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1 Automatisme. 1. Les systèmes automatisés de production 2. Composants dautomatisation associés aux fonctions 3. Les modes de marche et darrêt dun automatisme.

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1 1 Automatisme. 1. Les systèmes automatisés de production 2. Composants dautomatisation associés aux fonctions 3. Les modes de marche et darrêt dun automatisme Analyse structurelle dune installation automatisée. Analyse fonctionnelle: 4 familles de constituants dautomatismes Les capteurs Introduction aux API. Distribution de lénergie en technologies pneumatiques et électriques. Les constituants dun départ moteur. Le GEMMA. Hiérarchisation des grafcets. Sûreté de fonctionnement. 4. Illustration: Mise en œuvre dun automate TSX 3722 Schneider Introduction du logiciel PL7 PRO. Création dune application simple.

2 2 I°] Automatisation et automatismes Système Automatisé de Production (SAP): Système autonome de création de valeur ajoutée. Sous des impératifs de sécurité, productivité, Adaptabilité… Matière dœuvre + Valeur ajoutée Système automatisé de production Bouteille + bouchon. Pièce non percée Matière brute Pièce au point A SAP Bouteille bouchée Pièce percée Pièce finie Pièce au point B

3 3 Les niveaux dautomatisation. Niveau 0 Niveau 3 Niveau 2 Niveau 1 Niveau des postes de travail ou machines automatisées. Logique câblée ou automates Niveau des capteurs et actionneurs. Automatisme « réflexe » de sécurité. Logique câblée Gestion de production, ordonnancement. Planification de séries. Niveau de la ligne de production. Supervision densemble de postes de travail. Dans ce cours: niveau 0 et niveau 1 uniquement.Dans ce cours: niveau 0 et niveau 1 uniquement. Architecture CIM: Computer Integrated Manufacturing

4 4 Analyse structurelle dun SAP (Niveau 1)

5 5 Analyse fonctionnelle dun SAP

6 6 II°] 4 familles de constituants dautomatismes Acquisition de donnéesCapteurs TOR, Analogique, numérique Traitement des donnéesAPI et/ou logique cablée Commande de puissancePréactionneurs, actionneurs et effecteurs Dialogue / CommunicationCartes réseaux, protocole de communication Les 4 fonctions des automatismes 4 familles de constituants dautomatisme

7 7 Les capteurs (1) 3 types de capteurs: TOR TOR : Ce sont les capteurs les plus répandus en automatisation courante : Capteur à contacts mécaniques, détecteurs de proximité, détecteur à distance..., Ils délivrent un signal 0 ou 1 dit tout ou rien. On parle de détecteurs Analogique Analogique : Les capteurs analogiques traduisent des valeurs de positions, de pressions, de températures... sous forme d'un signal (tension ou courant) évoluant continûment entre deux valeurs limites. Numérique Numérique : transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions,..., pouvant être lus : soit en parallèle sur plusieurs conducteurs soit en série sur un seul conducteur. On parle de codeurs Le capteur fournit à la PC, des comptes rendus sur létat du système. Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques exploitables par la PC.

8 8 Détecteur de position mécanique (TOR) Détecteur de position Symboleprincipe Utilisation: Détecteur de position, fin de course, Détection de présence dobjets solides Avantage sécurité de fonctionnement élevée : fiabilité des contacts et manoeuvre positive d'ouverture bonne fidélité sur les points d'enclenchement (jusqu'à 0,01 mm) bonne aptitude à commuter les courants faibles combinée à une grande endurance électrique tension d'emploi élevée mise en oeuvre simple, fonctionnement visualisé grande résistance aux ambiances industrielles

9 9 Détecteur de inductif Symboleprincipe basée sur la variation dun champ magnétique à lapproche dun objet conducteur du courant électrique Utilisation: Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets métalliques L'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de position. Avantage Pas de contact physique avec lobjet détecté. Pas dusure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints… Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres. Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche. Très bonne tenue à lenvironnement industriel : atmosphère polluante Détecteur de proximité inductif (TOR)

