Automatisation d'une cellule robotisée

Transcription

1 Automatisation d'une cellule robotisée L objectif du projet a été de mettre en œuvre dans sa globalité le pilotage d une cellule robotisée sur un réseau local industriel. Doté d équipements industriels de dernière génération, il s inscrit dans un projet pédagogique dédié aux travaux pratiques MEA2 de l institut des Sciences de l ingénieur de Montpellier (I.S.I.M). L ambition de notre entreprise a été de réaliser l ensemble de l automatisme système via la programmation des automates, la création de la commande du robot industriel KUKA et la création du système de supervision. La réalisation de l installation a nécessité la mise en oeuvre de l ensemble de l instrumentation (capteurs, actionneurs, automates, modules d entrées / sorties, station de terrain), la mise en place du câblage électrique, la conception du réseau local industriel FIPIO et du réseau Ethernet. Le matériel utilisé est basé sur des équipements industriels dotés des technologies les plus avancé utilisées dans les systèmes de production actuels. L atelier flexible est constitué de deux automates premium SCHNEIDER, de modules d entrées / sorties (directs ou déportés), de deux robots industriels IBM et KUKA et d un ensemble de cinq stations de terrain assurant le système d identification codage. Le contrôle de la cellule robotisée repose sur une architecture multi réseau comprenant d une part, un réseau local industriel (RLI) type FIPIO et d autre part un réseau local Ethernet. Le réseau local industriel FIPIO connecte les 2 automates, les modules d entrées / sorties déportés et les stations de terrain. Le réseau Ethernet connecte les 2 automates et le poste de supervision. Les robots industriels SCARA et KUKA sont connectés au réseau local FIPIO via les modules d entrées / sorties déportés. Les automates Premium seront programmés via le logiciel PL7 PRO et le superviseur sous MONITOR PRO.Ces logiciels, de Schneider automation, sont très utilisés dans le monde industriel notamment dans l industrie automobile et offrent de part leurs fonctionnalités de nombreuses possibilités d applications. Deux documentations techniques, relatives à ces logiciels ont également été réalisées lors du projet. Nous verrons d une part, la description de la cellule flexible robotisée d un point de vue système et fonctionnement, la description de l architecture multi-réseau (FIPIO et Ethernet),, la conception de l automatisme, la mise en œuvre de la supervision et d autre part, la réalisation de la commande des robots industriels SCARA (IBM) et KUKA. Projet MEA3 :Reynald PETIT - 1 -

2 Table des matières Chapitre 1 Chapitre 2 Chapitre 3 Chapitre 4 Chapitre 5 Chapitre 6 Description de la cellule flexible automatisée Présentation 3 Description du système... 4 Description de l instrumentation.. 6 Description de l architecture multi-réseau.. 9 Description du fonctionnement : Cahier des charges. 11 Fonctionnement des modes manuel et automatique 12 Fonctionnement du poste approvisionnement automatique 14 Fonctionnement du poste approvisionnement manuel 16 Fonctionnement du poste de reconnaissance.. 17 Fonctionnement du poste superviseur.. 18 Réseau local FIPIO Présentation. 16 Introduction au réseau local FIPIO. 20 Description de l architecture du réseau local FIPIO.. 21 Configuration matérielle des automates.. 22 Configuration logicielle des automates sous PL7 24 Configuration matérielle des modules d entrées / sorties.. 31 Configuration logicielle des modules d entrées / sorties 32 Configuration matérielle des stations de terrain. 33 Configuration logicielle des stations de terrain.. 37 Fonctionnement des stations de terrain 38 Réseau local Ethernet Présentation. 42 Introduction au réseau Ethernet sous ETHWAY. 43 Description de l architecture du réseau local Ethernet 45 Configuration matérielle des automates Configuration logicielle des automates 48 Configuration du poste de supervision.50 Mise en œuvre de l automatisme Présentation 55 Introduction de l automatisme sous PL7. 56 Architecture de la programmation Réalisation de la programmation. 61 Mise en œuvre de la supervision Présentation. 74 Introduction à la supervision sous Monitor pro Réalisation de la supervision Conclusion Présentation.. 74 Synthèse.. 84 Evolution. 85 Projet MEA3 :Reynald PETIT - 2 -

3 Description de la cellule flexible automatisée Présentation Description du système... 4 Description de l instrumentation.. 6 Description de l architecture multi-réseau.. 9 Description du fonctionnement : Cahier des charges. 11 Fonctionnement des modes manuel et automatique 12 Fonctionnement du poste approvisionnement automatique 14 Fonctionnement du poste approvisionnement manuel 16 Fonctionnement du poste de reconnaissance.. 17 Fonctionnement du poste superviseur.. 18 Projet MEA3 :Reynald PETIT - 3 -

4 Description de la cellule flexible automatisée Description du système Présentation Le système est une cellule automatisée basée sur une structure en anneau sur lequel se déplacent des palets. Le sens de rotation du tapis lié au convoyeur est unidirectionnel (figure 1). Poste Approvisionnement Automatique Poste Reconnaissance/Tri Accumulateur Poste Approvisionnement Opérateur Figure 1 : La cellule de flexible robotisée Projet MEA3 :Reynald PETIT - 4 -

5 Description de la cellule flexible automatisée La cellule flexible automatisée est équipée d un convoyeur, d un robot SCARA (I.B.M) situé à l intérieur de l anneau, d un robot KUKA situé à l extérieur et d un poste de vision. Les palets véhiculés sur le tapis roulant peuvent transporter au plus une seule pièce. Sur chaque palet est disposé une étiquette à code évolutif permettant de réaliser leur identification et leur caractérisation via des stations de terrain disposées sur chacun des ancrages. Les points d arrêt du système agissant directement sur les palets sont les 5 ancrages et les 2 poussoirs. Aussi, le système est équipé de nombreux capteurs assurant la détection des palets sur le convoyeur (figure 2) Postes de travail Le système automatisé est constitué de trois postes de travail : un poste de vision et deux postes d approvisionnement automatique et manuel. Le poste de vision positionné à l ancrage 3 permet l identification des pièces et donc réalise le système de reconnaissance sur lequel s appuie le tri. Selon le résultat du traitement de la vision plusieurs phases d évolution sont mises en œuvre. L approvisionnement en pièces et palettes est réalisé de façon automatique par le robot KUKA (à l ancrage 1) et manuellement grâce à la présence d un poste opérateur (à l ancrage 5). Projet MEA3 :Reynald PETIT - 5 -

6 Description de la cellule flexible automatisée Description de l instrumentation Présentation Capteurs La cellule flexible automatisée se compose de différents capteurs et actionneurs régissant l évolution du dispositif. Les capteurs (figure 2) sont les éléments permettant d obtenir des informations précises sur l évolution de système, la cellule est équipée : de capteurs optiques détectant la présence des palets aux ancrages, la saturation des secteurs définis sur le convoyeur, le type de pièce déposée par le robot KUKA, la présence de palets dans les poussoirs. de capteurs mécaniques détectant la position des poussoirs (intérieur ou extérieur). de capteurs inductifs (positionnés à chaque ancrage) ou antennes, connectées aux stations de terrain réalisant par un jeu de communication des commandes de lecture ou d écriture sur les étiquettes. de capteurs vidéo pour la reconnaissance des pièces avec la caméra. Poussoir palette Présence pièce Ancrage 1 Saturation ancrage 2 Présence pièce Ancrage 2 Saturation ancrage 3 Poussoir 2 intérieur Présence pièce Poussoir 2 Présence pièce Ancrage 4 Saturation ancrage 4 Présence pièce Ancrage 3 Poussoir 1 intérieur Libération Poussoir 2 Saturation ancrage 5 Présence pièce Poussoir 1 Libération poussoir 1 Sortie Poussoir 2 Poussoir 2 extérieur Poussoir 2 Présence pièce Ancrage 5 Sortie Poussoir 1 Poussoir 1 Poussoir 1 extérieur Projet MEA3 :Reynald PETIT - 6 -

