Initiation Aux Automates Programmables Et Diagnostic Des Défauts [PDF]

Zitiervorschau

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

Hôtel EL FEL Hammamet 26-27-28 Mars 2014

Formateur

Ben Mustapha mounir

S.F.R.: 9 Rue Kamel Attaturk - 1001 Tunis Tél : 71.255 141 / 71.256 592 – Fax : 71.254 974

 Structure des systèmes automatisés de production …………………………………………………….…………………

2

 Etude des systèmes techniques………………………………………………… ….……………………………………………………

4

 Interface Opérateur/Machine……………………………………………………………....…………………………………………… 10  Chaînes d’action et d’acquisition………………………………………………………………………….….……………..………

14

 Différents types de systèmes …….…………………………………………………………….………………………………………

43

 Systèmes asservis……………………………..………………………………………………………………………………………………..

48

 Gestion des modes de fonctionnement…………………………………..………………………………………………………

52

 Applications aux automatismes industriels…………………………………………………………………………….……

57

 Automates Programmables Industriels…………………………………………………………………………………….……

76

 Câblage des entréessorties………………………………………………………………………………………………………….……

83

 Programmation des Automates Programmables Industriels ……………………………………………………

91

 Notice de programmation d’Automates Siemens S7…………………….…………………….………………………

104

 Traitement des dysfonctionnement…………………………………………………………………………………………………

117

 Test des connaissances 1 ……………………………………………………………………………………………………….…….……… 126  Test des connaissances 2 ……………………………………………………………………………………………………….…….……… 130

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Structure des systèmes automatisés de production 1. Définitions Dans un contexte donné, la fonction globale d’un système est de conférer une valeur ajoutée à un ensemble de matière d’oeuvre entrante.

Matière d’œuvre

Système

Matière d’œuvre + Valeur ajoutée

Contexte Fig 1 : Notion de système -

On appelle matière d’oeuvre tout élément pouvant être transformé par un système. Ce peut être de la matière première, un produit non fini, de l’énergie, de l’information, des êtres humain, …

-

La valeur ajoutée, pris dans son sens le plus large, peut être considérée comme l’objectif global pour lequel le système a été défini et réalisé.

-

Cette valeur ajoutée résulte d’une transformation, d’un modelage de l’ensemble des matières d’oeuvre entrantes dans le système.

-

On appelle contexte, l’environnement physique, social, économique, politique, … du système.

-

La valeur ajoutée produite par le système est étroitement liée (qualité, quantité, …) au contexte du système. Toute modification du contexte entraîne un changement de la valeur ajoutée.

-

L’environnement du système joue donc un rôle essentiel dans le bon fonctionnement du système, c’est-à-dire dans l’obtention de la valeur ajoutée désirée.

2. Évolution des Systèmes de Production 2.1. Avant la mécanisation L'opérateur fait partie du système. Le système utilise le savoir faire et la force physique de l'opérateur pour produire la valeur ajoutée. Force Énergie Machine

Saisir d’informations par les sens Émission de commandes

physique Savoir Faire

Fig 2 : Système de production avant la mécanisation 2.2. Après la mécanisation Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

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L'opérateur fait toujours partie du système mais la force physique de l'opérateur est remplacée par un apport d'énergie externe au système. Le système utilise le savoir faire de l'opérateur pour produire la valeur ajoutée.

Conversion en grandeurs appréhendables

Sens Savoir Faire

Informations

Machine Conversion en grandeurs appréhendables

Commandes

Ordres

Énergie Fig 3 : Système de production après la mécanisation 2.3. Après l'automatisation L'opérateur ne fait plus partie du système. La force physique de l'opérateur est remplacée par un apport d'énergie externe au système. Le savoir faire de l'opérateur est intégré dans l'unité de traitement. L'opérateur fait partie du contexte. Partie opérative

Partie commande

Machine

Capteurs

Informations Unité de traitement

Pré-actionneur

Ordres

PLC

Énergie Autres parties commandes Fig 4 : Système automatisé de production 3. Objectif de l'automatisation des systèmes de Production (SAP) L’automatisation consiste à remplacer partiellement, voire totalement, l’opérateur humain et son savoir faire par un ensemble autonome appelé partie commande. Les objectifs de l’automatisation sont multiples et répondent généralement aux besoins suivants : -

Accroître la productivité du système.

-

Rendre flexible des productions de masse.

-

Améliorer la qualité.

-

Augmenter la sécurité.

-

S’adapter à des contextes particuliers.

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Étude des systèmes techniques 1. Présentation générale des systèmes 1.1. Système technique - produit Une étude de marché faite auprès d’une population d’utilisateurs permet de recenser un certain nombre de besoins qui restent à satisfaire totalement ou partiellement. Un système technique est un ensemble technique conçu pour répondre à un besoin. Un produit est ce qui est fourni à l'utilisateur pour répondre à ce besoin. Il existe ainsi plusieurs façons de satisfaire un besoin : -

immédiatement par un produit existant ;

-

après reconception ou modification d’un produit existant ;

-

après conception complète d’un nouveau produit.

Le produit peut être de nature diverse : matière première, produit manufacturé, énergie, information, service, .. 1.2. Matière d'oeuvre, valeur ajoutée, fonction globale Le système technique assure une fonction globale en opérant sur une ou plusieurs matières d'oeuvre afin de créer une valeur ajoutée. La fonction est un verbe à l'infinitif, c'est une action exprimée en terme de finalité. La matière d'oeuvre (M.O.) est l'élément d'entrée sur lequel s'exercent les activités du système. La valeur ajoutée (V.A.) est la valeur supplémentaire apportée à la matière d'oeuvre par l'activité du système. L’utilisateur parle d’un produit en terme de service rendu, le technicien peut définir le produit par rapport à son action sur une matière d’oeuvre. Cette dernière peut être de trois types (figure 1) : 1.3. Quelques critères d'appréciation/qualité On regroupe généralement les caractéristiques de la qualité d’un produit en deux catégories selon qu’elles tiennent à l’état du produit ou à l’usage que l’on en fait (figure 2). -

La fiabilité caractérise l'aptitude d'un système à fonctionner sans incidents pendant un temps donné.

-

La maintenabilité traduit la probabilité de remettre un système en état de marche après un dysfonctionnement quelconque.

-

La durée de vie d'un produit ou durabilité, est la durée de fonctionnement potentielle.

-

Le coût global de possession d’un produit inclus le prix de vente, le coût d’utilisation, le coût d’entretien et le coût de destruction éventuelle.

