Automatismes Industriels

Transcription

1 Automatismes Industriels ❶ Y. LECOURTIER, B. SAINT JAN «Introduction aux automatismes Industriels» ❷ F. DEGOULANGE, R. LEMAITRE, D. PERRIN «Automatismes» ❸ S. Moreno, E. Peulot «Le Grafcet : Conception-implantation dans les Automates programmables Industriels» ❹ AFCET-ADEPA «Le Garfect» ➎ S. Moreno, E. Peulot «Le GEMMA» O. KAMACH

2 Automatismes Industriels Chapitre 1 : Introduction aux automatismes Chapitre 2 : Automates Programmables Industriels TSX : définition et fonctionnement Chapitre 3 : G7 Chapitre 4 : Langage Ladder : Langage à contacts Chapitre 5 : Applications sur une ligne de production constituée de deux machines : Préparation de solution et conditionnement. O. KAMACH

3 Objectifs API (Système de commande) Machine Programmer l API Automatiser le fonctionnement de la machine Logiciel : PL7-Pro Outils : Grfacet Ladder

4 Chapitre 1 Systèmes automatisés Définition 1 : système tecnhique Un système technique est un ensemble d éléments organisé en fonction d un but défini par des fonctions et des Constituants : Il existe principalement trois types de systèmes : système élémentaire système mécanisé système automatisé

5 Dans un système élémentaire toute l énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par l homme. Celui-ci dirige la succession des opérations.

6 Dans un système mécanisé toute l énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. L homme dirige la succession des opérations.

7 Définition 2 : système automatisé Dans un système automatisé toute l énergie nécessaire à la transformation du produit est fournie par une source extérieure. Le constituant «automate» dirige la succession des opérations, l homme surveille le système et peut dialoguer avec lui par l intermédiaire du pupitre. Exemple 1 : store «manuel, mécanisé, automatisé» store Baie vitrée

8 modèle CIM (Computer Integrated Manufacturing) Modèle SIP (Système Intégré de Production)

9 Définition 4 : Le système et son environnement informations informations Produit entrant (matière d œuvre) Système automatisé Produit + valeur ajoutée énergie énergie Système isolé Frontière d isolement

10 SAP: GEMMA Systèmes automatisés

11 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) Le système SOMFY comprend : les capteurs de luminosité et de vent; la partie mécanique (tambour d enroulement de la toile, moteur, leviers de la toile), le coffret de commande électrique. Tout cet ensemble se situe à l intérieur de la frontière d isolement du système Système automatisé Frontière d isolement

12 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) L activité que réalise le système SOMFY est «modifier la position de la toile du store» Modifier la position de la toile

13 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) L activité que réalise le système SOMFY est «modifier la position de la toile du store» les données d entrée du système sont ici limitées à «position initiale de la toile» Position initiale de la toile (données d entrée) Matière d oeuvre Modifier la position de la toile

14 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) L activité que réalise le système SOMFY est «modifier la position de la toile du store» les données d entrée du système sont ici limitées à «position initiale de la toile» les données de sortie sont «position finale de la toile» Position initiale de la toile (données d entrée) Matière d œuvre Modifier la position de la toile Position finale de la toile (données de sortie) Matière d œuvre + valeur ajoutée

15 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) les données d entrée du système sont ici limitées à «position initiale de la toile» les données de sortie sont «position finale de la toile» l usager est prévenu de la présence de soleil ou de vent par deux voyants lumineux. Information (présence de soleil, de vent-consigne de l opérateur, ) Présence vent Information (visualisation à l attention de l opérateur,..) Présence soleil Position initiale de la toile (données d entrée) Matière d œuvre Modifier la position de la toile Position finale de la toile (données de sortie) Matière d œuvre + valeur ajoutée

16 Exemple 2 : Le Store automatisé (SOMFY) les données d entrée du système sont ici limitées à «position initiale de la toile» les données de sortie sont «position finale de la toile» l usager est prévenu de la présence de soleil ou de vent par deux voyants lumineux. le système à besoin de l énergie pour fonctionner Information (présence de soleil, de vent-consigne de l opérateur, ) Présence vent Présence soleil Information (visualisation à l attention de l opérateur,..) Position initiale de la toile (données d entrée) Matière d œuvre Energie (électrique, ) Modifier la position de la toile Position finale de la toile (données de sortie) Matière d œuvre + valeur ajoutée Energie (chaleur dissipée, )

