Programmer des automatismes

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1 TECHNOLOGIES DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Électronique industrielle (243.C0) Session : Hiver 2013 Plan de cours Programmer des automatismes SH (3-3-2) 2 2/3 unités Préalable relatif : Fondement de l électronique numérique ( SH) Préalable relatif à : Chaîne de mesure ( SH) Installer des systèmes de contrôle-commande ( SH) Commande des actionneurs ( SH) Groupe : 2120 Professeur : Nouar Benali Bureau : Tél. : ext Courriel : nouar.benali@cegepsherbrooke.qc.ca

2 NOTES PRÉLIMINAIRES. Les automatismes prennent une part grandissante dans l activité industrielle de tous les pays.selon l analyse de situation de travail des technologues en électronique industrielle, la majorité de leurs tâches touchent directement les systèmes automatisés. C est dans le présent cours que l on abordera l automate programmable qui est au cœur des automatismes industriels. Le cours Programmer des automatismes arrive en deuxième session. Il appartient au fil conducteur des automatismes suivant une approche systémique de programme. Il fait suite au cours Fondements de l électronique numérique qui lui est préalable. Dans ce dernier cours, l élève aura fait connaissance avec les circuits numériques et la logique combinatoire et séquentielle. Ces notions seront réinvesties dans le présent cours dans la réalisation d automatismes programmés à l aide du langage en échelle qui est une extension de la logique à contacts. Le cours Programmer des automatismes permettra à l élève de produire des solutions programmées à des problèmes d automatismes séquentiels simples utilisant des capteurs et des actionneurs de type tout ou rien. L élève apprendra à traduire le cahier des charges en un langage universel de description des automatismes comme le grafcet puis à produire un programme en échelle de contacts en suivant une méthode rigoureuse et systématique. Ce cours sera préalable à Chaîne de mesure (3 e session) où s ajouteront des transducteurs de variables continues. Il sera également préalable à Installer des systèmes de contrôle-commande (3 e session) où l on procédera au montage d un système automatisé complet. Enfin, il sera préalable à Commande des actionneurs (4 e session) où l on approfondira l automatisation avec des actionneurs électriques pneumatiques et hydrauliques. Ce cours permettra à l élève de prendre contact avec des systèmes automatisés industriels. L élève y développera sa capacité d analyse et de résolution de problèmes à un niveau suffisant pour pouvoir contribuer, dès son premier stage d alternance travail-études, à des tâches de montage et de dépannage de première ligne. EXIGENCES MINISTÉRIELLES 1. Installer des appareils dans un système de contrôle-commande (partielle). 2. Programmer des parties commandes. 3. Régler le fonctionnement des appareils de la chaîne de mesure (partielle). 4. Programmer un système de supervision (partielle). 5. Participer à la conception d un projet de contrôle-commande (partielle). 2

3 CONTENU DU COURS Compétences particulières À la fin de ce cours l élève sera en mesure de: Produire des grafcets de niveau 1 et 2 à partir d un cahier des charges. Traduire systématiquement un grafcet de niveau 2 en langage d automate programmable (en échelle de contacts). Documenter un programme d automate programmable; Dessiner des schémas blocs et des schémas de branchement d automates, de capteurs et d actionneurs de type tout ou rien. Choisir et brancher des capteurs et des actionneurs de type tout ou rien à un automate programmable; Rédiger, tester et dépanner un programme d automate programmable réalisant une séquence simple incluant des modes de marches rudimentaires, et des aiguillages. Utiliser les fonctions de base d un logiciel de supervision de procédé et d un logiciel de simulation tout ou rien. Faire afficher une variable numérique telle que la valeur d un compteur ou d un temporisateur dans des logiciels de simulation et de supervision; Décrire l utilisation générale des automates programmables en industrie, leur architecture, leurs applications et leur installation; Interpréter de la documentation technique portant sur des automates programmables, des capteurs et des actionneurs industriels. 3