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Fonctions globales

Matière d’œuvre MATERIELLE

Matière d’œuvre ÉNERGÉTIQUE

Matière d’œuvre INFORMATIONNELLE

Tâches élémentaires :

Tâches élémentaires :

Tâches élémentaires :

Transformer, assembler, déplacer transporter, stocker, …

Transformer, calculer, traiter, communiquer, stocker, mémoriser, …

Transformer, convertir, transporter, distribuer, stocker, …

Fig 1 : Matière d'oeuvre, valeur ajoutée, fonction globale 2. Classification Les systèmes techniques peuvent être de nature très diverse et différentes disciplines peuvent s'interpénétrer : l'automatique, l'informatique, la mécanique, l'électronique, l'électrotechnique, ... Plus le système est complexe, plus les disciplines concernées sont nombreuses. On peut distinguer principalement trois catégories de produits industriels : -

les produits d’usage courant (grande diffusion) dans lesquels on trouve l'électroménager, la domotique, la distribution, l'automobile, ... ;

-

les produits finis destinés à l’équipement d’entreprises pour produire des biens matériels ou des services : les systèmes automatisés de production, regroupant le conditionnement, la manutention, l'assemblage, la mise en forme, le contrôle,

-

les produits intermédiaires destinés à être intégrés dans un ensemble (roulement, joints, mais aussi boîtes de vitesse, régulateurs, disques durs …)

3. Architecture d’un système La fonction globale de tout système automatisé étudié est d’apporter une valeur ajoutée à un flux de matière, de données (informations) et (ou) d’énergie. Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport et (ou) de traitement est mis en oeuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s). On peut distinguer au sein des systèmes automatisés deux chaînes, l’une agissant sur les flux de données, appelée chaîne d’information, l’autre agissant sur les flux de matières et d’énergies, appelée chaîne d’énergie. 3.1. Fonctions génériques Aux chaînes d’information et d’énergie, on peut en général associer les fonctions suivantes :

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Informations destinées à d’autres systèmes et interfaces H/M Chaîne d’information Informations issues d’autres systèmes et interfaces H/M

ACQUÉRIR

Matière d’œuvre

COMMUNIQUER

TRAITER

Ordres

Énergie d’entrée

ALIMENTER

DISTRIBUER

CONVERTIR

TRANSMETTRE

ACTION

Pertes énergétiques

Chaîne d’énergie

Matière d’œuvre + Valeur ajoutée

Fig 2 : Fonctions génériques 3.2. La chaîne d’énergie La chaîne d’énergie, associée à sa commande, assure la réalisation d’une fonction dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges des charges fonctionnel. Repérable sur la plupart des produits et systèmes de notre environnement et des milieux industriels, elle est constituée des fonctions génériques : Alimenter, Distribuer, Convertir, Transmettre qui contribuent à la réalisation d’une action. Énergie électrique, pneumatique, hydraulique

Énergie distribuée

Énergie mécanique, pneumatique, hydraulique

Ordres

ALIMENTER

DISTRIBUER

CONVERTIR

Énergie d’entrée

TRANSMETTRE

Énergies disponibles pour l’action demandée par le cahier des charges Fig 3 : La chaîne d’énergie

Les actionneurs permettent l'exécution de tâches opératives. En général, l'énergie issue de la chaîne d’information n'est pas suffisante pour être utilisable directement par les actionneurs. Le rôle du pré actionneur est alors de distribuer ou non une énergie importante en attente, sous l'action d'une énergie de commande plus faible.

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Relais électrique

Distributeur pneumatique

La fonction des actionneurs, est de convertir une énergie de puissance provenant du pré actionneur en une énergie adaptée à l'exécution de la tâche à effectuer.

Vérin

Moteur électrique

3.3. La chaîne d’information La chaîne d’information permet : -

d’acquérir des informations : 

sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments (en particulier de la chaîne d’énergie),



issues d’interfaces homme/machine ou élaborées par d’autres chaînes d’information,



sur un processus géré par d’autres systèmes (consultation de bases de données, partage de ressources),

-

de traiter ces informations :

-

de communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser l’assignation des ordres destinés à la chaîne d’énergie ou (et) pour élaborer des messages destinés aux interfaces homme/machine (ou à d’autres chaînes d’information).

Grandeurs physiques, consignes

Acquérir

Images informationnelles utilisables

Informations traitées

Traiter

Ordres, messages

Communiquer

Fig 4 : La chaîne d’information Le capteur a pour fonction d'acquérir l'information sous forme logique, numérique ou analogique.

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Capteur de force

Potentiomètre rotatif

Thermistance

L’unité de traitement est le plus souvent dans l'industrie une carte électronique, un automate programmable industriel (API) ou un P.C. industriel. C'est un ensemble électronique qui gère et assure la commande du système automatisé.

Automate programmable 4. Structure des systèmes automatisés La structure du système définit les différents constituants qui le composent. C'est un agencement de modules élémentaires, réalisant chacun une fonction bien particulière, permettant d'aboutir à la fonction globale du système.

Ordres Consignes Partie

Partie

commande

opérative

Informations

Action

Finalité du système

Comptes-rendus

Homme

Fig 5 : Structure des systèmes automatisés

Milieu extérieur : - Énergie - Information - déchets

Un Système Automatisé est composé de trois parties : -

la Partie Commande (PC)

-

la Partie Opérative (PO)

-

le Pupitre (ou Partie Relation) Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

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La PC assure le fonctionnement de la PO, elle gère le déroulement des opérations à réaliser en fonction d'informations issues de la PO et du pupitre. La PO est en général mécanisée, c'est elle qui agit sur la matière d'oeuvre. Le Pupitre permet de dialoguer avec le système, c'est à dire lui donner des consignes et recevoir des comptes rendus sur son état. 5. Chaîne fonctionnelle (ou axe) d’un système automatisé Une chaîne fonctionnelle est un sous-ensemble d’un système automatisé. Elle permet de réaliser une des fonctions élémentaires (transférer, réguler, positionner, maintenir, transformer) participant à la réalisation de la fonction globale du système.

Matière d’œuvre

Partie Commande Énergie Agir

Gérer

Consignes Informations

Opérative Traiter

Adapter

Communiquer

Partie

Acquérir

Autre organes Matière d’œuvre + Valeur ajoutée Fig 6 : Chaîne fonctionnelle (ou axe) d’un système automatisé

Une chaîne fonctionnelle comporte en général : -

la chaîne d’action, du traitement à son effet ;

-

la chaîne d’acquisition

-

la partie traitement de la chaîne fonctionnelle, qui traite les informations des chaînes d’acquisition pour élaborer les ordres à destination de la chaîne d’action.

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Interface opérateur/machine 1. Définition Le pupitre est un des constituants de la fonction dialoguer. Un système automatisé a pour vocation de fonctionner sans intervention humaine. Cependant à différents moments de son fonctionnement, il doit pouvoir échanger des informations avec son utilisateur. Ces informations sont bidirectionnelles: -

Visualisation d'informations vers l'utilisateur

-

Consignes vers le système.

Visualisations Partie

Pupitre

commande Consignes

2. Les organes de visualisation



Les éléments basiques

L'utilisation Les voyants

de

voyants

doit

respecter la norme des couleurs:

Utilisées sur les machines pour visualisation. Les colonnes Un code couleur est défini pour (Verrines)

signaler les modes de marche et les défauts.

