Abdelmonem Bouguila. Grafcet et Gemma par applications

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1 Abdelmonem Bouguila Grafcet et Gemma par applications

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3 Préface Cet ouvrage est en premier lieu à l usage des étudiants des Instituts Supérieur Technologique ISET. Il sera également très utile pour les étudiants au premier cycle futur ingénieur en génie électrique ou en informatique industrielle. Cet ouvrage rassemble la plupart des notions de base de l automatisme : de la technologie pneumatique jusqu au GEMMA, en passant par les automates programmables industriels et le Grafcet. Il est structuré en parties. La première partie est réservée pour le cours : quatre chapitres développant chacun un thème particulier indispensable en matière automatisme. La seconde partie est consacrée aux exercices : deux séries d exercices, la première série traitant du Grafcet et nécessitant la technologie pneumatique et les automates programmables industriels. La deuxième série traitant du GEMMA et nécessitant la technologie pneumatique et les automates programmables industriels aussi. Les exercices proposés sont de difficulté croissante. Il est conseillé de les aborder dans l ordre, sans tenter de bruler les étapes. J espère que ce travail permettra aux étudiants d acquérir un savoir-faire dans la résolution des problèmes d automatisme et de mieux préparer leurs examens. 3

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5 Première partie Support de cours 5

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7 Chapitre 1 La technologie pneumatique 1.1 Définition de l énergie pneumatique La technologie pneumatique est la technologie de contrôle des gaz sous pression pour générer des forces et des mouvements. Alors que le moteur électrique offre uniquement un mouvement de rotation, le pneumatique peut assurer également des mouvements de translation. La technologie pneumatique offre également l avantage d une énergie sans risque d arc électrique pour des utilisations dans des zones explosives. Pour un électrotechnicien, la technologie pneumatique englobe tous les composants qui constituent un système dont l énergie principale est l air comprimé. 1. Les vérins Le vérin est un actionneur. Sous l effet de l air comprimé injecté, il sort ou rentre la tige selon la pression appliquée et le diamètre du piston. Figure 1.1 : Vérins Les vérins réalisent des mouvements linéaires. Ils sont munis d un piston avec une tige qui se déplace librement à l intérieur d un tube. En fonction du type ils ont un ou deux orifices permettant l admission ou l échappement de l air. La longueur du mouvement définit la course du vérin, le 7

8 diamètre est lié à la force à exécuter au cours du mouvement Il existe deux types de vérins : 1..1 Vérin simple effet Figure 1. : Constitution d un Vérin Il comporte un seul orifice, il n est piloté que dans un sens, le retour s effectue généralement par l intermédiaire d un ressort. 1.. Vérin double effet Figure 1.3 : Vérin simple effet Il comporte deux orifices, il doit recevoir une pression dans l un ou l autre orifice pour effectuer la sortie ou le rentré de la tige. 8

9 Figure 1.4 : Vérin double effets 1.3 Les distributeurs L énergie pneumatique destinée aux actionneurs pneumatiques doit être distribuée en pression et en débit de façon constante par des composants adaptés. Ils sont situés entre la source d énergie et les organes moteurs Constitution et Fonctionnement Un coulisseau ou un tiroir se déplace dans le corps du distributeur, il permet de fermer ou d ouvrir des orifices d air et ainsi de piloter différents actionneurs. 9

10 1.3. Règles de schématisation Figure 1.5 : Constitution d un Vérin Chaque position de distributeur est représentée par un carré Les canalisations aboutissent à la case représentant la position initiale. Une possibilité de passage de fluide est représentée par une flèche indiquant le sens de passage de fluide. Un blocage de fluide est représenté par un T Mode de commande La représentation de différents mode de commande s ajoute de chaque côté de 10

11 symbole de base. 1.4 Mise en œuvre d une commande de vérin Commande d un vérin simple effet Vérin simple effet initialement rentrée Vérin simple effet initialement rentré, commandé par un distributeur 3/ NO : Au repos le vérin sort. Si on appuie sur le bouton poussoir, le vérin rentre Vérin simple effet initialement rentré, commandé par un distributeur 3/ NF : Au repos le vérin reste rentré. Si on appuie sur le bouton poussoir, le vérin sort Figure 1.6 : Câblage d un Vérin simple effet initialement rentrée 11

12 Vérin simple effet initialement sorti Vérin simple effet initialement sorti, commandé par un distributeur 3/ NF : Au repos le vérin reste sorti. Si on appuie sur le bouton poussoir, le vérin rentre. Vérin simple effet initialement sorti, commandé par un distributeur 3/ NO : Au repos le vérin rentré. Si on appuie sur le bouton poussoir, le vérin sort Figure 1.7 : Câblage d un Vérin simple effet initialement sorti 1.4. Commande d un vérin double effet Vérin double effet commandé par un distributeur 4/ Vérin double effet commandé par un distributeur 4/. Au repos le vérin est rentré ; dès qu on appuie sur le bouton de mise en marche, le vérin sort et il reste dans sa position jusqu à ce qu on appuie sur le bouton arrêt. Le vérin est toujours sous pression Bouton marche Bouton arrêt Figure 1.8 : Câblage d un vérin double effet avec un distributeur 4/ 1

13 Vérin double effet commandé par un distributeur 5/ Vérin double effet commandé par un distributeur 5/. Au repos le vérin est renté ; dès qu on appuie sur le bouton de mise en marche, le vérin sort et il reste dans sa position jusqu à ce qu on appuie sur le bouton arrêt. Le vérin est toujours sous pression Figure 1.9 : Câblage d un Vérin double effet avec un distributeur 5/ Vérin double effet commandé par un distributeur 5/3 Vérin double effet commandé par un distributeur 5/3. Au repos le vérin n est pas sous pression Figure 1.10 : Raccordement d un Vérin double effet avec un distributeur 5/3 13

14 1.5 Les actionneurs pneumatiques Les moteurs pneumatiques Il existe plusieurs moyens pour produire un mouvement de rotation continu à l aide d un débit d air comprimé. Le plus courant est le moteur à palettes qui est fréquemment utilisé dans les outillages pneumatiques (visseuses, meuleuses, perceuses, clefs à chocs, etc.). Figure 1.11 : principe d un moteur pneumatique Le moteur unidirectionnel peut être commandé par un distributeur 3/, alors que le moteur bidirectionnel peut être commandé par un distributeur 5/. Figure 1.1 : exemple de raccordement des moteurs pneumatiques 14

15 1.5. La Ventouse Figure 1.13 : Principe de la ventouse Le passage de l air dans le rétrécissement augmente la vitesse de l air et diminue sa pression (p < p1). Il se crée alors une dépression qui permet d aspirer l air de la ventouse, ou un fluide. Ce phénomène s appelle l effet Venturi. Une ventouse développe un effort F = Pr. S, avec S : surface de contact avec la pièce saisie et soumise à la dépression, et Pr : pression relative (Pr = Patm Pi et Pi est la pression interne= «dépression» créée) Remarque : Une ventouse alimentée par buse à effet Venturi est source de consommation importante d air comprimé et de bruit en fonctionnement normal qu il convient d évaluer avant de choisir ce type d actionneur. Si le nombre de ventouses mises en œuvre est important, il est préférable de produire la dépression par une pompe à vide mécanique (à palettes par exemple) Les capteurs pneumatiques Les boutons poussoirs En agissant sur le dispositif de commande un distributeur 3/ peut se comporter comme un bouton poussoir. Bouton poussoir / NF Bouton poussoir / NO Bouton poussoir 3/ NF Bouton poussoir 3/ NO Figure : différents type de boutons poussoirs pneumatiques 15