7 Figure 2 : les capteurs Description de la cellule flexible automatisée Actionneurs Les actionneurs (figure 3) permettent d agir sur la commande du système, la cellule est constituée : Station Ecr/Lect 1 d actionneurs pneumatiques agissant sur les vérins poussoirs, les systèmes d ancrages et le vérin poussoir de positionnement des palettes. d actionneurs robotisés agissant sur le déplacement des robots IBM et KUKA. d actionneurs mécaniques agissant sur le tapis roulant. Station Ecr/Lect 2 Capteurs Optiques (typage pièce) Saturation ancrage 2 Saturation ancrage 3 Station Ecr/Lect 3 Station Ecr/Lect 4 Présence palette Saturation ancrage 4 Saturation ancrage 5 Station Ecr/Lect 5 Figure 3 : les actionneurs Projet MEA3 :Reynald PETIT - 7 -

8 Description de la cellule flexible automatisée Répartition Les capteurs et actionneurs sont connectés aux modules d entrées / sorties déportées dont les caractéristiques sont les suivantes : le TSX DEY 16D2 (figure 4) possède 16 entrées tout ou rien, les TBX DMS 16P22 (figure 5) disposent de 8 entrées et 8 entrées / sorties configurables via PL7 PRO dans la configuration matérielle, le TBX DSS 1622 (figure 5)dispose de 16 sorties. TSX DEY 16D2 Figure 4: Module TSX DEY 16D2 16 entrées tout ou rien de l automate maître TBX DSS 1622 TBX DMS 16P22 Figure 5: modules d entrées / sorties TBX DMS 16P22 Les entrées des modules sont associées aux capteurs et les sorties des modules aux actionneurs. Chacun des capteurs et actionneurs sont reliés électriquement aux borniers et redirigés vers les différents modules en fonction de la répartition décrie en annexe 1. Projet MEA3 :Reynald PETIT - 8 -

9 Description de la cellule flexible automatisée Description de l architecture multi-réseaux Présentation Le contrôle de la cellule flexible robotisée repose donc sur une architecture multi-réseaux (figure 6) structurée autour du réseau local industriel (RLI) FIPIO et d un réseau ETHERNET (ETHWAY) Illustration de l architecture ETHWAY MAGELIS AGENT MAITRE FIPIO Module d E/S déportés SCARA Stations de terrain KUKA Projet MEA3 :Reynald PETIT - 9 -

10 Figure 6 :Architecture multi- réseaux de la cellule flexible robotisée Description de la cellule flexible automatisée Le réseau local industriel FIPIO rassemble les 2 automates, les modules d entrées / sorties et les 5 stations de terrains. Le réseau Ethernet connecte les 2 automates et le poste de supervision. Les principes des échanges, les mises en œuvre et les caractéristiques des différents réseaux FIPIO et Ethernet sont mises respectivement en évidence en p20 et p43. Projet MEA3 :Reynald PETIT

11 Description de la cellule flexible automatisée Description du fonctionnement : Cahier des charges Présentation La description du fonctionnement de la cellule flexible repose sur: un mode manuel et mode automatique, un poste approvisionnement manuel, un poste approvisionnement automatique, un poste de reconnaissance et de tri, un poste superviseur. Projet MEA3 :Reynald PETIT

12 Description de la cellule flexible automatisée Fonctionnement du mode manuel et du mode automatique La cellule flexible est basée sur deux modes de fonctionnement manuel et automatique Mode manuel En mode manuel, la commande des ancrages et les poussoirs sont gérés directement soit à l aide du tableau bouton convoyeur, du pupitre opérateur (Magelis) ou du poste de supervision. Aussi, pour accéder au mode manuel et donc commander les différents systèmes mécaniques, il faut impérativement avoir enclenché en priorité le mode manuel sur le tableau bouton (figure 7) de la cellule flexible (à défaut, il est impossible d agir sur le système). Mode de fonctionnement Figure 7 : Tableau bouton Les boutons associés à la commande du mode de fonctionnement (manuel et automatique), des poussoirs et ancrages sont associés aux 16 entrées tout ou rien du module TSX DEY 16D2 de l automate maître. Le magelis est connecté au module processeur de l automate maître via la prise auxiliaire (figure 8). Prise auxiliaire Figure 8 : Connexion prise auxiliaire Projet MEA3 :Reynald PETIT

13 Description de la cellule flexible automatisée Mode automatique Introduction à la description du fonctionnement automatique En mode automatique, les actions mécaniques des ancrages et poussoirs sont gérés dans les programmes automates sous PL7-PRO. Avant d expliciter le fonctionnement de la cellule, il est important de décrire les informations codées dans les étiquettes via les stations de terrain. Les stations de terrain (figure 9), disposées à proximité des ancrages, permettent de caractériser et d accéder à l information concernant le type de palet et de pièce présent. Ces informations, résultant d écritures et de lectures, sont stockées dans la mémoire de l étiquette à code évolutif présente sur chaque palet (fonctionnement des stations de terrain en p 38). Le type de palet et le type de pièce sont stockés dans deux mots de la mémoire étiquette.. Figure 9: station de terrain Il existe trois types de palets : palet vide (0), palet plein (1) et palet opérateur (2). Le palet opérateur est issu du chargement opérateur au poste d approvisionnement manuel situé à l ancrage 5. De la même façon, il existe trois types de pièces, les pièces non usinées (1), les pièces usinées (2) et les pièces en défauts (3). Les palets et pièces sont manipulés sur les postes : d approvisionnement automatique (chargement et déchargement), d approvisionnement manuel (chargement opérateur), de reconnaissance / tri. Projet MEA3 :Reynald PETIT

14 Aussi, des modifications sont susceptibles d être effectué sur les étiquettes via les stations de terrain en ces différents postes. Description de la cellule flexible automatisée Fonctionnement du poste approvisionnement automatique Présentation L approvisionnement automatique en palettes ou le chargement des palets en pièces à l ancrage 2 est assuré par le robot KUKA. Les palettes chargées par le KUKA sont disposées sur une table d approvisionnement située à proximité du robot. Ces palettes sont constituées d un maximum de huit pièces de type différent ou non. Elles sont déposées par le robot sur le convoyeur dans une zone destinée aux palettes. La zone peut contenir un maximum de trois palettes, un vérin poussoir permet d amener les palettes successivement dans la zone de chargement alloué au KUKA.Lorsque les palettes sont positionnées dans cette zone, le robot KUKA est chargé d alimenter les palets vides présents à l ancrage 2 en pièces issues des palettes de la zone de chargement. L information palet vide a été précédemment inscrite dans l étiquette et mise en évidence lors de la lecture. La validation du chargement des pièces sur les palets vides est détectée par un capteur optique situé à l ancrage 2 permettant de mettre en évidence la présence mais aussi le type de pièce usinée ou non (à noter que ce capteur optique ne permet pas la détection des défauts sur la pièce). Lorsque le KUKA a évacué toutes les pièces de la palette, celle-ci doit être évacuée par le KUKA vers une table d approvisionnement située près du robot. Le robot ne doit en aucun cas charger un palet opérateur (car l information opérateur peut être erronée). Aussi, ce palet doit subir un traitement sur le poste de vision afin de vérifier si l information renseignée par l opérateur à l approvisionnement manuel est correct. Dans le cas ou le palet a été correctement chargé, il est nécessaire de renseigner le nouveau type de palet et de pièce dans l étiquette associée au palet par un jeu d écriture. L approvisionnement ainsi effectué, le palet est acheminé à l ancrage 3 vers le poste de vision pouvant mettre en évidence la présence d un défaut sur la pièce. Le traitement de la vision caractérise le type de pièce et procède ou non à son évacuation par le SCARA, si la pièce est défectueuse. Une fois le traitement de vision effectué, la pièce est identifiée et le palet est véhiculé jusqu'à l ancrage 1 ou le robot procède au déchargement des Projet MEA3 :Reynald PETIT

15 Description de la cellule flexible automatisée pièces. De la même façon, il est impératif d actualiser les étiquettes présent sur le palet notamment les palets opérateurs et palets vides. Les pièces détectées usinées et non usinées sont déchargés par le robot KUKA sur une palette vide située sur la table d approvisionnement. Selon un ordre de fabrication donnée, le robot peut reconstituer des palettes homogènes constituées de pièces de même type ou des palettes hétérogènes constituées de pièces de type différents (usinées ou non). Le robot KUKA (figure 10) est sollicité dans la réalisation de quatre taches : l apport de palettes sur le convoyeur, le chargement des palets vides, le déchargement des palets pleins, l évacuation de palettes vides. Le robot est assimilé à une ressource partagée ne pouvant qu effectuer une seule opération en même temps. Aussi, des capteurs de saturation situés aux différents ancrages permettent de gérer au mieux l évolution des palets sur le système convoyeur. Evacuation des pièces Chargement et évacuation des palettes Chargement en pièces Figure 10 : les taches réalisées par le KUKA Projet MEA3 :Reynald PETIT