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

Les afficheurs

Compteurs

Afficheur texte

Incrémentation unité par unité avec remise à zéro par bouton.

Afficheurs texte 1 ou plusieurs lignes.

Afficheurs

Afficheur graphiques

graphiques

monochromes ou couleur

3. Les organes d'émission de consignes



Les éléments basiques

La couleur doit respecter la norme. Les boutons poussoirs

Les boutons poussoirs permettent de transmettre une information binaire.

Les informations sont binaires. Les sélecteurs

Ils peuvent compter 2,3,4,5... positions.

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Identique aux sélecteurs. Les sélecteurs à clef

Condamnable à l'aide d'une clef pouvant être retirée dans plusieurs positions. Le code couleur est à respecter en fonction de la norme.

Les boutons coup

Les informations sont binaires

de poing Lors de leur usage pour Arrêt d'urgence, ils doivent êtres à accrochage, ils peuvent alors êtres déverrouillés à l'aide d'une clef. Un manipulateur peut dans certain cas Les manipulateurs

remplacer plusieurs boutons en facilitant la manipulation.



Les claviers

D'une utilisation limitée elles permettent de Les roues codeuses

communiquer des valeurs numériques limitées (valeur de temporisation, de comptage...).

Les claviers



Ils peuvent êtres numériques (12 touches) ou alphanumériques (une centaine de touches)

Les combinés

Les boutons lumineux

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Un bouton poussoir et un voyant réunis. Respecter la norme des couleurs.

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Un sélecteur et un voyant réunis.

Les sélecteurs lumineux

Respecter la norme des couleurs.

Les teminaux

De plus en plus courant sur les machines

d'exploitation

basiques. Un afficheur texte est complété par

texte

un clavier alphanumérique.

Présent su les machines complexes (Commandes numériques, supervision de

Les terminaux

process...)

d'exploitation graphiques

Un écran graphique complété d'un clavier alphanumérique.

4. La norme des couleurs Code de couleur pour organe de commande à bouton poussoir : Couleur

Signification

rouge

URGENCE

jaune

ANOMALIE

vert

SECURITE

bleu

OBLIGATION

blanc, gris, noir

SANS SIGNIFICATION SPECIFIQUE

Utilisation Actionnement dans une situation dangereuse ou d'urgence

Exemple arrêt d'urgence intervention permettant d'éliminer un état anormal ou permettant de redémarrer un cycle automatique interrompu

Actionnement en cas d'anomalie Actionnement dans des conditions sûre ou préparation d'un état normal Actionnement dans un état nécessitant une action obligatoire

Marche ou mise sous tension fonction de réarmement

Code de couleur des voyant lumineux de signalisation : Couleur rouge

Signification URGENCE

Situation dangereuse

Utilisation

jaune

ANOMALIE

Etat anormal supposant un état critique imminent

vert

NORMALITE

Etat normal

bleu

OBLIGATION

Signalisation d'un état nécessitant une action de l'opérateur

blanc

NEUTRE

Surveillance

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Chaînes d’action et d’acquisition 1. Les actionneurs linéaires



Les vérins Tige

Piston

Chambre arrière

Chambre avant

Cylindre Les vérins font partie de la famille des actionneurs (éléments qui produisent une action). Ceux-ci transforment une énergie fluidique en une énergie mécanique créant ainsi un mouvement le plus souvent de translation. Les principaux fluides utilisés sont l’air comprimé pour les vérins pneumatiques et l’huile pour les vérins hydrauliques. Les vérins sont constitués d’un cylindre, fermé aux deux extrémités, à l’intérieur duquel coulisse un ensemble tige piston. On distingue donc deux chambres: -

la chambre arrière est la partie du cylindre ne contenant pas la tige du vérin;

-

la chambre avant est la partie du cylindre contenant la tige du vérin.

Nous distinguerons 2 familles de vérins:



-

les vérins simple effet;

-

les vérins double effet.

Repérage des mouvements :

Pour un vérin repéré C1 (Cylindre N°1)



-

SC1: Sortie de la tige.

-

RC1: Rentrée de la tige.

Vérin simple effet (V.S.E.)

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-

Le vérin simple effet ne peut être alimenté que dans une seule chambre, c’est généralement la chambre arrière.

-

Lorsque l'on cesse d'alimenter en pression cette chambre, le retour s’effectue sous l’action d’un ressort situé dans la chambre opposée.

-

Celui-ci ne possède donc qu’une seule position stable.

-

La chambre contenant le ressort est ouverte à l’air libre afin de ne pas contrarier le déplacement du piston. Pression

Échappement

Position tige rentrée





Position tige sortie

Caractéristiques principales -

Diamètre du piston

-

Course maximale de la tige.

Alimentation

L'alimentation d'un vérin simple effet est obtenue à l'aide d'un distributeur 3/2



Vérin double effet (V.D.E.)

Le vérin double effet a deux alimentations possibles: soit par la chambre arrière, soit par la chambre avant. Échappement

Pression

Pression

Position tige rentrée

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Échappement

Position tige sortie

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-

Lors de l’alimentation en pression de la chambre arrière le piston se déplace vers l’avant, celui-ci pousse l’air de la chambre avant.

-

Lors de l’alimentation en pression de la chambre avant le piston se déplace vers l’arrière, celui-ci pousse l’air de la chambre arrière.

-

L’air de la chambre à l’échappement doit pouvoir être évacué afin de ne pas s’opposer au déplacement du piston.

-

Dans un vérin double effet les chambres se trouvent donc alternativement mises à la pression et à l’échappement.



Alimentation

L'alimentation d'un vérin double effet est obtenue à l'aide d'un distributeur 4/2, 5/2 ou 5/3



Détermination 

Effort théorique disponible sur la tige, à sa sortie : F = PxS

Avec : F : effort (daN) P : pression (bar) S : aire de la surface du piston (Cm²) Rappel: 1 bar = 1 daN/cm² 

Effort pratique utilisable :

Avec cette formule de calcul, les frottements dus aux joints du piston et aux joints de tige, sont négligés. Afin d’évaluer l’effort réel obtenu nous utilisons un coefficient appelé taux de charge t . 1er Cas : L’effort est obtenu lors d’un déplacement (effort dynamique).

Le taux de charge utilisé est de 0,6 2ème Cas : L’effort est obtenu sans déplacement (effort statique).

Le taux de charge utilisé est de 0,8 Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

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



Application 1 :

-

Vérin de déplacement:

-

Course 200 mm

-

Pression 6 bar

-

Diamètre du piston 32 mm (D)

-

Diamètre de la tige 10 mm (d)

Effort fourni lors de la sortie de tige

F  PS  P 

 D 2   3 ,2 2 6 0 ,6  29 daN 4 4

Effort fourni lors de la rentrée de tige

S: Aire de la surface sur laquelle s'exerce la pression du fluide. S = S1 – S2

F  PS  P 

 D 2 4



d2   3 ,2 2   1 2 P  0 ,6  26 daN 4 4 4

Application 2 :

-

Vérin de serrage:

-

Course 100 mm

-

Pression 6 bar

-

Diamètre du piston 50 mm (D)

-

Diamètre de la tige 20 mm (d)

Effort fourni lors du serrage

 D F  PS  P 4

2

6

 52 0 ,8  188,5 daN 4

2. Autres actionneurs pneumatiques



Autres types de vérins

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

Vérins sans tige

Vérins sans tige

Vérins rotatifs

Vérins double tige

Autre actionneur pneumatique 

Préhension par le vide

Très utilisée dans la manipulation d’objets. La préhension par le vide, basée sur le principe de l’effet venturi est la plus couramment utilisée. Elle se compose d’un éjecteur pneumatique associé à une ou plusieurs ventouses.