10 10 Utilisation: Détection à courte distance dobjets métalliques ou non. Contrôle de niveau de liquide et de poudre dans trémies Avantage Idem détecteur inductif mais plus cher et pas de pièces en mouvement Pas de contact physique avec lobjet détecté. Pas dusure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints… Détecteur statique, pas de pièces en mouvement. Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres. Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche. Très bonne tenue à lenvironnement industriel : atmosphère polluante Détecteur de inductif Symboleprincipe basé sur la variation dun champ électrique à lapproche dun objet quelconque. Détecteur de proximité capacitif (TOR)

11 11 Détecteur de inductif Symboleprincipe Les détecteurs photoélectriques se composent essentiellement d'un émetteur de lumière associé à un récepteur photosensible. Utilisation: Détection de tout objet opaque. Avantage Pas de contact physique avec lobjet détecté. Pas dusure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints… Détection sur de grande distance. généralement en lumière infrarouge invisible, indépendante des conditions d'environnement Très bonne tenue à lenvironnement industriel : atmosphère polluante Détecteur de proximité photoélectrique (TOR)

12 12 3 détections photoélectriques (2) barrage 2 boitiers portée : 30m pas les objets transparents Symbole Système réflex 1 boitier portée : 15m pas les objets transparents et réfléchissants Symbole Système proximité 1 boitier portée : dépend de la couleur de l'objet pas les objets transparents Symbole

13 13 Critère de choix dun capteur (1) Critères de choixCritères de choix Ambiance industrielle. Poussiéreuse, humide, explosive… Nature de la détection Nombre de cycle de manœuvre. Nombre et nature des contacts requis Place disponible…. Choix n°1: Choix n°1: Famille technologique. Choix n°2: Choix n°2: Référence et caractéristiques spécifiques

14 14 Critère de choix dun capteur (2)

15 15 Câblages des capteurs

16 16 Fonction traitement des données. Solution logique câblée. Automatisme simple. Solution rigide et rapidement volumineuse. Obligatoire pour le traitement de larrêt durgence. Solution programmée : API (Automate Programmable Industriel). Remplacement des fonctions combinatoires et séquentielles par un programme. Lecture cyclique des instructions de ce programme. Inconvénients API/Logique câblées. temps de réponse plus long (tps de scrutation = tps de cycle<< tps de réaction des capteurs Et actionneurs). Avantages API/Logique câblées. Souplesse dutilisation, ADAPTABILITE.

17 17 Exemple dun automatisme câblé Marche/Arrêt dun moteur asynchrone.

18 18 API et cycle automate Tout API possède: des entrées, des sorties, des mémoires internes : toutes sont binaires (0 ou 1), on peut les lire (même les sorties), mais on ne peut écrire (modifier l'état) que sur les sorties et les mémoires internes. Les mémoires internes servent pour stocker des résultats temporaires, et s'en resservir plus tard. des fonctions combinatoires : ET, OU, NON (mais aussi quelquefois XOR, NAND,...) des fonctions séquentielles : bascules RS (ou du moins Set et Reset des bascules), temporisations, compteurs/décompteurs, mais aussi quelquefois registres à décalage, etc... des fonctions algorithmiques : sauts (vers l'avant mais aussi quelquefois saut généralisés), boucles, instructions conditionnelles... de plus il permet de créer, essayer, modifier, sauver un programme, quelquefois par l'intermédiaire d'une console séparable et utilisable pour plusieurs automates

19 19 API: Automate programmable industriel Langage de conception de programme dAPI: Grafcet, langage à contacts, langage structuré selon fabricants