16 Description de la cellule flexible automatisée Fonctionnement du poste approvisionnement manuel Présentation Le poste opérateur est un poste de travail ou l opérateur procède à l approvisionnement des palets et des pièces sur le convoyeur. En début de production, l opérateur approvisionne le convoyeur de quatre palets vides situé en amont de l ancrage 5. L opérateur procède alors au chargement des pièces et renseigne via le pupitre opérateur (ou magelis) le type de pièce dans la mémoire étiquette de chaque palet. Les informations concernant le type de pièce sur chaque palet doivent être mémorisées car elles seront écrites sur les étiquettes seulement lors de leur passage sur l ancrage 5. La ressource partagée liée au poussoir 2, à l ancrage 4 et à l ancrage 5 est à prendre en considération lors de l ouverture de l ancrage 5. Lorsque le palet est renseigné par l opérateur à l ancrage 5, le palet doit passer l ancrage 1 et l ancrage 2 sans aucune opération et subir le traitement de vision (à l ancrage 3) pour éviter tout dysfonctionnement lié à une éventuelle erreur de l opérateur. Le système de vision est alors un moyen de vérifier l authenticité de l information contenue dans la mémoire étiquette renseignée par l opérateur. Si l opérateur commet une erreur, l information est directement transmise au superviseur. Projet MEA3 :Reynald PETIT

17 Description de la cellule flexible automatisée Fonctionnement du poste de reconnaissance Présentation Le poste de vision permet l identification du type de pièces présent sur le palet (à l ancrage 3). Le traitement de vision caractérise les pièces usinées, non usinées, pièces absentes et pièces en défaut. La détection d une éventuelle pièce en défaut est prise en compte directement par le robot SCARA (figure 11) qui procède à son évacuation vers un stock de pièces défaillantes situé à proximité de sa zone. Il est nécessaire d actualiser les étiquettes présentes sur les palets dans le cas ou le palet est vide ou de type opérateur. Figure11 :robot SCARA Lorsque la pièce a été évacuée par le robot, le palet vide peut être dirigé : vers le poste opérateur (si la zone opérateur n est pas saturée), vers le poste d approvisionnement automatique. Les pièces non défectueuses sont acheminées vers l intérieur du convoyeur. Le mouvement du palet sur le convoyeur à l ouverture de l ancrage 3 nécessite de prendre en considération la ressource partagée liée au poussoir 1 et à l ancrage 3. Projet MEA3 :Reynald PETIT

18 Description de la cellule flexible automatisée Fonctionnement du poste de supervision Présentation Le poste de supervision (figure 12) a différentes fonctionnalités. Il est un moyen de contrôle visuel de l évolution des palets sur le convoyeur mais aussi un moyen de contrôler l état du réseau local industriel. Le superviseur met en évidence le type de pièces et de palets présents à chaque ancrage, les pièces défectueuses et les erreurs liées au chargement opérateur. Il donne également la possibilité d accéder directement en mode manuel au contrôle des actions mécaniques des ancrages et poussoirs. Enfin, il permet d envoyer aux automates des ordres de fabrications en début de production. Ces ordres de fabrication sélectionnent le remplissage des palettes lors de la phase d évacuation du robot KUKA (à l ancrage 1) des pièces usinées ou non usinées. Ces palettes reconstituées sont de deux natures différentes selon l ordre de fabrication issue du superviseur: elles peuvent être homogènes constituées de pièces de même type (usinée ou non usnée) ou non homogènes et constituées de pièces de types différents (usinées et non usinées). Figure12 : Poste de supervision Projet MEA3 :Reynald PETIT

19 Réseau local FIPIO Présentation Introduction au réseau local FIPIO. 20 Description de l architecture du réseau local FIPIO.. 21 Configuration matérielle des automates.. 22 Configuration logicielle des automates sous PL7 24 Configuration matérielle des modules d entrées / sorties.. 31 Configuration logicielle des modules d entrées / sorties 32 Configuration matérielle des stations de terrain. 33 Configuration logicielle des stations de terrain.. 37 Fonctionnement des stations de terrain 38 Projet MEA3 :Reynald PETIT

20 Réseau local FIPIO Introduction au réseau local FIPIO Présentation Principe La communication par FIPIO est une partie de l offre globale WORLDFIP de Schneider Automation. Le bus FIPIO est un bus de terrain qui permet la délocalisation des entrées/sorties de la station automate et de sa périphérie industrielle au plus près de la partie opérative. Le protocole FIPIO s appuie sur des échanges de types producteurs /Consommateurs (mots communs) et la gestion du bus est effectuée par un arbitre de bus ici l automate maître. Pour communiquer d une station connectée au bus FIPIO vers un équipement extérieur, la station émettrice doit s adresser à l automate maître et non à l équipement destinataire (les requêtes ne sont pas acheminées directement).en fait c est l application de l automate maître qui assure le transfert des requêtes vers le destinataire. Les échanges sur le bus FIPIO sont basés sur : l'émission d'un appel par le gestionnaire du bus (automate maître) vers toutes les stations, destiné à un abonné producteur et à tous les consommateurs intéressés, la réponse diffusée par cet abonné producteur vers toutes les stations et utilisable par tous les abonnés consommateurs. Les deux services d application disponibles sur WORLDFIP sont: une base de donnée distribuée échangée périodiquement entre les équipements connectés sur le réseau sans nécessiter de programme application. L'information étant simultanément disponible pour tous les consommateurs. un système de messagerie permet de transmettre, à la demande, des messages en point à point ou en diffusion. Chaque équipement sur le réseau FIPIO a un point de connexion singulier. Ce point de connexion défini l adresse de chacun des équipements et s établit à la fois dans une configuration matérielle pour certains modules (modules d entrées / sorties et stations de terrain) mais également dans une configuration logicielle sous PL7 Pro. Projet MEA3 :Reynald PETIT

21 Réseau local FIPIO Description de l architecture du réseau local FIPIO Présentation Le réseau local FIPIO (figure 13) connecte les 2 automates, les modules d entrées / sorties et les stations de terrain. Illustration Modules d entrées / sorties Automate maître Automate agent FIPIO Figure 13 : Réseau FIPIO L intégration des différents équipements sur le réseau FIPIO a nécessité la mise en œuvre de configurations à la fois matérielles et logicielles. Projet MEA3 :Reynald PETIT

22 Réseau local FIPIO Configuration matérielle des automates Présentation La cellule flexible automatisée est constituée de 2 automates programmables premium TSX 57 dans une architecture maître / esclave (figure 14).La station automate maître est constituée de 4 modules intégrés en rack : le processeur : chaque station automate est pourvue d un processeur TSX P57 choisi pour sa facilité d intégration en rack, sa puissance de traitement, sa capacité de mémoire mais aussi pour son traitement séquentiel, l alimentation : chaque rack nécessite un module standard d alimentation adapté au réseau alternatif, la carte réseau : la station automate est équipée d une carte de communication TSX ETY 110 permettant une liaison au réseau Ethernet, la carte16 entrées DEY 16D2:l automate maître est doté d un module de 16 entrées tout ou rien (avec bornier). (L automate agent a les même caractéristiques que l automate maître sans la carte d entrée). Alimentation Carte réseau Processeur Carte d entrée Automate maître Automate agent Figure 14 : Les 2 modules automates Projet MEA3 :Reynald PETIT

23 Réseau local FIPIO Les 2 modules automates sont connectés au réseau local FIPIO via des interfaces de communication TSX FPP 010 intégrées aux processeurs (figure 15).Ces modules de communication sont mis en évidence lors de la description du réseau FIPIO (p28). Liaison au réseau FIPIO Figure 15 : Liaison au réseau FIPIO par le processeur La connexion des stations automates au réseau FIPIO ne nécessite pas de configuration particulière en «hardware» contrairement à la connexion au réseau Ethernet.. Projet MEA3 :Reynald PETIT