Générateur de vide ou « Venturi »

Basé sur le principe de l’effet venturi ces appareils permettent d’obtenir à partir d’une source d’air comprimé à 5 bar, un vide correspondant à environ 87% de la pression atmosphérique.

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

Ventouses

Éléments de préhension souples destinés à être utilisés avec un générateur de vide. De matière, de forme et de diamètre différents elles permettent de répondre pratiquement à tous les cas d’application de manutention.

3. Les actionneurs rotatifs





Les moteurs électriques

Moteur asynchrone triphasé

Moteur courant continu

Moteur pas à pas

Moteur synchrone

Le moteur asynchrone

Le moteur asynchrone est une machine transformant l'énergie électrique apportée par le courant alternatif monophasé ou triphasé, en énergie mécanique. Il est caractérisé par des grandeurs d'entrée qui sont: -

électriques (U, I, cos ) le nombre de phases et des grandeurs de sortie:

-

mécaniques (P, n, T)

Nous allons prendre le cas d'un moteur triphasé (le plus utilisé sur les machines industrielles) Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

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

Constitution

Un moteur triphasé est constitué de : Le stator (partie fixe): 3 enroulements (1 par phase) alimentés par des tensions triphasées produisant ainsi un champ magnétique tournant à la fréquence n.Les enroulements du stator sont couplés soit en étoile soit en triangle. Sur certains moteurs les deux couplages sont réalisables et offrent la possibilité au moteur de fonctionner avec 2 systèmes différents de tensions triphasées. Le rotor (partie tournante): Il est placé dans le champ tournant du stator. L'enroulement rotorique n'est relié à aucune source extérieure, il est fermé sur lui même, donc en court circuit. Les seuls courants le traversant sont les courants de FOUCAULT induits par la rotation du champ statorique.

4. Les distributeurs



Fonction Ordre de la partie commande Énergie pneumatique conditionnée



Commuter la pression

Air comprimé vers les actionneurs

Fonctionnement

Le fonctionnement des vérins impose la possibilité, dans une même chambre et alternativement d’admettre de l’air sous pression et de réaliser une mise à l’air libre. Les distributeurs font partie de la famille des pré-actionneurs. Ceux-ci sont les constituants de la chaîne d’action qui permettent, à partir d’un ordre de la partie commande, de distribuer l’énergie de puissance aux actionneurs. Dans notre cas, les distributeurs distribueront de l’énergie pneumatique (air comprimé) aux vérins associés.



Remarques: -

pour chaque vérin pneumatique, on associera un distributeur pneumatique;

-

les autres énergies de puissance que l’on peut rencontrer sont hydrauliques ou électriques.

-

Les distributeurs sont constitués d’un corps contenant plusieurs orifices et d’un tiroir pouvant prendre plusieurs positions dont une seule est active.

-

Le symbole d’un distributeur se présente sous la forme suivante :

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

Cas d'un vérin simple effet

En présence d’un Vérin simple effet (VSE) au minimum 3 orifices suffisent, un pour la chambre du vérin, un pour la pression et un pour l’échappement.

Distributeur 3 orifices/2 positions (3/2)



Cas d'un vérin double effet:

En présence d'un Vérin double effet (VDE) nous avons 2 chambres à alimenter alternativement ce qui impose au minimum 2 positions. Il faut donc disposer d'un distributeur permettant de faire communiquer une chambre avec la pression et l'autre avec l'échappement ; ce qui nécessite au minimum 4 orifices, un pour chaque chambre, un pour la pression et un pour l'échappement.



Utilisation d'un distributeur 4 orifices / 2 positions (4/2)

Ces distributeurs ont été très utilisés, leur fabrication est délicate et donc leur prix assez élevé, on peut les associer afin de regrouper les orifices d'alimentation et d'échappement.



Utilisation d'un distributeur 5 orifices / 2 positions (5/2)

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Le distributeur 5/2 est le plus utilisé actuellement, car son prix est moins important que le 4/2, il est possible d’associer plusieurs distributeurs afin de regrouper les orifices, leur encombrement est plus réduit que le 4/2 pour un diamètre de passage identique.



Utilisation de distributeurs 5 orifices / 3 positions (5/3)

Le distributeur 5/3 est représenté par un symbole proche du 5/2 avec une position centrale supplémentaire.

Symbole 5/3 centre ouvert Pour des applications particulières on peut utiliser un distributeur 5/3 à centre ouvert pour alimenter un VDE. Ce distributeur possède une position centrale repos qui permet de relier les deux chambres du vérin à l’échappement.

Symbole 5/3 centre fermé Pour des applications particulières on peut utiliser un distributeur 5/3 à centre fermé pour alimenter un VDE. Ce distributeur possède une position centrale repos qui permet de fermer les deux chambres du vérin ce qui a pour effet de bloquer le vérin dans sa position.

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

Construction du symbole de distributeur -

On représente le corps du distributeur avec ses orifices à l'aide d'un rectangle et de tirets.

Distributeur à 3 orifices

Distributeur à 4 orifices

Distributeur à 5 orifices

Les orifices d'un distributeur sont repérés par des chiffres: 1 pour la pression 3 pour le premier échappement et 5 pour le second 2 et 4 pour les orifices d'utilisation -

On représente le nombre de positions avec des rectangles (1 par position)

Distributeur à 2 positions

Distributeur à 3 positions

Des flèches viennent compléter ces cases afin de représenter les voies de communication entre les orifices d'alimentation (pression et échappement) vers les orifices d'utilisation (vers vérin).

-

2

3

1

On représente l'alimentation en air comprimé et les échappements de la manière suivante:

Alimentation air comprimé



4

Échappement

4

2

3

1

Ces deux éléments sont à dessiner du coté de la position active au repos

Commande des distributeurs

Nous distinguerons deux types de commande des distributeurs : -

les distributeurs monostables;

-

les distributeurs bistables.

