Transcript Présentation Automatisme - Site Automatique Polytech Tours
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Automatisme.
1. Les systèmes automatisés de production
Analyse structurelle d’une installation automatisée.
Analyse fonctionnelle: 4 familles de constituants d’automatismes
2. Composants d’automatisation associés aux fonctions
Les capteurs.
Logique câblée/ Logique programmée.
Chaîne d’action pneumatique et électrique.
Schéma de puissance; Schéma de commande.
3. Les modes de marche et d’arrêt d’un automatisme
Le GEMMA.
Hiérarchisation des grafcets.
Sûreté de fonctionnement.
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I°] Automatisation et automatismes
Matière d’œuvre
Système automatisé de
production
Matière d’œuvre
+
Valeur ajoutée
• Système Automatisé de Production (SAP):
Système autonome de création de valeur ajoutée.
Sous des impératifs de sécurité, productivité, adaptabilité…
Bouteille + bouchon.
Bouteille bouchée
SAP
Pièce non percée
Pièce percée
Matière brute
Pièce finie
Pièce au point A
Pièce au point B
Objectif: Augmenter
la compétitivité des produits en réduisant
le coût unitaire de chaque produit.
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Exemple de SAP: chaîne de palettisation.
Transformer l’énergie
Acquérir des informations
Moteur, Vérin
Agir sur la matière d’œuvre
Capteur de Position
Traiter les données
émettre des ordres
Ventouse, convoyeur
Communiquer
localement et à distance
Distribuer l’énergie
Terminaux de dialogue
Contacteur électrique
Distributeur pneumatique
API
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Analyse fonctionnelle d’un SAP
Energie du réseau de distribution
PARTIE
COMMANDE
Ordres
Matière
d’œuvre
Préactionneurs
Actionneurs
Distribuer l’énergie
Convertir l’énergie en
action
Energie convertie
Effecteurs
Agir sur le produit
Traiter les
informations
Ajout de valeur ajoutée
Capteurs
Informations
Acquérir de l’information
Evénements
Matière d’œuvre
+
valeur ajoutée
Constituants de dialogue
Consignes, Messages
Communication
-les opérateurs
-les postes de travail amont/aval/
-avec d’autres systèmes (ERP, BdD...)
Echange d’énergie
Echange
d’informations
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Partie opérative/ Partie commande: Plan de l’étude
Partie
commande
(PC)
Réseaux d’énergie
(pneumatique, électrique, hydraulique)
Appareillages de distribution
Partie
Opérative
(PO)
Adapter, Isoler, Sécuriser
Chaîne d’action
Energie sécurisée
PARTIE
COMMANDE
Ordres
Matière
d’œuvre
Préactionneurs
Actionneurs
Distribuer l’énergie
Convertir l’énergie en
action
Energie convertie
Effecteurs
Agir sur le produit
Traiter les
informations
Capteurs
informations
Acquérir de l’information
Ajout de valeur ajoutée
Évènements
Matière d’œuvre
+
valeur ajoutée
Plan de l’étude
1°) Les capteurs.
2°) Partie commande: logique câblée / Programmée
3°) Éléments technologiques des chaînes d’action
pneumatique et électrique
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Les capteurs (1)
Rôle: Fournir à la PC des informations sur l’état du système.
Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques exploitables par la PC.
• 3 types de capteurs:
Les détecteurs (ou capteur T.O.R.):
- Un détecteur fournit une information binaire à la partie commande.
(Présence d’une pièce ou non, seuil de température atteinte, Vérin sorti…)
- Il existe différentes familles technologiques de détecteurs: mécanique, optique,
inductif, capacitif… dont les caractéristiques distinctes sont des éléments de
choix.
Les capteurs analogiques :
- Un capteur analogique fournit une image électrique (tension 0-10V ou courant 4-20mA)
d’une grandeur physique évoluant continument dans le temps, dans une gamme de variation
donnée.
Les capteurs numériques (ou codeurs)/
- Les codeurs transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions,...,
pouvant être lus sur 8, 16,32 bits.
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Détecteur de position mécanique (TOR)
Détecteur de position
Symbole
principe
Utilisation:
Détecteur de position, fin de course,
Détection de présence d’objets solides
Avantage
•sécurité de fonctionnement élevée :
•fiabilité des contacts.
•bonne fidélité sur les points d'enclenchement
(jusqu'à 0,01 mm)
•bonne aptitude à commuter les courants faibles
combinée à une grande endurance électrique
•tension d'emploi élevée
•mise en œuvre simple, fonctionnement
visualisé.
•grande résistance aux ambiances industrielles
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Détecteur de proximité inductif (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
basée sur la variation d’un champ
magnétique à l’approche d’un objet
conducteur du courant électrique
Utilisation:
Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets métalliques
L'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de
position.
Avantage
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres.
•Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche.
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
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Détecteur de proximité capacitif (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
basé sur la variation d’un champ
électrique à l’approche d’un objet
quelconque.
Utilisation:
Détection à courte distance d’objets métalliques ou non.
Contrôle de niveau de liquide et de poudre dans trémies
Avantage
Idem détecteur inductif mais plus cher et pas de pièces en mouvement
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Détecteur statique, pas de pièces en mouvement.
•Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres.
•Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche.
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
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Détecteur de proximité photoélectrique (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
Les détecteurs photoélectriques se composent
essentiellement d'un émetteur de lumière associé à un
récepteur photosensible.
Utilisation:
Détection de tout objet opaque.
Avantage
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Détection sur de grande distance.
•généralement en lumière infrarouge invisible, indépendante des conditions d'environnement
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
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3 détections photoélectriques (2)
barrage
•2 boitiers
•portée : 30m
•pas les objets
Symbole
transparents
Système réflex
•1 boitier
•portée : 15m
•pas les objets
transparents et
réfléchissants
Symbole
Système proximité
•1 boitier
•portée : dépend de
la couleur de l'objet
•pas les objets
transparents
Symbole
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Critère de choix d’un capteur (1)
•Critères de choix
Ambiance industrielle.
Poussiéreuse, humide, explosive…
Nature de la détection
Nombre de cycle de manœuvre.
Nombre et nature des contacts requis
Place disponible….
Choix n°1: Famille technologique.
Choix n°2: Référence et caractéristiques spécifiques
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Critère de choix d’un capteur (2)
C h o ix d e la fa m ille
te c h n o lo g iq u e d ’u n
d é te c te u r
L ’o b je t e s t-il s o lid e ?
NON
OUI
L e c o n ta c t a v e c
l’o b je t e s t-il
p o s s ib le ?
NON
OUI
L a v ite s s e d e
p a s s a g e d e l’o b je t
e s t-e lle < 2 m /s ?
L ’o b je t e s t-il
m é ta lliq u e ?
OUI
OUI
L a fr é q u e n c e d e
p a s s a g e d e l’o b je t
e s t-e lle in fé r ie u r à
1H z?