24 Réseau local FIPIO Configuration logicielle des automates sous PL7 Introduction La configuration des stations automates sous PL7 repose à la fois sur une description matérielle et logicielle (figure 16). La présence des deux automates programmables nécessite 2 applications distinctes sous PL7.L application dédiée à l automate maître (ou gestionnaire du bus) sera constituée de la description intégrale du réseau local FIPIO. Configuration logicielle Des automates Figure 16 : Configuration des automates sous PL7 Description matérielle La configuration matérielle des automates sous PL7 permet de décrire les différents modules de la station automate mais également les modules d entrées / sorties déportées sur le réseau local FIPIO. Configuration du processeur Lors de la création d une nouvelle application (figure 17) sous PL7 pro, il est nécessaire dans un premier temps de définir le type de processeur de la station automate. Projet MEA3 :Reynald PETIT

25 Réseau local FIPIO Figure 17 : Processeur de la station automate Le processeur des automates programmables (figure 18) mis en oeuvre dans l installation est le processeur TSX 57. La description du réseau FIPIO est intégralement définie dans ce module. Une fois le processeur choisi dans l application, la configuration des autres modules présents sur le rack peut être effectuée. Configuration du réseau FIPIO Alimentation Figure 18 :les blocs alimentation et processeur TSX Projet MEA3 :Reynald PETIT

26 Réseau local FIPIO Configuration des modules Les stations automates mises en œuvre dans l installation sont constituées de plusieurs modules, le processeur, l alimentation, la carte de communication et la carte d entrée tout ou rien de l automate maître. La description matérielle des stations automates sous PL7 pro (figure 19) consiste à décrire le positionnement des modules présents sur le rack. La simplicité de l interface graphique dédiée à la description logiciel permet de décrire une représentation symbolique mais réelle des modules automates. Figure 19 : Station automate intégrée en rack Mode d adressage Chaque module présent sur le rack dispose d un espace mémoire dont l adressage est défini par la position du module sur le rack : 0 : TSX : TSX ETY : TSX DEY 16D2 En mode connecté, via les procédures de diagnostic, cette interface offre une possibilité de contrôler les éventuels défauts présents sur le rack et sur le réseau local FIPIO. Projet MEA3 :Reynald PETIT

27 Réseau local FIPIO Configuration du La description de l ensemble du réseau local FIPIO est également réseau local FIPIO définie dans la configuration matérielle de PL7 pro, dans l application associée à l automate maître. La définition de l ensemble des équipements présents sur le bus FIPIO est décrie dans le processeur de l automate maître (figure 20). Les différents équipements connectés sur le réseau FIPIO (figure 21): les deux automates, les modules d entrée/sorties et les stations de terrain sont définis sur le bus par un unique point de connexion. Lors de la description matérielle du réseau FIPIO, il est important de définir ces points de connexion en prenant en compte la configuration réseau établie lors de l installation du bus sur la cellule. Configuration FIPIO Figure 20 : configuration FIPIO Projet MEA3 :Reynald PETIT

28 Réseau local FIPIO Illustration Le réseau FIPIO établit dans le module processeur de la station maître se présente ainsi : Automate maître Interface de Communication FIPIO Modules déportés Automate agent Stations de terrain Figure 21 : Configuration du réseau FIPIO Projet MEA3 :Reynald PETIT

29 Réseau local FIPIO Mode d adressage Les mode d adressage des modules déportés sur le réseau FIPIO est le des modules suivant (figure 22): déportés FIPIO Figure 22 :Mode d adressage sur FIPIO Chaque module présent sur le réseau FIPIO dispose d un espace mémoire dont l adressage est défini par la position du module : 0.2.1\0: TBX DMS 16P22, 0.2.1\1: TBX DSS 1622, 0.2.2\0: TBX DMS 16P22, 0.2.3\0: TSX 57, 0.2.4\0: FSD C8P (Station 1), 0.2.5\0: FSD C8P (Station 2), 0.2.6\0: FSD C8P (Station 3), 0.2.7\0: FSD C8P (Station 4), 0.2.9\0: FSD C8P (Station 5). Projet MEA3 :Reynald PETIT

30 Réseau local FIPIO Description Logicielle La mise en œuvre de la configuration des stations automates repose également sur une configuration logiciel. La configuration logicielle permet de caractériser le module processeur de la station automate (figure 23). Position du processeur le module automate Configuration maître Vitesse de transmission Figure 23 : Configuration logicielle du processeur Projet MEA3 :Reynald PETIT

31 Réseau local FIPIO Configuration matérielle des modules d entrées / sorties Présentation L architecture comporte 3 modules déportés : 2 modules TBX DMS 16P22 dotés de 8 entrées et de 8 entrées / sorties configurables sous PL7, un module d extension TBX DSS 1622 équipé de 16 sorties. Ces 3 modules sont connectés aux automates programmables et aux stations de terrain via le réseau local FIPIO. Les interfaces de communication TBX LEP 030 des modules TBX DMS 16P22 permettent le dialogue au travers du bus FIPIO avec l automate. L affectation de l adresse FIPIO est codée par 6 micro-interrupteurs (figure 24). Bloc de visualisation de l état des entrées / sorties Commutateur d adresse Connexions des entrées / sorties Figure 24 : module TXB DMS 16P22 TBX DMS 16P22 La configuration de l adresse réseau des modules déportés, définie à l aide des commutateurs permet de définir leurs points de connexion sur le réseau. Chaque équipement présent doit impérativement avoir une adresse unique sur le réseau. La configuration des entrées / sorties du module TBX DMS 16P22 est réalisée via le logiciel de programmation PL7 PRO. Projet MEA3 :Reynald PETIT

32 Réseau local FIPIO Configuration logicielle des modules d entrées / sorties Présentation Sur le bus FIPIO, les modules TBX DMS 16P22 déportés (figure 25) sont dotées de plots d entrées / sorties. La définition de ces entrées / sorties décrie dans la configuration matérielle (figure 26) doit prendre en considération la répartition des entrées et des sorties établit lors de la phase d installation de la cellule. Module TBX DMS 16P22 Figure 25: Modules TBX DMS 16P22 Choix du type de voies (entrées / sorties) Configuration des voies dans la partie programme Symbole de la variable associé à la voie Numéros de voie du module Figure 26 : Configuration des modules d entrées / sorties Projet MEA3 :Reynald PETIT

33 Réseau local FIPIO Configuration matérielle des stations de terrain Présentation Les stations de terrain (figure 27) positionnées sur chaque ancrage assurent le système d identification codage sur le réseau FIPIO. Elles sont conçues sur la base de la technologie inductive et repose sur des échanges sans contact. Les stations de terrain sont associées à des antennes (figure 28) et gèrent les commandes de lecture et d écriture sur les étiquettes présentes sur les palets. Les étiquettes sont à code évolutives, leur mémoire est donc accessible en lecture et écriture. Antenne Etiquette Figure 27 : Station de terrain Figure 28 : Antenne Conditions L installation des stations de terrain a été réalisée en respectant un de mise en œuvre certain nombre de conditions de mise en œuvre : les étiquettes à code évolutif doivent être fixées par collage sur un support non métallique, l antenne et l étiquette ne peuvent être désaxées d un angle supérieur à 60, une distance entre les stations, entre les antennes et entre étiquettes est à respecter, une distance entre l antenne et l étiquette durant les phases de lecture et de l écriture est également à prendre en considération. L ensemble de ces conditions de montage et les caractéristiques des stations, antennes et étiquettes sont décrites dans le guide d exploitation Télémécanique Inductel (Station de terrain p10). Projet MEA3 :Reynald PETIT

34 Réseau local FIPIO Configuration de la carte de base Les stations de terrain sont équipées d une carte électronique dotée d une liaison série de base constituée de 3 blocs de commutateurs (SW1,SW2 et SW3). La manipulation des commutateurs se fait hors tension et en prenant compte des précautions contre les décharges électrostatiques. Les 3 blocs de commutateurs (figure 29) définissent les paramètres de fonctionnement de la station de terrain : le bloc SW1définie le type étiquettes (code évolutif), le bloc SW2 définie le protocole de communication (FIPIO). le bloc SW3 définie le numéros d esclave de la carte de base, la vitesse de transmission et la parité de la liaison série de base. Illustration Figure 29 : Configuration de la carte de base des stations de terrain La description de la configuration des différents blocs est définie en annexe 2. Projet MEA3 :Reynald PETIT