Le distributeur monostable ne peut prendre qu’une seule position au repos: cette position est obtenue grâce à un ressort de rappel. Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

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Le distributeur bistable a deux positions possibles de repos. Celle-ci dépend du dernier ordre donné. Parmi ces deux types, l’énergie de commandes des distributeurs permettant le déplacement du tiroir peut être électrique, pneumatique, mécanique, ...combinée. Les éléments de commande des distributeurs, appelés pilotes sont représentés par:

Symbole

Énergie de commande



Électrique par électro-aimant

Pneumatique

Mécanique (ressort) monostable

Repérage des pilotes

Les pilotes sont repérés par deux chiffres identifiant la communication entre l’orifice d’alimentation 1 et l’orifice d’utilisation. Le pilote permettant d’alimenter l’orifice 2 est repéré 12 et le pilote permettant d’alimenter l’orifice 4 est lui repéré 14. Dans le cas d’un distributeur 3/2 bistable une des deux positions interdit la communication de l’alimentation, dans ce cas le pilote correspondant est repéré 10.

Pour dessiner un symbole de distributeur il faut donc connaître: le nombre d'orifices et de positions ainsi que les énergie de commande et de puissance.

5. Les chaînes d’action pneumatiques



Les auxiliaires de distribution 

Fonction : Régler la vitesse d'un vérin

Pression

Échappemen t

Sortie de tige

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

Principe

Lors de l’alimentation en pression de la chambre arrière le piston se déplace vers l’avant, celui-ci pousse l’air de la chambre avant. La vitesse de sortie de la tige du vérin est déterminée par la vitesse de purge de l’air contenu dans la chambre avant. Cette vitesse est déterminée par la restriction réglable disposée sur la canalisation d’échappement. Afin que le vérin ne broute pas, que la vitesse de déplacement soit régulière, le réglage de débit doit se faire le plus près possible du vérin : on évite ainsi l’influence de l’élasticité de l’air contenu dans les tuyauteries. Régleur de vitesse unidirectionnel :

Le fonctionnement d’un vérin double effet impose l’alimentation alternée de la chambre avant et de la chambre arrière. Le réglage de la vitesse par restriction de passage doit se faire sur la canalisation de l’échappement. L’alimentation ne doit pas subir cette restriction afin de ne pas influencer sur les performances, en terme d’effort, du vérin. Un clapet est donc installé en parallèle avec une restriction réglable, afin d’obtenir un plein passage de la pression, dans le sens distributeur vers vérin.

Le régleur de vitesse est à placer, entre le vérin et son distributeur ; généralement il se rencontre sous la forme d’un raccord de piquage. Il existe deux types de régleur de débit unidirectionnels : Le type A (à implanter sur vérin) le type B (à implanter sur distributeur) Régleur de type A (Réglage par vis) Fonctionnement : La restriction du passage de l’air d’échappement se règle grâce à une vis pointeau verticale. L’anti-retour est assuré par une jupe en élastomère. il obstrue les orifices de plein passage dans le sens d’échappement.

Régleur de type A (Réglage par molette) Le réglage du débit d’air est assuré par une bague de réglage à rampe annulaire. L’anti-retour est assuré par une bille Les avantages de ce type de régleur sont de deux sortes : -

réglage manuel facile, sans outil et avec visualisation de la plage de réglage.

-

encombrement réduit en hauteur.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

25

Régleur de type B (implantation sur distributeur)

Les meilleurs réglages de la vitesse sont obtenus en implantant le régleur sur le vérin. Cependant le régleur de type B peut être utilisé dans les cas suivants : -

Implantation sur le distributeur lorsque l’implantation sur le vérin ne permet pas l’accès facile au réglage de la vitesse ;

-

réglage de la vitesse d’un vérin simple effet, en agissant non plus sur l’air d’échappement, mais sur le débit d’air d’admission grâce à cet appareil monté sur l’orifice du vérin.



Fonction : Bloquer 

Principe

Il arrive qu’un vérin pneumatique doive être arrêté pendant sa course, soit pour un positionnement fonctionnel, soit pour un arrêt d’urgence. En stoppant les débits d’air des chambres avant et arrière d’un vérin, il est possible d’immobiliser ainsi la tige du vérin et sa charge. Le blocage doit s’effectuer au plus près du vérin afin de réduire au maximum les inconvénients dus à l’élasticité de l’air.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

26



Fonctionnement

A l’état repos, le clapet de blocage appliqué par un ressort sur son siège obture la circulation d’air entre distributeur et vérin, dans les deux sens. Lorsque le signal d’autorisation de mouvement agit sur la membrane de pilotage, le clapet est soulevé de son siège et autorise la circulation d’air, et donc des mouvements du vérin. Dès que le signal d’autorisation de mouvement disparaît, le clapet est ramené sur son siège par le ressort, et il y a blocage par dépilotage. Le blocage positif est donc obtenu même en cas de coupure d’alimentation en pression.



Fonction : Sectionner 

Principe

Pour un arrêt d’urgence ou pour un réglage de la machine, il est souvent nécessaire de couper les pressions agissant sur les vérins et de relier les deux chambres des vérins à l’atmosphère. Les sectionneurs existent sous deux formes :

Les sectionneurs sur embase associables Lors de la demande d’un arrêt de sécurité ou de mise hors énergie de la machine ce sectionneur 3/2 monostable permet la purge des vérins. Un sectionneur monté en tête du bloc purge l’ensemble des distributeurs situés en aval

. Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

27

Les sectionneurs purgeurs montés sur vérin :

Sectionneur 3/2

Signal d’autorisation de fonctionnement

Le sectionneur général d’une installation peut ne pas suffire pour arrêter certains mouvements, la purge se trouvant ralentie par la restriction réglable du régleur de vitesse. Placé entre l’orifice du vérin et le régleur de vitesse, un sectionneur purgeur vide localement et rapidement la chambre du vérin . Il doit être commandé par le même signal que le sectionneur général. Ce sectionneur peut aussi être utilisé lorsque le traitement d’un arrêt de sécurité est différent sur des vérins d’un même système. (Voir chapitre Sécurité)



Fonction : Démarrer 

Principe

Pour éviter les chocs à la remise sous pression, il peut s’avérer nécessaire d’associer en amont du sectionneur un démarreur progressif. Le démarreur remet progressivement en pression l’installation, assurant ainsi un redémarrage en douceur, puis le retour au fonctionnement normal. Une restriction permet de laisser passer progressivement la pression dans le circuit aval, lorsque cette pression avoisine la pression d’alimentation le démarreur commute afin d’assurer un plein passage.

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28

Démarreur progressif 2/2

Sectionneur 3/2

Signal d’autorisation de fonctionnement

6. Les chaînes d’acquisition des données : Les capteurs



Fonction

Phénomène physique

Acquérir les

Image informationnelle

informations

du phénomène physique

La fonction acquérir les informations est réalisée par les Capteurs

PARTIE COMMANDE PARTIE COMMANDE

Pré-actionneurs Actionneurs Capteurs

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

29



Mesurer une grandeur physique

Pour exploiter correctement un système automatisé il est nécessaire de mesurer les variations de certaines grandeurs physiques, Exemple



-

la vitesse du vent pour un store automatisé

-

la pression d’air dans le réseau d’alimentation d’un automatisme pneumatique

-

la température de l’eau dans un lave-linge.

de contrôler l’état physique de certains de ses constituants,

Exemple:



-

la position levée d’une barrière de parking,

-

la présence d’une pièce sur un convoyeur,

-

la présence de pression dans un circuit,

-

la position d’un chariot.

