Automate Programmable 2e partie - Principes de fonctionnement                                            

Automate Programmable Aux États-Unis, vers 1969, l’industrie automobile demande un contrôleur reprogrammable

bruit électrique, poussière, température, humidité, … Le cahier des charges Condition d’utilisation en milieu industriel: bruit électrique, poussière, température, humidité, … Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs exigent un environnement particulier.

Le cahier des charges Variété et nombre des entrées/sorties: nombreux types de signaux : grandeur physique : tension, courant, … pression, débit, …. nature : analogique numérique (codé sur 2N bits, “Digital”) tout ou rien (logique, “Discrete”)

Ce que les automates offrent aujourd’hui Standards (signaux logiques) : + 5 Volts (CC) + 12 Volts (CC) 24 Volts (CA, CC) 48 Volts (CA, CC) 120 Volts (CA, CC) 230 Volts (CA, CC) 100 Volts (CC) Contacts secs (type relais)

Ce que les automates offrent aujourd’hui Standards (signaux analogiques): Plages de tension: 0 à 5 Volts ; 0 à 10 Volts -5 à +5 Volts ; -10 à +10 Volts Plages de courant: 0 à 20 mA ; 4 à 20 mA

Le cahier des charges Simplicité de mise en œuvre: doit être utilisable par le personnel en place programmation facile Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs sont d’une utilisation complexe.

Ce que les automates offrent aujourd’hui Langage de programmation très simple: “LADDER” - Diagrammes échelle

Le cahier des charges Coûts acceptables Contexte: dans les années ‘60, les ordinateurs sont d’un coût plutôt astronomique.

Les précurseurs Allen Bradley 60% du marché Nord-Américain Siemens Modicon ALSPA (1971 - France) Télémécanique (1971 - France)

Organisation fonctionnelle Schéma de l’automate

Organisation fonctionnelle Sortie DC Entrées Sorties Digitales Automate non-modulaire Entrées DC Mémoire

Organisation fonctionnelle Automate modulaire

Module d’alimentation Ce module génère l’ensemble des tensions nécessaires au bon fonctionnement de l’automatisme

L’unité centrale Module de l’automate constitué de : processeur: microprocesseur ou microcontrôleur mémoire: ROM, RAM, EPROM, E2PROM

L’unité centrale : Processeur Fonctions: Lecture des informations d’entrée Exécution de la totalité des instructions du programme en mémoire Écriture des actions en sortie

L’unité centrale : Processeur Types d’instructions disponibles : Logique Arithmétique Transfert de mémoire Comptage Temporisation Scrutation pas à pas

L’unité centrale : Processeur Types d’instructions disponibles : Lecture immédiate des entrées Écriture immédiate des sorties Branchements, sauts Test de bit ou de mot Interruption Contrôle P.I.D.

L’unité centrale : Mémoire Exprimée en ko ou Mo Gros automates: Quelques Mo. Répartition des zones mémoires : Table image des entrées Table image des sorties Mémoire des bits internes Mémoire programme d’application

L’unité centrale : Mémoire Type de mémoire: RAM: Random Access Memory Entrée des données (écriture) Sortie des données (lecture) RAM Adresse

L’unité centrale : Mémoire Type de mémoire: ROM: Read Only Memory Sortie des données (lecture) ROM Adresse

L’unité centrale : Mémoire Type de mémoire: PROM: Programmable Read Only Memory Mémoire qui ne peut être programmée qu’une seule fois (par l'utilisateur en utilisant un PROM programmer). EPROM: Erasable Programmable Read Only Memory Mémoire pouvant être programmée plusieurs fois Effaçage par rayons ultra-violets.

L’unité centrale : Mémoire Type de mémoire: E2PROM: Electrically Erasable Programmable Read Only Memory Re-programmer plusieurs fois (entre 10000 et 100000 fois) Peut être effacée par signaux électriques Coûteuse

L’unité centrale : Mémoire Connexion E/S entre l'API et l'automatisme piloté. CPU 7 0 Capteur I 124.X Cartes Entrées I 124 I 124.5 Q124.1 Actionneur 7 0 Q124.X Cartes Sorties Q 124

L’unité centrale Mode de fonctionnement synchrone : Lecture synchrone de toutes les entrées Écriture synchrone à toutes les sorties Fonctionne de façon cyclique

L’unité centrale Chien de garde (WATCHDOG) Surveille le C.P.U. de façon à éviter les graves conséquences d'un dérèglement de celui-ci Nécessaire puisque le CPU intervient dans 5 pannes sur 1000 La durée de l’exécution des tâches, en mode cyclique, est contrôlée par le chien de garde et ne doit pas dépasser une valeur définie lors de la configuration de l’API. Dans le cas de débordement, l’application est déclarée en défaut, ce qui provoque l’arrêt immédiat de l’API.

