La programmation des API

Ce document traite de la programmation des automates programmables industriels (API) à partir de la modélisation GRAFCET, ainsi que des langages de programmation couramment utilisés, notamment le langage Ladder (LAD) et le logigramme (LOG). Il s'adresse aux étudiants et techniciens souhaitant comprendre la transformation des séquences GRAFCET en programmes API et maîtriser les opérations logiques fondamentales.

Mise en équations des GRAFCET

Le GRAFCET est une méthode efficace pour modéliser les systèmes séquentiels, mais tous les automates ne peuvent pas être programmés directement avec ce langage. En pratique, on transforme souvent un GRAFCET en diagramme échelle (LADDER), langage le plus utilisé pour la programmation des API.

Mémoire d’étape

Chaque étape du GRAFCET est matérialisée par une mémoire de type "marche prioritaire" qui respecte les règles d’évolution du GRAFCET. Cette mémoire est définie par deux états logiques :

• Encl : état logique des étapes précédentes (conditions d’enclenchement)
• RAZ : état logique des étapes suivantes (remise à zéro)

Par exemple, pour l’étape X1 :

Encl : X4.C1
RAZ : X2

Les équations des mémoires d’étape permettent de construire un schéma de câblage électrique qui traduit la logique du GRAFCET en commandes électriques pour l’API.

Commande des sorties

La commande d’une sortie est liée aux étapes durant lesquelles elle doit être activée :

• Sortie RO activée à l’étape 2 : RO = X2
• Sortie DE activée à l’étape 3 : DE = X3
• Sortie MO activée à l’étape 4 : MO = X4

Initialisation de la séquence

Au démarrage, toutes les mémoires sont à l’état repos, empêchant toute évolution. Il faut donc initialiser la séquence en enclenchant la mémoire correspondant à l’étape initiale (X1). Deux méthodes sont possibles :

• Utiliser un contact d’initialisation ou un contact de passage commandé à la mise sous tension.
• Tester l’état repos de toutes les mémoires suivantes et enclencher systématiquement X1.

Langages de programmation des API

Les API peuvent être programmés dans différents langages adaptés aux besoins des utilisateurs. Deux langages principaux sont présentés ici : Ladder (LD) et Logigramme (LOG).

Le langage Ladder (LD)

Le Ladder, d’origine américaine, utilise un symbolisme proche des schémas à relais avec des blocs graphiques préprogrammés pour les fonctions d’automatisme (calculs, temporisation, comptage, etc.).

Caractéristiques principales :

• Programme constitué d’une suite de réseaux parcourus séquentiellement.
• Entrées représentées par des interrupteurs : -| |- (contact fermé) ou -|/|- (contact inversé).
• Sorties représentées par des bobines : -( )- ou des bascules -(S)- (Set), -(R)- (Reset).
• Opérations logiques : en série pour ET, en parallèle pour OU.
• Utilisation possible de bits internes (ex : Ma.b) pour stocker des résultats intermédiaires.
• Fonctions complexes disponibles : bascules SR, RS, détection de fronts (POS, NEG), compteurs, temporisateurs, registres à décalage.

Adressage des entrées/sorties

L’adressage consiste à déclarer une entrée ou une sortie dans le programme par son adresse. Les entrées et sorties sont regroupées par octets (groupes de 8 bits), chaque octet ayant un numéro d’adresse.

Chaque bit dans un octet est numéroté de 0 à 7. L’adresse d’un bit s’écrit sous la forme :

TypeOctet.NuméroBit

• I pour entrée, Q pour sortie, M pour mémoire interne.
• Exemple : I0.4 désigne le bit 4 de l’octet d’entrée 0.

Nom	Type de données	Adresse
ETAPE 1	Bool	M0.1
ETAPE 2	Bool	M0.2
ETAPE 3	Bool	M0.3
ETAPE 4	Bool	M0.4
C1	Bool	I0.0
C2	Bool	I0.1
C3	Bool	I0.2
C4	Bool	I0.3
DCY	Bool	I0.4
RO	Bool	Q0.0
DE	Bool	Q0.1
MO	Bool	Q0.2

Exemple de programmation Ladder

Programme pour les étapes du GRAFCET :

• Étape 1 :

X4 .C1
X2 .X1

• Étape 2 :

X1.C1.C4.DCY
X3 .X2

• Étape 3 :

X2 .C3
X4 .X3

• Étape 4 :

X4 .C2
X2 .X1

Programmation des sorties :

• RO activée uniquement à l’étape 2
• DE activée uniquement à l’étape 3
• MO activée uniquement à l’étape 4

Le programme peut être simplifié en utilisant des bobines Set/Reset ou des bascules SR/RS, en respectant les cinq règles du GRAFCET.