20 20 Exemple de câblage API TSX

21 21 Commande et distribution dénergie dans un SAP 3 technologies différentes électriqueHydrauliquepneumatique Source dénergie Air comprimé (6-8 bars) par compresseur Réseau EDF,secouru..Huile sous pression par pompe (jusquà plusieurs centaines de bars) Action possible Translation (Vérin)Rotation (MAS) Translation possible Translation de faible amplitude, Création de force importante Influence environnement Bruyant Utilisable dans tout les milieux industriels Ne peut être utilisé en atmosphère explosive. Précaution à prendre en milieu humide (IP) Utilisable dans tout les milieux industriels

22 22 Chaîne de distribution de lénergie dans les SAP Technologie pneumatique Avantages: Puissance développée élevée. Énergie propre de mise en œuvre aisée Sécurité de fonctionnement Grande vitesse de déplacement des vérins Utilisation conjointe doutillage pneumatique Technologie électriqueAvantages: Mise à disposition généralisée. Source autonome et secourue. SAP « tout électrique » Silencieux

23 23 Distribution de lénergie en technologie pneumatique (1) Compresseur (6-8 bars) Mise à disposition et adaptation (Electro-)Vanne Dalimentation générale Système FRL

24 24 Distribution de lénergie en technologie pneumatique (2) Pré-actionneur pneumatique:les distributeurs ordres de la P.C. énergie de commande :24V Contacteur électromagnétique énergie pneumatique de puissance disponible énergie pneumatique de puissance distribuée à lactionneur distribuer lénergie pneumatique à lactionneur (vérin principalement) Commentaires : On désigne un distributeur avec 2 chiffres : - 1 er chiffre :nombre dorifices - 2 ème chiffre :nombre de position du tiroir Ex : distributeur 3/2 :3 orifices 2 positions Une position pour chaque case Orifice présent sur chaque case Flèche indiquant le passage de lair comprimé Symboles et conventions : Une voieSource pression ÉchappementOrifice fermé

25 25 Distributeurs pneumatiques Commande : Il existe 2 types de distributeurs : -Distributeur monostable : le tiroir est rappelé à sa position initiale dès la disparition du signal de pilotage par un ressort. -Distributeur bistable : le tiroir garde sa position en labsence de signal de pilotage

26 26 Exemples dactionneurs pneumatiques

27 27 Exemple de schéma de distribution dénergie pneumatique

28 28 Technologie hydraulique (pour mémoire) Principe semblable à la technologie pneumatique. Grandeur physique: Pression dhuile Comparaison pneumatique/hydraulique PneumatiqueHydraulique Efforts Limité à P=7 à 8bars Importants P=10 à 1000 bars Régulation des mouvements Pas facileTrès bonne régulation possible Arrêt en position Pas facile, non précis Peut-être très précis Prix ÉconomiqueÉlevé

29 29 Distribution de lénergie en technologie électrique (1) Mise à disposition et adaptation Raccordement au réseau depuis une armoire BT. Dispositif disolement/ au réseau (sectionneur). Dispositif de protection surcharge et court-circuit (fusible/disjoncteur). En amont de toute commande de distribution dénergie électrique

30 30 Pré-actionneurs électriques: les contacteurs ordres de la P.C. énergie de commande :24V Contacteur électromagnétique énergie électrique de puissance disponible énergie électrique de puissance distribuée à lactionneur distribuer lénergie électrique à lactionneur (MAS principalement) aspect fonctionnel aspect fonctionnel Principe: électromagnétique Principe: électromagnétique Symbole:Symbole:

31 31 Exemple de circuit de puissance dun actionneur électrique

32 32 Réalisation dun système automatisé La description dun automatisme correspond à la donnée de 2 schémas de câblages: Le schéma de puissance:Le schéma de puissance: qui transcrit le raccordement des pré-actionneurs et actionneurs au réseau dénergie. Le schéma de commande:Le schéma de commande: qui retranscrit la logique dalimentation des bobines des pré-actionneurs à partir des sorties automates,des organes de sécurité, du mode de marche sélectionné

33 33 Exemple de circuit de commande

34 34 Il est nécessaire détudier les procédures de : Mise en route Mise au point Défaillances Ces procédures sont définies par les Modes de Marches et dArrêts (MMA) III°] Les Modes de Marches et dArrêts Le fonctionnement normal dun SAP est celui pour lequel il a été conçu.

