4.chap.4 Automatisme Et Informatique Industrielle [PDF]

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Cours Automatisme et Informatique Industrielle L3 – Électromécanique I – Généralités sur les systèmes automatisés et informatique industrielle 1. Structure générale d’un système automatisé Un système automatisé et un système de transformation dirigé par un automate qui assure la succession des opérations. Le technicien surveille le système et peut éventuellement dialoguer avec l’automate via un pupitre. Intérêts de l’automatisation -Concernant le personnel : elle vise à améliorer ses conditions de travail en supprimant les tâches les plus difficiles et augmente sa sécurité. -Concernant le Produit : améliore sa faisabilité, sa qualité, sa fiabilité dans le temps -Concernant l’entreprise : Améliore sa compétitivité en diminuant les coûts de production, sa productivité, la qualité du produit, la capacité de contrôle, de gestion, de planification.

2. Schéma d’organisation d’un système automatisé Un système automatisé est basé sur 3 parties importantes du système qui sont Partie Opérative (PO) Partie Commande (PC) et Partie Pupitre (PU). Ces parties expriment les interactions du système, Informations, Ordres, Comptes-rendus, Consignes.

Schéma détaillé d’organisation d’un système automatisé A-Partie Opérative PO

- Appelée parfois ‘’partie puissance’’, la partie opérative d’un automatisme assure la transformation de la matière d’œuvre. • La partie mécanique : chariots, glissières, engrenages, poulies, broches… • Les actionneurs convertissent l’énergie d’entrée disponible sous une certaine forme (électrique, pneumatique, hydraulique) en une énergie utilisable sous une autre forme, par exemple : - Énergie thermique destinée à chauffer un four (l’actionneur étant alors une résistance électrique). - Énergie mécanique destinée à provoquer une translation de chariot (l’actionneur pouvant être un vérin hydraulique ou pneumatique). - Énergie mécanique destinée à provoquer une rotation de broche (l’actionneur pouvant être alors un moteur électrique). • Les préactionneurs reçoivent les signaux de commande et réalisent la commutation de puissance avec les actionneurs. Les préactionneurs des moteurs électriques sont appelés contacteurs. Les préactionneurs des vérins et des moteurs hydrauliques et pneumatiques sont appelés distributeurs (à commande électrique ou pneumatique). • Les capteurs, qui communiquent à la partie commande des informations sur la position d’un mobile, une vitesse, la présence d’une pièce, une pression… - Les capteurs T.O.R. (tout ou rien), qui délivrent un signal de sortie logique, c’est à dire 0 ou 1. Exemple : détecteur de fin de course.

- Les capteurs numériques, ou « incrémentaux », qui associés à un compteur, délivrent des signaux de sortie numérique. Exemple : capteur ou codeur incrémental utilisé pour la mesure des déplacements des chariots de machine à commande numérique. - Les capteurs analogiques, ou proportionnels » qui permettent de prendre en compte la valeur réelle d’une grandeur physique. Exemple : Sonde de température. • Les appareils de ligne. Ceux-ci représentent l’ensemble des composants indispensables à la mise en œuvre et à la bonne marche de l’automatisme B-Partie commande P.C - Appelée également ‘’partie traitement des informations’’, elle regroupe tous les composants de traitement des informations nécessaire à la bonne marche de la partie opérative. - La partie commande communique avec l’opérateur par l’intermédiaire d’un pupitre. - Les informations entre la partie commande et la partie opérative passent souvent par l’intermédiaire d’interfaces. 3 technologies sont actuellement utilisées : - électromécanique, - pneumatique, - électronique. La 3ème se présente sous cette forme : • Logique programmée L’enchaînement des mouvements du système automatisé est programmé sous forme d’instructions (programme), traitées et gérées par l’unité centrale de la partie commande. - Les automates programmables industriels (A.P.I.). Ils possèdent presque tous un langage adapté au GRAFCET. Ils sont munis de bornes d’entrées et sorties. - Les micro et mini-ordinateurs. Leur utilisation demande des connaissances en informatique. Le GRAFCET doit être traduit dans un langage informatique. Ils ne possèdent pas en général de bornes d’entrées et sorties. - Les micro systèmes. Idem ci-dessus mais possèdent des bornes d’entrées et sorties.

