Automates Programmables Industriels

Automates Programmables Industriels

Introduction à la logique programmée

Systèmes logiques

Systèmes logiques Les parties commandes élaborent des ordres à partir de mesures et de consignes selon la loi de commande de l'automatisme. On distingue: - les procédés logiques «tout ou rien» utilisent des équations Booléennes. - les procédés continus «analogique» utilisent des équations différentielles qui seront traduites en « fonctions de transferts ». Pour réaliser la commande du système, l'automaticien dispose de nombreux outils technologiques.

Systèmes logiques On les classe généralement en deux catégories.
AUTOMATISMES On les classe généralement en deux catégories. Solution câblée

Systèmes logiques Solution câblée Technologie fluidique :
On les classe généralement en deux catégories. Solution câblée Technologie fluidique : Cellules statiques Cellules dynamiques Modules séquentiels Technologie électrique : Relayage Statique électronique Modules séquentiels

Systèmes logiques On les classe généralement en deux catégories.
AUTOMATISMES On les classe généralement en deux catégories. Solution câblée Solution programmée Technologie fluidique : Cellules statiques Cellules dynamiques Modules séquentiels Technologie électrique : Relayage Statique électronique Modules séquentiels

Systèmes logiques Solution programmée Informatique industrielle
Microprocesseur Micro ordinateur Automate programmable Traitement de l’information en temps réel

Logique combinatoire

Logique Combinatoire Définition
S1 Logique Combinatoire Système combinatoire S2 en Dans un système combinatoire, à un instant donné la sortie ne dépend que de la combinaison présente sur les entrées.

Logique Combinatoire Equation
S1 Logique Combinatoire Système combinatoire S2 en Si = f ( e1, e2, en )

Comparaison entre 2 informations
Logique Combinatoire Exemples d’opérateurs combinatoires Comparaison entre 2 informations

Comparaison entre Informations Comparateur arithmétique
S(A < B) A S(A = B) Variables de sorties Variables d’entrées Comparateur arithmétique b0 b1 S(A > B) B

Analyse b b a a S(A=B) S(A>B) S(A<B) 1 1

Analyse S(A=B) S(A>B) S(A<B)

Analyse b 1 a A=B A>B A<B S(A=B) S(A>B) S(A<B)

Analyse S(A=B) S(A>B) S(A<B)

Analyse S(A=B) S(A>B) S(A<B) S (A=B) = ?

Analyse S(A=B) S(A>B) S(A<B) S (A=B) = ? = /a0 /a1 /b0 /b1 + a0 /a1 bo /b1 + /a0 a1 /b0 b1 + a0 a1 b0 b1 = (/a0 /b0 + a0 b0 ) /a1 /b1 + (/a0 /b0 + a0 b0 ) a1 b1 = (/a0 /b0 + a0 b0 ) . (/a1 /b1 + a1 b1 ) = (a b0 ) . (a b1 )

S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) Analyse S (A>B) = ? = a0 /a1/b0 /b1+/a0 a1/b0/b1+a0 a1 /b0 /b1+/a0 a1 b0 /b1 +a0 a1 b0 /b1+a0 a1 /b0 b1 = a1/b1 ( /a0 /b0+a0 /b0+/a0 b0+a0 b0) + a0/b0 (/a1/b1+a1b1) = a1/b1[( a b0 ) + (a b0)]+ a0/b0(a1 b1) + = a1/b1[( a b0 ) + /(a b0)]+ a0/b0(a1 b1) = a1/b1 + a0/b0(a b1)

S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) Analyse S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a b1) S (A<B) = ?

S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) Analyse S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a b1) S (A<B) = S (A=B) . S (A>B) = (S (A=B) + S (A>B) )

Schéma S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) S (A>B) = a1 b1 + a0 b0. (a b1) S (A<B) = S (A=B) . S (A>B) = (S (A=B) + S (A>B) )

Transformation de codes
Logique Combinatoire Exemples d’opérateurs combinatoires Transformation de codes

Transformation de codes
Les ensembles logiques ne peuvent traiter des informations que si elles sont sous forme binaire ( 0 ou 1 ). Il en résulte que tout problème, avant d'être présenté à la machine doit être transcrit sous forme binaire,c'est le codage. De même le résultat donné sous forme binaire par le système de traitement de l'information doit être transcrit dans le langage original seul exploitable par l'homme c'est le décodage. Enfin le système de traitement de l’information peut avoir à travailler avec différents codes binaires c’est le transcodage.

Transformation de codes Transcodage
Binaire / GRAY e0 S0 e1 S1 Transcodeur e2 S2 e3 S3

Binaire / GRAY e0 (20) S0 e1 (21) S1 Transcodeur e2 (22) S2 e3 (23) S3

Analyse

Recherche des équations S0 = ? 00 01 11 10 e1 e0 e3 e2 1 2 3 4 5 6 7 12 13 14 15 8 9 10 11

Recherche des équations S0 = e e1 +

S0 = e e1 + Recherche des équations S1 = ? 00 01 11 10 e1 e0 e3 e2 1 2 3 4 5 6 7 12 13 14 15 8 9 10 11

S0 = e e1 + Recherche des équations S1 = e e2 +

S0 = e e1 + S1 = e e2 + Recherche des équations S2 = ? 00 01 11 10 e1 e0 e3 e2 1 2 3 4 5 6 7 12 13 14 15 8 9 10 11

S0 = e e1 + S1 = e e2 + Recherche des équations S2 = e e3 +

S0 = e e1 + S1 = e e2 + Recherche des équations S2 = e e3 + S3 = ? 00 01 11 10 e1 e0 e3 e2 1 2 3 4 5 6 7 12 13 14 15 8 9 10 11

S0 = e e1 + S1 = e e2 + Recherche des équations S2 = e e3 + S3 = e3

S0 = e e1 + Schéma S1 = e e2 + S2 = e e3 + S3 = e3

Logique séquentielle

Logique Séquentielle Définition
Dans un système séquentiel, la valeur de la sortie dépend des entrées et du temps, il y a une mémoire. S = f ( e, t ) On ne va pas garder la variable t comme continue, on va la quantifier et s'intéresser au "temps" comme un ordre de succession. On va donc créer des variables supplémentaires que l'on bouclera sur les entrées par l'intermédiaire d'un bloc mémoire.

Logique Séquentielle Définition
Variables primaires d’entrées S0 S1 Sm-1 Variables de sorties Circuits logiques E0 Ex-1 Excitations secondaires es0 esx-1 Variables secondaires d’entrées Variables d’état

Logique Séquentielle Equations
Circuits logiques e1 S1 Variables primaires d’entrées Variables de sorties en-1 Sm-1 es0 E0 Variables secondaires d’entrées Excitations secondaires esx-1 Ex-1 Variables d’état Si = f (e0, e1, …. en-1, es0, esx-1) Ei = f (e0, e1, …. en-1, es0, esx-1) EQUATIONS

Logique Séquentielle États stables / États Transitoires
Étude du relais monostable Entrée BP m m Sortie Lampe L X L x

Étude du relais monostable m t m X L L x t état stable

Étude du relais monostable m t m X L L x t état transitoire

Étude du relais monostable m t m m X L x L X t état stable

Étude du relais monostable m t m X L L x t état transitoire

Étude du relais monostable m t m X L L x t état stable

Définitions États stables / États Transitoires
Étude du relais bistable m X1 Entrées BP m BP a a X0 x L Sortie Lampe L

X1 X0 m a x Étude du relais bistable m t a t L t

Logique Séquentielle Représentation
Chronogrammes ou diagramme des temps

Table de vérité

Grafcet 20 X 4 21 AV a 22 Décalage Chargement a b c 1 23 « Utilisation du registre » X 55

Réseaux de PETRI

Logique Séquentielle Fonctions séquentielles asynchrones
Dans une fonction séquentielle asynchrone chaque nouvelle combinaison des variables d'entrées est aussitôt prise en compte par le circuit. S R Q

Fonctions séquentielles asynchrones Mémoire monostable
fonction mémoire On supposera que l'intervalle de temps qui sépare deux changements d'états des entrées m et a est toujours supérieur au temps de réponse global de l'ensemble de la mémoire. Dans la suite du cours sur les diagrammes des temps on ne représentera que les états stables (plus les transitoires).

Mémoire à marche prioritaire m t a t S t

Analyse Mémoire à marche prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m

Analyse Mémoire à marche prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m La sortie S reste active quand l’information m disparaît : nécessité de se valider elle même S = m + s Variable d’état « auto-alimentation »

Mémoire à marche prioritaire m t a t S Travail de la variable d’état « auto-alimentation » t

Analyse Mémoire à marche prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m La sortie S reste active quand l’information m disparaît : nécessité de se valider elle même S = m + s La sortie S est désactive quand l’information a apparaît ( a ), sauf si m est encore actif : a n’intervient que sur l’auto-alimentation S = m + s . a

Mémoire à marche prioritaire S = m + s . a « variable d’état »

Mémoire à marche prioritaire m S s a S = m + s . a

Mémoire à marche prioritaire m S a s S = m + s . a

Mémoire à arrêt prioritaire m t a t S t

Analyse Mémoire à arrêt prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m

Analyse Mémoire à arrêt prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m La sortie S reste active quand l’information m disparaît : nécessité de se valider elle même S = m + s Variable d’état « auto-alimentation »

Mémoire à arrêt prioritaire m t a t S Travail de la variable d’état « auto-alimentation » t

Mémoire à arrêt prioritaire m t a t S variable d’état t

Analyse Mémoire à marche prioritaire La sortie S est active quand l’information m apparaît : S = m La sortie S reste active quand l’information m disparaît : nécessité de se valider elle même S = m + s La sortie S est désactive quand l’information a apparaît ( a ), quelquesoit l’état de m : a intervient sur m et sur l’auto-alimentation S = ( m + s ). a

Mémoire à arrêt prioritaire S = ( m + s ) . a « variable d’état »

Mémoire à arrêt prioritaire S m a s S = ( m + s ) . a

Mémoire à arrêt prioritaire S a m s S = ( m + s ) . a

Symbole normalisé m S m S a S a S Arrêt prioritaire Marche prioritaire

Exemple d’application X n - 1 X n r n r n+1 r n-1

Exemple d’application r n-1 X n - 1 * r n X n r n+1 X n+1

Fonctions séquentielles asynchrones Mémoire bistable
Bascule R S Schéma E1 Q E2

Bascule R S compléter Fonctionnement E1 Q E2

Bascule R S Fonctionnement E1 Q E2 Combinaison à interdire Mise à 1 Mise à 0 Mémorisation de l’état précédent donc 0 est le niveau actif des entrées.