17 Composition des systèmes automatisés un système automatisé est composé principalement : 1. d une partie opérative 2. d une partie de commande Les deux parties sont en inter-relations Partie de commande Ordre Partie opérative information messages CONSTITUANTS DE DIALOGUE consignes

18 Ordre Partie commande Partie opérative information La relation de la partie opérative vers la partie commande est appelée chaîne d aquisition. La relation de la partie commande vers la partie opérative est appelée chaîne d action. Des relations sont aussi établies entre la partie commande du système et l opérateur, ces relations sont réalisées par le pupitre de commande. L ensemble constitué de la chaîne d action, de la chaîne d acquisition, de la partie commande, des constituants opératifs et des constituants de dialogue est appelé chaîne fonctionnelle.

19 Chaîne d action : comprend un préactionneur, un actionneur et un effecteur. Chaîne d acquisition constituée principalement par des capteurs dont le rôle est d avertir la partie commande de l état des effecteurs. - La partie commande comprend : un constituant de traitement dont le rôle est de traiter les informations. - les constituants de dialogue comprennent : des boutons; des voyants; terminaux

20 La partie opérative La partie opérative est l ensemble des moyens technique qui permettent d apporter la valeur ajoutée aux matières d œuvre en effectuant directement le processus nécessaire à leur transformation. La partie opérative est constituée de quatre types de composants les préactionneurs, les actionneurs, les capteurs, des effecteurs Les actionneurs Afin d agir sur la matière d œuvre, la partie opérative a besoin d énergie. L énergie employée et le plus souvent de nature électrique ou pneumatique, parfois hydraulique. C est la fonction des actionneurs.

21 Les préactionneurs Energie non utilisable Présence énergie Transformer L énergie actionneur perte Énergie utilisable (en général, énergie mécanique) Définition : un actionneur est un objet technique qui convertit une énergie d entrée non directement utilisable par les mécanismes agissant sur la matière d œuvre en une énergie de sortie utilisable Pour obtenir une action définie.

22 Les effecteurs Définition : un effecteur (élément terminal de la chaîne d action) convertit l énergie reçue de l actionneur en une opération ou un effet sur la matière d œuvre. Exemple (Pince de robot, tambour de machine à laver, ). Les préactionneurs Définition : un préactionneur est un élément dont le rôle est de distribuer l énergie disponible aux actionneurs sur ordre de la partie commande Energie de puissance disponible Transformer L énergie préactionneur Présence énergie Énergie de puissance distribuée (vers les actionneurs)

23 La présence des préactionneurs est obligatoire pour des raisons de sécurité. Il y a une séparation entre l énergie de commande (énergie très basse tension supportant l ordre en sortie de l automate) et l énergie de puissance dirigée vers actionneurs. Un préactionneur est dit monostable s il a besoin d un ordre pour passer de sa position repos à sa position travail. Le retour à la position repos s effectue mécaniquement lorsque l ordre disparaît (sous l effet d un ressort). Un préactionneur est dit bistable s il a besoin d un ordre pour passer de sa position repos à sa position travail. À la disparition de cet ordre il reste dans sa position travail. Ce n est qu à l apparition d un second ordre qu il passe de sa position travail à sa position repos. Les préactionneurs les plus utilisés sont : - Les contacteurs; - les distributeurs.

24 Les préactionneurs Energie disponible (réseau Amendis) Exemple : Signal électrique très basse tension Automate programmable Courant 220 v monophasé Bande transporteuse Poulie motrice Sens de défilement

25 Les préactionneurs Contacteur électromagnétique sont les distributeurs privilégiés des actionneurs électriques (principalement les moteurs). Constitution et fonctionnement (voir le schéma çi-après) Un contacteur électromagnétique est, globalement, constitué ; d un électro-aimant (bobine + noyau magnétique) qui attire un support de contacts mobiles lorsqu il reçoit un ordre en provenance de la partie commande. de plusieurs contacts à établissement de circuit appelés contacts de puissance servant d interrupteurs dans le circuit de puissance. Principe fonctionnement (voir le schéma) Lorsque l odre de commande est absent, la bobine du contacteur n est pas alimentée et tous les contacts sont ouverts Le moteur n est pas alimenté Lorsque l odre est présent la bobine du contacteur est alimentée, tous les contacts sont fermés Le moteur est alimenté

