COMMANDE INDUSTRIELLE LABORATOIRE 01 Configuration de l automate CompactLogix L32E d Allen-Bradley 1. OBJECTIFS Les principaux objectifs de ce laboratoire sont de : se familiariser avec l automate programmable CompactLogix; se familiariser avec le logiciel de programmation RSLogix 5000; créer un projet à l aide de RSLogix 5000; configurer les modules d entrée-sortie pour les signaux discrets et analogiques; effectuer la mise à l échelle des signaux d entrée-sortie analogiques; utiliser les étiquettes de RSLogix 5000 afin de valider la configuration. Les fichiers de projet réalisés dans le cadre de ce laboratoire contiendront la configuration des modules d entrée-sortie et la mise à échelle des signaux analogiques. Sauvegardez-les puisque ceux-ci seront réutilisés dans les laboratoires subséquents. 2. MONTAGE EXPÉRIMENTAL Cette section présente une brève description des différents équipements qui seront utilisés pour ce laboratoire : l automate programmable CompactLogix; le logiciel de configuration et de programmation RSLogix 5000; le simulateur analogique; l ensemble Lab-Volt. 2.1 Automate programmable L automate programmable, ou PLC («Programmable Logic Controller»), est un dispositif similaire à un ordinateur permettant d automatiser un procédé industriel ou de commander des machines. Il est constitué de plusieurs modules ayant des fonctions distinctes telles que l acquisition des signaux d entrée, l application des signaux de sortie, l exécution des algorithmes de commande et la communication. Cette approche modulaire permet d adapter l automate selon divers types d applications. Les principaux avantages à utiliser un automate au lieu d un ordinateur sont que celui-ci est conçu pour opérer dans des conditions industrielles difficiles (vibrations, température, humidité, etc.), qu il est facilement programmable dans un langage simple et optimisé pour les opérations de logique et de contrôle et que les systèmes d acquisition des entrées-sorties sont intégrés. La Figure 1 présente les différents modules utilisés dans le cadre de ce laboratoire. Le module 1769-L32E contient le processeur, la batterie, une fente pour l ajout de mémoire non-volatile via une carte CompactFlash industrielle et les ports de communication intégrés RS-232 et Ethernet. Le module Page 1 de 17
1769-IF8 comporte 8 entrées analogiques. Ces entrées peuvent être de type tension ou courant et comprises entre ±10V et 0-20mA. Le module 1769-OF4 offre 4 sorties analogiques courant ou tension comprises également entre ±10V et 0-20mA. Le module 1769-PA2 sert à l alimentation des modules de l automate. Le module 1769-OB16 comporte 16 sorties discrètes 24V DC et le module 1769-IQ16 offre 16 entrées discrètes 24V DC. Les entrées discrètes peuvent être activées à l aide d interrupteurs. Quant aux entrées et sorties analogiques, celles-ci sont raccordées à des connecteurs et une série d interrupteurs permettent de sélectionner un fonctionnement en courant ou en tension. 1769-L32E CompactLogix EtherNet Processor 750Kbyte Memory Compact I/O 1769-IF8 8 Channel Voltage/Current Analog Input Module Compact I/O 1769-OF4 4 Channel Current/Voltage Analog Output Module Compact I/O Expansion Power Supply 1769-PA2 Power Supply 120/240 VAC Input 2 Amp @ 5VDC Output Compact 1769-OB16 16 Point Solid State 24V dc Source Output Module Compact 1769-IQ16 16 Point 24V dc Sink/Source Input Module Figure 1. Modules de l automate programmable et signaux d entrée-sortie 2.2 Logiciel RSLogix 5000 Le logiciel RSLogix est le principal outil employé pour configurer et programmer l automate. En plus de supporter différentes familles d automate programmable, il permet l utilisation simultanée de plusieurs langages de programmation. Ces langages sont : le Function Block Diagram (FBD); le Ladder (LD); le Sequential Function Chart (SFC); le Structured Text (ST). Un projet peut contenir différentes routines programmées avec des langages différents. 2.3 Simulateur analogique Le simulateur permet de reproduire analogiquement des procédés. Il comporte notamment des convertisseurs de signaux, des sommateurs, des gains variables et des éléments dynamiques (constantes de temps, intégrateur et dérivateur). Il permet aussi l ajout d un retard et l introduction de non-linéarités (zone morte et saturation). Page 2 de 17