L a d is ta n c e o b je t/
d é te c te u r e s t-e lle
<5cm ?
NON
L a d is ta n c e o b je t/
d é te c te u r e s te lle > 2 c m ?
NON
NON
OUI
OUI
OUI
D é te c te u r
E le c tr o m é c a n iq u e
D é te c te u r s d e
p r o x im ité
in d u c tif
D é te c te u r s
p h o to é le c tr iq u e s
D é te c te u r s d e
p r o x im ité s
c a p a c itifs
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Câblages des détecteurs (1/2)
Contact NO
Contact NF
En anglais:
: Normalement Ouvert
: Normalement Fermé
NO: Normally Open
NC: Normally Close
Cette version NO+NF permet un
contrôle du bon fonctionnement du
capteur.
• Pour mettre au 1 logique l’entrée d’un automate à logique positive,
il faut lui imposer un potentiel de 24Volts.
•Pour mettre au 1 logique l’entrée d’un automate à logique négative,
il faut lui ramener un potentiel de 0Volts
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Câblages des détecteurs (2/2)
Il existe des capteurs 2 fils et des capteurs 3 fils.
-Les capteurs 2 fils se raccordent comme de simples interrupteurs, en série.
- Selon la logique positive ou négative de l’automate, on
raccordera respectivement le +24V ou le 0Volt à l’entrée
de l’automate via le capteur 2 fils.
- Pour les capteurs 3 fils intègrent des circuits électroniques de traitement (comme certains 2 fils)
et ne fonctionne qu’avec une alimentation continue.
-En cas d’un automate à logique positive (Gamme
Schneider), on utilise exclusivement des capteurs PNP.
- des capteurs NPN, en cas d’API à logique négative.
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Fonction Traitement des Données.
Informations
Partie
Opérative
Ordres
API : Automate Programmable Industriel
Partie
Commande
Relais de commande et déclinaisons auxiliaires
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Logique programmée vs Logique câblée
Logique programmée
Souplesse
et adaptabilité de
l’installation (Remplacement des fonctions
combinatoires et séquentielles par un programme).
Solution
Plus
plus compacte
cher.
Comptabilité entre familles
d’automates. …
Logique câblée
Automatisme
simple et rapide à
mettre en oeuvre
Obligatoire pour le traitement
d’arrêt d’urgence et de sécurité.
Solution
rigide et rapidement
volumineuse.
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Élément de base des automatismes câblés: Le relais
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Schéma d’automatisme câblé: Principe
La réalisation de schéma d’automatisme câblé nécessite
exclusivement la mise en œuvre des éléments suivants:
1. Mise en œuvre de relais judicieusement choisis.
2. Mise en œuvre de mémoire câblée.
3. Mise en œuvre de temporisation.
3. Connaissance du langage à contacts
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Fonction Mémoire en logique câblée
Mémoire à déclenchement prioritaire
(arrêt prioritaire)
KA 1=S1 S2+KA 1
Le relais KA1:
1°) « colle » par appui sur le BP NO S2.
2°) s’auto-maintient.
3°) « décolle » par appui sur le BP NF S1
Mémoire à enclenchement prioritaire
(marche prioritaire)
KA 2=S4 S3 KA 2
Le relais KA2:
1°) « colle » par appui sur le BP NO S4.
2°) s’auto-maintient.
3°) « décolle » par appui sur le BP NF S3
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Le langage à contacts: Rappel
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Les relais temporisés
22
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Principe des automatismes câblés (1)
On traduit le fonctionnement souhaité de l’installation par des équations booléennes.
Exemple:
K M 1 Q1 F 2 S 2 K M 2(T ) S 1 K M 1
Les équations combinatoires se réalisent en langages à contact câblés
Les équations séquentielles nécessite de mettre en œuvre des mémoires
cablées
Les temporisations se réalisent à l’aide de relais temporisés
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Exemple: Démarrage / d’un moteur asynchrone.
On considère un schéma de puissance de raccordement d’un MAS 3.
Principe de fonctionnement:
• Fermeture de Q1 (Manuel)
• Démarrage du moteur par appui sur un BP S1.
•Fermeture de KM1 (Couplage Y )
•Fermeture de KM2 (Alimentation)
•Ouverture de KM1 (Après temporisation)
•Fermeture de KM3 (Couplage )
• Un BP Arrêt S2 ou défaut moteur (Relais thermique F2) doit
provoquer l’arrêt du moteur).
•Un voyant H2 indiquera que le démarrage est terminé.
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Démarrage / d’un moteur asynchrone: Solution
L’étude fournit les équations logiques suivantes :
K M 1 Q 1 F 2 S 2 K M 2(T ) S 1 K M 1 .
K M 2 Q 1 F 2 S 2 K M 2(T ) K M 1
K M 3 H 2 Q 1 F 2 S 2 K M 1 K M 2(T ) K M 3
Schéma de l’automatisme câblé correspondant :
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Automates Programmables Industriels (A.P.I.)
1 . E n tré e
2 . T ra ite m e n t
3 . S o rtie
Un automate est une « machine cyclique » qui, en
fonction d’informations apparaissant à ses entrées et du
programme placé dans sa mémoire, émets des ordres sur
ses sorties, des messages…
L’automate dispose de mémoires internes, de compteurs,
de bloc de temporisations ainsi que de nombreuses
fonctions de plus haut niveau.
La plupart des automates peuvent se coupler sur des
réseaux d’atelier ou d’entreprise.
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Temps de cycle et réponse d’un automate
1 . E n tré e
L’acquisition des entrées
en début de cycle.
2 . T ra ite m e n t
Le traitement séquentiel
Calcul des ordres
3 . S o rtie
L’affectation des sorties
en fin de cycles.
La durée écoulée entre l’apparition d’une condition à l’entrée de l’API
et l’écriture d’une ordre à sa sortie est de 2 temps de cycle au maximum.
L’automate est conçu pour maintenir un temps de cycle très court.
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Logique programmée vs Logique câblée: exemple comparatif (1)
Commander 2 pompes de remplissage
d’un réservoir de sorte que:
1.
Quand la cuve est pleine (Sh=1 et Sb=1),
aucune pompe ne fonctionne.
2.
Quand la cuve est vide (Sh=0 et Sb=0), les 2
pompes fonctionnent
3.
Quand le cuve est à moitié vide (ou pleine..)
(Sh=0 et Sb=1), une seule pompe fonctionne. Le
choix se fait à l’aide d’un commutateur C=1
alors le pompe M1 fonctionne.
