Automates Programmables Industriels

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1 Automates Programmables Industriels 1) Structure d un API Structure matérielle Mémoire programme utilisateur Mémoire bit Mémoire mot...4 2) Structure logicielle Structure d'un programme Cycle d exécution d un programme Traitement du programme...5 3) Le langage Le langage littéral Le Ladder Le Grafcet...6 4) Choix d un API Amplitude des entrées/sorties Type des entrées/sorties Unité centrale Alimentation...7 5) Raccordement...8 S.Ph - 1 -

2 1) Structure d un API 1.1 Structure matérielle 1 Alimentation des différentes parties 2 Unité centrale de l automa te Interfaçage des entrées Interfaçage des sorties 4 Entrée Sorties 1 Alimentation des différentes parties : Cette alimentation doit fournir l'énergie nécessaire au fonctionnement correct de l'ensemble de l'automate. Elle sera dimensionnée en fonction des consommations des différentes parties. 2 Unité centrale de l'automate : C'est cette partie qui traite les données. Elle contient en mémoire le programme et élabore donc les ordres de commande. Son cœur est composé d'un microcontrôleur associé à de la mémoire RAM ou/et EEPROM. La mémoire RAM et/ou EEPROM sont décomposées en plusieurs zones sur lesquelles sont affectées différents types de variables. Interfaçage des entrées et des sorties : Ce sont des circuits chargés d'adapter en tension et en courant les signaux entre l'unité centrale et les entrées-sorties. Ils assurent en outre un isolement galvanique entre les entrées-sorties et l'unité centrale. 4 Entrées : Ce sont des circuits spécialisés capables de recevoir en toute sécurité pour l'automate les signaux issus des capteurs. Elles peuvent être logiques (T.O.R.), analogiques, ou numériques. Sorties : Ce sont des circuits spécialisés capables de commander en toute sécurité pour l'automate les circuits extérieurs. Elles peuvent être logiques (T.O.R.), analogiques, ou numériques. 1.2 Mémoire programme utilisateur L espace mémoire des automates accessible à l utilisateur est découpé en deux ensembles distincts : - la mémoire «bits» : Il s agit de RAM intégrée au module processeur contenant l image d objets bit (adressable au niveau du bit) S.Ph - 2 -

3 - la mémoire «mot» de 16 bits supportée par une mémoire RAM interne au module processeur ; cette mémoire peut généralement être étendue par une carte mémoire utilisateur RAM ou EEPROM. (adressable au niveau du mot) Le constructeur Schneider pour son automate TSX37 donne 2 types d organisation mémoire : Données Données RAM Interne (2) Programme Constantes RAM Interne (2) Flash Eprom interne (1) Recopie de sauvegarde Carte mémoire Flash Eprom externe ou RAM externe Programme Constantes Données : données dynamiques de l application et système Programme : descripteurs et code exécutable des tâches Constantes : mots constants, valeurs initiales et configuration des Entrées/Sorties (1) Le transfert d application depuis la mémoire FLASH EPROM (EEPROM) vers la mémoire RAM s effectue automatiquement lorsqu il y a perte de l application en RAM (Défaut de sauvegarde ou absence de batterie). Un transfert manuel peut également être demandé. (2) Les mémoires RAM peuvent être secourues par pile Cd/Ni insérée dans le module processeur. 1.3 Mémoire bit Le constructeur de matériel Schneider nomme ces différentes zones en langage PL7 comme suit : - les bits internes appelés %Mxx (utilisable pour mémoriser un état logique quelconque) - les bits grafcets appelés %Xx (état des étapes grafcet) S.Ph - 3 -

4 - les bits systèmes appelés %Sx (utilisable pour la gestion du fonctionnement intrinsèque de l API) - les bits d E/S appelés %Ix,x ou %Qx,x Leur nombre dépend du type d automate. (1280 sur TSX 37 et 4096 sur TSX57 par exemple) 1.4 Mémoire mot Elle est décomposée en 3 espaces logiques : mémoire données applications comprenant les zones suivantes - les mots système appelés %SWxx (utilisable pour la gestion du fonctionnement de l API) - les mots variables appelés %MWxx (utilisable pour le stockage de données ou le calcul) - les mots fonctions correspondant aux différents blocs fonctions (Timer, compteur, etc) - les mots Entrées/Sorties %Iwx ou %Qwx correspondant à l image des E/S de chaque module. Mémoire programme application Cette zone comprend le code programme exécutable, les informations graphiques (réseaux de contact) et les commentaires programmes. Mémoire constante application Cette zone comprend les paramètres des blocs fonctions et les mots constants appelés %KWxx (valeur non modifiable par programme) La capacité mémoire est très variable suivant le type d automate utilisé. Elle peut aller de quelques kilo-octets à plusieurs dizaines de Ko. Les valeurs attribuées aux différentes zones sont modifiables lors de la configuration de l API. ( 14 ko de RAM et 16 ko d EEPROM sur TSX 37 extensible jusqu à 64 ko par cartouche RAM ou FlashEPROM) 2) Structure logicielle 2.1. Structure d'un programme Sur les API de marque Schneider, un programme automate peut classiquement comporter jusqu'à 3 parties en langage PL7: S.Ph - 4 -