35 Réseau local FIPIO Configuration de la carte FIPIO Les stations de terrain sont connectées au réseau FIPIO via une carte de communication. Une station est identifiée, sur le bus FIPIO, par une adresse réseau définie à l aide de commutateurs d adresse présents sur la carte de communication FIPIO (figure 30). Illustration Figure 30 : Configuration de la carte FIPIO des stations de terrain Le numéro de ce point de connexion représente l adresse physique de l équipement sur le bus FIPIO et peut prendre une valeur comprise entre 1 et 127. L adresse correspond au nombre binaire (figure 31) donné par la position 0 ou 1 des 7 commutateurs d adresse de la carte (bits de poids faibles à droite). Il est important d adresser chacune des stations avec une adresse singulière car deux équipements sur le bus FIPIO ne doivent jamais avoir la même adresse physique. Figure 31 : Configuration des adresses sur la carte FIPIO Projet MEA3 :Reynald PETIT

36 Réseau local FIPIO La carte FIPIO comprend 4 voyants de signalisation (figure 32) qui sont visibles au travers de la fenêtre du capot de la station de terrain. Figure 32 : voyant de la carte FIPIO Les significations des différents voyants sont représentées en annexe 3. Projet MEA3 :Reynald PETIT

37 Réseau local FIPIO Configuration logicielle des stations de terrain sous PL7 Présentation La configuration logicielle des stations de terrain consiste à décrire leur position sur le bus FIPIO, en d autres termes leurs points de connexion sur le réseau. Ce point de connexion doit être impérativement en adéquation avec la configuration matérielle de la carte de base et de la carte FIPIO établie lors de l installation des stations de terrain. La configuration des stations de terrain sur le bus FIPIO (figure33) est établie via le processeur de l automate maître dans la configuration matérielle de l application. Point de connexion Figure 33 : Configuration des stations de terrain sur le réseau FIPIO Station de terrain Mode Le mode d adressage des modules stations de terrain sur le réseau le d adressage FIPIO est (figure 34): Figure 34 : Mode d adressage sur le réseau FIPIO Projet MEA3 :Reynald PETIT

38 Réseau local FIPIO Fonctionnement des stations de terrain Mémoire La zone mémoire est découpée en deux zones, une zone mémoire étiquette et une zone mémoire station : La zone mémoire d adressage direct de l étiquette (figure 35) commence toujours, quelle que soit l étiquette, à l adresse %MW0 et se termine à l adresse %MW32767 soit une zone mémoire de octets Figure 35 : Zone mémoire étiquette La zone mémoire station (figure 36) est découpée en trois zones : la zone système (512 octets), la zone commande (8192 octets) dans laquelle est stockée la commande à exécuter et la zone réponse (8192 octets) dans laquelle est stockée la réponse à la commande exécutée. Figure 36: Zone mémoire station Nous disposons d étiquettes logistiques à code évolutifs donnant accès à une zone de données de 58 mots, organisée en bloc de 2 mots pouvant être lus et écrits, et de 4 mots fixes (n de série + identificateur). Les mots sont organisés par bloc de 2 mots avec un numéro de série en fin de zone et un identificateur codé sur 2 mots. Projet MEA3 :Reynald PETIT

39 Réseau local FIPIO Principe Les échanges entre l automate, les stations de terrain et les étiquettes des échanges sont structurés en 5 phases (figure 37). Figure 37 : principe des échanges des stations de terrain Ecriture Dans le cas d étiquettes logistiques à code évolutif, l écriture doit être faite uniquement à l arrêt de manière à garantir la bonne transmission des données (figure 38). L écriture se fait toujours par bloc de 2 mots avec pour adresse de départ la première adresse du bloc. Figure 38 : Ecriture sur les étiquettes Projet MEA3 :Reynald PETIT

40 Réseau local FIPIO Lecture La lecture peut se faire de deux manières, la lecture normale et la lecture sélective : Dans une lecture normale (figure 39), l étiquette délivre ses données en utilisant un mode déroulant pour l ensemble de sa zone de donnée. Les mots sont présentés à la station les uns après les autres Exemple : Pour lire le mot %MW45,il faut attendre que tout les mots %MW0 à %MW44 soient lus. Pour lire quelques mots et ne pas être pénalisé par le temps de lecture, il est possible d utiliser un pointeur. Le pointeur se trouve à l adresse %MW256. Exemple : Pour lire 3 mots à partir du bloc 2 de l étiquette, il faut : écrire la valeur 2 dans le mots %M256 et lire 3 mots à partir du mots %MW0 qui contiennent les valeurs des mots 4, 5 et 6. Figure 39 : Lecture normale Dans la lecture sélective (figure 40), il est possible de lire tout ou une partie de la zone de données étiquette par lecture directe d une zone. Ce mode utilise le dialogue bidirectionnel de l étiquette et ne peut se faire que dans la zone d écriture. Figure 40: Lecture sélective Projet MEA3 :Reynald PETIT

41 Réseau local FIPIO Tables de commandes Les objets disponibles pour la programmation des stations sont une table de commande (%QW) et une table de réception (%IW) (figure 41).Le dialogue entre l automate et les stations de terrain s effectue à l aide de commandes transmises par la table de commande %QW, la station de terrain répondant dans la table %IW. Figure 41 : Tables de commande et de reception La table %QW permet d envoyer à la station les commandes de lecture et d écriture ainsi que les données à transmettre vers l étiquette. La table %IW permet de recevoir le résultat des commandes de lecture ou d écriture en provenance de la station ou de l étiquette. La réponse de la station aux commandes de l automate est stockée dans la table de réponse %IW. Les descriptions de la table de commande et de la table de réponse sont décrites dans le guide d exploitation «Télémécanique Inductel» (p9). Projet MEA3 :Reynald PETIT

42 Réseau Ethernet Présentation Introduction au réseau Ethernet sous ETHWAY. 43 Description de l architecture du réseau local Ethernet 45 Configuration matérielle des automates Configuration logicielle des automates 48 Configuration du poste de supervision.50 Projet MEA3 :Reynald PETIT

43 Réseau local Ethernet Introduction au réseau Ethernet sous ETHWAY Présentation ETHWAY est le profil de communication X-WAY Télémécanique sur Ethernet. Conforme à la norme Ethernet IEEE 802.3, il assure tous les mécanismes de l'architecture de communication X-WAY (figure 42): système d'adressage X-WAY, messagerie UNI-TE, base de données distribuées (COM), Les réseaux ETHWAY sont compatibles avec les autres réseaux Télémécanique TELWAY, MAPWAY ou FIPWAY. Figure 42: Services et fonctions supportés par le coupleur Projet MEA3 :Reynald PETIT

44 Réseau local Ethernet Service UNI-TE Le réseau ETHWAY supporte la messagerie industrielle Télémécanique UNI-TE permettant des communications point à point par un mécanisme de requête et de compte rendu. Un équipement supportant le protocole UNI-TE (figure 43) peut être : client :l'équipement prend l'initiative de la communication, il pose une question (lecture), transmet une information (écriture) ou envoie un ordre (Run, Stop...). serveur:l'équipement rend le service demandé par le client et lui envoie un compte rendu après exécution. Les services fournis dépendent du type d'équipement (automate programmable, commande numérique, terminal de programmation, poste de supervision...), chacun pouvant, suivant sa fonction être client et / ou serveur. La taille maximale des messages est de 128 caractères. Figure 43:Principe des échanges client / serveur L'utilisation de UNI-TE est particulièrement adaptée aux fonctions de supervision, diagnostic, contrôle etc. Mots communs Le réseau ETHWAY supporte le service des mots communs (COM) de l'architecture TSX série 7. L'ensemble des mots communs constitue une base de données distribuée entre les équipements d'un même réseau. La base de données est constituée de 256 mots de 16 bits, Toutes les stations du réseau peuvent, selon leur configuration, exploiter cette base. Projet MEA3 :Reynald PETIT