2.4 Ensemble Lab-Volt L ensemble Lab-Volt est constitué de différents modules permettant l asservissement d un moteur en vitesse ou en position. Les principaux modules sont l alimentation, le moteur, le tachymètre, le potentiomètre pour la mesure de position et l amplificateur linéaire. D autres éléments comme des diviseurs de tension sont également disponibles. 3. EXPÉRIMENTATION Cette section présente les différentes manipulations à réaliser pour compléter le laboratoire : la configuration de l automate et des modules, la mise à l échelle des signaux analogiques, le téléchargement du programme et la validation de la configuration. 3.1 Configuration de l automate programmable Les étapes ci-dessous permettent la création d un projet avec le logiciel RSLogix 5000 et la configuration des modules d entrée-sortie pour les signaux discrets et analogiques. 1) Création du projet Démarrez le logiciel RSLogix 5000 et créez un nouveau projet. Sous «Type», choisissez «1769-L32E CompactLogix5332E Controller» et la révision 19 tel que montré à la Figure 2. Sauvegardez votre projet sous le nom de Lab_01x.ACD, où x est la lettre assignée à votre équipe. Figure 2. Fenêtre de création d un nouveau projet Page 3 de 17
2) Configuration des modules d entrée-sortie pour les signaux analogiques Dans la fenêtre «Controller Organizer», développez la section «I/O Configuration», cliquez droit sur «CompactBus Local» et sélectionnez New Module (Figure 3). Si la fenêtre «Controller Organizer» n est pas affichée, vous pouvez l afficher en utilisant la touche raccourci Alt-0. Figure 3. Ajout d un module Ajoutez le module d entrées analogiques dont le numéro est 1769-IF8. Entrez «Analog_Input_Module» comme nom et sélectionnez «Slot 1» puisqu il s agit du premier module sur l automate. Ensuite, sous l onglet «Configuration», activez toutes les entrées et configurez les pour qu elles fonctionnent en tension 1-5V et que le format des données recueillies soit en pourcentage de la plage d entrée («Percent Range»). Laissez les autres paramètres à leur valeur par défaut. Ajoutez le module de sorties analogiques dont le numéro est 1769-0F4. Entrez «Analog_Output_Module» comme nom et sélectionnez «Slot 2» puisqu il s agit du deuxième module sur l automate. Ensuite, sous l onglet «Configuration», activez toutes les sorties et configurez les pour qu elles fonctionnent en courant 4-20mA et que le format des données envoyées soit en pourcentage de la plage de sortie. Dans l onglet «Limits» montré à la Figure 4, ajustez la limite inférieure à -500 et supérieure à 10625 pour chacune des sorties. On utilise ces limites puisque, bien que la plage normale d opération du module soit comprise entre 0 et 100%, l automate permet de générer un signal compris entre -5% et 106,25%. Ceci peut être utile, comme par exemple, pour forcer la fermeture complète d une vanne lorsque celle-ci demeure légèrement ouverte pour un signal de commande de 0%. Laissez les autres paramètres à leur valeur par défaut. Page 4 de 17
Figure 4. Réglage des limites pour les sorties analogiques 3) Configuration des modules d entrée-sortie pour les signaux discrets On utilise la même procédure pour ajouter les modules discrets. Appelez-les «Discrete_Output_Module» pour le 1769-OB16 et «Discrete_Input_Module» pour le 1769-IQ16. Ils se trouvent respectivement sur les slots 3 et 4. Laissez les autres paramètres à leur valeur par défaut. 3.2 Mise à échelle des signaux analogiques L objectif principal de cette section est de faire la conversion des signaux analogiques d entrée (1-5 V) en pourcentage et les signaux de sortie, spécifiés en pourcentage, en signaux analogiques (4-20 ma). La Figure 5 représente une illustration des conversions à réaliser pour une entrée et une sortie. Dans une application industrielle, les unités d ingénierie peuvent être utilisées au lieu du pourcentage dans le cas des signaux d entrée. Signal analogique (1-5V) A/N Valeur numérique (Entiers: 0-10000) Mise à échelle Unité d ingénierie (%) Unité d ingénierie (%) Mise à échelle Valeur numérique (Entiers: 0-10000) N/A Signal analogique (4-20mA) Figure 5. Diagramme de mise à échelle Page 5 de 17