Bascule R S Symbole normalisé E1 marche = mise à 1 SET S E1 Q E2 Q Q

Bascule R S E2 arrêt = mise à 0 RESET R Symbole normalisé E1 Q E2 Q S

Bascule R S Montage d’application E1 S Q Q R E2

Bascule R S Montage d’application E1 S Q Rp Rp Q R E2

Bascule R S Montage d’application E1 S Q Rp U alim Rp Q R E2

Bascule R S A Montage anti rebonds t B A B Rp Q S R t Q t

Bascule R S Rebond Rebonds A Montage anti rebonds t B A B Rp Q S R t Q t

Bascule R S A Montage anti rebonds t Rebonds Rebond B A B Rp Q S R t Q t

Bascule R S S Q R E1 U alim E2 Le niveau actif des entrées est le 0 logique

Bascule R S R S R S S Q E1 Rp U alim Q Rp R E2

Bascule R S Symbole normalisé S Q S R Q Q R

Fonctions séquentielles asynchrones Aléas de fonctionnement
1 1 2 1 3 1 4 5 = 1 = 1 2 3 4 5 e S

X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S = x 1 2 3 4 5 X Y S e y Dt3 Dt4
e Y y Dt3 Dt4 X x Dt1 Dt2 S X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S = x

Commutation avec recouvrement Commutation sans recouvrement
e X x Y y S e Y Commutation avec recouvrement e Y Commutation sans recouvrement Y = x . e + y . e

Commutation avec recouvrement Commutation sans recouvrement
e X x Y y S e Y Commutation avec recouvrement e Y Aléas !!! Commutation sans recouvrement

Logique Séquentielle Fonctions séquentielles synchrones
Dans une fonction séquentielle synchrone la prise en compte d'une nouvelle combinaison des variables d’entrées ne s'effectue que sur l'ordre d'une entrée de commande. On maîtrise l’instant de commutation à l’aide de l’entrée de commande. Les circuits synchrones ne sont pas sujets aux aléas! D Q H Les fonctions synchrones possèdent au moins une entrée de commande !

Fonctions séquentielles synchrones Mémoire bistable
Bascule R S H Schéma Q E2 E1 Rp H S R

Bascule R S H S Fonctionnement Q H Q R Si H = 0 la bascule est bloquée, sa sortie conserve l’état antérieur Si H = 1 la bascule fonctionne, c’est une bascule RS

H t Bascule R S H Fonctionnement S t R t Q t

F F H t B B B Bascule R S H S Fonctionnement t R t Q t

F F H t Bascule R S H S Fonctionnement t R t Q t

Bascule R S H Symbole S Q S Q H R H Q R Suivant les constructeurs l’entrée de commande s’appelle H, T ou CP

Rappels Bascule R S Fonctionnement S R Combinaison à interdire 1 seule entrée est suffisante Mise à 1 Mise à 0 Mémorisation de l’état précédent bascule bloquée Travail de H

Bascule D Schéma D Q Rp H Q U alim

Bascule D D Fonctionnement Q Rp H Q Si H = 0 la bascule est bloquée, sa sortie conserve l’état antérieur Si H = 1 la bascule fonctionne, la sortie Q recopie l’entrée D

Bascule D Symbole D Q H Q La bascule D active sur le niveau 1 du signal de commande ‘ H ’ est dite bascule D type LACH

Bascule D Symbole D Q H Q L’entrée D est une entrée synchrone. Elle n’est prise en compte qu’au niveau haut de H

Forçage à 1 Bascule D Symbole Forçage à 0 Les entrées S et R sont des entrées asynchrones Elles sont prises en compte dès quelles sont actives indépendamment de H !

/S Fonctionnement t /R t H t D t Q t

Différentes bascules D Il existe aussi des bascules D qui ne sont actives que sur le front montant ou sur le front descendant du signal de commande ‘ H ’. Elle sont dites bascules D type EDGE.

Différentes bascules D Création d’un H t ? t H ? H’ H’ t <<< t

Différentes bascules D Création d’un H t T t H ? H’ H’ t

Différentes bascules D Création d’un H t H’ H T t H’ t H’ = H . T

Différentes bascules D Création d’un H t H’ H T t H’ Temporisation travail t H’ = H . T

Différentes bascules D Création d’un H t t H ? H’ H’ t <<< t

Différentes bascules D Création d’un H t H H’ T t H’ t H’ = H . T

Différentes bascules D Création d’un H t H H’ T t H’ Temporisation repos t H’ = H . T

Différentes bascules D Symboles Bascule D à front montant Bascule D à front descendant L’entrée D est une entrée synchrone, elle n’est prise en compte qu’au front de H Les entrées S et R sont des entrées asynchrones, elles sont prises en compte dès quelles sont actives. Indépendamment de H !

/S Fonctionnement t /R t H t D t Q t

Bascule D type EDGE Exemple d’application Détection du sens de rotation d’un système A t B t

Bascule D type EDGE Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système AH A t B t

Bascule D type EDGE Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système AH AH = A . B A t B t

Bascule D type EDGE Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système H A t B t

Bascule D type EDGE Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système H H = A . /B A t B t

Bascule D type EDGE Exemple d’application 1 Détection du sens de rotation d’un système 1 Signal B AH Signal A H 1 AH = A . B H = A . /B

Exemple d’application 2 comptage / décomptage

H t S0 t S1 t S2 t

On a réalisé un compteur modulo 8
H t S0 t S1 t S2 t 1 2 3 4 5 6 7 1 2

Comment faire pour réaliser un décompteur ?

H t S0 t S1 t S2 t 1 2 3 4 5 6 7 1 2

H t S0 t S1 t S2 t

On a réalisé un décompteur modulo 8
H t S0 t S1 t S2 t 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5

Comment faire pour réaliser un compteur
dont le modulo est différent de 2 n ?

Réalisation d’un compteur modulo 6
Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5 Nombre de bascules nécessaires n = ? Il faut que 2n > modulo du compteur ici n = car = 8 > 6

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 Avec 3 bascules, on réalise un compteur modulo 23 = 8 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7 Il faut donc truquer le compteur !

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5 trucage le compteur ! On va détecter la première combinaison indésirable ici 6 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 0 – 1 – 2 – 3 – 4 - 5 trucage le compteur ! 0 – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 - 7 Et l’utiliser pour faire une RAZ Asynchrone du compteur

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 Détection de 6

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6 RAZ du compteur

Fonctions synchrones Réalisation d’un compteur modulo 6

Réalisation d’un décompteur modulo 6
Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 5 – 4 – 3 – 2 – 1 - 0

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0 Nombre de bascules nécessaires n = ? Il faut que 2n > modulo du décompteur ici n = car = 8 > 6

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 Avec 3 bascules, on réalise un décompteur modulo 23 = 8 7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1– 0 Il faut donc truquer le décompteur !

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0 trucage le décompteur ! On va détecter la première combinaison indésirable ici 7 7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 – 1 – 0

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 5 – 4 – 3 – 2 – 1 - 0 trucage le décompteur ! 7 – 6 – 5 – 4 – 3 – 2 –1 - 0 Et l’utiliser pour faire un forçage Asynchrone à 5 du compteur

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 Détection de 7

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6 Forçage à 5

Fonctions synchrones Réalisation d’un décompteur modulo 6

Conclusions

Fonctions asynchrones Mémoire monostable
S = m + s . a Mémoire à marche prioritaire m S s a Symbole normalisé m S a S

Fonctions asynchrones Mémoire monostable
Mémoire à arrêt prioritaire S = ( m + s ) . a a S m s Symbole normalisé m S a S

Fonctions asynchrones Mémoire bistable
Bascule R S S R Q Bascule D LACH EDGE EDGE

logique programmée 216

X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S = x 1 2 3 4 5 X Y S e
X x S Y y X = e . y + x . e Y = x . e + y . e S = x Supposons qu’un opérateur réalise manuellement la commande définie par le chronogramme étudié page 15. Il devra, à intervalles de temps réguliers, observer l'état des entrées e, x, y puis, suivant cet état, effectuer ou non la mise à jour des sorties S, X, Y. Pour se faciliter le travail, il va se constituer un fichier sur lequel il portera les différentes combinaisons des entrées et les états des sorties correspondants.

Logique Programmée e X x S Y y e= 0 x=0 y=0 X=0 Y=0 S=0

Logique Programmée X Y S e e= 1 x=0 y=0 e= 0 x=0 y=0 X=1 Y=0 S=0 X=0

Logique Programmée X Y S e e= 1 x=1 y=0 e= 1 x=0 y=0 X=1 Y=0 S=1

Logique Programmée X Y S e e= 0 x=0 y=0 X=0 e= 0 x=0 y=1 Y=0 S=0

Sélection des fiches « commande »
Logique Programmée Repérage des fiches « adresse » e= 0 x=0 y=1 X=0 Y=0 S=0 e= 1 x=0 y=1 Y=1 e= 1 x=1 y=1 S=1 e= 0 x=1 y=1 X=1 e= 0 x=1 y=0 e= 1 x=1 y=0 e= 1 x=0 y=0 e= 0 x=0 y=0 Informations dans les fiches « données » Sélection des fiches « commande »

Logique Programmée Traitement parallèle
Entrées Sorties Traitement parallèle Le traitement est dit parallèle lorsque tous les signaux sont pris en compte simultanément par l'organe de traitement. C'est le cas de la logique câblée. En adoptant cette représentation simplificatrice, on distingue que le traitement parallèle recèle un certain degré de séquentiel provoqué par les transitions de couche à couche. 228

Logique Programmée 1 2 3 4 Traitement parallèle
S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) S (A<B) = (S (A=B) + S (A>B) ) S (A>B) = a1 /b1 + a0 /b0. (a b1) Traitement parallèle Le traitement est dit parallèle lorsque tous les signaux sont pris en compte simultanément par l'organe de traitement. C'est le cas de la logique câblée. En adoptant cette représentation simplificatrice, on distingue que le traitement parallèle recèle un certain degré de séquentiel provoqué par les transitions de couche à couche.