35 35 Définir les MMA dun SAP, cest définir : 1°) Les modes de production dun système. Fonctionnement automatique continu Cycle à cycle Les marches préparatoires et de clôtures Fonctionnement semi-auto…. 3°) Les procédures darrêts et de mise en sécurité Arrêt normal. Arrêt dans un état déterminé Traitement de larrêt durgence…. 2°) Lexploitation du système par un opérateur (Fct dialogue) Conception du pupitre de commande de lopérateur. Informations relatives à la PO à signaler….

36 36 Quelles sont les modes de fonctionnement disponibles sur le système ? Quelles seront les conséquences de la mise « EN / HORS ÉNERGIE » sur le système ? Quels critères doit- on prendre en compte pour assurer la sécurité des personnes et des biens ? Peut-on prévoir des modes de marches spécifiques pour procéder à des réglages ou la maintenance ? Quelles seront les conséquences dun Arrêt dUrgence pour les personnes et le système ? Comment peut-on mettre en Marche et arrêter le fonctionnement ? Après un Arrêt dUrgence dans quelles conditions peut- on remettre le système en production normale ? Peut-on prévoir un mode de marche permettant de mettre le système en situation de repli en fin de journée pour assurer la sécurité ? Lorsque lopérateur pilote le système, comment suivre son évolution en temps réel ? SAP opérationnel?

37 37 Le GEMMA GÉMMA Acronyme de : Guide dÉtude des Modes de Marche-Arrêt. Outil graphique de choix de MMA et de description du fonctionnement opérationnel des systèmes automatisés.

38 38 Hors production Préchauffage du four F2 T=170°C Description du guide GEMMA

39 39 F1 de F4 F5 PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT F F F2 F6 F3 La famille F: Procédures de fonctionnement F2 F2 Cette état est utilisé pour des SAP nécessitant une préparation préalable à la production normale. F3 F3 Certains SAP nécessite une vidange ou un nettoyage en fin de série. F4 F4 Cette état correspond au fonctionnement manuel du SAP sans respecter lordre du cycle. F5 F5 Cest le mode manuel su SAP. le cycle de production de VA peut être explorée manuellement au rythme voulue par lopérateur. F6 F6 Lorsque des machines,des capteurs doivent être réglés périodiquement sans arrêter la chaîne F1 F1 Cest létat pour lequel le SAP a été conçu. Cet état correspond à un Grafcet de production normale (GPN).

40 40 La famille D: Procédures de défaillance. D2 D1 PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PO D D3 D1 D1 Cest létat pris lors dun arrêt durgence. Il faut prévoir les arrêts, les procédures de dégagement, de sécurisation des biens et des personnes D2 D2 Le système peut-être examiné après défaillance (qui a été sécurisé en D1). Dans cet état de la PO, ce sont les opérateurs de maintenance qui opèrent D3 D3 Parfois utile de continuer la production après défaillance dune machine: Cest une mode de production dégradé, aidée par des opérateurs en ligne…

41 41 La famille A: Procédures darrêt. PROCEDURES D'ARRET ET DE MISE EN ROUTE A6 A7 A5 A2 A3 A4 A A1 A1 A1 État de repos. Il correspond à létat initiale du GPN A6. Remise de la PO en position (manuellement ou automatiquement) pour redémarrage dans un état initial A7 Remise de la PO en position pour redémarrage dans un état déterminé. A5 A5 Dans cet état, on procède à toutes les opérations nécessaires à la remise en route après défaillance.Ex: Dégagement, désengagement, nettoyages… A3 A3 Arrêt en position quelconque souhaité. (A3 est transitoire vers A4) A2 A2 La PO continue de produire jusquà la fin de cycle. (A2 est transitoire vers A1) A4 A4 Ligne automatisée à larrêt en une position autre que la fin de cycle.