Voir planche n°39…
pour explication contacteur KM1 et KM2
L’étude donne:
K M 1 Sb C Sh
K M 2 Sb C Sh
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Logique programmée vs Logique câblée:
Schéma de puissance de l’installation
29
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Logique programmée vs Logique câblée: Comparatif schéma de commande (3)
En logique programmée
En logique câblée
30
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Autre exemple classique: Marche/Arrêt d’un moteur
1
3
5
Q1
Valeur
2
4
6
2
1
F1
3/L2
95
T2
1
1/L1
4
2
RT2
Valeur
3
5/L3
96
K1
( 01 - H )
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
1
S1
2
RT1
3
2/T1
4/T2
6/T3
S2
U
V
M
3~
W
K1
( 01 - H )
4
M1
A1
K1
A2
31
NO
P( 01 - D )
NC
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Chaîne de distribution de l’énergie dans les SAP
Technologie pneumatique
Technologie électrique
Avantages:
Avantages:
•Énergie propre de mise en œuvre aisée
•Sécurité de fonctionnement
•Grande vitesse de déplacement des vérins
•Utilisation conjointe d’outillage pneumatique.
• Ne peux être utilisé en atmosphère explosive.
•Mise à disposition généralisée.
•Source autonome et secourue.
•SAP « tout électrique »
•Silencieux
•Précaution à prendre en atmosphère humide32(IP)
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Principaux éléments de mise en œuvre
Réseau
d’énergie
Appareillage de Pré-actionneur
distribution
Principaux
actionneurs
pneumatique
Compresseur
•Cellule FRL
•Sectionneur
•Démarreur
progressif
Vérin
électrique
Réseau EDF
ou autonome
Sectionneur
Contacteur
Interrupteur
Disjoncteur
Relais thermique
Distributeur
• Moteur
• Résistance
chauffante
33
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Mise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatique (1/2)
Compresseur ( jusqu’à 10 bars)
(1bar = 1daN/cm2)
Production centralisé d’air comprimé,
un réservoir régule le consommation
34
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Mise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatique (2/2)
Système FRL
En tête de ligne, l’air doit être:
1. Filtré pour assécher l’air et filtrer les particules solides.
2. Réglé et régulé via un manodétendeur.
3. Lubrifié pour éviter la corrosion et diminuer les frottements
Pour pouvoir mettre la ligne hors énergie, on utilise un sectionneur
à commande pneumatique et électrique.
Pour garantir une montée en pression progressive, on utilise un
démarreur progressif. Il protège les personnes d’une brusque
remise en service des actionneurs.
Vers utilisation
35
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Principaux actionneurs en technologie pneumatique (1)
Vérin simple effet
• un seul orifice d’admission d’air.
• le retour à la position d’ équilibre s’effectue via
un ressort dès lors qu’on place l’unique chambre
à l’échappement
Vérin double effet
• deux orifices d’admission d’air.
• Déplacement contrôlé dans les 2 sens
• Le vérin double-effet offre certaines possibilités impossible à réaliser avec
un vérin simple-effet (amortissement fin de course etc..).
• Le vérin simple-effet est plus économique et consomme moins d’air.
36
Slide 37
Principaux actionneurs en technologie pneumatique (2)
Critères de choix d’un vérin: (hors nombreuses options)
1. La course.
2. La force développée
Remarque: Attention, en conception mécanique, un vérin n’assure pas le guidage
37
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Pour information...
Actions réalisables à l’aide de vérins:
38
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Principaux actionneurs en technologie pneumatique (3)
Ventouse de préhension.
Vérin sans tige.
Vérin à double tige.
Vérin rotatif…
39
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Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (1)
Le distributeur a pour fonction de
distribuer l’air dans les chambres du vérin
en fonction des ordres qu’il reçoit
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Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (2)
Un distributeur est caractérisé par :
par le nombre des orifices : 2, 3, 4 ou 5 ;
par le nombre des modes de distribution ou positions : 2 ou 3 ;
par le type de commande du pilotage assurant le changement
de position :
simple pilotage avec rappel par ressort
ou double pilotage.
par la technologie de pilotage : pneumatique, électrique ou
mécanique ;
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Slide 42
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (3)
Symboles et conventions :
Une position pour chaque case
Orifice présent sur chaque case
Flèche indiquant le passage de
l’air comprimé
Commentaires :
On désigne un distributeur avec 2
chiffres :
- 1er chiffre :
nombre d’orifices
- 2èmechiffre :
nombre de position
du tiroir
Ex : distributeur 3/2 :
3 orifices
2 positions
Une voie
Orifice
fermé
Source
pression
Échappement
42
Slide 43
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (4)
La commande des distributeurs:
Il existe 2 types de distributeurs :
-Distributeur monostable.
le tiroir est rappelé à sa position initiale par un ressort, dès la disparition du signal de pilotage.
-Distributeur bistable.
le tiroir garde sa position en l’absence de signal de pilotage
Le signal de commande du tiroir peut-être:
• manuel.
• mécanique,
• pneumatique,
• électrique.
43
Slide 44
Eléments de distribution d’énergie pneumatique
V1
Le réducteur de vitesse.
2
2
Unidirectionnel, cet élément permet de régler le vitesse de
déplacement des vérins, en limitant le débit d’échappement
correspondant
1
1
Le bloqueur.
2
1
A1
2
A1
2
A2
-Y2
A2
-Y1
1
1
Il s’agit d’un simple distributeur 2/2 permettant de bloquer
le mouvement d’un vérin pendant sa course, ou bien à
l’arrêt.
Il est nécessaire de le placer au plus près du vérin à bloquer.
4
2
-Y
-Y
5
1
Le silencieux.
3
1
1
P1
S1
Dispositif limitant les bruits lorsque de l’air comprimé part à
l’échappement
44
Slide 45
Exemple de schéma de distribution d’énergie pneumatique
45
Slide 46
Distribution de l’énergie en technologie électrique (1)
Mise à disposition et adaptation
En amont de toute commande de distribution d’énergie électrique
• Raccordement au réseau depuis une armoire BT.
• Dispositif d’isolement/ au réseau (sectionneur).
• Dispositif de protection surcharge et court-circuit (fusible/disjoncteur).
46
Slide 47
Mise à disposition et adaptation de l’énergie électrique (1/2)
il est nécessaire de
1.
Isoler le circuit du réseau.
2.
Interrompre l’alimentation
3.
Protéger contre les défauts (surcharges, courts-circuits et courant de fuites).
1. Isoler le circuit du réseau.
On doit pouvoir garantir l’isolement de
l’installation du reste du réseau. C’est le rôle du
sectionneur, qui n’a pas de pouvoir de coupure du
courant nominal, mais qui garantit, mécaniquement, la
mise hors tension de l’installation en aval.
Sectionneur-Porte fusible
5
6
6
4
3
2
4
5
1
3
2
1
Interrupteur-Sectionneur
Interrupteur-Sectionneur
47
Slide 48
Mise à disposition et adaptation de l’énergie électrique (2/2)
2. Interrompre l’alimentation
L’interrupteur est un appareillage qui permet de couper
l’alimentation lorsque le l’installation fonctionne de manière
nominale.
- On rencontre souvent des interrupteurs-sectionneurs.