Signal exploitable Signal Analogique Grandeur physique t Signal Logique Se

t

t Signal Numérique

0

1

0 0

1

0

Série d’impulsion Image informationnelle

Phénomène physique

Les capteurs traduisent la variation de la grandeur physique ou le changement de l’état physique en un signal compatible avec l’unité de traitement de la partie commande. Ce signal exploitable devient donc l’image informationnelle du phénomène physique. Variation d’une Phénomène

grandeur physique

physique

Changement d’un

TRADUIRE

Signal

Image

exploitable

informationnelle

état physique

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

30



Étude fonctionnelle d’un capteur

Pour obtenir une image informationnelle de la variation d’une grandeur ou le changement d’un état physique il est nécessaire : -

d’en saisir la variation ou le changement,

-

et de les convertir en un signal exploitable.

Exemple: Etude fonctionnelle d’un anémomètre. Dans la commande automatique d’un store, l’anémomètre assure le repli immédiat de ce dernier pour une vitesse de vent prédéterminée (Système SOMFY). Cet anémomètre doit : -

saisir la vitesse du vent

-

et la convertir en un signal électrique, image informationnelle de cette vitesse. Énergie électrique

Grandeur d’entrée

Saisir et Convertir

Vitesse du vent

Image informationnelle Signal électrique

Automate L’analyse de l’organisation fonctionnelle de cet anémomètre se traduit par deux éléments : -

une turbine à godets dont la vitesse de rotation est fonction du vent,

-

le contact électrique d’un relais à lame souple.

Trois aimants permanents solidaires de la turbine provoquent, par tour, trois fermetures successives du contact électrique. Le signal électrique est un train d’impulsions dont la fréquence est l’image informationnelle de la vitesse du vent. Énergie électrique

Vitesse du vent

Signal électrique Saisir

Convertir

Turbine à

Contacteur

godets

électrique

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

31



Nature des Capteurs

Suivant la nature du signal exploitable les capteurs se classent en trois catégories: -

Capteurs analogiques, le signal délivré est la traduction exacte de la loi de variation de la grandeur physique mesurée,

-

Capteurs logiques, le signal ne présente que deux niveaux, ou deux états, qui s’affichent par rapport au franchissement de deux valeurs; ces capteurs du type tout ou rien sont également désignés par détecteurs,

-

Capteurs numériques, le signal est codé au sein même du capteur par une électronique associée; ces capteurs sont également désignés par codeurs et compteurs.



Détecteurs de position « Tout ou Rien »

Les capteurs logiques de positions, désignés par détecteurs de position « tout ou rien » se rencontrent sur de nombreuses machines:



-

robots,

-

machines-outils,

-

machines d’assemblage,..

Capteurs mécaniques à contact.

Dans cette catégorie sont classés tous les systèmes qui permettent, à partir d’une action mécanique directe, de fermer ou d’ouvrir un ou plusieurs contacts électriques ou de permettre ou non le passage d’un fluide (pneumatique, hydraulique).



Caractéristiques mécaniques

Elles définissent : -

l’amplitude de la course du mécanisme transmetteur,

-

les forces nécessaires pour déplacer l’organe de commande,

-

l’endurance mécanique ou durée de vie exprimée par le nombre probable de manœuvres. Capteur mécanique de technologie pneumatique



Capteur mécanique de technologie électrique

Détecteur électrique.

Les caractéristiques électriques définissent: -

la nature du circuit, alternatif, continu,

-

les valeurs maximales de la tension et de l’intensité de courant qui peuvent être coupées,

-

la configuration des contacts, travail, repos, inverseur.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

32



Détecteur pneumatique

Les capteurs pneumatiques sont destinés à délivrer un signal pneumatique sous l’effet d’une action mécanique.



Capteur pneumatique miniature à un étage

Le signal de sortie apparaît lorsqu’il y a action mécanique sur le poussoir ou sur le galet. Par construction, la fermeture de l’échappement et l’ouverture de l’arrivée de pression se font simultanément en un point précis de la course. Pour une pression de 6 bars l’effort sur le galet est de 0,5 à 2 daN. Le diamètre de passage du fluide est de 1,5 à 2,5 mm.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

33



Capteur pneumatique à deux étages

Actionné par l’action mécanique transmise par la tête, l’étage pilote commute l’étage relais associé.



Détecteurs de proximité

Les détecteurs opèrent à distance, sans contact avec l’objet dont ils contrôlent la position (depuis 1 mm à quelques mètres). Un détecteur de proximité interrompt ou établit un circuit électrique en fonction de la présence ou de la nonprésence d’un objet dans sa zone sensible. Dans tous ces détecteurs la présence de l’objet à détecter dans la zone sensible modifie une grandeur physique: -

un champ électromagnétique à haute fréquence dans les détecteurs inductifs;

-

la capacité d’un circuit oscillant dans les détecteurs capacitifs,

-

le niveau d’éclairement d’un récepteur photosensible dans les détecteurs photoélectriques.

Le choix d’un détecteur de proximité dépend:



-

de la nature du matériau constituant l’objet à détecter,

-

de la distance de l’objet à détecter,

-

des dimensions de l’emplacement disponible pour implanter le détecteur.

Détecteur de proximité électrique

Ces capteurs servent à la détection sans contact de la position du piston des vérins spéciaux. Le capteur à signal électrique est constitué d’un relais à lame souple noyé dans un bloc de résine. Le relais se ferme à l’approche d’un champ magnétique (aimant permanent sur le piston du vérin) et transmet un signal électrique. Contacts ouverts Aimants

Cylindre

Contacts fermés

piston

Sous l’action du champ magnétique, les contacts se ferment

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

34



Détecteur de proximité inductif

Un oscillateur comportant une bobine logée dans un circuit magnétique engendre un champ magnétique alternatif. Ce champ sort du corps de l’appareil par sa face sensible. La présence d’un objet métallique dans ce champ crée des courants induits et provoquent l’arrêt des oscillations. Un circuit de communication met en forme cette information. Selon les modèles, les distances de détection vont de quelques millimètres à quelques centimètres. Robustes et fiables ces détections ont l’inconvénient d’être sensibles à la présence de poussières métalliques qui peuvent perturber leur fonctionnement en provoquant des détections parasites

Objet métallique

Objet métallique

Leur usage est uniquement réservé à la détection d’éléments métalliques. Les détecteurs inductifs peuvent se présenter sous différentes formes : -

Cylindriques,

-

En boîtiers.

Les détecteurs inductifs existent suivant différents modèles, en fonction de leur mode de raccordement. -

2 fils (courant continu, alternatif)

-

3 fils (type PNP ou NPN, en fonction de l’électronique interne).