1) Création d une routine de type Function Block Diagram Pour réaliser la mise à l échelle des signaux analogiques, vous devez tout d abord créer une nouvelle routine. Dans le cadre du présent laboratoire, cette routine sera de type «Function Block Diagram» (FBD). Le FBD est un langage simple qui utilise des blocs correspondant chacun à une fonction. Vous n avez qu à relier les blocs entre eux pour programmer. Cliquez droit sur le programme principal et sélectionnez «New Routine» (Figure 6). Créez une routine de type FBD et appelez la «In_Out_Scaling». Allez ensuite dans les propriétés du programme principal en cliquant droit sur ce dernier et faites de cette routine la routine principale en la sélectionnant comme telle sous l onglet «Configuration» (Figure 7). Figure 6. Création d une nouvelle routine Figure 7. Sélection de la routine principale Effacez la routine de type Ladder «MainRoutine» en cliquant droit dessus et en sélectionnant «Delete» car elle ne sera pas utilisée. Page 6 de 17
2) Configuration de la mise à l échelle des signaux analogiques d entrée Double-cliquez sur le nom de la routine que vous venez de créer si elle n est pas déjà ouverte. Une page s ouvre et vous pouvez y ajouter des blocs. Pour la mise à l échelle des signaux, le bloc requis est «Scale» (SCL). La documentation relative à ce bloc est donnée à l annexe A. Le bloc Scale se trouve dans l onglet «Process» de la barre d outils FBD tel que montré à la Figure 8. Figure 8. Barre d outils FBD et bloc de fonction Scale Pour éditer les paramètres du bloc, cliquez sur les 3 petits points en haut à droite de celui-ci. Référezvous au Tableau 1 et à l annexe A pour compléter la mise à l échelle. Tableau 1. Mise à échelle des signaux analogiques d entrée Plages Signal analogique (V) Réel Unités d'ingénierie (%) Minimum 1 0 0 Maximum 5 10000 100 3) Création des étiquettes Une étiquette («Tag») est le terme utilisé pour définir une variable. Les étiquettes sont le mécanisme de base pour allouer de la mémoire, référencer des données à partir de la logique et surveiller l évolution des données. Lorsqu une étiquette est créée, sa portée («Scope») doit être définie. Elle peut soit être accessible par toutes les parties du contrôleur («Controller Tag»), soit accessible qu à l intérieur d un programme («Program Tag»). Vous devez créer 12 étiquettes contrôleurs; 8 pour les entrées analogiques et 4 pour les sorties analogiques. Pour les créer, cliquez droit sur «Controller Tags» dans le dossier du contrôleur dans la fenêtre «Controller Organizer» (Figure 9) et sélectionnez «New Tag». Page 7 de 17
Figure 9. Création d une nouvelle étiquette contrôleur Appelez les étiquettes pour les entrées AN_IN_X et celles des sorties AN_OUT_X où «X» est le numéro de l entrée ou de la sortie. Sélectionnez le Type «Base», le Data Type «Real», le Scope «Lab_01x», l External Access «Read Only» pour les entrées et «Read/Write» pour les sorties et le Style «Float» tel que montré à la Figure 10 pour la première entrée analogique. Figure 10. Création de l étiquette contrôleur pour l entrée analogique 0 4) Mise à échelle des signaux analogiques d entrée Ajoutez un élément de référence d entrée et un de sortie (Figure 11). Page 8 de 17
Figure 11. Références d entrée et de sortie pour le FBD Reliez la référence d entrée à la borne «In» du bloc Scale et la référence de sortie à la borne «Out». Pour relier deux éléments, cliquez sur la borne du premier puis sur la borne du deuxième. Dans les automates Allen-Bradley, l adressage s effectue de la façon décrite à la Figure 12. Figure 12. Format des adresses d entrée-sortie des contrôleurs CompactLogix Double-cliquez sur la référence d entrée et sélectionnez la première entrée analogique. Double-cliquez sur la référence de sortie et sélectionnez l étiquette AN_IN_0. Faites de même pour les 7 autres entrées analogiques. Page 9 de 17
5) Mise à échelle des signaux analogiques de sortie En suivant un processus similaire à celui utilisé pour la mise à l échelle des entrées analogiques, faites la mise à l échelle des 4 sorties analogiques en vous référant au Tableau 2. Tableau 2. Mise à échelle des signaux de sorties analogiques Plages Unités d'ingénierie (%) Réel Signal analogique (ma) Minimum 0 0 4 Maximum 100 10000 20 6) Vérification du programme Dans le menu «View», assurez-vous qu «Error» est coché. Cliquez sur «Verify Controller» dans le menu «Logic». Si une erreur est présente, cliquez sur le message d erreur dans la fenêtre «Errors» pour vous amener à la source de la faute. Corrigez toutes les erreurs avant de passer à la section suivante. 3.3 Connexion à l automate et téléchargement du programme Sélectionnez «Who Active» sous l onglet «Communications». Ceci affiche la liste des contrôleurs actifs sur le réseau. Sous la section qui définit le protocole réseau (AB_ETHIP Ethernet), trouvez l adresse IP du contrôleur qui correspond à votre montage. Développez cette section jusqu à ce que vous puissiez sélectionner votre contrôleur et faites «Download» (Figure 13). Figure 13. Contrôleur sélectionné dans la fenêtre «Who Active» Page 10 de 17