- Le contacteur a la fonction « interrupteur »….
Contacteur
3. Protéger l’installation
Le disjoncteur protéger le circuit aval des surcharges et des courtcircuit (protection thermique et magnétique).
- Lorsqu’il convient de protéger des courants de fuites, on utilise
des disjoncteurs différentiels.
Disjoncteur
- Le relais thermique est un appareillage assure que le courant le
traversant à une intensité inférieure à un seuil définie en façade.
Dans le cas contraire, le relais actionne des contacts de commande.
Relais thermique
1/L1
3/L2
1
3
5
2
4
6
5/L3
RT1
2/T1
4/T2
6/T3
Relais thermique
Disjoncteur
48
Slide 49
Pré-actionneurs électriques: les contacteurs
• aspect fonctionnel
ordres de la P.C.
énergie de commande :24V
énergie
distribuer l’énergie
électrique à
électrique de
l’actionneur
(MAS
puissance
principalement)
disponible
Contacteur
électromagnétique
énergie
électrique de
puissance
distribuée à
l’actionneur
• Principe: électromagnétique
•Symbole:
49
Slide 50
Exemple de circuit de puissance
50
Slide 51
Schémas associés à la réalisation d’un automatisme
In fine, la réalisation d’un automatisme repose sur à la
donnée de 2 schémas qui s’imbriquent:
•Le schéma de puissance: qui correspond aux câblages des chaînes d’actions de
l’automatisme.
•Le schéma de commande: qui correspond au câblage de la partie commande,
du raccordement aux E/S d’automates, à la logique câblée
51
Slide 52
Exemple de réalisation d’un automatisme (1/2):
Schéma de puissance
A
B
C
D
1
2
3
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
3x230/400V
Q1
L1
7
L2
5
6
L3
3
4
N
1
2
8
1
3
5
2
4
6
1/L1
3/L2
5/L3
1
3
5
2
4
6
1/L1
3/L2
5/L3
Q2
N
1
Q3
1
3
F1
Q4
4
1/L1
3/L2
5/L3
2
2
4
1
2
5
KM1
KM2
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
2/T1
4/T2
6/T3
KM3
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
6
RT1
230/400V
24V
RT2
2/T1
4/T2
6/T3
2/T1
4/T2
6/T3
U1
V1
W1
U2
V2
W2
250VA
3
4
1
3
7
N
L
Q5
8
U
V
M
3~
9
W
U
M1
1.5kW
1500t/min
MOTEUR CONVOYEUR
V
M
3~
W
M2
1.5kW
1500t/min
MOTEUR POMPE
L
M
1~
N
M3
0.015 kW
2
4
VENTILATEUR ARMOIRE
1
LA POMPE NE FONCTIONNE QUE SI LE CONVOYEUR EST EN MARCHE AV OU AR.
( 02 - B )
2
10
( 02 - B )
TENSION DE COMMANDE 24V AC
11
MICRELEC
CONVOYEUR ALIMENTATION PIECES DETACHEES MAGASIN
Dessiné le :
15/06/2001
01
Modifié le :
4, place Abel Leblanc 77120 COULOMMIERS
ALIMENTATION ET PUISSANCE
Par :
LLORENTE Stéphane
02
52
Slide 53
Exemple de réalisation d’un automatisme (2/2):
Schéma de commande.
1
( 01 - P )
1
1
11
1
11
S1
23
KA1
KA1
S21
(ws)
2
97
24
FC1
1
(br)
S22
RT1
RT2
S13
(sw)
12
3
97
98
98
8
11
95
1
13
S2
RT1
2
S21
(ws)
4
13
(bl)
S14
S5
96
S13
(sw)
7
1
KM1
2
14
9
KM2
14
12
FC2
1
95
S3
(br)
S22
(bl)
S14
S21
(ws)
S13
(sw)
RT2
S13 S14 S21 S22 13
2
5
A1+
13
S6
96
A1
Schmersal
KM1
4
14
10
3
13
S7
KM2
4
14
13
15
AES 1135
Y1
3
3
X1
Y2
14
A2
13
11
FC3
S4
KA1
KM2
(br)
S22
4
S8
11
(bl)
S14
14
12
6
18
14
16
17
X1
A1
A1
A1
KM1
KM2
KM3
A2
A2
A2
2
A1
X1
KA1
H1
A2
( 01 - P )
X1
X2
H2
X2
H3
X2
2
RELAIS
DEFAUT
SURVEILLANCE CONTACTS CARTERS
ARRET URGENCE ARRET URGENCE
2
PRET A
DEMARRER
DEFAUT
THERMIQUE
2
AVANCE
CONVOYEUR
ARRIERE
CONVOYEUR
POMPE
CONVOYEUR / POMPE
53
Slide 54
III°] Les Modes de Marches et d’Arrêts
Le fonctionnement normal d’un SAP est celui pour
lequel il a été conçu.
Il est nécessaire d’étudier les procédures de :
• Mise en route
• Mise au point
• Défaillances
Ces procédures sont définies par les
Modes de Marches et d’Arrêts (MMA)
54
Slide 55
Définir les MMA d’un SAP, c’est définir :
1°) Les modes de production d’un système.
•
•
•
•
Fonctionnement automatique continu
Cycle à cycle
Les marches préparatoires et de clôtures
Fonctionnement semi-auto….
2°) L’exploitation du système par un opérateur (Fct dialogue)
• Conception du pupitre de commande de l’opérateur.
• Informations relatives à la PO à signaler….
3°) Les procédures d’arrêts et de mise en sécurité
• Arrêt normal.
• Arrêt dans un état déterminé
• Traitement de l’arrêt d’urgence….
55
Slide 56
SAP opérationnel?
Comment peut-on
mettre en Marche et
arrêter le
fonctionnement ?
Lorsque l’opérateur pilote le
système, comment suivre son
évolution en temps réel ?
Quelles sont les modes de
fonctionnement disponibles
sur le système ?
Peut-on prévoir
des modes de
marches
spécifiques
pour procéder à
des réglages ou
la maintenance
?
Quelles seront les
conséquences de la
mise « EN /
HORS ÉNERGIE »
sur le système ?
Peut-on prévoir un
mode de marche
permettant de mettre
le système en
situation de repli
en fin de journée
pour assurer la
sécurité ?
Quels critères doiton prendre en
compte pour
assurer la sécurité
des personnes et
des biens ?
Après un Arrêt d’Urgence
dans quelles conditions peuton remettre le système en
production normale ?
Quelles seront les
conséquences d’un Arrêt
d’Urgence pour les
personnes et le système ?
56
Slide 57
Le GEMMA
• Acronyme de : Guide d’Étude des Modes de Marche-Arrêt.
