Département de génie électrique

et de génie informatique

GEL−1001 Design I

(méthodologie)

Introduction à la commande

automatique

Hiver 2016

Plan

Commande automatique

Systèmes de commande industrielle

Architecture d’implantation

Types de contrôleursPrincipales composantes matérielles

Outils logiciels

Langages de programmation

Implantation sur PC

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Commande automatique

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Action d’agir, sans intervention humaine, sur un

système pour l’amener ou le maintenir dans un

état voulu

Types de commande

Commande continue

S’applique à des systèmes dont les variables peuvent prendre

toutes les valeurs possibles dans un intervalle donné

Exemple: ajuster la température de l’eau à l’aide d’un robinet

Commande séquentielle

S’applique à des systèmes dont les variables sont de type tout

ou rien (actifs ou inactifs)

Exemple: allumer une lumière à l’aide d’un interrupteur

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Boucle de rétroaction

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 5

Régulateur

-+

Vent,

Dénivellations,

etc.

VitesseAccélérateurVitesse

désirée

Boucle de rétroaction

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Procédé

Capteur

ActionneurRégulateur

-+

Consigne Action

Variable régulée

Perturbations

Erreur

Boucle de rétroaction

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 7

8.8 8.85 8.9 8.95 9 9.05 9.130

40

50

60

70

SP

& P

V (

%)

Temps (heures)

8.8 8.85 8.9 8.95 9 9.05 9.170

75

80

85C

O (

%)

Temps (heures)

Eau de

procédé

Ajout d’eau

Mesure de

niveau

Régulateur

Consigne de

niveau

Boucle de rétroaction

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 8

Ajout de

vapeur

Régulateur

Consigne de

température

Mesure de

température

Temps (s)

Te

mp

éra

ture

(oC

)

Temps (s)

Te

mp

éra

ture

(oC

)

60 oC

60 oC

65 oC

62 oC

Régulateur PID

Action

P: proportionnelle

I: intégrale

D: dérivée

Un des régulateurs les plus utilisés

En industrie, plus de 95 % des boucles de

rétroaction sont de de type PID

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 9

Régulateur PID

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 10

Procédé

Capteur

ActionneurPID

-+

Consigne: r(t) Action: u(t)

Variable régulée: y(t)Erreur: e(t)

Régulateur PID

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 11

dt

)(d)()()(

0

teKdeKteKtu

t

dip

+

P

I

D

e(t) u(t)

Régulateur PID

Action plus importante

Lorsque l’erreur est

grande (P)

Lorsque l’erreur persiste

(I)

Lorsque l’erreur varie

rapidement (D)

Action en fonction du

Présent (P)

Passé (I)

Futur (D)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 12

Temps (s)

Err

eur

(%)

0

2

t

PI

D

Commande séquentielle

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 13

Opération Séquence (minutes)

Remplir

Agiter

Vider

Rincer

Essorer

5 15 20 25 30 40

Machine à laver

Commande séquentielle

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 14

Remplir

Boucher

Avancer

Bidons présents

Chaîne de montage pour remplir des bidons

Systèmes de commande

industrielle

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 15

Schneider Electric [consulté le 2014-07-09] : http://www.schneider-electric.fr/sites/france/fr/solutions-ts/oem/machinestruxure.page

Architecture d’implantation

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 16

Équipements pour la fabrication d’un produit

Prise de mesure et action sur les équipements

Séquences automatiques et stratégies de

contrôle

Interfaces permettant aux opérateurs de

commander et superviser les opérations

Planification et gestion de la production

Procédé

Instrumentation

Commande

Opération

Gestion

Architecture d’implantation

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 17

Controller Controller Remote I/O Analyzer

Monitoring and

control network

Process signals Process signals Process signals

Operation

interface

Engineering

workstation Data serverData Historian

Business

systems

Supervisor

network

Supervisory

systems

Workstation

Types de contrôleurs

Contrôleur simple boucle

Single Loop Controller (SLC)

Système de contrôle distribué

Distributed Control System (DCS)

Automate programmable

Programmable Logic Controller (PLC)

Autres

Programmable automation controller (PAC)

SoftPLC, SoftDCS

Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA)

Etc.

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 18

Single Loop Controller (SLC)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 19

Classic Automation [consulté le 2014-07-09] :

http://www.classicautomation.com/Moore_352_2.aspx

Omega [consulté le 2014-07-09] :

http://www.omega.com/pptst/CN3420.html

Moore Omega

Distributed Control System (DCS)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 20

DeltaV - Emerson Process Management

Programmable Logic Controller

(PLC)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 21

Rockwell Automation (ControlLogix)

DCS/PLC/PAC : composantes

Alimentation

Processeur

Interface de communication

Modules d’entrée/sortie discrètes

Modules d’entrée/sortie continues

Etc.

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 22

Calibration et conversion des

signaux d’entrée/sortie

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 23

0 25 50 75 100 125 1500

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

Température [degrés C]

Co

ura

nt [m

A]

Zéro : 50 oC

Plage : 100 oC

Outils logiciels

Configuration et programmation

Interface homme-machine

Human-Machine Interface (HMI)

Intégré aux DCS

Généralement fourni avec PLC/PAC

Logiciels indépendants disponibles

Archivage des données

Data Historian

Intégré aux DCS

Généralement fourni avec PLC/PAC

Logiciels indépendants disponibles

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 24

Interface homme-machine

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 25

Super Systems [consulté le 2014-07-09] : http://www.supersystemseurope.com/products/superdata-scada-software-package/

Interface homme-machine

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 26

Altona Mining [consulté le 2014-07-09] : http://www.altonamining.com/galleries/luikonlahti-mill

Langages de programmation

Selon la norme IEC-6113-3 (International

Electrotechnical Commission) Function Block Diagram (FBD)

Ladder Diagram (LD)

Sequential Function Chart (SFC)

Structured Text (ST)

Instruction List (IL)

Typiquement Commande continue : FBD

Commande séquentielle : LD et SFC

Applications particulières : ST

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 27

Function Block Diagram (FBD)

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Ladder Diagram (LD)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 29

Sequential Function Chart (SFC)

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 30

Implantation sur PC

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 31

Modules/cartes

d’entrée-sortie

PCI

USB

Ethernet

Logiciels/librairies pour l’acquisition de

données, la programmation et la

création d’interfaces

Montage de laboratoire

Hiver 2016 GEL−1001 Design I (méthodologie) 32

Matlab/Simulink

Cartes PCI

Advantech

Moteur DC

Conclusion

Commande automatique

Commande continue versus séquentielle

Systèmes de commande industrielle

Architecture, contrôleurs, langages de programmation

Implantation sur PC

Cours liés à la commande automatique

GEL-2005 Systèmes et commande linéaires

GEL-4100 Commande industrielle

GEL-4250 Commande multivariable

GEL-4251 Identification des systèmes

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