Traitement séquentiel
Logique Programmée A chaque top d’horloge, le processeur exécute une instruction et une seule Entrées mémoire Registre instructions Sorties PROCESSEUR Traitement séquentiel Un traitement est dit séquentiel lorsque les signaux concernés à un instant donné sont traités successivement, dans un ordre prédéfini. Le principe de la logique programmée est de substituer aux différentes couches d'une logique câblée, une seule couche appelée "PROCESSEUR" capable de réaliser les fonctions de toutes les couches. Le processeur exécute des instructions qui lui indiquent quelle fonction il doit réaliser et sur quels signaux. Le processeur est donc lui-même une logique séquentielle synchrone. Sa réalisation est matérialisée par un MICROPROCESSEUR . 230

Traitement séquentiel
Logique Programmée 1 S (A=B) = (a b0 ) . (a b1 ) 3 2 S (A<B) = (S (A=B) + S (A>B) ) 8 5 4 7 6 S (A>B) = a1 /b1 + a0 /b0. (a b1) Traitement séquentiel Un traitement est dit séquentiel lorsque les signaux concernés à un instant donné sont traités successivement, dans un ordre prédéfini. A chaque top d’horloge, le processeur exécute une instruction et une seule.

Logique Programmée P23 Système minimum Bus Processeur Mémoire
Pour permettre le fonctionnement défini, un système programmable doit au minimum être composé de la manière suivante: Système minimum Bus Bus de données Bus d’adresses Bus de commande Processeur Mémoire Interfaces Traitement de données Stockage de données Liaison avec l’extérieur

Adapté vis à vis de la partie opérative
Structure d’un A.P.I Norme NF C Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires. Adapté vis à vis de la partie opérative Entrées/Sorties industrielles, Traitement de fonctions logiques courantes (séquentielles et/ou combinatoires), 233

Adapté vis à vis de l’environnement
Structure d’un A.P.I Norme NF C Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires. Adapté vis à vis de l’environnement Température, Humidité, Vibrations, Parasites électriques et électromagnétiques, 234

Structure d’un A.P.I Norme NF C 63-850
Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires. Adapté aux tâches de conception et de réalisation Outil de dialogue permettant de décrire et d'implanter l'application dans un langage simplifié adapté aux tâches de mise au point, 235

Structure d’un A.P.I Norme NF C 63-850
Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires. Adapté aux tâches de mise au point Outil de dialogue permettant : - l'édition et la modification ponctuelle, - le transfert de programme, - la simulation, - la visualisation dynamique, etc … 236

Adapté aux tâches d’exploitation
Structure d’un A.P.I Norme NF C Un automate programmable industriel (API) est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en temps réel et en ambiance industrielle des procédés séquentiels et combinatoires. Adapté aux tâches d’exploitation En mode normal et en mode dégradé 237

Structure Fonctionnelle
P24 Structure d’un A.P.I Dialogue de programmation Structure Fonctionnelle Détection des entrées (capteurs) Commande des sorties (pré-actionneurs) API Dialogue d’exploitation Dialogue de supervision

Structure d’un A.P.I Système automatisé A.P.I MS ME Consignes
Programme Energie COMMUNIQUER Comptes-rendus Visualisation d états COMMUNIQUER Données TRAITER les DONNEES TRAITER les DONNEES Commandes Pupitre.TDI GERRER L ’ENERGIE W1-W2-W3 ACQUERIR les ETATS du PROCEDE A.P.I GERRER L ’ENERGIE Puissance TRANSFORMER en ENERGIE MECANIQUE Alimentations pré-actionneurs W mécanique MS ME AGIR sur la Matière d Œuvre Evénements Actionneurs ACQUERIR les ETATS du PROCEDE Effecteurs Informations d ’états Capteurs

Structure Fonctionnelle d’un Automate Programmable Industriel
Structure d’un A.P.I Structure Fonctionnelle d’un Automate Programmable Industriel Programme Energie Données ADAPTER et ISOLER Données adaptées Retour capteur Interface d’entrée Interface de sortie Unité Centrale TRAITER les DONNEES ADAPTEES TRAITER les DONNEES ADAPTEES Signal logique ADAPTER et ISOLER Comptes -rendus Ordres de commandes

Structure Fonctionnelle de l’Unité Centrale
Structure d’un A.P.I Structure Fonctionnelle de l’Unité Centrale Système minimum Programme Energie Signal logique Gestionnaire d’E/S GERER les Entrées/Sorties GERER les Entrées/Sorties Données adaptées Données de travail Mémoire STOCKER . Instructions Données+adresse Processeur TRAITER TRAITER Données traitées

Structure d’un A.P.I P24 Rack Structure Matérielle
Le Rack de base constitue l'ossature métallique d'un API avec la carte "Fond de Panier" (BUS + connecteurs) 242

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Le Rack
Il s'agit de structures métalliques pouvant recevoir un certain nombre de cartes électroniques de même dimension, selon un pas donné. Un équipement peut se présenter sous la forme: - d’un système compact, fermé avec un nombre d'E/S défini par le constructeur, généralement peu important et réservé aux API bas de gamme. 243

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Automates compacts 244

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Le Rack
Il s'agit de structures métalliques pouvant recevoir un certain nombre de cartes électroniques de même dimension, selon un pas donné. Un équipement peut se présenter sous la forme: - d’un système compact, fermé avec un nombre d'E/S défini par le constructeur, généralement peu important et réservé aux API bas de gamme. - d’un système modulaire avec un rack principal et un (ou plusieurs) rack d'extension liés par le bus de l'API ou par coupleurs d’extensions si le nombre d’entrées / sorties est important. 245

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Automates modulaires 246

Structure d’un A.P.I Rack principal Rack extension
Structure Matérielle Rack principal Rack extension Automates modulaires 247

Structure d’un A.P.I Rack ALIM Structure Matérielle
Réseau 220VAC ou Alimentation 24VDC ALIM Alimentation 24VDC Stabilisée

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Le module d’alimentation
Il permet de fournir l'énergie nécessaire au bon fonctionnement de l’automate. Les principales tensions utilisées dans un API sont du +12v et ± 5v adaptés au fonctionnement des cartes électroniques internes. Pour pouvoir agir directement sur la PO en cas de défaillance, certains modules d’alimentation sont équipées d'un contact et d'un voyant. Le module d’alimentation à un emplacement réservé dans le rack principal. On distingue : le module d’alimentation alternatif qui fourni l’énergie nécessaire à partir du secteur 220V. le module d’alimentation continu qui fourni l’énergie nécessaire à partir d’alimentations externes 24Vou 48V. Le choix du module d’alimentation d'un automate se fera à partir de sa configuration et d'un bilan énergétique des consommations des coupleurs installés. 249

Structure d’un A.P.I UC ALIM Communication Structure Matérielle
Réseau 220VAC ou Alimentation 24VDC ALIM UC Processeur Bus interne Mémoire Gestion E/S Alimentation 24VDC Stabilisée Communication

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle L’Unité Centrale
L’Unité Centrale est le cœur de l’automate, elle regroupe l’ensemble des dispositifs nécessaires au fonctionnement logique interne de l’API: - le Processeur, - la Mémoire, - le Gestionnaire d’entrées / sorties. Voir paragraphe correspondant 251

Structure d’un A.P.I UC E/S ALIM Bus d’E/S Extension Communication
Structure Matérielle Réseau 220VAC ou Alimentation 24VDC ALIM E/S UC Processeur Bus interne Mémoire Gestion E/S Bus d’E/S Alimentation 24VDC Stabilisée Extension Communication

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle
Les Coupleurs d’entrées /sorties Les coupleurs d’entrées / sorties assurent la fiabilité des échanges des informations entre l’API et la partie opérative dans un milieu industriel fortement parasité. Les constructeurs offrent une grande variété de coupleurs. voir paragraphe correspondant. 253

Structure d’un A.P.I UC E/S ALIM Bus d’E/S Extension Communication
Structure Matérielle Réseau 220VAC ou Alimentation 24VDC ALIM E/S UC Processeur Bus interne Mémoire Gestion E/S Bus d’E/S Alimentation 24VDC Stabilisée Extension Communication

Structure d’un A.P.I Structure Matérielle Le Bus
Les constructeurs d’API ont rapidement fait évoluer leurs machines vers une architecture multibus pour augmenter les performances de leurs systèmes. Nous identifierons les divers BUS suivant leur niveaux d’utilisation: - Niveau 0: correspondant au bus du microprocesseur confiné à la carte d’unité centrale « Bus Interne ». - Niveau 1: c’est par lui que s’effectuent les échanges entre cartes, c’est le « Bus fond de panier » ou « Bus d’entrées/sorties ». 255

Structure d’un A.P.I Coupleur de sorties Rack Coupleur d’entrées
Unité Centrale Alimentation 256

Structure d’un A.P.I Type Référence Alimentation PS307 5A
307-1EA00-0AA0 Alimentation 257

Structure d’un A.P.I Type Référence Unité Centrale CPU315-2 PN/DP
315-2EH13-0AB0 258

Structure d’un A.P.I Type Référence Coupleur d’entrées 321-1BH02-0AA0
SM321 DI 16xDC24V SM321 DI 16xDC24V Type Référence 321-1BH02-0AA0 Coupleur d’entrées 259

Structure d’un A.P.I Type Référence Coupleur de sorties 322-1HH01-0AA0
SM322 DO 16xREL AC 120/230V24V Type Référence 322-1HH01-0AA0 Coupleur de sorties 260