45 Réseau local Ethernet Description de l architecture du réseau local Ethernet Présentation Le réseau local Ethernet connecte les 2 automates et le superviseur (figure 44) via le profil de communication ETHWAY. Illustration Poste de supervision ETHWAY Automate maître Automate agent Figure 44:Architecture du réseau local Ethernet Les équipements sur le réseau ETHWAY sont identifiés par une adresse unique formée du numéro de réseau et du numéro de station. Le numéro de réseau prend les valeurs : 1 à 127 dans les architectures multi-réseau ou dans les architectures mono réseau susceptible d'être connectées ultérieurement. Le numéro de station représente l'adresse physique de l'équipement sur le réseau et prend une valeur comprise entre 0 et 63. La couche physique et la couche MAC (Medium Access Control) de ETHWAY suivent la norme IEEE (figure 45) qui définit : le mode d'accès au bus par détection de collisions, la couche physique 10Base5. Projet MEA3 :Reynald PETIT

46 Réseau local Ethernet Figure 45 :Modèle ISO ETHWAY C Projet MEA3 :Reynald PETIT

47 Réseau local Ethernet Configuration matérielle des automates Présentation Les 2 automates programmables comporte une carte de communication TSX ETY 110 (figure 46) assurant la liaison au réseau Ethernet. Ce module comporte une voie de communication qui offre deux pôles de connexions, la connexion à un réseau ETHWAY et à un réseau TCP-IP. Le profil ETHWAY, utilisé dans l installation, assure tous les mécanismes de l architecture de communication X-WAY, le système d adressage X-WAY,la messagerie UNI-TE et la base de données distribuées (mots communs). L automate TSX 57 P n a qu un unique point de connexion réseau, certains automates tels que le TSX P57 3 peuvent admettre jusqu à 4 points de connexion réseau. Aussi, à chaque automate est associé une adresse réseau composé d un numéro de réseau et d un numéro de station qu il est nécessaire de définir physiquement sur la carte de communication TSX ETY 110 à l aide des 4 roues codeuses accessibles en face avant (paramètre H). Numéro du réseau Numéro de station Figure 46:Carte de communication TSX ETY 110 Les adresses réseaux définies physiquement sur les 2 stations automates doivent impérativement correspondre à la description logiciel sous PL7 PRO.Les adresses réseaux des stations automates sont définies par le couple{i.j}avec i : le numéro du réseau, j : le numéro de la station. Les adresses des automates sont : {1.1} pour l automate maître et{1.2} pour l automate agent {1.2} Projet MEA3 :Reynald PETIT

48 Réseau local Ethernet Configuration logicielle des automates Présentation Configuration de la carte communication Ethernet Les adresses réseaux des 2 automates définies via les roues codeuses nécessite une configuration logiciel sous PL7. La configuration de la carte de communication Ethernet (figure 47) est accessible via la description matériel de PL7. Elle permet de définir un profil de la communication parmi ETWAY et TCP/IP. Mots communs Figure 47 : Carte de communication Ethernet Lors de la configuration du coupleur il est possible : d inhiber son activité COM, de valider son activité COM en lecture seulement, de valider son activité COM en lecture et en écriture, de déclarer le nombre de mots communs (de 4 à 64) géré par la station. Toutes les stations d'un réseau participant à l'échange des mots communs doivent gérer le même nombre de mots communs. Les coupleurs possèdent une zone mémoire de 256 mots de 16 bits réservée aux échanges inter-automates. Projet MEA3 :Reynald PETIT

49 Réseau local Ethernet Cette zone mémoire est découpée en plusieurs sous-ensembles de mots. Selon le nombre de stations émettant des mots communs sur le réseau, on peut avoir au maximum : - 4 mots communs par station pour 64 stations actives, - 8 mots communs par station pour 32 stations actives, - 16 mots communs par station pour 16 stations actives, - 32 mots communs par station pour 8 stations actives, - 64 mots communs par station pour 4 stations actives. Adresse réseau L adresse de la station automate est définie sous PL7 (figure 48) en tenant compte de la configuration matérielle de la carte de communication lors de son installation : Protocole de communication Adresse réseau Figure 48 : Définition de l adresse réseau de la station automate Projet MEA3 :Reynald PETIT

50 Réseau local Ethernet Configuration du poste de supervision Présentation Illustration Le fonctionnement du poste de supervision est réalisé sous le logiciel MONITOR PRO développé par SCHNEIDER Automation. Le poste de supervision dialogue avec les 2 automates programmables sur le réseau Ethernet via le profil de communication ETHWAY.La mise en œuvre de la supervision sur le réseau repose sur: la configuration de la tache de communication associée au réseau Ethway, la définition des tables de communication, la configuration des paramètres temporels. La configuration des paramètres de communication est effectuée dans le gestionnaire de configuration sous MONITOR se présente ainsi (figure 49): Figure 49 : Gestionnaire de configuration de Monitor Projet MEA3 :Reynald PETIT

51 Réseau local Ethernet Configuration système La configuration système permet de décrire les paramètres des taches du programme et notamment la tache associée au profil de communication Ethway. La configuration système (figure 50) permet de définir : le nom des taches, les taches à lancer au démarrage de l application, le nom et répertoire des fichiers exécutables, les paramètres spécifiques à certaine taches. Tache associée à la communication sur ETWAY Figure 50 : Configuration système Il est nécessaire de définir la tache TEETH1 (ETHWAY Driver) afin d intégrer le profil de la communication ETHWAYdans l application superviseur. Projet MEA3 :Reynald PETIT

52 Réseau local Ethernet Configuration Les tables de communication sont décrites dans les fichiers des tables de télémécaniques du gestionnaire de configuration, elles communication permettent de définir : le protocole de communication et le port logique (figure 51) : Chemin de communication Figure 51 : Contrôle de la station logique Tache associée au Driver ETHWAY Le port logique défini le chemin de Communication, il est commun à tous les équipements présent sur le réseau. Pour différencier les équipements sur le réseau, il faut définir pour chacun des équipements un numéro de station logique. le type d équipement connecté au superviseur, le numéro et le nom de la station logique de l équipement (figure 52), Noms symboliques des équipements Adresse réseau sur ETHWAY Station logique permettant la différentiation des équipements sur le réseau Processeur des modules automates Figure 52 : Information de la station logique Projet MEA3 :Reynald PETIT

53 Réseau local Ethernet les paramètres des tables de lecture et d écriture (figure 53), Noms des tables Figure 53: Controle de lecture / écriture Déclencheur cyclique de la table de lecture READ Après avoir configurer les chemins de communication, il faut définir les tables de communication permettant de réaliser commande de lectures et écriture sur les automates programmables. Les déclencheurs cycliques (p1) cadence les tables de lecture et d écriture. les données en lecture et écriture pour chaque table (figure 54). Variable Monitor PRO (Tag) Configuration de la table de lecture READ Figure 54 : Information de lecture / écriture Variable de la mémoire automate Le superviseur accède uniquement à un certain type de variables de la mémoire automate (Objet PLC). Il ne peut pas notamment accéder directement aux entrées et sorties des modules déportés sur les automates. Projet MEA3 :Reynald PETIT

54 Réseau local Ethernet Entrées (module déporté) Ainsi, afin de faciliter l accès au superviseur, les entrées et sorties des stations automates ont été affectées à des variables de la mémoires automates (figure 55). Mémoire (automate) Figure 55: Affectation des entrées à la mémoire automate Le superviseur peut accéder en lecture aux variables de type booléen et mots de la mémoire automate. En écriture, le superviseur ne peut accéder uniquement aux variables booléennes. Configuration des paramètres temporels Les tags déclencheurs (figure 56), définis dans les tables de lecture et d écriture assurent le cadencement des lectures et écritures dans les modules automates. Tags déclencheurs Figure 56: Configuration des tags déclencheurs Projet MEA3 :Reynald PETIT

55 Mise en œuvre de l automatisme Présentation Introduction de l automatisme sous PL7. 56 Architecture de la programmation Réalisation de la programmation. 61 Projet MEA3 :Reynald PETIT

56 Mise en œuvre de l automatisme Introduction de l automatisme sous PL7 Présentation La conception de l automatisme de la cellule flexible repose sur la programmation des automates premium via le logiciel PL7. Les fonctionnalités de PL7 permettent d élaborer une architecture de programmation simple et structurée. Configuration La réalisation d une application sous PL7 repose sur (figure 58): une configuration matérielle permettant de décrire les modules de la station automate et l architecture du réseau local FIPIO, une configuration logicielle assurant le paramétrage logiciel de l application : le nombre de bloc fonction, registre et la taille des zones de variables globales. une configuration des objets Grafcets permettant de définir les objets grafcet (étapes, macro-étapes ) et les paramètres d exécution (nombre d étapes et de transitions actives). Figure 58 :Editeurs de configuration Projet MEA3 :Reynald PETIT