Langage Logigramme (LOG)

Le langage LOG permet de définir des opérations logiques pour activer des sorties selon des conditions. Les opérations logiques principales sont :

• ET (AND)
• OU (OR)
• Négation (NOT)

Opération ET

Exemple : Une lampe doit s’allumer uniquement lorsque deux interrupteurs S1 et S2 sont fermés simultanément.

Schéma :

S1 ---| |---
S2 ---| |---
P1 --- Lampe allumée si S1 ET S2 fermés

En API, S1 est connecté à l’entrée I0.0, S2 à l’entrée I0.1, et la lampe P1 à la sortie Q0.0.

Représentation dans LOG :

%I 0.0
%I 0.1
  &
%Q 0.0
=

La sortie %Q 0.0 est activée uniquement si %I 0.0 ET %I 0.1 sont à 1.

Opération OU

Exemple : Une lampe doit s’allumer si au moins un des deux interrupteurs S1 ou S2 est fermé.

Schéma :

S1 ---| |---
S2 ---| |---
P1 --- Lampe allumée si S1 OU S2 fermé

En API, S1 est connecté à l’entrée I0.0, S2 à l’entrée I0.1, et la lampe P1 à la sortie Q0.0.

Représentation dans LOG :

%I 0.0
%I 0.1
  >
%Q 0.0
=

La sortie %Q 0.0 est activée si %I 0.0 OU %I 0.1 est à 1.

Négation

La négation permet d’inverser l’état logique d’une entrée dans une opération ET ou OU. Par exemple, pour que la sortie soit activée uniquement si %I 0.0 est à 0 et %I 0.1 à 1 :

%I 0.0 (inversé)
%I 0.1
  &
%Q 0.0
=

Dans LOG, la négation est représentée par un symbole d’inversion placé sur l’entrée correspondante.

Glossaire des termes clés

• API (Automate Programmable Industriel) : dispositif électronique programmable pour automatiser des processus industriels.
• GRAFCET : langage graphique pour modéliser les séquences d’automatisme.
• Diagramme échelle (LADDER) : langage de programmation des API utilisant une représentation proche des schémas à relais.
• Mémoire d’étape : élément stockant l’état d’une étape dans un GRAFCET.
• Enclenchement (Encl) : condition logique d’activation d’une étape.
• Remise à zéro (RAZ) : condition logique de désactivation d’une étape.
• Bit : unité élémentaire d’information binaire (0 ou 1).
• Octet : groupe de 8 bits.
• Adresse d’entrée/sortie : identifiant d’un bit dans un octet d’entrée ou de sortie.
• Langage LOG : langage de programmation basé sur des opérations logiques représentées par des logigrammes.
• Opération ET (AND) : opération logique activant la sortie si toutes les entrées sont activées.
• Opération OU (OR) : opération logique activant la sortie si au moins une entrée est activée.
• Négation (NOT) : inversion de l’état logique d’une entrée.

Points clés à retenir

• Le GRAFCET est une méthode puissante pour modéliser les séquences, mais sa programmation directe sur API est rare ; on utilise souvent le langage Ladder.
• Chaque étape du GRAFCET est représentée par une mémoire d’étape avec des conditions d’enclenchement et de remise à zéro.
• L’initialisation de la séquence est essentielle pour permettre l’évolution du système.
• Le langage Ladder utilise des symboles proches des relais pour programmer les API, avec des opérations logiques en série (ET) ou en parallèle (OU).
• L’adressage des entrées/sorties repose sur la notion d’octet et de bit, avec une notation standardisée (ex : I0.4, Q0.2).
• Le langage LOG permet de programmer des opérations logiques simples et efficaces, notamment ET, OU et la négation.