Une fois connecté, le chemin de communication est visible dans la zone Path présentée à la Figure 14. L icône d engrenage s anime lorsque l utilisateur est en ligne avec le contrôleur. Figure 14. Chemin de communication L automate peut opérer selon 3 modes. Une clé sur l automate permet de sélectionner lequel est actif. Lorsque l automate est en mode REM, le mode est affiché dans le logiciel RSLogix (Figure 15). RUN : Mode du contrôleur durant lequel la logique est exécutée, les entrées sont lues, le programme est balayé et les sorties sont actualisées. Il est impossible de modifier le programme. PROG : Mode du contrôleur durant lequel la logique n est pas exécutée, les entrées-sorties ne sont pas contrôlées et il est possible de modifier le programme. Les sorties prennent leur valeur définies par leur état en mode programme (on, off ou hold). REM : Mode qui permet de choisir le mode d exécution à distance via le software (Figure 15). o Remote RUN : Même chose que pour RUN mais on peut en plus éditer le projet en ligne. o Remote PROG : Même chose que le mode PROG. o Remote TEST : Mode durant lequel la logique est exécutée mais les entrées-sorties ne sont pas contrôlées. Les opérations de modification sont possibles mais limitées. Figure 15. Mode d opération du contrôleur Faites fonctionner le contrôleur en mode Remote RUN. 3.4 Validation de la configuration L objectif de cette section est de permettre de confirmer le bon fonctionnement de la configuration. 1) Validation des signaux discrets de sortie Ouvrez les «Controller Tags» en double cliquant dessus dans la fenêtre «Controller Organizer» (Figure 16). Dans l onglet «Monitor Tags», développez l adresse du module de sorties discrètes jusqu à ce que les valeurs des sorties discrètes soient visibles. Remarquez que les deux colonnes «Value» et «Force Mask» possèdent une flèche bleue. Cette flèche signifie qu un changement du champ prendra immédiatement effet dans le contrôleur. Activez chacune des sorties en mettant la valeur «1» dans la ligne de la colonne «Value» correspondante tel que montré à la Figure 17. Utilisez un multimètre pour mesurer la tension des sorties discrètes. Remarquez également que les DELs s allument sur le module de sorties discrètes de l automate lorsque la sortie est active. Page 11 de 17
Figure 16. Controller Tags 2) Validation des signaux discrets d entrée Figure 17. Activation des sorties discrètes Reliez et activez successivement une sortie discrète à chacune des entrées discrètes. Observez le changement d état de la colonne «Value» de l entrée discrète correspondante dans l onglet «Monitor Tags» des «Controller Tags» lorsqu elle est sous tension. Remarquez également que les DELs s allument sur le module des entrées discrètes lorsque l entrée est active. 3) Sorties analogiques Vous devez forcer une valeur de 50% à l étiquette «AN_OUT_0». À l aide du convertisseur 4-20 ma/0-5 V du simulateur analogique, confirmez que le signal de sortie est généré correctement. Refaites la validation en forçant des valeurs telles que 25%, 75% et 100% et faites de même avec les autres sorties analogiques. 4) Entrées analogiques Avec l ensemble Lab-Volt et le simulateur analogique, générez un signal 0-5V et convertissez le en 1-5V. Alimentez la première entrée analogique et observez le changement de la valeur pour les champs «AN_IN_X» dans la fenêtre «Monitor Tags». Faites de même pour les autres entrées analogiques. Page 12 de 17
4. RAPPORT DE LABORATOIRE Il n y a pas de rapport à remettre pour ce laboratoire. Toutefois, à la fin de la séance, vous devez : faire valider votre programme par l assistant de laboratoire; conserver vos fichiers de projet pour les laboratoires suivants. Page 13 de 17
ANNEXE A : PROCESS CONTROL INSTRUCTION : SCALE (SCL) Page 14 de 17
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