action capteur S3
4	Remontée en GV et fonctionnement foret	4 → 1	Action capteur S1

GRAFCET de niveau 2 (Point de vue Partie Commande)

Étape	Action (PC)	Transition	Équation logique de la transition
1	(Aucune / Repos)	1 → 2	RT-B . RT-T . S1 . DCY . AU
2	LI1	2 → 3	S2
3	LI2 et K1	3 → 4	S3
4	LI3 et K1	4 → 1	S1

Note : Le point logique . représente la fonction ET (AND).

Question 2-2 - Programme en langage LADDER

Puisque le langage LADDER est un langage graphique (schéma à contacts), nous présentons ici sa transcription stricte en langage littéral structuré (Structured Text - norme IEC 61131-3), qui est parfaitement équivalent et exécutable sur API.

(* PROGRAMMATION DES ÉTAPES (Séquenceur) *)

(* Activation de l'ETAPE 1 à la mise sous tension (Init) *)
IF System_Init THEN
    SET X1;
    RESET X2;
    RESET X3;
    RESET X4;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 2 et désactivation de l'ETAPE 1 *)
IF X1 AND I0.0 AND I0.1 AND I0.2 AND I0.5 AND I0.6 THEN
    SET X2;
    RESET X1;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 3 et désactivation de l'ETAPE 2 *)
IF X2 AND I0.3 THEN
    SET X3;
    RESET X2;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 4 et désactivation de l'ETAPE 3 *)
IF X3 AND I0.4 THEN
    SET X4;
    RESET X3;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 1 et désactivation de l'ETAPE 4 *)
IF X4 AND I0.2 THEN
    SET X1;
    RESET X4;
END_IF;

(* PROGRAMMATION DES SORTIES (Actions) *)

(* Sortie GV (Grande Vitesse Descente) *)
Q0.1 := X2;

(* Sortie PV (Petite Vitesse Descente) *)
Q0.2 := X3;

(* Sortie K1 (Moteur B - Fonctionnement foret) *)
Q0.0 := X3 OR X4;

(* Sortie GV-O (Grande Vitesse Montée) *)
Q0.3 := X4;

Sujet 2 - Transfert de pièces

Partie 1 - Étude de la partie opérative

Question 1-1 - Circuit de puissance des convoyeurs

Les deux convoyeurs sont commandés par des sorties TOR de l'API par rapport à la masse (0V).

• La bobine K1 (Convoyeur 1) est connectée à Q0.0.
• La bobine K2 (Convoyeur 2) est connectée à Q0.1.

Les contacts normalement fermés (NC) des relais thermiques informent l'API en cas de défaut :

• RT1 est connecté à l'entrée I0.0.
• RT2 est connecté à l'entrée I0.1.

Question 1-2 - Circuit de puissance des vérins A et B

Note de l'enseignant : Le texte source indique dans son paragraphe d'introduction que "Q0.2 et Q0.3 sont réservés pour le vérin A ; Q0.3 et Q0.4 sont réservés pour le vérin B". Ceci constitue un conflit évident sur la sortie Q0.3. Nous suivons donc strictement le tableau de la question 1-3 du corrigé officiel, qui est la référence d'adressage correcte et sans conflit.

Conformément au tableau d'affectation :

• Vérin A : Recul (A-) sur Q0.0, Sortie (A+) sur Q0.1. (Cependant, K1 et K2 occupent déjà ces adresses selon d'autres sections. Le corrigé tabulaire remanie tout l'adressage globalement, voir Question 1-3).

Question 1-3 - Connexions de l'API (Tableau d'affectation)

Voici la table d'affectation unifiée fournie par le corrigé officiel, organisée en octets (8 bits) :

Nom	Type de données	Adresse	Description
RT1	TOR	I0.0	Relais thermique Convoyeur 1
RT2	TOR	I0.1	Relais thermique Convoyeur 2
S1	TOR	I0.2	Capteur présence pièce
S2	TOR	I0.3	Capteur recul vérin A
S3	TOR	I0.4	Capteur sortie vérin A
S4	TOR	I0.5	Capteur recul vérin B
S5	TOR	I0.6	Capteur sortie vérin B
STOP	TOR	I0.7	Bouton poussoir d'arrêt
A-	TOR	Q0.0	Commande recul vérin A
A+	TOR	Q0.1	Commande sortie vérin A
B-	TOR	Q0.2	Commande recul vérin B
B+	TOR	Q0.3	Commande sortie vérin B
K1	TOR	Q0.4	Commande Convoyeur 1
K2	TOR	Q0.5	Commande Convoyeur 2

Partie 2 - Étude de la partie commande

Question II-1 - GRAFCET niveaux 1 et 2

GRAFCET de niveau 1 (PO)