4 MÉTHODOLOGIE ET STRATÉGIE GÉNÉRALE DU COURS Ce cours comporte trois heures de théorie, trois heures de laboratoire et deux heures de travail à la maison par semaine. Les heures de théorie seront utilisées pour présenter la matière du cours à l'aide d'exposés magistraux où les élèves devront prendre des notes afin de compléter celles fournies par le professeur ou les documents fournis par les manufacturiers. Ces périodes comporteront également des séances d exercices en classe. Des exemples pratiques seront apportés en classe pour aider à la compréhension et un retour sur le laboratoire de la semaine précédente sera fait pour éclaircir les notions moins bien assimilées ou plus complexes. Les périodes de laboratoire sont obligatoires car elles sont particulièrement importantes pour l assimilation de la matière. Au laboratoire, chaque élève travaillera individuellement. L'élève aura à bien préparer ses laboratoires pour atteindre les buts fixés par ce cours. Ainsi une préparation sera exigée pour la majorité des séances de laboratoire. L'élève qui n'aura pas fait sa préparation pour une séance de laboratoire se verra dans l'obligation de quitter le laboratoire pour la faire. L'échéance prévue pour le laboratoire devra néanmoins être respectée. Le fonctionnement et la compréhension des programmes réalisés feront l'objet d'une vérification pour fin d'évaluation. L'élève devra développer une certaine aptitude à éditer, à tester et à rendre opérationnels les programmes demandés. Il devra également démontrer qu'il comprend bien le fonctionnement de ses programmes. Pour ce faire, le professeur pourra demander à l`élève de répondre à certaines questions sur son programme pour vérifier son niveau de compréhension. Il pourra aussi lui demander une modification, un ajout ou un dépannage. Certains laboratoires seront évalués plus formellement durant la session. Une absence, dont la motivation est jugée insatisfaisante par le professeur, à un laboratoire entraînera automatiquement une note nulle pour la préparation et le fonctionnement du laboratoire. Les retards au laboratoire seront aussi pénalisés mais dans une proportion moindre. CONTENU ET OBJECTIFS SPÉCIFIQUES Module 1: But de l automatisation (semaine 1) Objectifs d'apprentissage À la fin de ce module, l élève sera en mesure de : Énumérer les différentes parties d un système automatisé. Expliquer le rôle de chacune des parties. Contenu Partie commande Partie opérative Actionneurs Capteurs 4

5 Pupitre Transport et sens de l information Activités d'apprentissage Étude d un système automatisé opérationnel. Explication du fonctionnement et du lien entre les différentes parties. Études de quelques exemples simples de systèmes automatisés. Devoir #1 : l énoncé sera donné en classe. Module 2: Les automates programmables (semaines 2 à 5) Objectifs d'apprentissage À la fin de ce module, l élève sera en mesure de : Produire un schéma bloc indiquant les différentes parties d un automate. Expliquer le rôle de chacune des parties de l automate. Nommer quelques familles d automates sur le marché. Contenu Les automates programmables Les différentes familles d automates programmables disponibles sur le marché Les différentes parties d un automate Le bloc d alimentation et son rôle Le processeur et sa fonction dans l automate Les mémoires mortes en général et leurs fonctions dans l automate Les mémoires vives en général et leurs fonctions dans l automate Les différents modules d entrées Les différents modules de sorties Notion de capacité des automates Les différents langages de programmation des automates. Protocole de communication entre l ordinateur et l automate. Les normes se rapportant aux automates (langages de programmation, boîtiers, installation). La notion de temps de scrutation (scan time). Ordre du déroulement de l exécution d un programme en schéma en échelle. 5

