Cours Autom LPAII

IUT de Toulon Dpartement GEII

Automatismes Industriels LPAII 2012 - 2013

Automatismes Industriels

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2IUT Toulon 2011/2012

Automatismes Industriels LPAII 2012 - 2013

Plan du Cours :

I / Les Automates Programmables Industriels1 Prsentation2 Structure et fonctionnement3 - Caractristiques

II / Wago 750 / CoDeSys1 L'adressage des donnes2 Le langage IL3 Le langage ST4 Le Langage SFC5 Le langage LD6 Le langage FBD7 Le langage CFC (non IEC 1131-3)

III / Schneider M-340 / Unity1 Prsentation matrielle2 Adressage des donnes3 Programmation

IV / Siemens S7 / Step71 Prsentation matrielle2 Adressage des donnes3 Programmation

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Automatismes Industriels Cours LPAII 2012 - 2013

I / Les Automates Programmables Industriels

1 - IntroductionLes automates programmables industriels sont apparus la fin des annes soixante, la demande de l'industrie automobile amricaine, qui rclamait plus d' adaptabilit de leurs systmes de commande.Les cots de l'lectronique permettant alors de remplacer avantageusement les technologies alors utilises.

Avant : utilisation de relais lectromagntiques et de systmes pneumatiques pour la ralisation des parties commandes

logique cble

Inconvnients : cher, pas de flexibilit, pas de communication possible

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Contraintes du milieu industriel (1) :

Influences externes :

- poussires,- temprature,- humidit,- vibrations,- parasites lectromagntiques,

Solution : utilisation de systmes base de microprocesseurs permettant une modification aise des automatismes.

logique programme

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Contraintes du milieu industriel (2) :

Personnel : - dpannage possible par des techniciens de formation lectromcanique

- possibilit de modifier le systme en cours de fonctionnement

Matriel :

- Evolutif- Modulaire- Implantation aise

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L'Automate Programmable Industriel (API) est un appareil lectronique programmable, adapt l'environnement industriel, qui ralise des fonctions d'automatisme pour assurer la commande de practionneurs et d'actionneurs partir d'informations logique, analogique ou numrique.

Dfinition :

Les API sont utiliss dans divers secteurs d'activits, que l'on peut regrouper en trois catgories:

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- Les systmes automatiss de production (SAP), dont l'objectif est d'apporter de la valeur ajoute une matire premire, en respectant certaines contraintes (financires, normes de scurit etc...).

- L'industrie automobile, la mtallurgie,

- La production d'nergie (centrales nuclaires, thermiques,

hydrauliques...)

- L'industrie agro-alimentaire, pharmaceutique,

- Le gnie-chimique, la ptrochimie,

- Les chanes de conditionnement,

- etc ...

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- L'automatisation des btiments (GTB: Gestion Technique des Btiments), dont les objectifs sont :

- L'amlioration du confort (gestion des ascenseurs, rgulation de

tempratures...),

- La scurit (alarmes anti-intrusion, dtection de fumes...)

- La rduction des dpenses nergtiques (gestion automatise des

consignes de temprature et d'clairage...)

- Engins de chantiers (grues...),

- Tri postal,

- etc...

- L'automatisation de machines spciales :

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Nature des informations traites par l'automate :

Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien dtermine. C'est le type d'information dlivre par un capteur (pression, temprature ).

Une grandeur analogique (tension, courant...) doit tre convertie en grandeur numrique par une carte d'entre spcifique pour pouvoir tre traite par le programme automate.

Numrique : l'information est contenue dans des mots cods sous forme binaire ou bien hexadcimale. Il peut s'agir d'une variable interne du programme (compteur...).

Tout ou rien (T.O.R.) : l'information ne peut prendre que deux tats (vrai/faux, 0 ou 1 ). C'est le type d'information dlivre par un dtecteur, un bouton poussoir

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Architectures compacte et modulaires : :

Automates modulaires Tlmcanique

Automate compact Logo (Siemens)

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Informations(capteurs, dialogue)

Entres

SortiesOrdres

(pr actionneurs, dialogue)

Programme

Traiter les informations entrantes pour mettre des ordres de

sorties en fonction dun programme.