57 Mise en œuvre de l automatisme Architecture Une fois la configuration établie, l élaboration du programme peut être de programmation mi en oeuvre. Le logiciel PL7 propose deux types de structure : Mono tâche : c est la structure simplifiée proposée par défaut, ou une seul tache maître composée d un programme, constitué de plusieurs section et de sous programme, est exécutée. Multitâche : cette structure, mieux adapté pour des applications temps réel performantes, se compose d une tache maître, d une tache rapide et de traitements événementiels prioritaires. Les taches maîtres et rapide d un programme PL7 se composent de plusieurs parties appelées sections et de sous programmes. Chacune de ces sections peut être programmée dans le langage approprié au traitement à réaliser. Langages de programmation La programmation des automates programmables sous PL7 peut s effectuer en 4 langages : le langage à contacts, la liste d instructions, le littéral structuré et le grafcet. Les langages de programmation utilisés dans l application sont le langage grafcet et le langage à contact. Le langage grafcet (figure 59) permet de représenter graphiquement et de façon structurée le fonctionnement d un automatisme séquentiel. L utilisation de la programmation en langage grafcet nécessite une configuration des objets grafcet dans la configuration matérielle de l application. L éditeur de grafcet met à disposition un certain nombre d objets graphiques représentant les étapes, les macro-étapes, les transitions et les liaisons orientées (cf documentation technique PL7 ). Figure 59 : Langage Grafcet sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

58 Mise en œuvre de l automatisme Une section de programme grafcet comporte 3 parties (figure 60) : un traitement préliminaire (Prl) permet de traiter la logique d entrée et l initialisation sur reprise secteur ou défaillance ( LD, ST, IL), un traitement séquentiel (Chart) gère l aspect séquentiel de l application (G7), un traitement postérieur (Post) permet de traiter la logique de sortie, la surveillance et les sécurités indirectes spécifiques aux sorties ( LD, ST, IL). Figure 60:Structure d un programme Grafcet La section grafcet se programme dans la tache MAST. L ordre de scrutation des traitements se présent ainsi (figure 61): Figure 61 : Ordre de scrutation des traitements Le traitement séquentiel comporte l ensemble de la programmation grafcet de l automatisme : Le logiciel PL7 offre la possibilité de programmer des actions à l activation, continues et à la désactivation. La majeure partie des actions mises en œuvre dans l application sont des actions continues. Les actions et les réceptivités associées aux transitions peuvent être programmée à l aide des différents langages : le langage contact, la liste d instruction et littéral structuré. Dans l application les actions et les réceptivités seront programmés en langage à contact. Projet MEA3 :Reynald PETIT

59 Mise en œuvre de l automatisme Le langage à contact (LD) est un langage de programmation graphique (figure 62) qui offre une représentation sous forme de schéma électrique (relais). L éditeur (LD) met à disposition des symboles graphiques représentant les contacts, les bobines, les blocs opérations et les blocs fonctions (voir documentation technique PL7). Figure 62 : Langage à contact sous PL7 Variables PL7 Les variables permettant de concevoir la programmation sont multiples : les variables automates, les variables d entrées et de sorties des modules et des variables caractérisant les différents modules. La mémoire automate offre plusieurs type de variables : word, bit, système. (Voir documentation technique de PL7 ). Projet MEA3 :Reynald PETIT

60 Mise en œuvre de l automatisme Architecture de la programmation Introduction La programmation des automates repose sur la description du fonctionnement de la cellule robotisé précédemment énoncé (p11). L automatisation de la cellule résulte d une parfaite synchronisation entre les différents systèmes ( convoyeur, KUKA,SCARA) et les postes de travail. La programmation en langage grafcet permet de représenter graphiquement et de façon structurée le fonctionnement de l automatisme de la cellule flexible. Les différentes ressources partagées décrites précédemment dans le fonctionnement du système seront mises en oeuvre à l aide de sémaphores et la gestion des demandes de lecture et d écriture des stations de terrain assurée par les macro-étapes (Mi). Le programme (figure 63) est divisé en plusieurs sections : Temporisation (LD): définie les blocs temporisations du système (en l absence de capteurs à des points stratégiques), Manuel (LD): décrie la commande manuelle du pupitre bouton sur le convoyeur agissant sur les actions mécaniques des ancrages et des poussoirs, Mode automatique (G7) : représente l automatisme global de la cellule flexible robotisée, Capteurs (LD): associe aux variables d entrées / sorties des mots de la mémoire automate pouvant être exploités par le superviseur, Superviseur (LD) : permet au superviseur d avoir une information sur d éventuel dysfonctionnement sur les équipements de l installation. Figure 63 :Architecture du programme Les programmes Capteurs et Superviseur associés au poste de supervision seront décrits dans la mise en œuvre de la supervision (p 77). Projet MEA3 :Reynald PETIT

61 Mise en œuvre de l automatisme Réalisation de la programmation Introduction Mode manuel La réalisation de la programmation repose d une part, sur la description du fonctionnement général de la cellule robotisée, la mise en forme symbolique de la programmation en langage grafcet et la conception du programme sous PL7. La cellule flexible robotisée repose sur un mode de fonctionnement manuel et un mode de fonctionnement automatique. La gestion de ces 2 modes sera mise en évidence dans le traitement préliminaire du mode automatique. La commande des modes manuel et automatique, la demande d ouverture des ancrages et des mouvements des poussoirs 1 et 2 sont assurés par le pupitre bouton (figure 64) et le superviseur en mode de fonctionnement manuel (p 78). Les boutons du pupitre sont connectés au module 16 entrées tout ou rien de l automate maître. Figure 64 : pupitre bouton Demande libération Poussoir 1 (superviseur) Le mode de fonctionnement manuel est décrit sous PL7 en langage à contact (LD) (figure 65). Commande poussoir 1 en position extérieure Demande libération Poussoir 1 (bouton) Mode manuel Commande libération poussoir 1 Figure 65 : mode manuel sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

62 Mise en œuvre de l automatisme Mode automatique Le fonctionnement automatique séquentiel de la cellule flexible robotisé est représenté de manière graphique et structurelle en langage grafcet. La section grafcet se compose d un traitement préliminaire, d un traitement séquentiel et d un traitement postérieur. Le traitement préliminaire (figure 66) assure le passage du mode de fonctionnement manuel au mode de fonctionnement automatique (ou inversement). A l aide du bit système %S21,les grafcets sont figés à l initialisation en mode manuel (%S21=0) et réactivés en mode automatique (%S21=1). Bit système associé aux objets grafcet Figure 66 : Traitement préliminaire Projet MEA3 :Reynald PETIT

63 Mise en œuvre de l automatisme Le traitement séquentiel permet de décrire l ensemble du fonctionnement automatique de la cellule flexible ; il se décompose en plusieurs grafcets. Le grafcet (figure 67) est lié au fonctionnement du robot KUKA, à l ancrage 1 et à l ancrage 2. La demande d évacuation par le KUKA (à l ancrage 1), l ouverture de l ancrage 1, la demande d approvisionnement (à l ancrage 2), l ouverture de l ancrage 2 et les commandes de lecture et d écriture des stations de terrain 1 et 2 sont assurés par un sémaphore (26). Figure 67: Grafcet KUKA, ancrage 1 et ancrage 2 Projet MEA3 :Reynald PETIT

64 Mise en œuvre de l automatisme La représentation du fonctionnement sous PL7 est la suivante (figure 68) : Figure 68 :Grafcet ancrage 1 et ancrage 2 Le sémaphore permet de synchroniser les taches du robot KUKA (évacuation et approvisionnement) et les ouvertures des ancrages 1 et 2. Projet MEA3 :Reynald PETIT

65 Mise en œuvre de l automatisme Les macro-étapes M2 et M4 assurent la commande de lecture des stations de terrain 1 et 2 et les macro-étapes M3 et M5 la commande d écriture des stations de terrain 1 et 2. Le grafcet (figure 69) présente le principe de commande de lecture des stations de terrain. Figure 69 : Grafcet lecture station de terrain 2 La présence étiquette est définie dans la table de réponse (%IW) (2 premiers bits) (figure 70). 2 premiers bits de la table de réponse Figure 70 : Réceptivité liée à la présence étiquette Projet MEA3 :Reynald PETIT