Structure d’un A.P.I Configuration avec un atelier logiciel
SM322 DO 16xREL AC 120/230V24V Configuration avec un atelier logiciel 322-1HH01-0AA0 261

Fiabilité – Sécurité - Disponibilité
La fiabilité d’un API se mesure à partir du taux de défaillance de chacun de ses constituants. 262

Fiabilité – Sécurité - Disponibilité Installation automatisée
automate Unité centrale processeur 25% mémoire B U S alimentation 5% Défauts internes à l’automate 10% unité centrale 95% Défauts externes à l’automate 90% entrées/sorties l’Automate est fiable et présente un haut niveau de disponibilité

Fiabilité – Sécurité - Disponibilité
La disponibilité est définie comme : Disponibilité = S temps de production / temps total Elle est toujours < 1 (100 %) La disponibilité correspond à l’aptitude du système à réaliser sa fonction. 264

Fiabilité – Sécurité - Disponibilité Installation automatisée
Pour augmenter la disponibilité de l’installation dans son intégralité, il faut s’attaquer par des fonctions de diagnostics aux 95% des pannes occasionnées par les défauts extérieurs à l’automate. Installation automatisée 5% Défauts internes à l’automate 95% Défauts externes à l’automate

L’Unité Centrale 266

Introduction BUS Processeur Mémoire Interfaces 267 Programme Energie
Signal logique GERER les Entrées/Sorties Données adaptées Données de travail Gestionnaire d’E/S STOCKER . Instructions Mémoire Données+adresse TRAITER Processeur Données traitées BUS Processeur Mémoire Interfaces 267

Fonctions Logicielles de l’UC Logiciel d’application
Niveau utilisateur Logiciel d’application Logiciel de base Niveau matériel 268

Fonctions Logicielles de l’UC Logiciel d’application
Niveau utilisateur Logiciel d’application Logiciel de production de programme Codage et mise au point des applications Logiciel d’exploitation Logiciel de base Gestion des E/S Superviseur système Gestion de la mémoire Noyau système Niveau matériel 269

La mémoire 270 Programme Energie Signal logique GERER Données adaptées
les Entrées/Sorties Données adaptées Données de travail Gestionnaire d’E/S STOCKER . Instructions Mémoire Données+adresse TRAITER Processeur Données traitées 270

La mémoire Définition Une mémoire est un dispositif technologique destiné à conserver l’information. La mémoire élémentaire (ou point mémoire) mémorise une valeur binaire un BIT (0 ou 1). 271

La mémoire (aléatoire ou direct) Le mode d’accès
Caractéristiques (aléatoire ou direct) Accès aléatoire ou direct, l'information est stockée à une adresse précise que l'on atteint directement et rapidement en lui appliquant une information binaire correspondant à l'adresse sélectionnée. Le mode d’accès

Accès Aléatoire ou Direct
La mémoire Bit Accès Aléatoire ou Direct Bus de données Bus d’adresse 1 Mot double 1 Mot 1 Octet ou 1 Byte Circuit d’adressage sélection

Accès Aléatoire ou Direct
La mémoire Accès Aléatoire ou Direct Bus de données Bus de commande Bus d’adresse Circuit d’adressage sélection

La mémoire Le mode d’accès (séquentiel)
Caractéristiques Le mode d’accès (séquentiel) Accès séquentiel, le temps d'accès est plus ou mois long selon que l'information se trouve stockée plus ou moins loin de l'organe de lecture /écriture. 275

La mémoire Accès Séquentiel Tête de lecture Information « h »
Information « i » Information « j » support Entraînement Tête d’écriture 276

La mémoire Le mode d’accès Le mode de fonctionnement
Caractéristiques Le mode d’accès Le mode de fonctionnement à lecture / écriture, permet l'inscription et le prélèvement d'une information, à lecture seule, les données sont écrites par le constructeur, et ne peuvent qu'être lues par l'utilisateur. 277

La mémoire Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité
Caractéristiques Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité Une mémoire est volatile si elle perd les informations lors d'une coupure de son alimentation. 278

La mémoire Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité
Caractéristiques Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité La vitesse Temps d'accès: temps pour l'obtention d'une information après la demande de lecture. 279

La mémoire P30 Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité
Caractéristiques Le mode d’accès Le mode de fonctionnement La volatilité La vitesse La capacité Nombre d'éléments binaires qui peuvent être stockés. Si l'information est rangée dans N registres de p éléments. Capacité = N x p 1 Octet = 1 Byte = 8 Bits 1 KO = 210 Octets =1024 Octets = 1024 x 8 = 8192 Bits 1 MO = 1024 KO 1 GO = 1024 MO 280

La mémoire « logiciel d’exploitation » « logiciel d'application »
Technologies Mémoires mortes ROM (Non volatiles) Non reprogrammable par l'utilisateur PROM « logiciel d’exploitation » Reprogrammable par l'utilisateur: - REPROM après effacement aux UV « logiciel d'application » - EEPROM reprogrammable par signal électrique 281

La mémoire « logiciel d'application et dossier machine » FLASH EPROM
Technologies FLASH EPROM La mémoire Flash s'apparente à la technologie de l’EEPROM. Elle est programmable et effaçable électriquement comme les EEPROM. « logiciel d'application et dossier machine » 282

La mémoire « logiciel d'application » et/ou « données »
Technologies Mémoires vives RAM (volatiles) Ces mémoires sont volatiles. Dans un API elles sont protégées par batteries ou pile au lithium (1000 heures). Elles ont l'avantage de pouvoir se programmer directement dans l'UC donc autorisent des consoles de programmation plus simple. « logiciel d'application » et/ou « données » 283

La mémoire Notion de hiérarchie mémoire
Une mémoire idéale serait une mémoire de grande capacité, capable de stocker un maximum d’informations et possédant un temps d’accès très faible afin de pouvoir travailler rapidement. Cette mémoire idéale n’existant pas et n’ayant jamais besoin de toutes les informations au même moment. Pour obtenir le meilleur compromis coût performance, on définie donc une hiérarchie mémoire. On utilise des mémoires de faible capacité mais très rapide pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le plus et on utilise des mémoires de capacité importante mais beaucoup plus lente pour stocker les informations dont le microprocesseur se sert le moins. 284

Zone mémoire de Données
La mémoire P31 Architecture Mémoire centrale Zone Moniteur ou Zone Système Zone mémoire de Données Zone mémoire de Programme PROM RAM REPOM –EEPROM -RAM 285

MOTS status ou MOTS d’états
La mémoire P32 Architecture Zone mémoire de Données Zone BITS Zone MOTS Zone image des ENTREES Zone des variables MOTS internes Zone image des SORTIES Zone des variables MOTS réservés (tempo, compteurs, ….) Zone des variables BITS internes Zone d’états MOTS status ou MOTS d’états 286

Zone mémoire de Programmes
La mémoire Architecture Zone mémoire de Programmes Reçoit le ou les programme (s) ou les programme(s) d'application(s). Elle est organisée en mots. Un programme est repéré par l'adresse de sa première instruction ou par un nom (label). Suivant les constructeurs la mémoire programme peut être découpée en zones ou ne faire qu'une entité. 287

Le Processeur 288 Programme Energie Signal logique GERER
les Entrées/Sorties Données adaptées Données de travail Gestionnaire d’E/S STOCKER . Instructions Mémoire Données+adresse TRAITER Processeur Données traitées 288

Le Processeur Le processeur d'un API doit répondre à des contraintes:
de traitement sur bits pour les variables logiques, E/S TOR, séquentiel et combinatoire, de traitement sur mots pour les variables numériques, de travail en temps réel ou avec un temps de cycle court, - d'interprétation du langage utilisateur pour le codage en instructions du processeur. 289

CO AO Le Processeur P33 L’instruction Fonction Adresse Code opératoire
Une instruction est un ordre exécutable par la logique. Fonction Adresse Code opératoire CO AO Adresse opérande Quoi faire Sur quoi faire 290

Le Processeur P34 Processeur Unité de commande Unité de traitement
Compteur ordinal Compteur ordinal ou Pointeur programme il est chargé de l'adresse de l'instruction en cours 291

Le Processeur Fonction Adresse Processeur Unité de commande
Unité de traitement Compteur ordinal Registre d’instruction Le registre d’instruction stocke l'instruction en cours pendant tout le temps de son exécution. Il est en deux parties liées au format de l'instruction: la partie Fonction la partie Adresse Fonction Adresse 292

Le Processeur Fonction Adresse Processeur Unité de commande
Unité de traitement Compteur ordinal Registre d’instruction Décodeur de fonctions Fonction Adresse Le Décodeur de fonctions est chargé de reconnaître l'opération à exécuter. 293

Le Processeur Processeur Unité de commande Unité de traitement
Compteur ordinal - 1er appel d’une instruction Registre d’instruction - 2em exécution de l’instruction Décodeur de fonctions - 3em préparation de l’instruction suivante Séquenceur Le Séquenceur génère les signaux "horloges" d’enchaînement des trois phases d'exécution d'une instruction. 294

(Unité Arithmétique et Logique )
Le Processeur Processeur Unité de commande Unité de traitement Compteur ordinal U.A.L (Unité Arithmétique et Logique ) Registre d’instruction Décodeur de fonctions Séquenceur L’Unité Arithmétique et Logique est le circuit le plus complexe, il est chargé d'effectuer toutes les opérations spécifiées par le décodeur de fonctions. 295

Le Processeur Processeur Unité de commande Unité de traitement Compteur ordinal U.A.L (Unité Arithmétique et Logique ) Registre d’instruction Accumulateur Décodeur de fonctions Séquenceur L’Accumulateur est un registre étroitement lié à l'UAL. Il travaille en tant que "source" de données pour l'UAL mais aussi en "destination" pour stocker le résultat d'un travail. 296