2 - Structure & Fonctionnement dun API

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Le cycle de fonctionnement est organis en 4 tches :

Bus Entres / Sorties

Unit de Traitement

RAM

Module d'

Entres

Module de

Sorties

Tche 1 : Gestion du systme (auto-contrle de lautomate)Tche 2 : Acquisition des donnes en entre (mmorisation)Tche 3 : Traitement des donnes (excution du programme)Tche 4 : Affectation des sorties (mission des ordres)

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Droulement d'un Cycle-automate :

Traitement Interne

Lecture des Entres

Excution du Programme

Ecriture des Sorties

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Quelques fabriquants :

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Interface d'entre : elle permet de recevoir les informations de la P.O (ou du pupitre) et de mettre en forme (filtrage, ...) ce signal tout en l'isolant lectriquement (optocouplage) :

Bus d'E/S

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Coupleur d'entres : du bornier vers la mmoire image

Mise jour de faon ponctuelle, chaque cycle automate

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Exemple de Carte D'E TOR (750-400) :

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Interface de sortie : elle permet de commander les practionneurs et lments de signalisation du S.A.P. tout en assurant l'isolement lectrique entre P.C et P.O.

Bus d'E/S

Mise jour de faon ponctuelle, chaque cycle

automate

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Exemple de Carte De S TOR Relais (750-513) :

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Caractristiques :

La tension commute par une sortie Relai peut tre

une source continue ou alternative

La frquence de commutation admise est

relativement faible ( < 1 Hz)

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Exemple de Carte De S TOR Transistors (750-501) :

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Cractristiques :

La tension commute par une sortie

transistor es ncessairement

continue

La frquence de commutation peut tre leve (plrs kHz)

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La Norme IEC 61131-3 dfinit les rgles d'criture des programmes pour les API.

Les fabricants d'API fournissent des logiciels de programmation plus ou moins fidles cette norme (de plus en plus tout de mme).

Le logiciel CoDeSys est une plateforme de dveloppement ouverte, multi-cible, utilise pour programmer les contrleurs WAGO utiliss en TP.

Il obit aux spcification de la norme CEI 61131-3

II / Programmation des API Wago 750 sous CoDeSys

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Prsentation du contrleur WAGO 750-849 :

Ports Ethernet pour le chargement des programmes, la

supervision...

Interface srie (configuration)

Bornes pour l'alimentation 24Vcc

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Caractristiques du contrleur WAGO 750-849 :

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Toute donne traite par un programme automate possde :

- Une Direction (Entre, Sortie, Interne)

- Un format (Bit, Octet, Mot ...)

- Une Adresse (Chiffre indiquant la position de la donne dans le plan mmoire de l'API).

La syntaxe pour toute donne est la suivante :

% 'Direction' . 'Format' . 'Adresse'

1 / L'adressage des Donnes.

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La direction : Une entre est une valeur, provenant du process, qui ne peut tre que lue par le programme charg dans le contrleur.

Notation : %I.x.xExemple : capteur, dtecteur, bouton poussoir etc...

Une sortie est une donne destination du process, dont la valeur peut tre fixe par l'automate. (Remarque : Une sortie peut aussi tre lue par le programme)

Notation : %Q.x.xExemple : voyant lumineux, commande d'un contacteur etc...

Une variable interne est une donne qui n'est pas lie une interface d'E/S, mais une

information gre par le programme charg dans l'API.Exemples : valeur d'un compteur, d'une temporisation, tape d'un grafcet

Notation : %M.x.x

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Le format : Un bit est une valeur binaire ou encore boolenne dont la valeur est VRAIE (note TRUE) ou FAUSSE (note FALSE).

Notation : %x.X.x.x

Exemple : Un voyant lumineux est reli la 4eme borne de la 1carte de sorties T.O.R du rack automate. Son tat correspondra la variable boolenne :

% Q X 0.3

Un octet est une donne code sur 8 bits

Notation : %x.B.x

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Un mot est une donne code sur 16 bit

Notation : %x.W.x

Exemple : Un capteur de temprature est reli la 3eme entre analogique du rack automate. La valeur numrique correspondante sera stocke dans la variable :

Un double mot est une variable code sur 32 bits

Notation : %x.DW.x

% I W 2

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Les valeurs numriques peuvent tre reprsentes sous formes dcimales, hexadcimales (en ajoutant 16# devant la valeur) ou binaires (2#...)

exemples : 125 125 1A216

16#1A2 01102 2#0110

En plus du format, on peut dfinir un type pour les variables internes (liste non exhaustive) :

INT : valeur entire signe sur 16 bitsUINT : valeur entire non signe sur 16 bitsDINT : valeur entire signe sur 32 bitsDUINT : valeur entire non signe sur 32 bitsREAL : valeur relle sur 32 bitsTIME : dure dfinie en h/mn/s/ms Notation : t # ...h ...m ...s ...msDATE : date dfinie en anne/mois/jour Notation : d # ...-...-...TIME_OF_DAY : heure du jour dfinie en h/mn/s Notation : tod # ... : ... : ...DATE_AND_TIME : date & heure Notation : dt # ...-...-... - ... : ... : ...STRING : chane de caractres. Notation : ' Ma Chaine '

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Les adresses :

Le dernier champ d'adressage d'une donne est son adresse.