66 Mise en œuvre de l automatisme La demande de lecture de deux mots est réalisée dans la table de commande (%QW) (figure 71). Lecture de 2 mots Adresse du premier mot lu (%MW0) Figure 71 : Action assurant la commande de lecture Les mots contenus dans la table de réponse sont affectés à des mots de la mémoire automate (72). Premier mots lu Deuxième mot lu Figure 72 :Transfert des mots lus dans la table de réponse (%IW) Projet MEA3 :Reynald PETIT

67 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 73) présente le principe de commande d écriture des stations de terrain. Figure 73 : Grafcet d écriture station de terrain 2 La présence étiquette est définie dans la table de réponse (%IW) de la même façon que précédemment (figure 70). La demande d écriture de deux mots est réalisée dans la table de commande (%QW) (figure 74). Figure 74 : Action assurant la commande d écriture Projet MEA3 :Reynald PETIT

68 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 75) est associé aux différentes taches effectuées par le robot KUKA. Il permet notamment de mettre en évidence l évacuation des pièces des pièces usinées et non usinées (à l ancrage 1) et l approvisionnement des palets vides (à l ancrage 2) par le robot KUKA. Figure 75 : Grafcet KUKA Ies initialisations des variables de demandes d évacuations (Dem_evac1 et Dem_evac2) et d approvisionnement (Dem_appro) sont réalisées à la désactivation des étapes 111, 112 et 113. La description du fonctionnement du KUKA est décrit sous PL7 de la façon suivante (figure 76) : Figure 76 :Grafcet KUKA sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

69 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 77) décrit le poste de vision, le robot SCARA et l ancrage 3. Le traitement du poste de vision assure la détection des pièces présent sur le palet et la demande d évacuation par le robot SCARA des pièces en défaut. L ouverture de l ancrage 3 et la demande d accès au poussoir 1 sont gérés à l aide d un sémaphore Figure 77 :Grafcet SCARA Projet MEA3 :Reynald PETIT

70 Mise en œuvre de l automatisme La description du fonctionnement sous PL7 est la suivante (figure 78): Figure 78 :Grafcet ancrage 3 Le sémaphore (100) permet de synchroniser l ouverture de l ancrage 3 et la demande d accès au poussoir 1. Les macro-étapes M6 et M8 assurent la commande d écriture de la station de terrain 3 et la macro-étape M7 la commande de lecture de la station de terrain 3. Projet MEA3 :Reynald PETIT

71 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 79) assure la description du fonctionnement du poussoir 1.Le mouvement du poussoir 1 (intérieur, extérieur et libération) est lié à la demande de passage effectué à l ancrage 3. Figure 79 :Grafcet poussoir 1 Les initialisations des demandes intérieures et extérieures sont réalisées respectivement à la désactivation des étapes 63 et 66. La description du mouvement poussoir 1 sous PL7 est la Vin 1 suivante (figure 80): Figure 80 :Grafcet poussoir 1 sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

72 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 81) assure la description de l ancrage 4 et de l ancrage 5. L ouverture de l ancrage 5, l ouverture de l ancrage 4 et la demande d accès au poussoir 2 sont gérés à l aide d un sémaphore (100). Figure 81 :Grafcet ancrage 4 et ancrage 5 Les demandes de passage (poussoir 2) des ancrages 4 et 5 sont respectivement initialisées à la désactivation des étapes 84 et 93. La description du fonctionnement sous PL7 est la suivante (figure 82) : Figure 82 :Grafcet ancrage 4 et ancrage 5 sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

73 Mise en œuvre de l automatisme Le grafcet (figure 83) assure la description du fonctionnement du poussoir 2. Le mouvement du poussoir 2 (intérieur, extérieur et libération) est associé à la demande de passage effectué à l ancrage 4 et à l ancrage 5. Figure 83 :Grafcet poussoir 2 La description du mouvement poussoir 2 sous PL7 est la suivante (figure 84): Figure 84 : Grafcet poussoir2 sous PL7 Projet MEA3 :Reynald PETIT

74 Mise en œuvre de la supervision Présentation Introduction à la supervision sous Monitor pro Réalisation de la supervision Projet MEA3 :Reynald PETIT

75 Mise en œuvre de la supervision Introduction à la supervision sous Monitor pro Présentation Editeur graphique Variables Le poste de supervision, connecté aux 2 automates programmables sur le réseau ETHWAY (p 45), peut accéder en lecture et écriture à la mémoire des 2 automates via la configuration des tables de communication. La mise en oeuvre de la supervision s effectue dans un éditeur graphique permettant de décrire dans une représentation symbolique l état de la mémoire des automates. L éditeur graphique de MONITOR PRO offre de nombreuses fonctionnalités graphiques. La représentation de la cellule est facilitée par la mise à disposition de nombreux outils de conception graphique. L éditeur graphique permet de définir : une représentation graphique de l application à l aide d outils spécialisés, des animations graphiques ( simples, commande opérateur etc). Les variables sous MONITOR PRO sont représentées par des Tags. La création, la modification et la configuration de ces Tags sont définis à partir : de l éditeur d application lors d une animation, du dictionnaire des tags accessible depuis l éditeur d application Projet MEA3 :Reynald PETIT

76 Mise en œuvre de la supervision Réalisation de la supervision Présentation Le poste de supervision offre une visualisation de l état des capteurs et actionneurs de la cellule flexible, une commande en mode manuel des actions mécaniques des ancrages et des poussoirs, une représentation des types de pièces et palets (à chaque ancrage) et un contrôle sur le réseau local industriel FIPIO. Une représentation symbolique de la cellule (figure 85). Accès aux taches de l application Navigateur d écran Capteurs de présence Figure 85 :Synoptique de la cellule flexible Navigateur d alarmes Cette description donne une information sur : - l états des capteurs et actionneurs, - les demandes d évacuation et d approvisionnement du KUKA, - la demande d évacuation du SCARA. Projet MEA3 :Reynald PETIT

77 Mise en œuvre de la supervision Les capteurs sont associés aux variables de la mémoire automates pour être accessible en lecture (au superviseur) via les tables de communication (figure 86). Entrée (module déporté) Mémoire (automate) Figure 86 :Section capteurs Les capteurs représentés symboliquement sur le synoptique sont animés de façon graphique (figure 87). Tag défini dans la table de lecture Valeur du Tag Figure 87 :Animation de couleurs pour l objet Projet MEA3 :Reynald PETIT

78 Mise en œuvre de la supervision une commande des actions mécaniques des ancrages et poussoirs en mode manuel (figure 88). Bouton animé Figure 88 : Synoptique des commandes poussoirs et ancrages Projet MEA3 :Reynald PETIT

79 Mise en œuvre de la supervision Les commandes des ancrages et des poussoirs sont associées aux objets boutons (vert) actionnables via la souris (figure 89). Mise à 1 du tag de destination par action de la souris Tag défini dans la table de lecture Figure 89 :Animation de boutons pour l objet Projet MEA3 :Reynald PETIT

80 Mise en œuvre de la supervision un synoptique représentant les types de pièces et palets présents sur les ancrages (via les stations de terrain) (figure 90). Figure 90 :Synoptique types de pièces et palets Des animations permettent de visualiser les différentes pièces et palets en fonction de la valeur des variables (piece_sti / palet_sti). Projet MEA3 :Reynald PETIT

81 Mise en œuvre de la supervision un synoptique sur le réseau local FIPIO (figure 91) met en évidence les éventuelles défaillances (défaut modules etc). Figure 91 :Synoptique du réseau local FIPIO Les variables des modules automates, des modules d entrées / sorties et des stations de terrain, symbolisant les défauts, sont associées à des variables (EBOOL) de la mémoire automate pour être accessible en lecture (au superviseur) via les tables de communication (figure 92). Figure 92 : Section Superviseur Projet MEA3 :Reynald PETIT

82 Mise en œuvre de la supervision La présence d éventuels défauts sur le réseau déclenche des alarmes dans l application. L éditeur de configuration de ces alarmes permet de les définir dans un groupe de niveau d importance (figure 93). Groupe d importance Figure 93 :Informations sur la définition des alarmes Commentaires d alarmes Projet MEA3 :Reynald PETIT