6 Activités d'apprentissage Démontage d un automate programmable et identification des composants. Comparaison automate programmable vs ordinateur personnel. Énumération des champs d utilisation des automates programmables. Présentation des compagnies fabriquant des automates. Exercices sur l exécution de programmes en schéma en échelle. Étude de la cartographie de la mémoire de l automate utilisé au laboratoire. Exercices sur l adressage des entrées et des sorties. Exercices sur les temporisateurs et les compteurs. Module 3: Notions de base du grafcet (semaines 6 à 8) Objectifs d'apprentissage À la fin de ce module, l élève sera en mesure de : Lire et comprendre un grafcet. Produire des grafcets à partir des cahiers de charges pour des problèmes simples. Traduire ces grafcets en schémas en échelle. Faire exécuter ces programmes par l automate et les dépanner. Contenu Le grafcet et son importance dans la description du cahier de charges. Les éléments composant le grafcet( actions, transitions, liaisons ). Les règles d évolutions du grafcet : initialisation, validation d une transition, franchissement d une transition, franchissement simultané de plusieurs transitions, activation et désactivation d une étape. Les différentes actions : continues, impulsionnelles, conditionnelles, temporisées, retardées, limitées, mémorisées. Front montant en grafcet Front descendant en grafcet Front montant en schéma en échelle Front descendant en schéma en échelle Programmations de fronts successifs en grafcet Programmation de fronts successifs en schéma en échelle Les temporisateurs Les compteurs Le grafcet de niveau 1 Le tableau des entrées et des sorties Le grafcet de niveau 2 Traduction (codage) du grafcet de niveau 2 en schéma en échelle : grafcet linéaire. 6

7 Activités d'apprentissage En classe les élèves auront à faire des grafcets de niveau 1 décrivant des automatismes simples ( les énoncés seront distribués en classe). Après correction des grafcets, les élèves auront à faire la traduction en schéma en.échelle Devoir # 2 : l énoncé sera donné en classe Module 4: Séquences multiples (semaines 9 à 11) Objectifs d'apprentissage À la fin de ce module, l élève sera en mesure de : À partir d un cahier des charges, il (elle) établira le grafcet de niveau 1, le tableau des entrées et sorties, le grafcet de niveau 2 et la traduction en schéma en échelle. Tester son programme avec un automate et le dépanner avec un minimum d aide. Contenu Les aiguillages : Divergence en ou Convergence en ou Saut d étape Reprise de séquence Séquences simultanées : Divergence en et Convergence en et Traduction en schéma en échelle lors des aiguillages et des séquences simultanées. Activités d'apprentissage En classe les élèves auront à résoudre des problèmes d automatisation dont la solution comporte des grafcets avec des aiguillages, des sauts d étapes et des séquences simultanées. Devoir #3 : l énoncé sera distribué en classe. Module 5: Les capteurs de proximités (semaines 12 à 15) Objectifs d'apprentissage À la fin de ce module, l élève sera en mesure de: Différencier un capteur tout ou rien d un capteur linéaire. 7

8 Chercher, lire et interpréter la documentation technique concernant les capteurs désirés. Brancher des capteurs en série ou en parallèle pour piloter une charge. Brancher des capteurs aux entrées d un automate. Brancher des contacteurs ou des relais aux sorties d un automate. Contenu Principe de fonctionnement des capteurs de proximités. Les principaux capteurs de proximité : Inductif Capacitif Magnétique Principe de fonctionnement des capteurs optiques. Les principaux capteurs optiques : Barrage Reflex Proximité Notion de : Portée Tension résiduelle Courant de fuite Fréquence de commutation Hystérésis Protection contre les nuisances environnementales Notion de capteur encastrable/non-encastrable. Notion de capteur de type drain vs capteur de type source. Distinction entre capteur à deux fils et capteurs à trois fils. Branchement des capteurs en série et en parallèle. Branchement des différents capteurs aux entrées de l automate. Branchement des contacteurs aux sorties de l automate. Activités d'apprentissage Faire le choix d un capteur selon la nature des objets à détecter. Dessiner les schémas de capteurs de type drain ou source pour piloter une charge. Dessiner les schémas de capteurs de type drain ou source en série ou parallèle pour piloter une charge. Dessiner les schémas des capteurs de type drain ou source pour piloter différents types d entrées de l automate. Devoir #4 : L énoncé sera distribué en classe. 8