Elle est constitue: - de 2 chiffres spars par un point pour les bits, le 1 indique le n du mot, le

second la position du bit dans ce mot (0 15).- d'un seul chiffre pour tous les autres types.

Exemple (bit d'entre) : %IX0.2 Il s'agit de la 3 entre (les adresses commencent 0) de la 1ere carte d'E T.O.R.

Exemple (Mot interne) : %MW42

Il s'agit du mot interne d'adresse 42.

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Dclaration de variables :

Un programme doit raliser des calculs et utilise donc des variables. Ces variables doivent tre dclares en en-tte de celui-ci.

Une variable peut tre :

- une variable d'entre s'il s'agit d'une variable que le programme utilise (valeur calcule par un autre sous-programme, tat d'un capteur...);

- une variable de sortie s'il s'agit d'une variable que le programme modifie (affectation d'une sortie, rsultat d'un calcul...)

- D'une variable interne, si cette variable est uniquement utlise pour faire un calcul intermdiaire.

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Variable d'entre, de type 'mot', et initialise la valeur 0.

Variable interne, de type 'temps', et initialise la valeur 1mn et 15s.

Variable de sortie, de type boolen, d'adresse 0.0 (1ere entre T.O.R du contrleur) et initialise la valeur '0'.

Exemples de dclaration :

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2 / Langage IL (Instruction List).Il s'agit d'un langage textuel proche du langage machine de l'API. Il s'apparente l'assembleur d'un microcontrleur. Ce langage n'est plus trop utilis l'heure actuelle.

Exemple : Soit l'quation logique suivante

... se traduit par le code suivant :

%I1.3 . %I1.4)1.5)((%I1.0.%I %Q2.0 +=

La norme IEC 1131-3 dfinit 5 langages de programmation: IL, ST, SFC, LD et FDB.

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3 / Langage ST (Structured Text).

Il s'agit d'un langage textuel proche des langages volus tels que le C. Il s'avre indispensable ds lors que l'on a besoin de faire des traitements numriques par exemple.


... se traduit par le code suivant :

%I1.3 . %I1.4)1.5)((%I1.0.%I %Q2.0 +=

%Q2.0 := ( (%I1.0 AND %I1.5) OR %I1.4 ) AND NOT( %I1.3) ;

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Comparaison (alternative IF ELSE END_IF):

Incrmentation d'une variable :

CPT := CPT + 1 ;

Affectation : :=

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Boucle FOR :

Boucle WHILE :

FOR i := 0 TO 9 BY 1 DO

.............. ;

END_FOR;

WHILE condition = TRUE DO

.............. ;

END_WHILE;

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Oprations Numriques :

Le choix du langage ST s'impose ds lors que l'on doit faire des traitements numriques sur des variables. Les oprations de bases sont :

- Addition :

- Soustraction :

- Multiplication :

- Division :

Res := Op1 + Op2 ;

Res := Op1 - Op2 ;

Res := Op1 * Op2 ;

Res := Op1 / Op2 ;

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- modulo :

- Conversion Entier Rel :

- Conversion Rel Entier :

- Conversion Mot Rel :

Res := Op1 MOD Op2 ;

Nb_Re := INT_TO_REAL ( Nb_ent) ;

Nb_ent := REAL_TO_INT ( Nb_Re) ;

Nb_Re := WORD_TO_REAL ( Mot) ;

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4 / Langage SFC (Sequential Functional Chart ).Il s'agit du langage Grafcet. On l'utilisera pour dcrire les diffrentes tches squentielles de l'automatisme.

Il est constitu d'tapes auxquelles sont associes des actions. Les tapes sont spares par des rceptivits. Lorsqu'une tape est active les actions associes l'tape sont actives.

Lorsque la rceptivit qui suit l'tape active devient vraie, l'tape en cours se dsactive, et l'tape suivante devient l'tape active.

Rceptivit

tape

Action

tape initiale

Important: Il faut toujours respecter l'alternance tape/transition!!!

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Les attributs suivants peuvent tre associs aux actions en SFC :Attribut Paramtre Description

N Aucun Action Non mmorise : L'action est active lorsque l'tape associe est active, et se dsactive automatiquement la sortie de l'tape.