Le Processeur Processeur Unité de commande Unité de traitement Compteur ordinal U.A.L (Unité Arithmétique et Logique ) Registre d’instruction Accumulateur Décodeur de fonctions Registres de travail Séquenceur (Pile : LIFO / FIFO) Les Registres de travail (piles*) servent au stockage temporaire de données avant traitement. *Une pile est constituée d’un ensemble ordonné d’informations et d’une politique de gestion de leur acquisition et de leur restitution. Deux types sont disponibles dans un processeur : 297

Registre de travail LIFO empiler 298

Registre de travail LIFO dépiler 299

Registre de travail Pile type LIFO Last Input First Output P34 empiler
dépiler Last Input First Output 300

Registre de travail FIFO empiler 301

Registre de travail FIFO dépiler 302

Registre de travail Pile type FIFO First Input First Output P34
empiler dépiler First Input First Output 303

(Unité Arithmétique et Logique ) (Mots status ou Flag status)
Le Processeur Processeur Unité de commande Unité de traitement Compteur ordinal U.A.L (Unité Arithmétique et Logique ) Registre d’instruction Accumulateur Décodeur de fonctions Registres de travail Séquenceur (Pile : LIFO / FIFO) Registres d’états Registres d’états pour le compte rendu des différentes opérations exécutées par le processeur. (Mots status ou Flag status) 304

Registre d’état X X C E O I X X Retenue(carry) parité input output 305

Fonctionnement simplifié
du processeur 306

Position initiale « fin du traitement de l’instruction i-1 »
Mémoire programme Registre instruction Instruction i-1 Instruction i Instruction i Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions Donnée Di Adresse i accumulateur Compteur ordinal registres séquenceur Position initiale « fin du traitement de l’instruction i-1 »

Phase 1 « appel de l’instruction »
Mémoire programme Registre instruction Instruction i-1 Instruction i Instruction i Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions Donnée Di Adresse i accumulateur Compteur ordinal registres séquenceur Phase 1 « appel de l’instruction »

Mémoire programme Registre instruction Instruction i-1 AOi COi Instruction i Instruction i Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions Donnée Di Adresse i accumulateur Compteur ordinal registres séquenceur Phase 1 « appel de l’instruction »

Phase 2 « exécution de l’instruction »
Mémoire programme Registre instruction Instruction i-1 COi COi COi AOi Instruction i Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions Fonction i Donnée Di Adresse i accumulateur Compteur ordinal registres séquenceur Phase 2 « exécution de l’instruction »

Mémoire programme Registre instruction Instruction i-1 Instruction i COi AOi AOi Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions COi Fonction i Donnée Di Adresse i accumulateur Compteur ordinal registres séquenceur Phase 2 « exécution de l’instruction »

Phase 3 « préparation instruction suivante »
Mémoire programme Instruction i-1 Registre instruction Instruction i COi AOi Instruction i+1 Instruction i+1 UAL Mémoire de données Décodeur de fonctions COi Fonction i Donnée Di Adresse i+1 Adresse i accumulateur Compteur ordinal +1 Î Horloge registres séquenceur Phase 3 « préparation instruction suivante »

P35 haut « état initial » 314

315

316

Phase 3 « préparation instruction suivante »
317

CO AO La mémoire P37 LD # 2007 Adressage immédiat
la donnée est dans la zone adresse opérande LD # 2007 CO AO 318

CO AO La mémoire LD MW 250 Mémoire de données adresse 250 2007
Adressage Adressage absolu La donnée est à l’adresse qui figure dans la zone adresse opérante LD MW 250 CO AO Mémoire de données adresse 250 2007 319

CO AO La mémoire LD MW 255 260 255 Mémoire de données adresse 2007 260
Adressage Adressage indirect l’adresse opérande indique une adresse ou se trouve l’adresse de la donnée LD MW 255 CO AO 260 255 Mémoire de données adresse 2007 260 Mémoire de données adresse

CO AO La mémoire Registre Index = 10 LD MW 255
Adressage Adressage indexé l’adresse de la donnée est obtenue en rajoutant la valeur d’un registre à la valeur de l'adresse opérande. Registre Index = 10 LD MW 255 CO AO Mémoire de données adresse 2007 = 265

Cycle de fonctionnement
P38 Traitement L’unité centrale d’un automate programmable à un fonctionnement cyclique, c'est à dire synchrone. Le pointeur programme, en décrivant successivement tous les mots de la mémoire programme jusqu'au dernier, avant de recommencer à partir du premier, assure le fonctionnement cyclique de l'unité centrale. Le fonctionnement est synchrone par rapport à l'horloge interne. La puissance d'une UC est donc directement liée à sa vitesse de scrutation. On appelle période d'un API, le temps mis pour l'exécution de 1K instructions logiques. Lors d'un tour de cycle, l'Unité Centrale assure aussi des fonctions système (gestion interne, autodiagnostics, échanges) et le traitement des données spécifié par le programme. Un cycle réel de la machine comprend donc deux phases : • la phase système • la phase traitement S T T S T S T S T S T S T S T Cycle n-1 Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2 Cycle n+3 Cycle n+4 Cycle n+5 322

Exemple de traitement Jeu d’instructions 323

Exemple de traitement Mémoire de données Données 255 Entrées 256 383 Sorties 384 511

P39 Exemple de traitement Equation S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2) Adressage E1 256 E2 257 E3 258 E8 259 S 384 X1 000 X2 001 325

P39 Equation S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2) Programme 326

P40 S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2) Fonctionnement Littéral 0, Charger E1 } a 1, Faire OU avec E2 2, Charger complément E3 } b 3, Faire ET avec X1 4, Charger complément E8 } c 5, Faire ET avec X2 } d 6,Faire OU (c + b ) } e 7, Faire ET (d. a ) 8, Affecter résultat à S 327

S = (E1 + E2) ( /E3 . X1 + /E8 . X2) Fonctionnement Automate Fonctionnement Littéral 0, SI 0256 } a 1, OU 0257 0, Charger E1 } a 2, SI/ 0258 } b 1, Faire OU avec E2 3, ET 0000 2, Charger complément E3 } b 4, SI/ 0259 } c 3, Faire ET avec X1 5, ET 0001 4, Charger complément E8 } c 6, SI c 7, OU b } d 5, Faire ET avec X2 } d 8, SI d 6,Faire OU (c + b) } e } e 9, ET a 7, Faire ET (d. a) 10, OUT 8, Affecter résultat à S 328

P40 e d a b c 329

Fonctionnement Automate Accumulateur UAL Pile accumulateur registres 330

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 E1 Pile 331

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a a « E1 + E2 » 1, OU 0257 Pile 332

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a /E3 1, OU 0257 2, SI/ 0258 Pile a 333

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a b « /E3 . X1 » 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 a 334

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a /E8 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 b 4, SI/ 0259 a 335

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a c « /E8 . X2 » 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 b 4, SI/ 0259 } c a 5, ET 0001 336

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a d « c + b » 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 a 4, SI/ 0259 } c 5, ET 0001 } d 6, OU 337

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a e « d . a » 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 4, SI/ 0259 } c 5, ET 0001 } d 6, OU } e 7, ET 338

Fonctionnement Automate Accumulateur 0, SI 0256 } a 1, OU 0257 2, SI/ 0258 } b Pile 3, ET 0000 4, SI/ 0259 } c 5, ET 0001 } d 6, OU } e 7, ET 8, OUT 339

Gérer les Entrées / Sorties
Programme Energie Signal logique GERER les Entrées/Sorties Données adaptées Données de travail Gestionnaire d’E/S STOCKER . Instructions Mémoire Données+adresse TRAITER Processeur Données traitées 340

Gestion des Entrées / Sorties Le système de gestion des entrées et des sorties est constitué du gestionnaire d'entrées/sorties et de l'ensemble des coupleurs. Il doit permettre, sur le plan fonctionnel, la résolution de deux problèmes : • établir une liaison technologique sûre entre l'extérieur et le bus d'entrée/sortie, c'est le rôle des coupleurs. • assurer la cohérence des informations pendant le déroulement séquentiel du programme. - les informations d'entrées, lues sur les coupleurs d'entrées, sont mises en mémoire pour devenir des variables d'entrées. Le processeur ne travaillant que sur ces images il aura une vision cohérente du processus durant tout le déroulement du programme. - les valeurs des états des sorties, calculées par le processeur tout au long du programme sont mises en mémoire pour devenir des variables de sorties qui seront ensuite transmises, groupées, aux coupleurs de sorties. Ces opérations de lecture « acquisition des entrées » et d’écriture « affectation des sorties » sont effectuées automatiquement par le processeur dans la phase système du cycle. 341

Cycle de fonctionnement Acquisition des entrées
342

Acquisition des entrées Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire images des Entrées Processeur Coupleurs de sorties Bus interne 343

P42 E Acquisition des entrées Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire images des Entrées Processeur Coupleurs de sorties Bus interne Lire toutes les entrées de tous les coupleurs d’entrées et, via le gestionnaire d’E/S, les recopier en mémoire de données dans la zone image des entrées. 344

Traitement E T 345

Traitement E T Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire des données Processeur Coupleurs de sorties Bus interne 346

P42 Traitement E T Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire des données Processeur Coupleurs de sorties Bus interne Traiter les équations du programme d’application à partir des entrées mémorisées et : - pour les sorties, écrire les valeurs en zone image des sorties, - pour les variables internes, écrire les valeurs en zone correspondante. 347

Cycle de fonctionnement Affectation des sorties
348

Affectation des sorties E T S Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire images des sorties Processeur Coupleurs de sorties Bus interne 349

P42 Affectation des sorties E T S Bus d ’E/S Coupleurs d’entrées Gestionnaire d’E/S Mémoire images des sorties Processeur Coupleurs de sorties Bus interne Lire les valeurs des sorties en zone image des sorties et, via le gestionnaire d’E/S, recopier les états de toutes les sorties sur tous les coupleurs de sorties. 350

Cycle API E T S 351

Cycle n-1 Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2 T S E T S E T S E T L'unité centrale de l’automate programmable fonctionne d’une manière synchrone, en exécutant de manière cyclique le programme d’application (Traitement). 352