GEMMA
A
PC HORS
ENERGIE
PZ
Guide d'étude des Modes de Marches et d'Arret
PROCEDURES D'ARRET ET DE MISE EN ROUTE
A6
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F4
A1
initial>
F2
préparation>
A4
remise en route après
défaillance>
D2
et/ou traitement de
la défaillance>
obtenu>
A7
A5
F3
de vérification
dans le
désordre>
Production
A2
fin de cycle>
A3
demandé
dans état
déterminé>
F5
dans l'ordre>
F1
D3
F6
D1
Pendant tout
état GEMMA
PC HORS
ENERGIE
D
PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PO
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
Outil graphique de choix de MMA et de description du
fonctionnement opérationnel des systèmes automatisés.
57
Slide 58
Description du guide GEMMA
Hors production
F2
Préchauffage du
four
T=170°C
58
Slide 59
La famille F: Procédures de fonctionnement
F2
F3
Cette état est utilisé pour des SAP
nécessitant une préparation préalable à
la production normale.
Certains SAP nécessite une vidange
ou un nettoyage en fin de série.
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F4
préparation>
F3
de vérification
dans le
désordre>
F5
de vérification
dans l'ordre>
F1
F4
Cette
état
correspond
au
fonctionnement manuel du SAP
sans respecter l’ordre du cycle.
F1
C’est l’état pour lequel le SAP
a été conçu. Cet état correspond
à un Grafcet de production
normale (GPN).
F6
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F6
Lorsque des machines,des capteurs
doivent être réglés périodiquement
sans arrêter la chaîne
F5
C’est le mode manuel su SAP. le
cycle de production de VA peut
être explorée manuellement au
rythme voulue par l’opérateur.
59
Slide 60
La famille D: Procédures de défaillance.
D2
Le système peut-être examiné après défaillance (qui a été sécurisé en D1). Dans
cet état de la PO, ce sont les opérateurs de maintenance qui opèrent
D2
D3
et/ou traitement de
même>
la défaillance>
D1
D
D3
Parfois utile de continuer la production
après défaillance d’une machine: C’est une
mode de production dégradé, aidée par des
opérateurs en ligne…
PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PO
D1
C’est l’état pris l’ors d’un arrêt d’urgence. Il faut prévoir les arrêts, les
procédures de dégagement, de sécurisation des biens et des personnes
60
Slide 61
La famille A: Procédures d’arrêt.
A1
État de repos. Il correspond à l’état initiale du
GPN
A6
Remise de la PO en position
(manuellement ou
automatiquement) pour
redémarrage dans un état initial
A
PROCEDURES D'ARRET ET DE MISE EN ROUTE
A6
A1
initial>
A4
Ligne automatisée à l’arrêt en une
position autre que la fin de cycle.
A2
produire jusqu’à la fin de cycle. (A2 est
transitoire vers A1)
A4
A7
A7
Remise de la PO en position
pour redémarrage dans un état
déterminé.
A2
A3
demandé en
remise en route après
défaillance>
fin de cycle>
demandé
dans état
déterminé>
A3
Arrêt en position quelconque souhaité.
(A3 est transitoire vers A4)
A5
Dans cet état, on procède à toutes les opérations nécessaires à la remise en route après
défaillance.Ex: Dégagement, désengagement, nettoyages…
61
Slide 62
Utilisation du GEMMA: Principe.
Auto et Init
A 6 < M ise P O d a n s
Conditions
Initiales
F
P R O C E D U R E S D E F O N C T IO N N E M E N T
Manu
A1 < A rre t d a n s é ta t
é ta t in itia l>
F 4 < M a rc h e s
d e vé rific a tio n
d a n s le
d é so rd re >
in itia l>
(CI)
Auto et Dcy
Init
A 5 < P ré p a ra tio n p o u r
Début
re m ise e n ro u te a p rè s
d é fa illa n c e >
A
1
2
Rectangle
état « A2 »
Fin de cycle
Production
A 2 < A rre t
dem andé en
fin d e c yc le >
P R O C E D U R E S D 'A R R E T E T D E M IS E E N R O U T E
F1
< P ro d u c tio n n o rm a le >
/Auto
Rectangle
état « F1 »
On ne retient que les RECTANGLES d’ETATS modélisant
des modes de Marches ou d’Arrêts souhaités.
Pour définir les modes de fonctionnements, (conformément au cahier des
charges) il s’agira d’élaborer un «PARCOURS GEMMA » ou « BOUCLE »
en choisissant ou non de transiter par les rectangles états de son choix.
3
Les évolutions entre chaque rectangle état seront réalisées en installant les
CONDITIONS LOGIQUES nécessaires aux évolutions d’un état à l’autre. 62
Slide 63
Élaboration du Grafcet de Conduite
GEMMA
A6
A6
M e ttre e n
GRAFCET DE CONDUITE
Mode
Auto et Dcy
A1 Allumer
C.I. A1
voyant V REF
A5
ré fé re n c e
Cs
br
0
Cs
bs
Mise
sous
A5
tension A5
Initialisation
D ia g n o s tiq u e
a p rè s
d é fa illa n c e
Fin de cycle
A2
A2
Finir le
cycle
en cours
Init
FF1
1
F o nctio nnem ent
A6
suivant G P N
A1
2
En suivant l’évolution dans le GEMMA :
X30 correspond à la dernière étape du GPN
t-
r-
V Ref
Auto et Départ cycle
F1
3
Condition logique = transition+réceptivité
L’étape 3 lance l’exécution du Grafcet de
Production Normale (GPN)
c+ p-Ah
Conditions Initiales
Arrêt
Rectangle état = Étape + action
c-
1
Lance le GPN
Arrêt
A2
4
X30
Indique la "Fin de cycle
du GPN"
63
Slide 64
Hiérarchisation des grafcets
64
Slide 65
Traduction des MMA en grafcets
Le GEMMA conduit à l’élaboration d’une
STRUCTURE MULTI-GRAFCETS HIERARCHISES.
Grafcet de sécurité (GS)
Grafcet de Conduite
(GC)
Grafcet(s) de Production
Normale (GPN)
Grafcets de tâches
65
Slide 66
Grafcets hiérarchisés
Grafcet de Sûreté
Le GRAFCET DE
SURETE est
hiérarchiquement
supérieur
F/GC
F/GPN
Grafcet de Conduite
F/GPN
Grafcet de Production Normale
F/GPN: se lit « Forçage sur GPN »
66
Slide 67
Le GMMA
Graphe des Modes de Marches et d’Arrêts
Établi après validation GEMMA
Comporte uniquement les cheminements utilisés.
Conduite du système par les intervenants Régleur,
Opérateur, Maintenance
67
Slide 68
Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (1)
• Principe:
Prise en compte de la sécurité des personnes et des biens sur défaillances des systèmes.
Un système est dit de sécurité totale si l’apparition d’une défaillance ne conduit
jamais à une situation dangereuse
Un défaut passif (s’il se traduit par un circuit ouvert)
est dangereux si la commande est de type alarme.
Un défaut actif (s’il se traduit par un circuit fermé)
est dangereux si il maintient une commande non désirée.