S, R Aucun Action Mmorise : l'attribut S (Set) permet de mmoriser l'activation de l'action, celle-ci restera active jusqu' ce que l'attribut R (Reset) soit rencontr dans le grafcet sur la mme action.

L Dure d'activation :

t#.....

Action limite dans le temps : L'action est active l'entre dans l'tape, puis dsactive automatiquement au bout du temps, spcifi (ou la sortie de l'tape).

D Temps de retard :

t#.....

Action Retarde : L'action est active avec le retard spcifi aprs l'entre dans l'tape.

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Les rceptivit sont des valeurs boolennes, qui peuvent apparatre directement sur le grafcet (langage ST). Elles peuvent prendre la forme:

- De valeurs boolennes constantes (TRUE ou FALSE)

- De variables boolennes simples

- De combinaisons logiques ( exemple: (a OR b) AND NOT c )

- De comparaison entre des valeurs numriques (exemples: A > 100, AB,

A=5)

- De combinaisons des lments prcdents

Note1 : il est impossible de raliser une affectation (:=) dans une rceptivit.

Note2 : il sera galement possible d'utiliser les langages LD et FBD pour coder les rceptivits; dans ce cas chaque rceptivit sera programme dans une section spcifique.

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Structure OU: Alternative. Elle permet d'effectuer un choix entre deux squences. Notez bien la structure de la divergence et de la convergence.

Divergence

Convergence

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Structure ET: Paralllisation. Elle permet d'effectuer un choix entre deux squences. Notez bien la structure de la divergence et de la convergence.

Divergence

Convergence

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5 / Langage LD (LaDder ).

Il s'agit d'un langage graphique que l'on pourra par exemple utiliser pour coder les quations logiques des rceptivits d'un grafcet.

Le principe est le suivant :

- Les variables d'entre sont symboliss par des contacts lectriques(NO ou NF), les variables de sortie par des bobines.

On considre que l'extrmit gauche du rseau constitue la borne + d'une alimentation (imaginaire) et la partie droite sa borne -

La mise en srie, en // de contacts (variables d'E) NO ou NF permet l'alimentation conditionnelle de la bobine (variable de S), donc L'implantation d'quation logique.

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Oprations logiques de Base :

ET : OU : NON :


Cette quation se traduit en LD par la ligne suivante :%I1.3 . %I1.4)1.5)((%I1.0.%I %Q2.0 +=

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Mmoire RS :

Front montant :

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Compteur dcompteur :

Temporisation (retard l'activation) :

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6 / Langage FBD (Functionnal Bloc Diagram ).

Il s'agit galement d'un langage graphique fonctionnant sur le mme principe que LD mais avec les symboles s'apparentant ceux que l'on utilise pour les logigrammes.


Cette quation se traduit en FBD par le diagramme suivant :

%I1.3 . %I1.4)1.5)((%I1.0.%I %Q2.0 +=Exemple :

AND

ORAND

%I1.4%I1.3

%Q2.0

%I1.5

%I1.0

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7 / Langage CFC (Component Functional Chart).

Ce langage n'est pas dfinit par la norme CEI, mais sera utilis dans l'environnement de programmation CODeSys. Il reprend les lments utiliss en FBD, mais les symboles peuvent tre placs librement sur le schma (et non pas ligne par ligne comme en FBD).

De plus, la plupart des oprateurs dfinis en ST sont galements utilisables (oprations numriques etc...).

On ne peut pas l'utiliser pour coder les rceptivits.

En revanche, on l'utilisera comme langage de programmation principal qui appellera les diffrentes tches.

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Mmoire RS

Oprations numriques

oprations logiques

Compteurs

Comparaisons

Dtection de Fronts

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Appel & Synchronisation de programmes en CFC :

Programme Principal PLC_PRG :

Bloc Fonctionnel G2 :

Bloc Fonctionnel G1 :

tapes de synchronisation

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Bloc Fonctionnel G1 : Dclaration des variables d' E/S

Bloc Fonctionnel G2 : Dclaration des variables d' E/S

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Echange de donnes entre blocs fonctionnels :

Les variables d'tapes peuvent tre changes entre plusieurs blocs fonctionnels* programms en langage SFC. Pour utiliser la variable d'tape d'un bloc SFC, la syntaxe suivante est utilise :

'PLC_PRG' . 'nom d'appel du bloc' . 'nom de

l'tape' . X

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III / Programmation des API Schneider M340 sous Unity

Prsentation du contrleur M-340 : La srie M-340 reprsente le segment milieu de gamme des API Schneider, de dernire gnration.