T S E T S S T E E T ( ) Progr. Image S11 S11 Cycle de fonctionnement
Soit une instruction de programme qui consiste à activer la sortie S11 Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Progr. Image S11 S11

Image S11 S11 Progr. T S E T S S T E E T ( ) Cycle de fonctionnement
Lors de la scrutation (n-1), le programme ne demande pas à activer S11 : l'image S11 reste à l'état 0 Scrutation (n) Scrutation (n+1) Image S11 S11 Progr. Scrutation (n-1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11

T S E T S S T E E T Image S11 S11 Cycle de fonctionnement
Traitement des sorties : l'image S11 étant à 0, la sortie physique n'est pas activée Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T Image S11 S11

T S E T S S T E E T ( ) Image S11 S11 Cycle de fonctionnement
Lors de la scrutation (n), la même instruction est à nouveau exécutée Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Image S11 S11

et les conditions sont cette fois réunies pour obtenir S11... Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Image S11 S11

L'image de S11 passe à l'état 1 et est mémorisée jusqu'au traitement de l’équation lors de la prochaine scrutation Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Image S11 S11

Traitement des sorties: la sortie physique est activée et mémorisée jusqu'au traitement des sorties de la prochaine scrutation Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T Image S11 S11

Si lors de la scrutation (n+1) la sortie doit être maintenue, l'image S11 conserve l'état 1 Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Image S11 S11

La sortie physique S11 garde son état sans interruption pendant la scrutation suivante Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T Image S11 S11

Si lors de la scrutation (n+2) les conditions pour activer S11 ont disparues, l'image de S11 passe à l'état 0, mais la sortie S11 garde son état. Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T ( ) S11 Image S11 S11

S11 ne sera désactivée que lors de la prochaine mise à jour des sorties. Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) (n+3) T S E T S S T E E T Image S11 S11

P43 Influence sur la programmation Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2 Cycle n+3 X=/A S=A.x 1er CAS S X A X=/A S=A.x X=/A S=A.x X=/A S=A.x

P43 Influence sur la programmation Cycle n Cycle n+1 Cycle n+2 Cycle n+3 S=A.x X=/A 2em CAS S X A S=A.x X=/A S=A.x X=/A S=A.x X=/A Avec les mêmes instructions, l’ordre d’écriture peut induire dans certains cas des résultats différents sur les sorties !

Le mode de fonctionnement séquentiel de l’automate programmable demande pour éviter des erreurs sur le fonctionnement des sorties de respecter une règle importante de programmation. 366

PROGRAMMATION DES SORTIES
Bonne solution 367

? > ? > Bonne solution ( ) ( ) 3 4 E1 S12 S11
Equations et programmation Équation de la sortie S11 : S11 = X3 Équation de la sortie S12 : S12 = X3 + X4 %X3 ( ) S11 ? > Bonne solution %X3 %X4 ( ) S12 ? >

3 4 E1 S12 S11 Fonctionnement Bonne solution ( ) S11 %X3 S12 %X4

Fin de programme : affectation des sorties
3 4 E1 S12 S11 Fonctionnement Exemple : X3 active Bonne solution Sens d'évolution du programme ( ) S11 %X3 S12 %X4 Image S11 = 1 Image S12 = 1 S11 = 1 S12 = 1 Fin de programme : affectation des sorties

3 4 E1 S12 S11 Fonctionnement Exemple : X4 active Bonne solution Sens d'évolution du programme ( ) S11 %X3 S12 %X4 Image S11 = 0 Image S12 = 1 S11 = 0 S12 = 1 Fin de programme : affectation des sorties

PROGRAMMATION DES SORTIES
Mauvaise solution : explication 372

3 4 E1 S12 S11 Mauvaise solution ( ) S12 %X3 S11 %X4

3 4 E1 S12 S11 Soit par exemple : X3 active Mauvaise solution Sens d'évolution du programme ( ) S12 %X3 S11 %X4 Image S12 = 1 Image S11 = 1 Image S12 = 0 S12 = 0 !!! Fin de programme : affectation des sorties

Programmation des sorties Si une sortie est commandée à plusieurs endroits du programme (plusieurs équations), l’état mis à jour sur le coupleur de sortie est celui pris en dernier dans l’exécution du programme (dernière équation). Pour qu’il n’y ait pas risque d’erreur, avec les variables de type monostables, le programme ne doit comporter qu’une seule équation pour chaque variable, pour n’être lue et exécutée qu’une fois à chaque cycle de scrutation. 375

Cycles d’interruption
Le mode de fonctionnement séquentiel de l’automate programmable ne permet pas de suivre de manière certaines les variations des entrées dans certains cas. 376

Cas n°1 S T E E1 Image E1 Cycles d’interruption Scrutation (n-1)

E1 Image E1 S T E Cycles d’interruption Le programme se déroule,
il effectue le traitement de la scrutation (n-1) Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

E1 Image E1 S T E Cycles d’interruption
Scrutation (n) : lors du traitement des entrées, l'image E1 reste à 0 puisque l'entrée physique E1 est absente Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

E1 Image E1 T S E T S S T E E T Cycles d’interruption
L'entrée physique passe à l'état 1 mais l'image E1 n'est pas réactualisée : elle reste à 0 Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3) T S E T S S T E E T

Scrutation (n+1), traitement des entrées : l'entrée E1 étant toujours présente, l'image E1 passe à l'état 1 et sera maintenue pendant toute la durée de cette scrutation Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

Un test de E1 est demandé par le programme utilisateur : l'image de E1 étant à l'état 1, c'est cet état qui est pris en compte (état 1) 1 2 E1 Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

1 2 E1 Un test de E1 est demandé une seconde fois par le programme utilisateur : l'image de E1 étant à l'état 1, c'est cet état qui est pris en compte (état 1) bien que l'entrée physique E1 ne soit plus présente ! 8 9 E1 Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3) Ainsi : on obtient la stabilité des entrées lors d'une scrutation donnée

Traitement des entrées pour la scrutation (n+2) : l'entrée physique E1 ayant disparu, l'image de E1 est remise à 0 Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

L'image de E1 conserve cet état durant toute la scrutation suivante ... Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

E1 Image E1 S T E Cycles d’interruption … même si E1 passe à l'état 1
Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

Cas n°2 E1 Image E1 T S E T S S T E E T Cycles d’interruption
Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3) T S E T S S T E E T

Soit l'entrée E1 : elle s'active en cours de scrutation (n) ... Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

… elle disparaît au cours de cette scrutation. Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

Lors du traitement des entrées en scrutation suivante, l'image E1 conserve son état à 0 puisque E1 a disparu Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

La mémoire image E1 n'a été à l'état 1 ni lors de la scrutation (n), ni lors de la scrutation (n+1) Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

E1 Image E1 S T E Cycles d’interruption Du point de vue du programme,
le passage momentané de l'entrée E1 n'aura pas été pris en compte Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

Cas n°3 E1 Image E1 S T E Cycles d’interruption Scrutation (n-1)

Soit l'entrée E1 : elle s'active en cours de scrutation (n) ... Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

… elle est toujours active lors du traitement des entrées Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

L'image E1 passe à l'état 1 ... Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3)

Observation d'après les cas 2 et 3 :
Cycles d’interruption … et conserve cet état pendant la scrutation suivante même si E1 disparaît Scrutation (n-1) Scrutation (n) Scrutation (n+1) E1 Image E1 S T E Scrutation (n) Scrutation (n+1) Scrutation (n+2) Scrutation (n+3) Observation d'après les cas 2 et 3 : Selon le moment d'arrivée d'une entrée brève, elle sera prise en compte ou non

Les automates de dernière génération permettent le travail par interruption du cycle. C’est à la configuration de l’API qu’il est possible de déclarer une ou plusieurs entrées comme « entrée interruptive ». En fonction des API, on possède plusieurs types d’interruption. 398

Interruptions commandées T demande d’interruption T demande d’interruption T S E T S E T S E T Sous programme d’interruption Le changement d’état d’une entrée déclarée interruptive provoque l’interruption du cycle en cours pour traiter la partie de programme liée à l’interruption. On appelle cela travailler en « tâche d’interruption ». P44

Cycle de fonctionnement Sous programme d’interruption
Interruptions périodiques période T T T T T S E T S E T S E T Sous programme d’interruption Dans ce cas, l’interruption est fixée par le système à un intervalle de temps défini lors de la configuration. On appelle cela travailler en « tâche rapide ». P44

Temps de cycle (Tcy) T E S Le temps de cycle est défini comme le temps mis par l’UC pour exécuter les trois phases de la scrutation : - E (acquisition des entrées), - T (traitement), - S (affectation des sorties).

Temps de réponse d’un API est le temps nécessaire à l’automate pour prendre en compte une modification des entrées, traiter cette modification et affecter les sorties correspondantes. T E S Temps de réponse (Tr) Prise en compte de la modification Affectation des sorties Modification des entrées P45

Temps de réponse d’un API est le temps nécessaire à l’automate pour prendre en compte une modification des entrées, traiter cette modification et affecter les sorties correspondantes. T E S Temps de réponse (Tr) Affectation des sorties Modification des entrées Prise en compte de la modification P45

S Temps de réponse (Tr) T E S Temps de réponse (Tr) 1 cycle < Tr < 2 cycles P45

Sécurité de fonctionnement « CHIEN DE GARDE » Pour éviter des défauts de fonctionnement graves au niveau de la partie opérative en cas de défaillance de l’unité Centrale ou pour vérifier le bon déroulement du programme, l'Unité Centrale possède un système de surveillance appelé "CHIEN DE GARDE" ou WATCHDOG. 405

Sécurité de fonctionnement « CHIEN DE GARDE » temporisation Δt OK E T S E T S validation de la temporisation réarmement de la temporisation P45

Sécurité de fonctionnement « CHIEN DE GARDE » E T S E T S temporisation Δt OK 407

Sécurité de fonctionnement « CHIEN DE GARDE » temporisation Δt E T S E T S ALARME CHIEN DE GARDE

Exemple Configuration API 128 entrées (8 cartes de 16 entrées) 144 sorties (9 cartes de 16 sorties) mémoire de 4K Caractéristiques fonctionnelles Temps d’accès à une carte d’entrée ou de sortie 29 ms Période 1,85 ms Acquisition des entrées 8 x 29 = 232 ms Affectation des sorties 9 x 29 = 261 ms Durée du traitement 1,85 x 4 = 7,4 ms Temps de cycle 0,232 ms + 7,4 ms + 0,261 ms = 7,893 ms Durée du chien de garde > 7,893 ms (9 ms par exemple) 7,893 ms < Tr < 15,786 ms

On considère que représente l’instant de l’acquisition de l’entrée E1.