68
Slide 69
Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (2)
2 idées de bases:
1.
Sur défaillance, la distribution d’énergie à la PO doit être coupée et les
automatismes de sécurité doivent être des automatismes câblés.
Préactionneurs
Actionneurs
Machine
Capteurs
Capteurs de
sécurité
Logique de câblée
API
Carte de
sortie
2.
Interface
d’entrée
Sur retour de défaillance, la mise en énergie de la PO doit s’effectuer sur
acquittement manuel d’un opérateur.
69
Slide 70
Structure du circuit de commande imposée par la sûreté de fonctionnement.
Sécurité générale: Tout défaut ( contact NF) se traduit
par une coupure d’énergie.
70
Slide 71
1.
Exercice d’application GEMMA (1)
Un cycle de fonctionnement
correspond à:
Un aller de A en B.
Une temporisation de 1mn de chargement
Un retour de B vers A.
Une temporisation de 1mn de déchargement.
2.
Modes de fonctionnements envisagés:
Automatique en cycle à cycle enclenché par le bouton poussoir DCY
Automatique continu enclenché par le BP DCY
Manuel dans le désordre avec BP de commande G et D
3.
Traitement de l’arrêt d’urgence:
Déverrouillage de l’ARU puis acquittement de l’opérateur. Pupitre de commande envisagé.
Manu O Auto
ARU
C/C
Init
Cont
Acq
Dcy
G
D
Questions:
a) Déterminer le GMMA correspondant au fonctionnement souhaité.
b) Déterminer un grafcet de conduite correspondant.
71
Automatisme.
1. Les systèmes automatisés de production
Analyse structurelle d’une installation automatisée.
Analyse fonctionnelle: 4 familles de constituants d’automatismes
2. Composants d’automatisation associés aux fonctions
Les capteurs.
Logique câblée/ Logique programmée.
Chaîne d’action pneumatique et électrique.
Schéma de puissance; Schéma de commande.
3. Les modes de marche et d’arrêt d’un automatisme
Le GEMMA.
Hiérarchisation des grafcets.
Sûreté de fonctionnement.
Slide 2
I°] Automatisation et automatismes
Matière d’œuvre
Système automatisé de
production
Matière d’œuvre
+
Valeur ajoutée
• Système Automatisé de Production (SAP):
Système autonome de création de valeur ajoutée.
Sous des impératifs de sécurité, productivité, adaptabilité…
Bouteille + bouchon.
Bouteille bouchée
SAP
Pièce non percée
Pièce percée
Matière brute
Pièce finie
Pièce au point A
Pièce au point B
Objectif: Augmenter
la compétitivité des produits en réduisant
le coût unitaire de chaque produit.
2
Slide 3
Exemple de SAP: chaîne de palettisation.
Transformer l’énergie
Acquérir des informations
Moteur, Vérin
Agir sur la matière d’œuvre
Capteur de Position
Traiter les données
émettre des ordres
Ventouse, convoyeur
Communiquer
localement et à distance
Distribuer l’énergie
Terminaux de dialogue
Contacteur électrique
Distributeur pneumatique
API
3
Slide 4
Analyse fonctionnelle d’un SAP
Energie du réseau de distribution
PARTIE
COMMANDE
Ordres
Matière
d’œuvre
Préactionneurs
Actionneurs
Distribuer l’énergie
Convertir l’énergie en
action
Energie convertie
Effecteurs
Agir sur le produit
Traiter les
informations
Ajout de valeur ajoutée
Capteurs
Informations
Acquérir de l’information
Evénements
Matière d’œuvre
+
valeur ajoutée
Constituants de dialogue
Consignes, Messages
Communication
-les opérateurs
-les postes de travail amont/aval/
-avec d’autres systèmes (ERP, BdD...)
Echange d’énergie
Echange
d’informations
4
Slide 5
Partie opérative/ Partie commande: Plan de l’étude
Partie
commande
(PC)
Réseaux d’énergie
(pneumatique, électrique, hydraulique)
Appareillages de distribution
Partie
Opérative
(PO)
Adapter, Isoler, Sécuriser
Chaîne d’action
Energie sécurisée
PARTIE
COMMANDE
Ordres
Matière
d’œuvre
Préactionneurs
Actionneurs
Distribuer l’énergie
Convertir l’énergie en
action
Energie convertie
Effecteurs
Agir sur le produit
Traiter les
informations
Capteurs
informations
Acquérir de l’information
Ajout de valeur ajoutée
Évènements
Matière d’œuvre
+
valeur ajoutée
Plan de l’étude
1°) Les capteurs.
2°) Partie commande: logique câblée / Programmée
3°) Éléments technologiques des chaînes d’action
pneumatique et électrique
5
Slide 6
Les capteurs (1)
Rôle: Fournir à la PC des informations sur l’état du système.
Il convertit les informations physiques de la PO en grandeurs électriques exploitables par la PC.
• 3 types de capteurs:
Les détecteurs (ou capteur T.O.R.):
- Un détecteur fournit une information binaire à la partie commande.
(Présence d’une pièce ou non, seuil de température atteinte, Vérin sorti…)
- Il existe différentes familles technologiques de détecteurs: mécanique, optique,
inductif, capacitif… dont les caractéristiques distinctes sont des éléments de
choix.
Les capteurs analogiques :
- Un capteur analogique fournit une image électrique (tension 0-10V ou courant 4-20mA)
d’une grandeur physique évoluant continument dans le temps, dans une gamme de variation
donnée.
Les capteurs numériques (ou codeurs)/
- Les codeurs transmettent des valeurs numériques précisant des positions, des pressions,...,
pouvant être lus sur 8, 16,32 bits.
6
Slide 7
Détecteur de position mécanique (TOR)
Détecteur de position
Symbole
principe
Utilisation:
Détecteur de position, fin de course,
Détection de présence d’objets solides
Avantage
•sécurité de fonctionnement élevée :
•fiabilité des contacts.
•bonne fidélité sur les points d'enclenchement
(jusqu'à 0,01 mm)
•bonne aptitude à commuter les courants faibles
combinée à une grande endurance électrique
•tension d'emploi élevée
•mise en œuvre simple, fonctionnement
visualisé.
•grande résistance aux ambiances industrielles
7
Slide 8
Détecteur de proximité inductif (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
basée sur la variation d’un champ
magnétique à l’approche d’un objet
conducteur du courant électrique
Utilisation:
Ce type de capteur est réservée à la détection sans contact d'objets métalliques
L'objet est donc à proximité du capteur mais pas en contact contrairement à un détecteur de
position.
Avantage
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres.
•Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche.
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
8
Slide 9
Détecteur de proximité capacitif (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
basé sur la variation d’un champ
électrique à l’approche d’un objet
quelconque.
Utilisation:
Détection à courte distance d’objets métalliques ou non.