Étape	Action (PO)	Transition	Condition (PO)
1	REPOS	1 → 2	Conditions initiales et présence pièce
2	Sortie tige vérin A et Tapis	2 → 3	Fin de sortie A
3	Recul tige vérin A, Sortie tige B et Tapis	3 → 4	Fin de recul A ET Fin de sortie B
4	Recul tige vérin B et Tapis	4 → 1	Fin de recul B

GRAFCET de niveau 2 (PC)

Étape	Action (PC)	Transition	Équation (PC)
1	(Aucune)	1 → 2	S2 . S4 . RT1 . RT2 . S1
2	A+ , K1 , K2	2 → 3	S3
3	A- , B+ , K1 , K2	3 → 4	S2 . S5
4	B- , K1 , K2	4 → 1	S4

Question II-2 et II-3 - Conversion en programme LADDER

Traduction exécutable de la logique séquentielle et combinatoire des actions :

(* QUESTION II-2 : GESTION DES ÉTAPES *)

(* Remise à zéro globale (STOP) ou Initialisation *)
IF I0.7 OR System_Init THEN
    SET X1;
    RESET X2;
    RESET X3;
    RESET X4;
END_IF;

(* Activation Etape 2 *)
IF X1 AND I0.3 AND I0.5 AND I0.0 AND I0.1 AND I0.2 AND NOT I0.7 THEN
    SET X2;
    RESET X1;
END_IF;

(* Activation Etape 3 *)
IF X2 AND I0.4 AND NOT I0.7 THEN
    SET X3;
    RESET X2;
END_IF;

(* Activation Etape 4 *)
IF X3 AND I0.3 AND I0.6 AND NOT I0.7 THEN
    SET X4;
    RESET X3;
END_IF;

(* Retour Etape 1 *)
IF X4 AND I0.5 AND NOT I0.7 THEN
    SET X1;
    RESET X4;
END_IF;

(* QUESTION II-3 : GESTION DES SORTIES *)

(* Commande Sortie Vérin A (A+) *)
Q0.1 := X2;

(* Commande Recul Vérin A (A-) *)
Q0.0 := X3;

(* Commande Sortie Vérin B (B+) *)
Q0.3 := X3;

(* Commande Recul Vérin B (B-) *)
Q0.2 := X4;

(* Commande Tapis K1 et K2 (actifs sur les étapes 2, 3 et 4) *)
Q0.4 := X2 OR X3 OR X4;
Q0.5 := X2 OR X3 OR X4;

Sujet 3 - Machine de coupe

Partie 1 - Étude de la partie opérative

Question 1-1 - Circuit de puissance (Variateur)

L'entrée logique LI1 du variateur (programmée en accélération/décélération convenable) est connectée à la sortie Q0.0 de l'API. Le relais de défaut R2C se ferme en cas de surcharge mécanique et se câble sur l'entrée I0.0 de l'API (alimenté en 24V).

Question 1-2 - Commande du vérin couteau

Le distributeur 5/2 est commandé par les sorties TOR de l'API. Selon l'énoncé, on réserve :

• Q0.1 pour la sortie de la tige du couteau (A+).
• Q0.2 pour le recul de la tige (A-).

Question 1-3 - Connexions de l'API (Tableau d'affectation)

Nom	Type	Adresse	Description
R2C	TOR	I0.0	Relais thermique variateur
b	TOR	I0.1	Capteur position basse couteau
h	TOR	I0.2	Capteur position haute couteau
START	TOR	I0.3	Bouton Départ
STOP	TOR	I0.4	Bouton Arrêt
Codeur	TOR	I0.5	Impulsions de distance
LI1	TOR	Q0.0	Marche convoyeur (Variateur)
A+	TOR	Q0.1	Descente couteau
A-	TOR	Q0.2	Montée couteau

Partie 2 - Étude de la partie commande

Question 2-1 - GRAFCET PO et PC

Point de vue PO :

• Étape 0 : Repos. Transition vers 1 : START . h . n . D
• Étape 1 : Fonctionner convoyeur, Compter distance. Transition vers 2 : Compteur 1 ≥ D
• Étape 2 : Descendre couteau. Transition vers 3 : Tôle coupée (capteur bas).
• Étape 3 : Remonter couteau, Compter nombre. Transition vers 0 : Couteau remonté . Compteur 2 ≥ n. Transition vers 1 : Couteau remonté . Compteur 2 < n.

Point de vue PC :

• Étape 0 : (Aucune). Transition 0→1 : START . h . n . D
• Étape 1 : LI1. Transition 1→2 : MW1 ≥ D
• Étape 2 : A+. Transition 2→3 : b
• Étape 3 : A-. Transition 3→0 : h . MW4 ≥ n. Transition 3→1 : h . MW4 < n

(Note : MW1 représente le mot mémoire de distance, MW4 le mot mémoire du nombre de pièces).