On considère que représente l’instant de l’affectation de la sortie S.

On considère que représente l’instant du traitement de l’équation S = E1

Les coupleurs industriels

Généralité Les coupleurs industriels assurent la liaison entre l'UC de l'automate et La partie opérative « le process ». les coupleurs d'entrées reçoivent des signaux des capteurs, les traitent pour les rendre compatibles avec la logique interne de l'API. les coupleurs de sorties reçoivent les informations de l'UC, les amplifient pour les rendre compatibles avec les pré actionneurs. Chaque constructeur offre dans son catalogue une panoplie plus ou moins étendue de coupleurs différents: Les coupleurs d’entrées/sorties Tout Ou Rien « TOR », Les coupleurs intelligents ( analogique, régulation, comptage rapide, positionnement, communication).

Généralité P48 Composition d’un coupleur standard. BUS d’E/S
Connecteur de BUS rack Carte coupleur d ’E/S Bornier de connexion Mémoire images des Entrées / Sorties Visualisation Capteurs Pré actionneurs Carte fond de panier

Coupleurs d’entrées Les coupleurs d'entrées permettent à l'UC de l'API d'effectuer une lecture de l'état logique des capteurs qui lui sont associés. A chaque entrée correspond une voie qui traite le signal pour élaborer un BIT. L'ensemble des bits forme un MOT recopié périodiquement dans la zone mémoire image des entrées de la mémoire de données. Les caractéristiques principales des coupleurs d'entrées sont : • la nature et la tension d'entrée, • les seuils de détection des niveaux logiques, • le temps de filtrage, • la modularité, • l'indépendance ou non des entrées (point commun).

Coupleur d’entrées TOR
Coupleurs d’entrées Coupleur d’entrées TOR adapter et protéger traiter le signal ISOLER adapter à la logique de traitement visualiser énergie adaptation tension et courant filtrage et mise en forme opto -coupleurs Interface BUS multiplexage LED Dialogue informations d’états données mise en forme adressage Variable mémoire automate % IX xx . yy Input Voie de raccordement Bit Emplacement dans rack

Coupleurs d’entrées Coupleur d’entrées TOR adapter et protéger traiter le signal ISOLER adapter à la logique de traitement visualiser énergie adaptation tension et courant filtrage et mise en forme opto -coupleurs Interface BUS multiplexage LED Dialogue informations d’états données mise en forme adressage % IX

Coupleurs d’entrées Coupleur d’entrées TOR Type PNP commun Alimentation des entrées 24 v = câblage

Coupleurs d’entrées Coupleur d’entrées TOR Type NPN commun Alimentation des entrées 24 v = câblage

Présence capteur devant mobile
Coupleurs d’entrées Conditions à remplir pour que l’information d’un capteur soit prise en compte correctement par l’automate programmable. Présence capteur devant mobile T1 T0 t t Présence capteur devant mobile

Coupleurs d’entrées t t t Signal sortie capteur T1 T0 Ra Rr Présence
devant mobile T1 T0 t t Ra Rr Signal sortie capteur t Signal sortie capteur

Coupleurs d’entrées t t t t Signal utile UC T1 T0 Rr Ra t on c t off c
Présence capteur devant mobile t t Rr t Ra Signal sortie capteur t on c t off c Signal utile UC t Signal utile UC

T = T1 + Rr + t off c – Ra – t on c > t cycle API
Coupleurs d’entrées Présence capteur devant mobile T1 T0 t t Rr t Ra Signal sortie capteur t on c t off c Signal utile UC t T T = T1 + Rr + t off c – Ra – t on c > t cycle API

T’ = T0 + Ra + t on c – Rr – t off c > t cycle API
Coupleurs d’entrées Présence capteur devant mobile T1 T0 t t Ra Rr Signal sortie capteur t t off c t on c Signal utile UC t T’ T’ = T0 + Ra + t on c – Rr – t off c > t cycle API

Coupleurs d’entrées Si une condition n’est pas remplie, l’automate ne pourra pas voir toutes les évolutions de son entrée. Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée, l’automate peut avoir des problèmes pour suivre ! S1 t T

Coupleurs d’entrées Si une condition n’est pas remplie, l’automate ne pourra pas voir toutes les évolutions de son entrée. Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée, l’automate peut avoir des problèmes pour suivre ! S1 t T S2 t T

Coupleurs d’entrées Si une condition n’est pas remplie, l’automate ne pourra pas voir toutes les évolutions de son entrée. Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée, l’automate peut avoir des problèmes pour suivre ! S1 t T S3 t T

P51 Coupleurs d’entrées Malgré une fréquence d’évolution très faible du signal sur une entrée, l’automate peut avoir des problèmes pour suivre ! S1 OK t T S3 t NON T t NON T

Coupleurs de sorties Les coupleurs de sorties permettent d'agir sur les pré actionneurs. Les informations fournies par le processeur, stockées en mémoire image des sorties, sont envoyées au coupleur via le gestionnaire d'entrées/sorties. Le signal est ensuite traité par le coupleur pour réaliser la correspondance état logique et signal électrique. Les caractéristiques principales d'une interface de sorties sont: • la technologie des sorties, • la nature, l'amplitude de la tension commandée et son intensité (ou puissance), • la modularité, • l'indépendance ou non des sorties (point commun).

Coupleur de sorties TOR
Coupleurs de sorties Coupleur de sorties TOR adapter le signal ISOLER amplifier Protéger visualiser énergie fusibles Relais transistors opto -coupleurs Interface BUS multiplexage LED Signal logique Ordres Variable mémoire automate adressage % QX xx . yy Output Voie de raccordement Bit Emplacement dans rack

Coupleurs de sorties Coupleur de sorties TOR adapter le signal ISOLER amplifier protéger visualiser énergie fusibles Relais transistors opto -coupleurs Interface BUS multiplexage LED Signal logique Ordres adressage % QX

Coupleurs de sorties Coupleur de sorties TOR Sorties Relais commun Alimentation des sorties 24 v ~ Avec des sorties à relais, on peut utiliser des charges alimentées en alternatif ou en continu.

Coupleurs de sorties Coupleur de sorties TOR Sorties statiques NPN commun Alimentation des sorties 24 v =

Coupleurs de sorties Coupleur de sorties TOR commun Sorties Statiques PNP Alimentation des sorties 24 v = Avec des sorties à transistors, on doit impérativement utiliser des charges alimentées en continu.

Types d’architectures
L’évolution des automates programmables a entraîné une modification des systèmes automatisés, qui n’ont cessé d’évoluer des architectures centralisées vers des architectures décentralisées. Deux causes principales à ce mouvement : L’évolution des besoins. Automatisation et flexibilité. Les progrès technologiques. Équipements plus petits, plus performants et moins chers: • décentralisation des entrées/sorties, • décentralisation du traitement.

Types d’architectures Architecture centralisée
Utilisée dans des petites applications avec un nombre d’entrées / sorties limitées ne demandant qu’un développement logiciel simple. Une concentration géographique est aussi nécessaire pour éviter un câblage important. La mise en œuvre de systèmes automatisés plus complexes demande une étude logicielle très structurée pour une mise au point et une maintenance facilitée. UC Rack principal Rack d’extension UC Rack principal Rack d’extension Carte de liaison spécifique Prolongement du BUS d ’E/S Liaison série

Types d’architectures
Architecture centralisée Architecture très fiable Câblage important Grande capacité d’E/S Programme important

Types d’architectures Architecture décentralisée
Dans ce type d’architecture, l’API pilote des éléments concentrateurs d’entrées/sorties. Les coupleurs ne se trouvant plus dans l’armoire, il faut établir un lien avec l’UC : c’est le rôle du BUS de TERRAIN ou du BUS Capteurs Actionneurs. Ce type d’architecture favorise la réalisation de machines modulaires et la décentralisation des postes de conduite et de diagnostic au cœur de l’installation. Le câblage est très simplifié, il faut faire attention, dans ces conditions, de ne pas retrouver un gros automate unique là ou plusieurs plus petits auraient simplifié le programme.

Simplification du câblage

Coupleur de communication PC (A.P.I.) TDI Entrées Sorties Sorties Variateur BUS de terrain

API C200H Architecture décentralisée SYSMAC-BUS C200H-RM201 Coupleur maître d’E/S déportées G71-OD 16 G72-ID 16 G71-OD 16 G72-ID 16 G71-OD 8

Types d’architectures Décentralisation du traitement
Réseau local inter-automate UC PC(i) UC PC(j) UC PC(k) PO(i) PO(j) PO(k) PO(l) Une Partie Commande peut commander plusieurs Parties Opératives

Réseau inter automates

Réseau local inter-automate UC PO(k) PC(k) PC(m) UC PC(k) UC PC(j) PO(k) PO(l) PO(j) Une Partie Commande peut commander plusieurs Parties Opératives Une Partie Opérative ne peut être en liaison avec plusieurs Parties Commandes !!

Coupleurs intelligents Coupleurs intelligents
Bus d’Entrées/Sorties Coupleurs intelligents UC CI processeur processeur Les coupleurs intelligents sont des coupleurs qui réalisent, en plus du traitement du signal, un traitement de l'information reçue pour mettre à la disposition du processeur une information plus élaborée ou , réciproquement, qui élaborera à partir des informations du processeur un signal adapté au pré actionneur. Chaque coupleur utilise pour ce traitement un microprocesseur. Cette prise en charge par le coupleur, d'une partie du traitement, soulage le processeur de l'UC et améliore les performances de l'automate programmable.