Contrôle de niveau de liquide et de poudre dans trémies
Avantage
Idem détecteur inductif mais plus cher et pas de pièces en mouvement
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Détecteur statique, pas de pièces en mouvement.
•Durée de vie indépendante du nombre de manœuvres.
•Produit entièrement encapsulé dans la résine donc étanche.
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
9
Slide 10
Détecteur de proximité photoélectrique (TOR)
Détecteur de inductif
Symbole
principe
Les détecteurs photoélectriques se composent
essentiellement d'un émetteur de lumière associé à un
récepteur photosensible.
Utilisation:
Détection de tout objet opaque.
Avantage
•Pas de contact physique avec l’objet détecté.
•Pas d’usure ; possibilité de détecter des objets fragiles, fraîchement peints…
•Détection sur de grande distance.
•généralement en lumière infrarouge invisible, indépendante des conditions d'environnement
•Très bonne tenue à l’environnement industriel : atmosphère polluante
10
Slide 11
3 détections photoélectriques (2)
barrage
•2 boitiers
•portée : 30m
•pas les objets
Symbole
transparents
Système réflex
•1 boitier
•portée : 15m
•pas les objets
transparents et
réfléchissants
Symbole
Système proximité
•1 boitier
•portée : dépend de
la couleur de l'objet
•pas les objets
transparents
Symbole
11
Slide 12
Critère de choix d’un capteur (1)
•Critères de choix
Ambiance industrielle.
Poussiéreuse, humide, explosive…
Nature de la détection
Nombre de cycle de manœuvre.
Nombre et nature des contacts requis
Place disponible….
Choix n°1: Famille technologique.
Choix n°2: Référence et caractéristiques spécifiques
12
Slide 13
Critère de choix d’un capteur (2)
C h o ix d e la fa m ille
te c h n o lo g iq u e d ’u n
d é te c te u r
L ’o b je t e s t-il s o lid e ?
NON
OUI
L e c o n ta c t a v e c
l’o b je t e s t-il
p o s s ib le ?
NON
OUI
L a v ite s s e d e
p a s s a g e d e l’o b je t
e s t-e lle < 2 m /s ?
L ’o b je t e s t-il
m é ta lliq u e ?
OUI
OUI
L a fr é q u e n c e d e
p a s s a g e d e l’o b je t
e s t-e lle in fé r ie u r à
1H z?
L a d is ta n c e o b je t/
d é te c te u r e s t-e lle
<5cm ?
NON
L a d is ta n c e o b je t/
d é te c te u r e s te lle > 2 c m ?
NON
NON
OUI
OUI
OUI
D é te c te u r
E le c tr o m é c a n iq u e
D é te c te u r s d e
p r o x im ité
in d u c tif
D é te c te u r s
p h o to é le c tr iq u e s
D é te c te u r s d e
p r o x im ité s
c a p a c itifs
13
Slide 14
Câblages des détecteurs (1/2)
Contact NO
Contact NF
En anglais:
: Normalement Ouvert
: Normalement Fermé
NO: Normally Open
NC: Normally Close
Cette version NO+NF permet un
contrôle du bon fonctionnement du
capteur.
• Pour mettre au 1 logique l’entrée d’un automate à logique positive,
il faut lui imposer un potentiel de 24Volts.
•Pour mettre au 1 logique l’entrée d’un automate à logique négative,
il faut lui ramener un potentiel de 0Volts
14
Slide 15
Câblages des détecteurs (2/2)
Il existe des capteurs 2 fils et des capteurs 3 fils.
-Les capteurs 2 fils se raccordent comme de simples interrupteurs, en série.
- Selon la logique positive ou négative de l’automate, on
raccordera respectivement le +24V ou le 0Volt à l’entrée
de l’automate via le capteur 2 fils.
- Pour les capteurs 3 fils intègrent des circuits électroniques de traitement (comme certains 2 fils)
et ne fonctionne qu’avec une alimentation continue.
-En cas d’un automate à logique positive (Gamme
Schneider), on utilise exclusivement des capteurs PNP.
- des capteurs NPN, en cas d’API à logique négative.
15
Slide 16
Fonction Traitement des Données.
Informations
Partie
Opérative
Ordres
API : Automate Programmable Industriel
Partie
Commande
Relais de commande et déclinaisons auxiliaires
16
Slide 17
Logique programmée vs Logique câblée
Logique programmée
Souplesse
et adaptabilité de
l’installation (Remplacement des fonctions
combinatoires et séquentielles par un programme).
Solution
Plus
plus compacte
cher.
Comptabilité entre familles
d’automates. …
Logique câblée
Automatisme
simple et rapide à
mettre en oeuvre
Obligatoire pour le traitement
d’arrêt d’urgence et de sécurité.
Solution
rigide et rapidement
volumineuse.
17
Slide 18
Élément de base des automatismes câblés: Le relais
18
Slide 19
Schéma d’automatisme câblé: Principe
La réalisation de schéma d’automatisme câblé nécessite
exclusivement la mise en œuvre des éléments suivants:
1. Mise en œuvre de relais judicieusement choisis.
2. Mise en œuvre de mémoire câblée.
3. Mise en œuvre de temporisation.
3. Connaissance du langage à contacts
19
Slide 20
Fonction Mémoire en logique câblée
Mémoire à déclenchement prioritaire
(arrêt prioritaire)
KA 1=S1 S2+KA 1
Le relais KA1:
1°) « colle » par appui sur le BP NO S2.
2°) s’auto-maintient.
3°) « décolle » par appui sur le BP NF S1
Mémoire à enclenchement prioritaire
(marche prioritaire)
KA 2=S4 S3 KA 2
Le relais KA2:
1°) « colle » par appui sur le BP NO S4.
2°) s’auto-maintient.
3°) « décolle » par appui sur le BP NF S3
20
Slide 21
Le langage à contacts: Rappel
21
Slide 22
Les relais temporisés
22
Slide 23
Principe des automatismes câblés (1)
On traduit le fonctionnement souhaité de l’installation par des équations booléennes.
Exemple:
K M 1 Q1 F 2 S 2 K M 2(T ) S 1 K M 1
Les équations combinatoires se réalisent en langages à contact câblés
Les équations séquentielles nécessite de mettre en œuvre des mémoires
cablées
Les temporisations se réalisent à l’aide de relais temporisés
23
Slide 24
Exemple: Démarrage / d’un moteur asynchrone.
On considère un schéma de puissance de raccordement d’un MAS 3.
Principe de fonctionnement:
• Fermeture de Q1 (Manuel)
• Démarrage du moteur par appui sur un BP S1.
•Fermeture de KM1 (Couplage Y )
•Fermeture de KM2 (Alimentation)
•Ouverture de KM1 (Après temporisation)
•Fermeture de KM3 (Couplage )
• Un BP Arrêt S2 ou défaut moteur (Relais thermique F2) doit
provoquer l’arrêt du moteur).