L’unité centrale Chien de garde (WATCHDOG) À chaque cycle, le C.P.U. doit réarmer le chien de garde, sinon ce dernier entame les actions suivantes: Mise à 0 de toutes les sorties Arrêt de l'exécution du programme Signalisation de la défaillance

Remise à 0 du chien de garde Exécution du programme L’unité centrale Traitement séquentiel : Remise à 0 du chien de garde Lecture des entrées Exécution du programme Écriture aux sorties

L’unité centrale Temps de scrutation vs Temps de réponse : Opérateur appui sur bouton Prise en compte Effet en sortie

Les interfaces de communication But: permettre le dialogue avec d’autres automates, des imprimantes, des calculateurs, des consoles de visualisation, des consoles de programmation Moyen Canal 1 de transmission Canal 2 de transmission Canal n de transmission données données Génération Transfert Detection

Les interfaces de communication Communication sérielle: Transmission de chaque bit à la queue leu-leu

Les interfaces de communication Trame de transmission: Sans communication, niveau logique de la ligne = 1

Les interfaces de communication Trame de transmission: Bits de départ (de niveau 0) indiquant début du message

Les interfaces de communication Trame de transmission: Message de 7 ou 8 bits Bit de parité Détection d’erreur

Les interfaces de communication Bit de parité: Parité paire Nombre de 1 transmits pair Parité impaire Nombre de 1 transmit impair 1 1

Les interfaces de communication Bit de parité: En cas d’erreur, détection possible Ex: parité paire 1 1

Les interfaces de communication Trame de transmission: Bits d’arrêt (de niveau 1) Utile lorsque les trames se suivent sans délais

Les interfaces de communication Vitesse de transmission: Nombre de bits par seconde BAUD. Télex: 300 Bauds Message de 1 ko : 33.3 secondes Fibre optique: 800 000 000 Bauds Message de 1 ko : 12,5 s

Les interfaces de communication Transmission « Half Duplex » Transmission « Full Duplex »

Les interfaces de communication Liens réseaux: Ethernet MAP III GM Devicenet Controlnet Profibus ...

Les cartes d’entrées logiques Organisation (partie 1):

Les cartes d’entrées logiques Redresseur: Transforme la tension CA en tension CC.

Les cartes d’entrées logiques Protection contre l’inversion de tension: Évite de détruire la carte suite à une erreur de câblage.

Les cartes d’entrées logiques Mise en forme du signal: Détecteur à seuil de tension.

Les cartes d’entrées logiques Mise en forme du signal: Détecteur à seuil de tension. V V E E t t V V S S 1 1 t

Spécifications Conversion analogue - numérique

Résolution

Résolution Nombre de bits pour représenter le signal analogue Système binaire-bit(binary digit) 0,1 On, Off Ouvert, fermé 2 états possibles

Résolution Besoin de plus d'un bit pour représenter la réalité 1 bit = 21 = 2 états 2 bits = 22 = 4 états 3 bits = 23 = 8 états 8 bits = 28 = 256 états 12 bits = 212 = 4,096 états 16 bits = 216 = 65,536 états

Résolution = plus petit changement de signal détectable  le plus petit signal Résolution = Résolution (8 bits)= Plus petit incrément ------------------------ nombre total d'incréments 1 ------ 256 = 0.0039 = 0.39 %

Résolution 0 mv -> 0 décimal, 100 mv -> 256 Pour une entrée 0-100 mv à 8 bit 0 mv -> 0 décimal, 100 mv -> 256 Plus petit changement = 0.39 mv Pour une entrée 0-100 mv à 12 bit 0 mv -> 0 décimal, 100 mv -> 4096 Plus petit changement = 0.0244 mv Pour une entrée 0-100 mv à 16 bit Plus petit changement = 0.0015 mv

Résolution Pour une température 0-256 ºC 8 bit - > 1 ºC

Fréquence d'acquisition Fréquence d'acquisition supérieure au signal d'entrée

Fréquence d'acquisition Fréquence d'acquisition trop lente = signal faux "aliasing"

Fréquence d'acquisition Fréquence acquisition ~ 2 fois la fréquence d'entrée (Nyquist)

Les modules PID Permet de réaliser des fonctions de régulation sans avoir recours au CPU Certains automates ont un (ou des) PID intégré dans le CPU C’est le CPU qui se tape le calcul !

Les modules PID Limitation importante au niveau de la période d ’échantillonnage des signaux analogiques: Généralement : >100 ms Certain modèles ($$$) : >10 ms

Les modules PID

Les cartes de comptage rapide S’adaptent à divers modèles de codeurs incrémentaux.

Les cartes de comptage rapide S’adaptent à divers capteurs de vitesse à impulsions.

Les cartes de comptage rapide Spécifications: Fréquence des signaux d’entrée Généralement <100 kHz Limite de comptage Nombre de bits du registre de comptage

Les cartes d’axes Pour le contrôle d’un ou de plusieurs moteurs CA / CC / Pas-à-pas Commande numérique intégrée Interpolation linéaire, circulaire

Les cartes d’axes Les moteurs ne peuvent être asservis avec les modules PID Périodes d ’échantillonnage plus courtes sont requises

Les modules d’interruption Une interruption est une section de programme qui est exécutée immédiatement lors d’un événement déclencheur Les entrées du module servent de déclencheur à ces interruptions

Les interruptions Un automate peut réagir à diverses sources d’interruptions Signaux d’entrées Temps Heure et jour donné Périodique

Les interruptions Programme normal Interruption (OB13) Principe de l’interruption Programme normal Interruption (OB13)

Les terminaux industriels Ils assurent les fonctions de programmation & de maintenance du logiciel des automates

Les terminaux industriels Permettent: d’écrire et interpréter sous forme interactive, l ’ensemble des instructions du programme de mettre au point par simulation, ou par contrôle logiciel, l’éxécution du programme de sauvegarder le programme

Les terminaux industriels Permettent: de suivre en temps réel l’évolution du cycle d’interroger et modifier L’état d’un mot ou d’un bit mémoire L’état d’un mot ou d’un bit d’E/S Tout cela sans interrompre l’exécution du programme en cours

FIN