BN

BN BN

BK

BK BU

BU

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

BU

35



Détecteur de proximité capacitif

Dans le cas du détecteur capacitif l’objet à détecter fait varier par sa position la capacité d’un condensateur formé par la face sensible du détecteur et l’objet lui-même s’il est métallique ou la masse électrique environnante s’il est isolant. Ses caractéristiques lui permettent de détecter tout objet même si celui-ci n’est pas métallique.

-

Dans l'air (r=1 ) la capacité de ce condensateur est C0.

-

r est la constante diélectrique, elle dépend de la nature du matériau.

-

Tout matériau dont r2 sera détecté. Champ électrique Électrode

-

Lorsqu'un objet de nature quelconque r2 se trouve en regard de la face sensible du détecteur, ceci se traduit par une variation du couplage capacitif (C1).

-

Cette variation de capacité (C1>C0) provoque le démarrage de l'oscillateur.

-

Après mise en forme, un signal de sortie est délivré. Objet

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

36

Avec un réglage précis, il est possible de détecter un objet à travers une paroi mince et non métallique (liquide ou pulvérulent, à l’intérieur d’un récipient).

Les détecteurs capacitifs peuvent se présenter sous différentes formes : -

Cylindriques,

-

En boîtiers.

Les détecteurs capacitifs existent suivant différents modèles, en fonction de leur mode de raccordement. (voir détecteurs inductifs)



-

2 fils (courant continu, alternatif)

-

3 fils (type PNP ou NPN, en fonction de l’électronique interne).

Détecteur de proximité photoélectrique

Les systèmes détecteurs de proximités photoélectriques comprennent : -

un émetteur de lumière visible ou infrarouge,

-

un récepteur photosensible.

L’objet est détecté lorsqu’il interrompt, ou fait varier, l’intensité du faisceau lumineux sur le récepteur. Il existe 3 types de détecteurs photoélectriques: -

Le système de proximité,

-

Le système barrage,

-

Le système reflex.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

37



Le système de proximité.

Un émetteur et un récepteur sont regroupés dans un même boîtier. Le faisceau lumineux, émis en infrarouge, est renvoyé vers le récepteur par tout objet suffisamment réfléchissant qui pénètre dans la zone de détection.

Cible

La portée d’un système proximité est généralement inférieure à celle d’un système reflex. Pour cette raison, son utilisation en environnement pollué est déconseillée. Cette portée dépend de la couleur de la cible, de son pouvoir réfléchissant et de ses dimensions.



Le système barrage.

Emetteur et récepteur sont situés dans deux boîtiers séparés. C’est le système qui autorise les plus longues portées (jusqu’à 30 m). Le faisceau est émis en infrarouge.

Cible

Émetteur

Récepteur

A l’exception des objets transparents qui ne bloquent pas le faisceau lumineux, il peut détecter des objets de toutes natures (opaques, réfléchissants...). Les détecteurs barrage sont particulièrement bien adaptés aux environnements pollués (fumée, poussières, emplacements soumis aux intempéries,...). L’alignement entre émetteur et récepteur doit être réalisé avec soin.



Le système reflex

Comme pour le système de proximité, émetteur et récepteur sont regroupés dans un même boîtier. En l’absence de cible, le faisceau émis en infrarouge par l’émetteur est renvoyé sur le récepteur par un réflecteur. Celui-ci est constitué d’une multitude de trièdre trirectangles à réflexion totale et dont la propriété est de renvoyer tout rayon lumineux incident dans la même direction (sorte de catadioptre).

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

38

Cible

Émetteur/Récepteur

Récepteur

La détection est réalisée lorsque la cible bloque le faisceau entre l’émetteur et le réflecteur. C’est donc un système qui n’est pas adapté pour la détection d’objets réfléchissants qui pourraient renvoyer une quantité plus ou moins importante de la lumière sur le récepteur. Son utilisation est un peu plus limité bien que son utilisation dans un environnement pollué moyennement soit possible.



Les fibres optiques

Les détecteurs photoélectriques peuvent utiliser des fibres optiques permettant d’éloigner l’émetteur et le récepteur par rapport au point de détection. La lumière est véhiculée entre ce point et l’amplificateur par des fibres optiques qui, grâce à leurs faibles dimensions, peuvent s’intégrer dans les emplacements les plus exigus. Ces appareils sont également parfaitement adaptés pour la détection de cibles de très petites tailles (vis, rondelles, capsules...). Ces détecteurs existent en système barrage et proximité. Deux types de fibres sont utilisés: -

les fibres de verre avec des amplificateurs émettant dans l’infrarouge

-

les fibres plastiques avec des amplificateurs émettant dans le rouge visible.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

39

Fibre de verre et fibre plastique



Propagation du rayon lumineux

Capteur à seuil de pression sur vérin

Implantés directement sur les orifices du vérin, ces capteurs émettent un signal lorsque le vérin s’arrête en fin de course. Ils sont très simples à mettre en œuvre car ils n’exigent pas l‘installation de came d’actionnement et délivrent un signal directement exploitable.



Fonctionnement

La vitesse du vérin est réglée par le débit d’échappement contrôlé par le régleur de vitesse. Il en résulte le maintien d’une contre-pression d’échappement qui chute lorsque le piston s’arrête en butée. Grâce à sa membrane, le capteur à seuil de pression commute et traduit cette chute de pression en un signal de fin de course. Ce capteur est également utilisé pour détecter les arrêts en cours de course pour les vérins agissant sur des butées variables : vérins de serrage, etc... 

Constitution

La gamme est modulaire : le même élément “banjo”, peut être équipé au choix de modules de détection à signal de sortie pneumatique ou électrique, ou électronique, ce qui permet l’emploi de ces capteurs en automatismes TOUT PNEUMATIQUES et automatismes ELECTRO-PNEUMATIQUES.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

40



Les détecteurs de positionnement :

Un codeur optique rotatif est un capteur angulaire de position. Lié mécaniquement à un arbre qui l’entraîne, son axe fait tourner un disque

qui

comporte

une

succession

de

zones

opaques

et

Diode électroluminesce nte

Photodiode

transparentes. La lumière émise par des diodes électroluminescentes arrive sur des photodiodes chaque fois qu’elle traverse les zones transparentes du disque. Les photodiodes génèrent alors un signal électrique qui est amplifié et converti en signal carré avant d’être transmis vers une unité de traitement. Il existe deux types de codeurs optiques rotatifs :



-

Les codeurs incrémentaux

-

Les codeurs absolus

Les codeurs incrémentaux

Le disque d’un codeur incrémental comporte 3 pistes : Deux pistes A et B divisées en « n » intervalles d’angles égaux et alternativement opaques et transparents. « n » permet de définir la résolution ou période. La piste A est décalée de ¼ de période par rapport à B. Le déphasage entre A et B permet de définir le sens de rotation. Deux photodiodes délivrent des signaux carrés pour les pistes A et B chaque fois que le faisceau lumineux traverse une zone transparente. Une piste Z comporte une seule fenêtre transparente. Le signal Z appelé « top zéro » est synchrone avec les signaux A et B. Il définit une position de référence et permet la réinitialisation à chaque tour.