Ces API sont adapts aux systmes automatiss de moyenne taille, et aux grosses installations systme de contrle / commande possdant une architecture dcentralise.

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Au matriel, l'architecture est modulaire, Schneider propose diffrentes cartes d'E/S adaptes aux besoins industriels (Sorties relayes ou non, cartes analogiques configurables en 0-10V / 4-20 mA etc...).

Du point de vue communication, Sschneider prconise:- Le bus ASI pour le niveau terrain- CanOpen pour le niveau Cellule / Machine- Modbus-TCP pour la supervision

On pourra donc videmment mettre en uvre ces protocoles en choisissant les CPU et coupleurs adaptes.

Le modle de CPU utilis en TP: P34 2020 offre:- 1 port Modbus RTU (RS485) pouvant tre configur en matre ou esclave- 1 port Ethernet, pour les communications Modbus TCP, l'accs au serveur Web intgr, le chargement des programmes.

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Adressage des donnes :

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Organisation du projet sous Unity :

Interfaces de communication

Cartes d'E/S

Dclaration des variables

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Le programme est organis en diffrentes Sections, rparties en 2 catgories:- Les tches. Elles sont au nombre de 2 pour les M-340.

1 / La tche MAST(Master): Il s'agit de la tche matre, elle correspond au programme principal. Elle peut tre appele soit de faon cyclique (cas courant), soit priodique c'est dire que sa dure d'xcution doit tre matrise.La tche MAST peut comporter plusieurs sous programmes, dans diffrents langage; en revanche elle est la seule pouvoir contenir du grafcet.

2 / La tche FAST: Il s'agit d'une tche dite rapide, qui va tre appele priodiquement, selon une dure dfinir. L'appel de cette tche correspond une interruption (au sens C) de la tche matre.

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Langages de Programmation : On retrouve les 5 langages CEI danss Unity : IL, ST, FBS, LD et SFC.

De nombreuses bibliothques viennent faciliter la programmation, notamment pour les calculs et fonctions d'automatisation courantes.

Enfin, un module optionnel d'Unity permet de crer des fonctions en langage C.

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IV / Programmation des API Siemens S7300 sous Step7

Prsentation du contrleur S7315-F 2PN/DP:

Il s'agit d'une CPU place dans le segment haut de gamme des API Siemens. Elle prsente la particularit d'intgrer des fonctions de scurit, ce qui dispense de l'utilisation d'un automate de scurit supplmentaire, pour les process obissant ce type de normes.

Du point de vue communication, Siemens prconise:- ASI pour les capteurs/actionneurs- ProfiBUS et ProfiNet pour les autres niveaux

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Adressage des donnes :

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Organisation du projet sous Step7 :

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Le programme est organis Blocs:

1 / OB.. (Organisation Blocs): Ce sont des programmes appels implicitement, de faon, cyclique, priodique ou encore sur vnementsOB1 correspond au programme principal, ou encore la tche matre.Ce bloque est appel chaque cycle automate, et sera charg de l'appel des ventuels sous-programmes. Il ne peut pas contenir de grafcet.

2 / FB.. Function Blocs): Il s'agit de fonctions appeles par un autre bloc, auxquelles peuvent tre associes des donnes (DB..).

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Langages de Programmation : On retrouve certains langages CEI sous Step7, cependant les noms utiliss diffrent de la norme:

FBD LOGSFC GRAPHLD CONT

Diapo 1Diapo 2Diapo 3Diapo 4Diapo 5Diapo 6Diapo 7Diapo 8Diapo 9Diapo 10Diapo 11Diapo 12Diapo 13Diapo 14Diapo 15Diapo 16Diapo 17Diapo 18Diapo 19Diapo 20Diapo 21Diapo 22Diapo 23Diapo 24Diapo 25Diapo 26Diapo 27Diapo 28Diapo 29Diapo 30Diapo 31Diapo 32Diapo 33Diapo 34Diapo 35Diapo 36Diapo 37Diapo 38Diapo 39Diapo 40Diapo 41Diapo 42Diapo 43Diapo 44Diapo 45Diapo 46Diapo 47Diapo 48Diapo 49Diapo 50Diapo 51Diapo 52Diapo 53Diapo 54Diapo 55Diapo 56Diapo 57Diapo 58Diapo 59Diapo 60Diapo 61Diapo 62Diapo 63Diapo 64Diapo 65

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