26 Les préactionneurs : distributeurs pneumatiques Énergie disponible (Réseau d air comprimé) Signal électrique Air comprimé (6 bars) Automate programmable Distributeur pneumatique Les distributeurs pneumatiques sont les préactionneurs privilégiés des actionneurs pneumatiques (principalement les vérins) Principe fonctionnement (distributeur 5/2) Un distributeur 5/2 est en général associé à un vérin double effet. Ce dernier Comportant 2 orifices à alimenter alternativement, on utilise un distributeur possédant 2 orifices d utilisation. Ce type de distributeur possède ; 2 position 5 orifices ; 1 orifice pour l arrivé de pression depuis le réseau, 2 orifices pour l échappements respectifs de chaque chambre, et 2 orifices de sorties pour l utilisation vers chaque chambre.

27 Les préactionneurs : distributeurs pneumatiques (4/2)

28 Les préactionneurs : distributeurs pneumatiques (4/2)

29 Les préactionneurs Autres types de distributeurs Outre le distributeurs 5/2, on utilise souvent : le distributeur 3/2 à 3 orifices et 2 positions; le distributeur 4/2 à 4 orifices et 2 position. Distributeur 3/2 Le distributeur 3/2 est en général associé à un vérin simple effet. ce dernier ne possédant qu un seul orifice à alimenter, on utilise donc un distributeur ne comportant qu une seule voie d utilisation Ce type de distributeur possède 3 orifices : 1 orifice pour l arrivée de pression depuis le réseau, 1 orifice pour la mise à l échappement, et 1 orifice de sortie pour l utilisation. 2 position : 1 position repos et 1 position travail.

30 Les préactionneurs Association d un distributeur 3/2 et d un vérin simple effet En position repos, la chambre arrière du vérin est à l échappement (liaison pneumatique U/E). Le ressort ramène ou maintient la tige du vérin en position rentrée dans le corps. Utilisation U Echappement E Pression P

31 Les capteurs Un capteur est un élément d acquisition et de codage d information sur un processus ou sur l environnement du système. Il convertit une grandeur physique (position, vitesse, température ) en une information appelée compte-rendu compréhensible par la partie commande.

32 La partie commande Définition : la partie commande est l ensemble des moyens de traitement de l information qui assurent le pilotage et la coordination des tâches du processus souhaité. La réalisation matérielle de la partie commande peut être effectuée : - en technique câblée (association de composants d automatisme, solution difficilement modifiable); -en technique programmée (constituants de type automate programmable, ordinateur ou carte électronique de commande)

33 Pour assurer son rôle de coordonnateur, la partie commande doit : - être informée à chaque instant de l état physique dans lequel est sa partie opérative et parfois son environnement. Elle doit donc, en entrée, recevoir des informations appelées comptes-rendus. - ordonner en fonction de l état physique de la partie opérative et de son environnement et en fonction du programme mémorisé, le changement ou non de l état de la partie opérative. Elle doit donc, en sortie, envoyer des informations appelées ordres vers la partie opérative.

34 Le dialogue homme/système : le pupitre Un échange d information doit s instaurer entre la partie commande du système et l opérateur. Ces deux informations sont de deux types : les consignes et les messages. Définition : les consignes sont les informations qui circulent de l opérateur vers la partie commande. Les messages sont les informations qui circulent de la partie commande vers l opérateur; ils donnent des indications sur l état du système. Pour l échange le plus élémentaire : les consignes sont, en général mises en condition par des boutons. Les messages arrivent très souvent à des voyants.

35 Cahier des charges Un opérateur installe un plateau qui contient des pièces à tremper sur le bras d un chariot mobile. Il appuie ensuite sur le bouton départ installé sur un pupitre de conduite. Le chariot se déplace vers la droite jusqu au bac de trempe. Le bras descend et plonge les pièces dans le liquide qui opère le traitement souhaité. Au bout de 8 minutes, le bras remonte. Puis le chariot se déplace de nouveau vers la droite et s immobilise au-dessus de l aire de déchargement. Un voyant clignote pour avertir l opérateur que le cycle d trempe est terminé (l opérateur peut avoir quitté ce poste pour effectuer un autre travail). Dès que l opérateur a déposé le plateau de pièces traitées, il appuie sur le même bouton départ, ce qui provoque cette fois le retour du chariot en position de chargement. Un nouveau cycle peut être demandé.

36 Exemple d application 1 : chaine de dégraissage

37 Exemple 2 : Cuve de briques