Question 2-2 - Programme en langage LADDER

Traduction textuelle du LADDER (blocs de comptage et séquence) :

(* Comptage de la distance par le codeur incrémental *)
(* Dès qu'une impulsion arrive sur I0.5 (Codeur), MW1 s'incrémente *)
CTU_Distance(CU := I0.5, R := (X0 OR I0.4), PV := D);
MW1 := CTU_Distance.CV;

(* Comptage des pièces coupées (MW4) *)
CTU_Pieces(CU := X3 AND I0.2, R := I0.4, PV := n);
MW4 := CTU_Pieces.CV;

(* GESTION DES ÉTAPES *)
(* Activation de l'Etape 0 et désactivation des autres par STOP ou fin de cycle *)
IF I0.4 OR (X3 AND I0.2 AND MW4 >= n) THEN
    SET X0;
    RESET X1;
    RESET X2;
    RESET X3;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 1 *)
IF (X0 AND I0.3 AND I0.2 AND (n > 0) AND (D > 0)) OR (X3 AND I0.2 AND MW4 < n AND NOT I0.4) THEN
    SET X1;
    RESET X0;
    RESET X3;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 2 *)
IF X1 AND (MW1 >= D) AND NOT I0.4 THEN
    SET X2;
    RESET X1;
END_IF;

(* Activation de l'Etape 3 *)
IF X2 AND I0.1 AND NOT I0.4 THEN
    SET X3;
    RESET X2;
END_IF;

(* COMMANDES DES SORTIES *)
Q0.0 := X1; (* Commande convoyeur LI1 *)
Q0.1 := X2; (* Commande descente A+ *)
Q0.2 := X3; (* Commande remontée A- *)

Sujet 4 - Aplatisseur automatisé

Question I-1-1 - Câblage du vérin V1 (monostable)

Le document source est incomplet. Le cahier des charges et la description matérielle sont fournis, mais la correction officielle se termine brusquement à la page 99 (fin du Sujet 3). Les schémas électriques et pneumatiques originaux nécessaires pour répondre à cette question ne sont pas inclus dans les données disponibles. Cette question est donc techniquement non résoluble à partir du seul énoncé fourni.

Question I-1-2 - Câblage du vérin V3 (bistable)

Pour la même raison que la question précédente, le document étant amputé des pages de correction du Sujet 4, la figure 2 sur laquelle il faut "compléter le schéma de câblage" n'est ni visible, ni corrigée dans le texte source.

Question I-2 - Schéma de câblage du convoyeur C1

La consigne demande de compléter la figure 3 et de citer le nom de chaque appareil. En l'absence des pages de solutions contenant cette figure, cette question ne peut pas être traitée sans inventer des données.

Question I-3 - Connexion de l'automate

Le schéma de connexion est manquant dans les annexes de correction. Il est impossible de définir le tableau d'affectation précis des E/S exigé par l'examinateur sans les conventions établies dans les réponses du Sujet 4.

Question II-1 - GRAFCET PO et PC

Le début de l'arborescence est visible dans l'énoncé, mais les actions et réceptivités exactes attendues par le barème ne peuvent être reproduites rigoureusement en raison de l'absence du corrigé pour le Sujet 4.

Question II-2 - Programme en langage LADDER

Puisque le GRAFCET de la Partie Commande (Question II-1) n'a pu être établi à partir du texte officiel absent, il est impossible de rédiger les équations de programmation correspondantes de façon fiable.

Méthode

Face à une épreuve d'automatisme comprenant l'étude de la Partie Opérative (PO) et de la Partie Commande (PC), la rigueur de votre méthode définit votre succès :

1. L'inventaire des Entrées / Sorties (E/S) : C'est toujours la première étape. Lisez le cahier des charges avec un surligneur. Un capteur ou un bouton poussoir est une Entrée (signal envoyé vers l'API, généralement adressé par un I). Un moteur, un variateur ou l'électrovanne d'un vérin est une Sortie (signal envoyé par l'API vers l'actionneur, généralement adressé par un Q).
2. Séparation de la Puissance et de la Commande : Les schémas de la PO (Sectionneurs, Relais Thermiques, Contacteurs) exigent de penser "sécurité électrique" et "fort courant". Ne mélangez jamais le 24V de l'API avec la puissance triphasée (400V) sur vos schémas. L'API ne pilote que la bobine du contacteur (ex: K1), qui elle, ferme la puissance.
3. Le GRAFCET, cœur de la logique : Vérifiez toujours la syntaxe de votre GRAFCET. Une transition doit obligatoirement séparer deux étapes. Une étape ne s'active que si l'étape précédente est active ET que la réceptivité associée est vraie.
4. Traduction LADDER structurée : Ne programmez pas au hasard. Utilisez les schémas d'activation systématique (Mise à 1 par l'étape précédente et la transition, Mise à 0 par l'étape suivante). Si vous maîtrisez la transcription logique algébrique (SET/RESET), le passage au LADDER (ou Langage Structuré) devient un simple exercice de traduction sans erreur possible.