C-Partie pupitre - Le pupitre permet à l’opérateur de dialoguer et de commander la partie opérative. Il comporte: _ Des capteurs de commande (marche, arrêt, arrêt d’urgence…). _ Des voyants de signalisation (mise sous tension, fonctionnement anormal, buzzer…). _ Des appareils de mesure de pression (manomètre), de tension (voltmètre), d’intensité (ampèremètre)…..

3. Interfaces - Elles assurent une compatibilité entre les signaux qui circulent entre la partie commande et la partie opérative. On en distingue deux types : _ Celles qui permettent un changement de niveau d’énergie : relais instantanés, contacteurs auxiliaires…

_ Celles qui permettent un changement de type d’énergie : interfaces électropneumatiques, contacts à pression…

4. Les A.P.I. (Automates Programmables Industriels) 1. Rôle d’un automate dans un SAP (Système Automatisé de production) Cet ensemble électronique gère et assure la commande d’un système automatisé. Il se compose de plusieurs parties et notamment d’une mémoire programmable dans laquelle l’opérateur écrit, dans un langage d’application propre à l’automate, des directives concernant le déroulement du processus à automatiser. Son rôle consiste donc à fournir des ordres à la partie opérative en vue d'exécuter un travail précis comme par exemple la sortie ou la rentrée d'une tige de vérin. Celle-ci en retour, lui donnera des informations relatives à l’exécution dudit travail. Automate programmable TSX 17/20 (télémécanique) 1. Alimentation 2. Entrées-sorties (E/S) 3. Alimentation capteurs 24 V 4. Visualisation des E/S 5. Extension du bus E.S

2. Structure interne d’un API Les API comportent 4 parties principales : _ une mémoire; _ un processeur + des cartes d'E/S; _ des interfaces (ERS) ; _ une alimentation (220 V ---> 24 V). Ces 4 parties sont reliées entre elles par des «bus» transportant des informations

3. chaîne d’action, chaîne d’acquisition La chaîne d’action regroupe l’ensemble des constituants du système mettant en œuvre en cascade (du module de sortie vers l’effecteur), l’action physique sur le produit. La chaîne d’acquisition regroupe l’ensemble des constituants du système mettant en œuvre en cascade (de l’effecteur vers le module d ‘entrée), l’information résultante de l’action engagée.

Chaîne d’action et d’acquisition

II- Classification des systèmes automatisés Les systèmes automatisés sont classés en fonction de la nature des informations de commande et de mesure. On distingue 2 types d'informations: analogiques et discrètes.

1-Définition : Information (signal) analogique Une information analogique peut prendre, de manière continue, toutes les valeurs possibles dans un intervalle donné. Un signal analogique peut être représenté par une courbe continue. Les grandeurs physiques (température, vitesse, position, tension, ...) sont des informations analogiques.

2-Définition : Information (signal) discrète Une information discrète est constituée d'un nombre fini de valeurs. On distingue : Une information logique du type « vrai/faux », « ouvert/fermé », « 0/1 ». Elle est associée à l'état d'une variable qui ne peut prendre que deux valeurs possibles. Ces informations peuvent aussi être appelées des informations binaires (bit) ou « Tout Ou Rien » (TOR). Une information numérique sous la forme d'un mot binaire, constitué de plusieurs bits (variables binaires 0/1). Cette information numérique est en général issue d'un traitement (échantillonnage et codage) d'une information analogique : On parle de conversion analogique numérique (CAN-A/D converter)