Coupleurs intelligents
Coupleur analogique Les coupleurs analogiques permettent d'établir la correspondance entre valeurs numériques et grandeurs analogiques. Coupleur d’entrée analogique Les coupleurs d’entrée analogique permettent de transmettre au processeur une valeur numérique représentative du signal d'entrée analogique. Coupleur analogique entrée Capteur analogique Mémoire image des entrées Bus d’E/S Isoler CAN Processeur Mémoire

Coupleur analogique Les coupleurs analogiques permettent d'établir la correspondance entre valeurs numériques et grandeurs analogiques. Coupleur de sortie analogique Les coupleurs de sorties analogiques convertissent une valeur numérique en signal analogique à destination des pré actionneurs. Pré actionneur Coupleur analogique sortie Mémoire image des sorties Bus d’E/S Isoler Amplifier CNA Processeur Mémoire

Coupleurs intelligents Coupleur de régulation
Entrées analogiques Sorties analogiques Entrées TOR Sorties TOR Des applications particulières des cartes d'entrées/sorties analogiques permettent de faire de la régulation de température en utilisant des régulateurs du type PID (Proportionnel Intégral Dérivé)

Coupleurs intelligents Coupleur de comptage rapide
Compteur/Décompteur : indépendant du tour de cycle API Compteur Décompteur F maxi =1OO Khz Entrées codeur A B B Table de mots d’échange BUS d’E/S Mémoire des données Z Entrées TOR Sorties TOR

Coupleurs intelligents Coupleur de positionnement
Carte d ’axe Coupleur de positionnement Réseau EDF Interface de puissance « Variateur » UC CA BUS consignes retour d’informations codeur Capteurs de sécurité fin de course moteur F maxi =1OO Khz > 100 positions

Coupleurs intelligents Coupleur de communication
Lorsque le volume d'informations à échanger devient important: - Dialogue entre un API et des périphériques (écran, clavier, …) - Echange avec un autre API. Coupleurs de communication série Liaison point à point

Coupleur de communication Lorsque le volume d'informations à échanger devient important: - Dialogue entre un API et des périphériques (écran, clavier, …) - Echange avec un autre API. Coupleurs réseaux Coupleur réseau réseau Point de connexion réseau

Synthèse P57 Isolement PO Coupleurs d’entrées UC mémoire des données
Coupleurs de sorties Traitement du signal Isolement Traitement de l’information PO BUS E/S

Synthèse Isolement PO P57 P Traitement de l’information
Coupleurs d’entrées P PO Traitement du signal Traitement de l’information BUS E/S Isolement

Synthèse P57 Isolement Isolement PO Coupleurs d’entrées
UC mémoire des données Coupleurs de sorties Traitement du signal Isolement Traitement de l’information Traitement du signal Isolement Traitement de l’information PO BUS E/S BUS E/S

Synthèse Isolement PO P57 P Traitement de l’information
Coupleurs de sorties P BUS E/S PO Traitement du signal Traitement de l’information Isolement

Synthèse P57 Isolement Isolement PO Coupleurs d’entrées
UC mémoire des données Coupleurs de sorties Traitement du signal Isolement Traitement de l’information Traitement du signal Isolement Traitement de l’information Mémoire Image des entrées Variables internes Mémoire Image des sorties PO BUS E/S BUS E/S Variables réservées Variables d’états

Synthèse P57 Mémoire Image des entrées Mémoire Image des sorties
UC mémoire des données Mémoire Image des entrées BUS E/S Variables internes BUS E/S Variables réservées Variables d’états Mémoire Image des sorties

Synthèse P57 Isolement Isolement PO Alimentation des entrées
Coupleurs d’entrées UC mémoire des données Coupleurs de sorties Traitement du signal Isolement Traitement de l’information Traitement du signal Isolement Traitement de l’information Mémoire Image des entrées Variables internes Mémoire Image des sorties PO BUS E/S BUS E/S Variables réservées Variables d’états Alimentation des entrées Alimentation A.P.I Alimentation des sorties

Synthèse P57 Coupleur intelligent Unité Centrale Coupleur d’entrées
Coupleur de sorties Unité Centrale Alimentation Configuration possible pour l’Automate

Inventaire des SORTIES
Synthèse Informations des capteurs, du pupitre,…. nombre caractéristiques … Inventaire de ENTREES Caractéristiques électriques Regroupement Évolution possible Catalogue constructeur … Choix des coupleurs appropriés Inventaire des SORTIES Pré-actionneurs et leurs caractéristiques Technologique et logique Signalisation …. Caractéristiques électriques Regroupement Évolution possible Catalogue constructeur … Choix des coupleurs appropriés

Mise en énergie d’un SAP

Mise en énergie – le matériel
La majorité des systèmes automatisés sont actuellement basés sur un mixage d’énergie électrique et pneumatique. La distinction entre énergie de puissance et énergie de commande se fait arbitrairement par les valeurs de tensions ou de pressions utilisées. En puissance, les principales énergies utilisées sont: - Électrique : 220/240 monophasé et 380/400 triphasé, - Pneumatique : valeur industrielle entre 5 et 8 bars. - Hydraulique : pression de 25 à 250 bars, plus dans les systèmes de presse. En commande on utilise essentiellement l’énergie électrique en continu ou alternatif : - On utilise le 24V alternatif pour la partie électromécanique des préactionneurs et pour le circuit câblé de mise en service du système, - On utilise le 24V continu (généralement fourni par l’API) pour l’alimentation des entrées via les capteurs.

La mise en énergie d’un système automatisé piloté par un automate programmable doit se faire en respectant un ordre chronologique, symbolisé par le diagramme et les schémas de principe suivants. L’application logicielle est elle aussi soumise à un minimum de méthodologie au moment de la mise sous tension.

SG SG 220/220 V Départs moteurs « circuit de puissance » 24v DC 220 V AC 220/24V TDI API

P60 Mise en énergie – le matériel Fermeture du sectionneur général

SG SG 220/220 V Départs moteurs 24v DC 220 V AC 220/24V TDI API C0 C1 Circuit de commande Circuit des sorties

Fermeture du sectionneur général Alimentation du circuit de puissance Alimentation du circuit de commande Alimentation du TDI

C1 C1 marche K_API1 K_API2 P arrêt Relais de sécurité MST K_API API KA_PNE C0 C0 Visualisation de la mise sous tension Circuit de commande

SG SG 220/220 V Départs moteurs 24v DC 220 V AC 220/24V KAPI TDI API C0 C1 Circuit de commande Circuit des sorties - + Circuit des entrées 24V DC

Fermeture du sectionneur général Alimentation du circuit de puissance Alimentation du circuit de commande Alimentation du TDI BP marche Alim des entrées …………………….. Alim UC Tests UC (si Mode RUN) Alimentation de l’API

C1 C1 Boucle de sécurité N°1 Boucle de sécurité N2 marche KAPI1 KAPI2 P arrêt Relais de sécurité Vers une entrée API MST KAPI API KAPNE C0 C0 Circuit de commande

C1 ks Relais de sécurité KS Commandes visualisations KAx C0 Sorties non coupées Circuit des sorties

Fermeture du sectionneur général Alimentation du circuit de puissance Alimentation du circuit de commande Alimentation du TDI BP marche Alim des entrées Alim des sorties non coupées Alim UC Tests UC (si Mode RUN) Alimentation de l’API

Mise en énergie – le logiciel RAZ de tous les Grafcets
P60 Mise en énergie – le logiciel gestion de la mise sous tension de la partie logicielle début RAZ de tous les Grafcets Initialisation du Grafcet de sécurité 2em cycle API Alimentation des sorties coupées fin

2em cycle API C1 ks Relais de sécurité C0 KS Commandes visualisations KAx Sorties non coupées Sorties coupées Circuit des sorties

Fermeture du sectionneur général Alimentation du circuit de puissance Alimentation du circuit de commande Alimentation du TDI BP marche Alim des entrées Alim des sorties non coupées Alim UC Tests UC (si Mode RUN) Alimentation de l’API 2em cycle API Alimentation des Sorties coupées

Coupleur intelligent Coupleur d’entrées Coupleur de sorties Unité Centrale Alimentation Sorties non coupées Visualisations des alarmes Sorties coupées Alimentation des Pré actionneurs

ALIM UC Coupleurs d’entrées Visualisations alarmes Coupleurs des Sorties non coupées Préactionneurs PO Coupleurs des Sorties coupées

C1 ks Relais de sécurité C0 KS Commandes visualisations KAx Sorties non coupées Sorties coupées Circuit des sorties

P61 Mise en énergie – le matériel Mise en énergie pneumatique Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Traitement de l’air Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Filtre Régulateur Lubrificateur

Mise en énergie pneumatique Filtre Régulateur Lubrificateur Réglage de la pression d’utilisation P2

Mise en énergie pneumatique Lubrificateur Apport d’huile dans l’air sec

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW Traitement de l’air Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW W )( Démarreur progressif Traitement de l’air Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW W )( Démarreur progressif W Sectionneur général Traitement de l’air PO Vanne d’isolement

P61 Mise en énergie pneumatique Ouverture de la vanne manuelle Signalisation présence pression

Mise en énergie pneumatique Ouverture de la vanne manuelle Signalisation présence pression Pilotage du sectionneur général pneumatique Mise en pression progressive

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW W )( Démarreur progressif Traitement de l’air W Sectionneur général PO Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Ouverture de la vanne manuelle Signalisation présence pression Pilotage du sectionneur général pneumatique Mise en pression progressive Présence d’une pression suffisante Mise en pression nominale

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW W )( Démarreur progressif Traitement de l’air W Sectionneur général PO Vanne d’isolement

Mise en énergie pneumatique Pressostat WW Traitement de l’air W )( Démarreur progressif W Sectionneur général PO Vanne d’isolement

Mise en énergie – le logiciel
RAZ de tous les Grafcets RAZ des sorties liées aux actionneurs Tests des zones sensibles de la PO ALARMES correspondantes Initialisation du Grafcet de sécurité Alimentation des sorties

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