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

41



Codeurs absolus

Les codeurs absolus sont destinés à des applications de contrôle de déplacement et de positionnement d’un mobile par codage. Le disque d’un codeur absolu comporte plusieurs pistes jusqu’à 20, selon les modèles. Comme les codeurs incrémentaux les pistes sont alternativement opaques et transparentes. La résolution d’un tel capteur est de 2 à la puissance N (avec N = nombre de pistes). Deux types de codes sont utilisés :



-

Le code binaire pur

-

Le code Gray

Le code binaire pur

Le code binaire pur a l’avantage de permettre des opérations arithmétiques sur des nombres exprimés dans ce code. Il est directement exploitable par les systèmes de traitement comme les automates programmables. Le code binaire pur à l’inconvénient d’avoir plusieurs bits qui changent d’état entre deux positions, ce qui provoque des aléas de lecture.

Disque binaire pur



Le code Gray :

Le code Gray dans lequel un seul bit change à chaque fois ne possède pas d’ambiguïté de lecture. Mais celui-ci ne fournit pas un code pondéré, il doit donc être transcodé en binaire avant toute utilisation, d’où un traitement plus complexe.

Disque GRAY

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

42

Différents types de systèmes 1. Système -

Un système est un ensemble d’éléments interconnectés dans le but d’agir sur une matière d’œuvre pour lui conférer une valeur ajoutée.

-

Dans le cas général, un système est traversé par des flux d’information, d’énergie et de matière tout en étant soumis à des perturbations. Perturbations Matière Énergie

Matière Système

Informations

-

Énergie Informations

Diverses variables peuvent être mises en évidence sur un système : 

des entrées de commande, qui permettent d’agir sur l’évolution du système ;



des entrées de perturbation, en général non contrôlables par l’utilisateur et qui agissent également sur l’évolution du système d’une façon aléatoire ;



des sorties : variables mesurables ou détectables qui caractérisent l’action du processus sur son environnement ;



des variables d’état : variables internes du système dont l’action sur l’environnement n’est pas directement perceptible mais dont l’évolution régit celle du processus.

-

Les signaux relatifs à un système sont de deux types : 

Signaux d'entrées : ils sont indépendants du système et peuvent être commandables (consignes) ou non commandables (perturbations).



Signaux de sorties : ils sont dépendants du système et du signal d'entrée. Pour évaluer les objectifs, ces signaux doivent être observables par utilisation de capteurs.

-

Le schéma ci-dessous illustre un système à une entrée de commande, une sortie et une entrée de perturbation : Perturbations

Entrée (commande)

Système

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

Sortie

43

2. Structure générale d’un Système Automatisé de Production (SAP)

Ordres

Pré-actionneur

Partie

Partie

commande

opérative Capteurs Informations

Dialogue HommeMachine

-

La partie Opérative est la partie qui opère sur la matière d’œuvre pour lui conférer la valeur ajoutée «muscle du système». Elle contient les actionneurs et les effecteurs.

-

-

La partie commande est l’élément qui permet de traiter et de générer les informations pour piloter la PO : 

Elle donne les ordres à la PO pour être exécutés ;



Elle reçoit des comptes-rendus sur l’état d’exécution des ordres.

Les deux parties échangent les signaux porteurs d’information à travers des interfaces d’entrées et de sorties :

3. Élaboration de la commande Le schéma ci-dessous illustre l'organisation de la commande : Entrée commande Consigne

Bloc de Commande

Perturbations

Système

Sortie

a) La consigne C'est une grandeur qui peut se présenter sous deux formes : -

Signal analogique : par exemple la tension de sortie d'un potentiomètre.

-

Information numérique : par exemple la variable position dans le cas d'une commande de position angulaire d'une antenne.

b) Le bloc de commande -

C'est l'organe permettant de traduire la consigne en une grandeur de commande compatible avec le système.

-

C'est par exemple, un amplificateur suiveur de puissance pour la commande de vitesse d'un moteur à courant continu.

c) La commande C'est la grandeur susceptible de changer l'état du système et en particulier l'état de la sortie. Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

44

4. Système en boucle ouverte -

Un système est en boucle ouverte lorsqu'on n'a aucune information sur la sortie.

-

Prenons l'exemple du réglage de la température d'un four en agissant sur le débit du combustible assurant la production de chaleur (schéma ci-dessous) :

Je n’ai aucune information sur la sortie

Perturbations (ouverture porte du four) Commande (débit) Consigne

Commande de débit du combustible

Système

Sortie (80°)

(four)

4.1. Inconvénients de la boucle ouverte -

Correction impossible : N'ayant aucune information sur la sortie, l'opérateur ne peut élaborer aucune stratégie d'ajustement pour obtenir la sortie désirée.

-

Sensibilité aux perturbation : En admettant que la sortie soit conforme à la consigne, une perturbation peut, à un moment donné, affecter la sortie. L'opérateur "aveugle" ne pourra corriger cette situation.

4.2. Cas où la commande en boucle ouverte est possible La commande en boucle ouverte est tout de même très utilisée dans des cas simples de systèmes stables avec une moindre exigence sur la sortie. Exemples : -

Moteurs électriques : Lorsqu'on utilise un moteur pour entraîner une charge, la commande est une source de tension et l'ensemble "moteur + charge" tourne, le plus souvent à vitesse constante.

-

Système d'arrosage : Pour un réseau d'arroseurs, l'ouverture simple de la vanne principale permet d'avoir un débit stable des arroseurs.

5. Système en boucle fermée -

Reprenons l'exemple de la commande en température d'un four.

-

Nous allons donner une information supplémentaire à l'opérateur. Il s'agit de lui indiquer la température du four.

-

L'opérateur compare la température désirée (consigne) avec la température réelle (mesure) pour évaluer l'écart (erreur) et ajuster en conséquence (commande).

-

Le schéma suivant représente le système en boucle fermée :

Initiation aux automates programmables et diagnostic des défauts

45

Je compare la consigne (100°) à la mesure (80°)

Commande (débit) Consigne (100°)

Erreur (+20°)

Commande de débit du combustibl e

Perturbations (ouverture porte du four) Sortie (80°)

Système (four)

Capteur de température

6. Différents types de systèmes automatisés 6.1. Systèmes Logiques a) Systèmes combinatoires Exemple : système constitué par une vanne électrique, un flotteur commandant un interrupteur, l’eau qui s’écoule et le réservoir. Réseau hydraulique

Réseau hydraulique

Réseau électrique

Réseau électrique

Interrupteur

Interrupteur hréf hniveau

Vanne fermée -

hniveau Vanne ouverte

Soient V et I les variables booléennes traduisant le fonctionnement de la vanne (V=1 la vanne est ouverte, V=0 la vanne est fermée) et de l’interrupteur (I=1 l’interrupteur est fermé, I=0 l’interrupteur est ouvert).

-

Le fonctionnement du système est traduit par les relations suivantes :

-

si h