Signal Analogique à coder sur 4 bits : Te = période d’échantillonnage

On distingue les systèmes automatisés suivants : Système automatisé à logique combinatoire : un signal logique (ou une combinaison de signaux logiques) conduit toujours à un unique état de la sortie du système. Dans ces systèmes, l'information logique est traitée de manière instantanée. Système automatisé séquentiel (ou à événements discrets) : la sortie du système est élaborée à partir d'un ensemble de signaux logiques d'entrée mais prend également en compte la chronologie des événements logiques. Système automatisé asservi : les signaux traités sont analogiques ou numériques et leurs valeurs ne peuvent pas être prédéterminées. Une mesure du signal de sortie est en permanence réalisée (par un capteur) et la valeur est comparée à l'entrée, puis corrigée. La distinction système asservi numérique ou analogique tient compte du type de partie commande utilisée.

III-Système asservi : système à retour, système bouclé 1- Commande d’un système en boucle ouverte Un système non perturbé, bien conçu peut donner entière satisfaction, la sortie obtenue étant conforme à la sortie souhaitée, à partir d'une consigne donnée Exemple: Direction assistée de l’automobile: elle comprend, le volant, la transmission de mouvement (mécanique), l'assistance (hydraulique ou électrique), les roues. Il s'agit bien d'un système à amplification de puissance, la puissance de commande, est amplifiée par l'assistance hydraulique pour obtenir la puissance de sortie

2-Commande en boucle ouverte avec perturbation Ex : Direction assistée de voiture ; lors des rafales de vent ou d’efforts intempestifs sur les roues, l’angle de braquage souhaité ne sera pas obtenu.

3-Solution face aux perturbations (Bouclage) Afin d'automatiser le système, on introduit une boucle de retour. Le système est alors appelé système bouclé. *La boucle de retour, constituée de capteurs, permet d'évaluer la situation à l'instant t et fournit un état de la sortie à la partie commande. *Cet état de la sortie est analysé et comparé à celui de la sortie attendue (liée à la consigne). *La partie commande dispose alors des éléments pour élaborer un signal qui permet de commander la partie opérative afin de corriger l'écart observé. Ex : Régulation de température d’une salle: La température souhaitée est la consigne (fixée par un thermostat) est comparée à la valeur mesurée par la sonde de température (thermocouple). Le régulateur déclenche alors une action correctrice, dont le sens et l'intensité dépendent de la valeur et du signe de l'écart entre la valeur souhaitée et la température de la pièce.

Structure générale d’un système bouclé

IV-Représentation d’un système asservi : Diagramme fonctionnel 1. Décomposition d’un système complexe Les systèmes industriels sont généralement complexes il est indispensable de les décomposer en soussystèmes simples, qui seront plus facilement modélisables. Ensuite, par assemblage des différents éléments simples, il sera possible d'appréhender le comportement du système complet, en constituant le diagramme fonctionnel. -Éléments graphiques du diagramme fonctionnel . Bloc fonctionnel : il représente un composant ou une fonction mathématique, il met en relation une information d'entrée et une information de sortie. Le nom du bloc est généralement le nom du composant (ou de l'opérateur mathématique).

-Synthèse du diagramme fonctionnel À partir des éléments graphiques définis précédemment on peut établir le diagramme fonctionnel global d'un système bouclé. Pour un système donné, il s'agit d'une modélisation qui permettra l'étude du comportement de ce système, et la conception de la commande afin de remplir la fonction imposée par le cahier des charges. Chaîne d’action : constituée d'un préamplificateur, d'un amplificateur (AmplificateurOpérationnel), d'un ou plusieurs actionneurs, et du système dynamique. L'actionneur est la partie "musclée" du système asservi. -Grande sensibilité (du fait de l'amplification). - Manque de fiabilité (les perturbations entraînent des modifications de la sortie) Chaîne d’action : constituée d’un capteur, qui convertit une mesure en signal, grandeur de mesure Xr Comparateur: effectue la différence (ɛ)entre X et Xr, souvent on associe un correcteur au comparateur. Les perturbations, seront introduites à l'aide d'un sommateur.