42 42 Production Utilisation du GEMMA: Principe. PARCOURS GEMMA BOUCLE Pour définir les modes de fonctionnements, (conformément au cahier des charges) il sagira délaborer un «PARCOURS GEMMA » ou « BOUCLE » en choisissant ou non de transiter par les rectangles états de son choix. RECTANGLES dETATS On ne retient que les RECTANGLES dETATS modélisant des modes de Marches ou dArrêts souhaités. Début Rectangle état « F1 » Rectangle état « A2 » 1 2 CONDITIONS LOGIQUES Les évolutions entre chaque rectangle état seront réalisées en installant les CONDITIONS LOGIQUES nécessaires aux évolutions dun état à lautre. 3 Init C onditions I nitiales (CI) Manu Auto et Init Auto et Dcy /Auto Fin de cycle

43 43 Le GEMMA conduit à lélaboration dune STRUCTURE MULTI-GRAFCETS HIERARCHISES. GRAFCET DE CONDUITE (GC) ou GRAFCET DES MODES DE MARCHES (GMM) Autorise Rend compte GRAFCETS DE TACHES SPECIFIQUES Autorise Rend compte Traduction des MMA en grafcet Autorise

44 44 Grafcets hiérarchisés Grafcet de Sûreté Grafcet de Production Normale Grafcet de Conduite F/GC F/GPN F/GPN: se lit « Forçage sur GPN » Le GRAFCET DE SURETE est hiérarchiquement supérieur

45 45 GRAFCET DE CONDUITE F1 A6 A2 A5 A1GEMMA c- c+ p-Ah Cs t- bs br r- Cs 1 Fin de cycle Initialisation Mode Auto et Dcy Arrêt C.I. En suivant lévolution dans le GEMMA : Rectangle état = Étape + action Condition logique = transition+réceptivité A1 Allumer voyant V REF Létape 3 lance lexécution du Grafcet de Production Normale (GPN) X30 correspond à la dernière étape du GPN Conditions Initiales Auto et Départ cycle 3 X30 Init V Ref2 A2 4 0 Arrêt Élaboration du Grafcet de Conduite A2 cycle en cours Finir le Mise tension sous Indique la "Fin de cycle du GPN" Lance le GPN

46 46 Le GMMA Graphe des Modes de Marches et dArrêts Établi après validation GEMMA Comporte uniquement les cheminements utilisés. Conduite du système par les intervenants Régleur, Opérateur, Maintenance

47 47 Sûreté de fonctionnement. Régit par des normes et réglementations (NFC..) Principe: Prise en compte de la sécurité des personnes et des biens sur défaillances des systèmes. 2 idées de bases: 1.Sur défaillance, la distribution dénergie à la PO doit être coupée et les automatismes de sécurité doivent être des automatismes cablés. 2.Sur retour de défaillance, la mise en énergie de la PO doit seffectuer sur acquittement manuel dun opérateur.

48 48 Structure du circuit de commande imposée par la sûreté de fonctionnement.

49 49 Exercice dapplication GEMMA (1) 1.Un cycle de fonctionnement correspond à: Un aller de A en B. Une temporisation de 1mn de chargement Un retour de B vers A. Une temporisation de 1mn de déchargement. 2.Modes de fonctionnements envisagés: Automatique en cycle à cycle enclenché par le bouton poussoir DCY Automatique continu enclenché par le BP DCY Manuel dans le désordre avec BP de commande G et D 3.Traitement de larrêt durgence: Déverrouillage de lARU puis acquittement de lopérateur. a)Déterminer le GMMA correspondant au fonctionnement souhaité. b)Déterminer un grafcet de conduite correspondant.

50 50 a)Déterminer le GMMA correspondant au fonctionnement souhaité. b)Déterminer un grafcet de conduite correspondant. Exercice dapplication GEMMA (2) Manu O ContC/CAuto Dcy GDInitAcq ARU Pupitre de commande envisagé.


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