9 ÉVALUATIONS SOMMATIVES: Les points seront répartis de la façon suivante : Numéro Description Contenu Valeur Date 1 1er test (théorique) Module 1 à 2 15% 5 e semaine 2 2e test (théorique) Module 1 à 5 15% 10 e semaine 3 Devoirs et/ou Quiz Toute la matière 10% Continu 4 Préparation et fonctionnement des laboratoires Tous les laboratoires 15% Continu 5 Test théorique final Toute la matière vue 25% 16 e semaine 6 Professionnalisme En classe et en 10% Continu laboratoire 7 Projet Toute la matière 10 % 3 dernières semaines CRITÈRES D ÉVALUATION: Tests théoriques Les examens écrits seront principalement sous forme de questions à développement. Des points seront accordés pour le raisonnement (démarche de résolution du problème). S il y a des questions à choix multiple, la correction ne pénalisera pas les mauvaises réponses. Cependant, dans le cas des questions du type Vrai ou Faux, on pénalisera les mauvaises réponses. Lors de la remise des copies d examen, on fera la correction de l examen en classe. Devoirs et Quiz Les devoirs et quiz comporteront des questions à développement. L'évaluation portera sur la description exacte et claire de la démarche utilisée et de la solution de chacun des problèmes à résoudre. Les quiz pourront être donnés n'importe quand durant les périodes de théorie sans préavis. 9

10 Préparation et fonctionnement des laboratoires L'évaluation sera faite avant chaque laboratoire et sera fondée sur le respect de ce qui avait été demandé comme préparation dans l'énoncé de laboratoire ou ajouté par le professeur en classe. Le fonctionnement des laboratoires sera évalué à la fin des manipulations de chaque laboratoire. Cette évaluation sera basée sur le fonctionnement des programmes faits, le respect de l'énoncé du problème et le respect des échéances. Projet Le sujet sera fourni la dixième semaine. Les élèves auront trois semaines pour le réaliser et le rendre opérationnel à la satisfaction du professeur. Ils (elles) devront remettre à l'appui de leur réalisation. Les grafcets de niveau 1 le tableau des entreés/sorties Les grafcets de niveau 2 Le schéma en échelle(ladder) Professionnalisme Cette section évalue l élève sur les points suivants (en classe et en laboratoire) : La ponctualité Respect des consignes La minutie dans les montages La prise de notes en classe et en laboratoire L ordre et la propreté dans la tenue de la documentation Le soin dans l utilisation du matériel Le respect envers les collègues de travail et le personnel du département Notes importantes L utilisation du téléphone, du portable et du lecteur de musique est interdite en classe. Tout élève qui nuit au déroulement des activités pédagogiques se verra changer de place. Toute récidive entraînera son expulsion de la classe ou du laboratoire. ENCADREMENT Les modalités pour rencontrer le professeur, seul ou en petits groupes, seront fixées lors des premières rencontres de la session. De façon générale, le professeur sera disponible à son bureau en dehors des périodes prévues à l horaire pour répondre aux questions. Il est par contre préférable pour l élève de prendre rendez-vous pour s assurer de la disponibilité du professeur. 10

11 JOURNÉES D ÉTUDES Quelques journées d activités spécifiques se tiendront au cours de la session (7 et 15 mai). Les activités suivantes seront prévues pendant ces journées : Rencontres individuelles avec les élèves désirant se mettre à jour ou désirant des éclaircissements sur la matière. Laboratoires supervisés selon les besoins. RÉTROACTION La rétroaction se fera tout au long de la session. Les élèves sont invité(e)s à donner leurs commentaires seuls ou en groupe, par écrit ou verbalement sur l'orientation, la méthodologie, le contenu, les tests, etc. MÉDIAGRAPHIE Documentation et éléments obligatoires 1. Notes de cours : Notes polycopiées contenant des notes de cours, des instructions et la cartographie de l automate Omron, des fiches techniques des capteurs et les énoncés de laboratoire. 2. Notes de cours sur les automates programmables. 3. Cahier avec spirale pour la prise de notes en classe. 4. Cartable à anneau de 2,5 pouces avec séparateur à onglets pour le laboratoire. Volumes suggérés. 1. M.Blanchard, comprendre, maîtriser et appliquer le grafcet, Cepadus Éditions,1982, 174 pages. 2. L.A Bryan & E.A Bryan, Programmable controlllers theory and implementation industrial, Testc Co. dernière edition. 11