5 - le préliminaire : Il permet de traiter les transitions complexes, les comptages, les transcodages, etc Les résultats seront conservés dans des bits internes et des mots et pourront être utilisés dans les autres parties du programme. - le programme "principal" : Il comporte les équations ou le grafcet qui correspondent au fonctionnement désiré. - le postérieur : Il génère les ordres de commande déterminant l'état des sorties en fonction des étapes actives. C'est dans cette partie que l'on lance les temporisations par exemple. D autres marques telles que Omron ou Cégelec propose d autres structures plus ou moins semblables. 2.2 Cycle d exécution d un programme Acquérir les entrées Modifier les sorties Traiter le programme L'automate en mode RUN enregistre l'état des entrées (scrutation des entrées), traite les données par l intermédiaire du programme et enfin modifie les sorties en conséquence (mise à jour des sorties). L ensemble de ces opérations détermine le temps de cycle de l automate. Plus le programme occupe de place mémoire, plus le temps de cycle augmente. Sa valeur est donnée dans la documentation constructeur. 2.3 Traitement du programme Suivant le type de programmation et donc du langage utilisé, l'automate exécute son programme de différentes manières. Il est nécessaire de se référer à la documentation constructeur pour analyser le traitement du programme par le processeur. 3) Le langage S.Ph - 5 -

6 Il existe à l heure actuelle plusieurs sortes de langages qui cohabitent au sein d un même type d automate, ou bien sur plusieurs marques d automates. 3.1 Le langage littéral Il traduit l'équation en un texte équivalent. Exemple : O0001=/I0000.I0001+U la programmation de cette équation en langage C100 sur API Cegelec donne : LD I0000/ ;lecture entrée 0 AND I0001 ;ET logique avec l entrée 1 SOR U0000 ;stockage du résultat dans un bit interne OR U0100 ;OU logique avec bit interne U0100 SOR O0001 ;envoi du résultat dans O Le Ladder C'est un langage graphique. Il traduit directement l'équation en un schéma électrique avedes symboles particuliers symboles particuliers : - Contact à fermeture : - Contact à ouverture : - Bobine : Exemple : L'équation S1= /O0001.I0002+S2./I0003 devient: 3.3 Le Grafcet S.Ph - 6 -

7 3.3.1 Langages littéraux Ils traduisent en texte le Grafcet. Ils sont très différents d'un automate à un autre. L'évolution actuelle tant à remplacer ces langages par des langages graphiques Langages graphiques Ils permettent de dessiner le Grafcet sur l'écran. Ils nécessitent une préparation des transitions, l'activation des compteurs, les transcodages etc dans un traitement préliminaire, puis d'activer les sorties, de lancer les temporisations, etc dans le traitement postérieur. Rm : Il est toujours possible de programmer un grafcet en langage ladder. 4) Choix d un API 4.1 Amplitude des entrées/sorties Le premier paramètre à prendre en compte pour choisir un automate est le nombre d'entrées et de sorties nécessaires. Il pourra y avoir un bloc de base et des extensions, ou une unité centrale et des cartes d'entrées ou de sorties. On commencera donc par faire le bilan des entrées et des sorties. 4.2 Type des entrées/sorties Les entrées et les sorties peuvent être : - Logique : entrées et sorties tout ou rien, - Analogique : liaison avec génératrice tachymétrique en entrée et variateur de vitesse en sortie par exemple. - Numérique : comptage rapide sur un codeur incrémental. Chaque entrée ou sortie devra être adaptée au capteur ou au pré actionneur. Les cartes assurent l'isolation galvanique entre l'unité centrale et le système. Les cartes de sortie peuvent être à relais, elles permettent de commander des contacteurs par exemple. Elles sont parfois à transistor et permettent alors de commuter des signaux à plusieurs centaines de Hertz. 4.3 Unité centrale C'est le cœur de l'automate. Elle comporte un microprocesseur et de la mémoire qui permettent de définir sa puissance. La capacité mémoire de l automate est une donnée constructeur et dépend principalement de la gamme dans laquelle on se place. La capacité mémoire peut souvent être augmentée par rapport à la version de base comme vu précédemment. 4.4 Alimentation S.Ph - 7 -

8 Elle doit couvrir les besoins énergétiques de l'unité centrale et de toutes les extensions. Quand elle existe sur l'automate de base, elle ne couvre pas les besoins d'un nombre important d'extension et il faudra rajouter une deuxième alimentation. 5) Raccordement Exemple : Inversion automatique du sens de rotation par capteur (S2 et S3), avec départ Cycle (S4), marche automatique et manuelle (S1), arrêt d'urgence (S0), et butée de course extrême (S5 et S6). Remarque : la norme impose que les sécurités, ici S0, S5 et S6, soient câblées en direct et ceci quelles soient, ou non, traitées par l automate. S.Ph - 8 -