•Un voyant H2 indiquera que le démarrage est terminé.
24
Slide 25
Démarrage / d’un moteur asynchrone: Solution
L’étude fournit les équations logiques suivantes :
K M 1 Q 1 F 2 S 2 K M 2(T ) S 1 K M 1 .
K M 2 Q 1 F 2 S 2 K M 2(T ) K M 1
K M 3 H 2 Q 1 F 2 S 2 K M 1 K M 2(T ) K M 3
Schéma de l’automatisme câblé correspondant :
25
Slide 26
Automates Programmables Industriels (A.P.I.)
1 . E n tré e
2 . T ra ite m e n t
3 . S o rtie
Un automate est une « machine cyclique » qui, en
fonction d’informations apparaissant à ses entrées et du
programme placé dans sa mémoire, émets des ordres sur
ses sorties, des messages…
L’automate dispose de mémoires internes, de compteurs,
de bloc de temporisations ainsi que de nombreuses
fonctions de plus haut niveau.
La plupart des automates peuvent se coupler sur des
réseaux d’atelier ou d’entreprise.
26
Slide 27
Temps de cycle et réponse d’un automate
1 . E n tré e
L’acquisition des entrées
en début de cycle.
2 . T ra ite m e n t
Le traitement séquentiel
Calcul des ordres
3 . S o rtie
L’affectation des sorties
en fin de cycles.
La durée écoulée entre l’apparition d’une condition à l’entrée de l’API
et l’écriture d’une ordre à sa sortie est de 2 temps de cycle au maximum.
L’automate est conçu pour maintenir un temps de cycle très court.
27
Slide 28
Logique programmée vs Logique câblée: exemple comparatif (1)
Commander 2 pompes de remplissage
d’un réservoir de sorte que:
1.
Quand la cuve est pleine (Sh=1 et Sb=1),
aucune pompe ne fonctionne.
2.
Quand la cuve est vide (Sh=0 et Sb=0), les 2
pompes fonctionnent
3.
Quand le cuve est à moitié vide (ou pleine..)
(Sh=0 et Sb=1), une seule pompe fonctionne. Le
choix se fait à l’aide d’un commutateur C=1
alors le pompe M1 fonctionne.
Voir planche n°39…
pour explication contacteur KM1 et KM2
L’étude donne:
K M 1 Sb C Sh
K M 2 Sb C Sh
28
Slide 29
Logique programmée vs Logique câblée:
Schéma de puissance de l’installation
29
Slide 30
Logique programmée vs Logique câblée: Comparatif schéma de commande (3)
En logique programmée
En logique câblée
30
Slide 31
Autre exemple classique: Marche/Arrêt d’un moteur
1
3
5
Q1
Valeur
2
4
6
2
1
F1
3/L2
95
T2
1
1/L1
4
2
RT2
Valeur
3
5/L3
96
K1
( 01 - H )
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
1
S1
2
RT1
3
2/T1
4/T2
6/T3
S2
U
V
M
3~
W
K1
( 01 - H )
4
M1
A1
K1
A2
31
NO
P( 01 - D )
NC
Slide 32
Chaîne de distribution de l’énergie dans les SAP
Technologie pneumatique
Technologie électrique
Avantages:
Avantages:
•Énergie propre de mise en œuvre aisée
•Sécurité de fonctionnement
•Grande vitesse de déplacement des vérins
•Utilisation conjointe d’outillage pneumatique.
• Ne peux être utilisé en atmosphère explosive.
•Mise à disposition généralisée.
•Source autonome et secourue.
•SAP « tout électrique »
•Silencieux
•Précaution à prendre en atmosphère humide32(IP)
Slide 33
Principaux éléments de mise en œuvre
Réseau
d’énergie
Appareillage de Pré-actionneur
distribution
Principaux
actionneurs
pneumatique
Compresseur
•Cellule FRL
•Sectionneur
•Démarreur
progressif
Vérin
électrique
Réseau EDF
ou autonome
Sectionneur
Contacteur
Interrupteur
Disjoncteur
Relais thermique
Distributeur
• Moteur
• Résistance
chauffante
33
Slide 34
Mise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatique (1/2)
Compresseur ( jusqu’à 10 bars)
(1bar = 1daN/cm2)
Production centralisé d’air comprimé,
un réservoir régule le consommation
34
Slide 35
Mise à disposition et adaptation de l’énergie pneumatique (2/2)
Système FRL
En tête de ligne, l’air doit être:
1. Filtré pour assécher l’air et filtrer les particules solides.
2. Réglé et régulé via un manodétendeur.
3. Lubrifié pour éviter la corrosion et diminuer les frottements
Pour pouvoir mettre la ligne hors énergie, on utilise un sectionneur
à commande pneumatique et électrique.
Pour garantir une montée en pression progressive, on utilise un
démarreur progressif. Il protège les personnes d’une brusque
remise en service des actionneurs.
Vers utilisation
35
Slide 36
Principaux actionneurs en technologie pneumatique (1)
Vérin simple effet
• un seul orifice d’admission d’air.
• le retour à la position d’ équilibre s’effectue via
un ressort dès lors qu’on place l’unique chambre
à l’échappement
Vérin double effet
• deux orifices d’admission d’air.
• Déplacement contrôlé dans les 2 sens
• Le vérin double-effet offre certaines possibilités impossible à réaliser avec
un vérin simple-effet (amortissement fin de course etc..).
• Le vérin simple-effet est plus économique et consomme moins d’air.
36
Slide 37
Principaux actionneurs en technologie pneumatique (2)
Critères de choix d’un vérin: (hors nombreuses options)
1. La course.
2. La force développée
Remarque: Attention, en conception mécanique, un vérin n’assure pas le guidage
37
Slide 38
Pour information...
Actions réalisables à l’aide de vérins:
38
Slide 39
Principaux actionneurs en technologie pneumatique (3)
Ventouse de préhension.
Vérin sans tige.
Vérin à double tige.
Vérin rotatif…
39
Slide 40
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (1)
Le distributeur a pour fonction de
distribuer l’air dans les chambres du vérin
en fonction des ordres qu’il reçoit
40
Slide 41
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (2)
Un distributeur est caractérisé par :
par le nombre des orifices : 2, 3, 4 ou 5 ;
par le nombre des modes de distribution ou positions : 2 ou 3 ;
par le type de commande du pilotage assurant le changement
de position :
simple pilotage avec rappel par ressort
ou double pilotage.
par la technologie de pilotage : pneumatique, électrique ou
mécanique ;
41
Slide 42
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (3)
Symboles et conventions :
Une position pour chaque case
Orifice présent sur chaque case
Flèche indiquant le passage de
l’air comprimé
Commentaires :
On désigne un distributeur avec 2
chiffres :
- 1er chiffre :
nombre d’orifices
- 2èmechiffre :
nombre de position
du tiroir
Ex : distributeur 3/2 :
3 orifices
2 positions
Une voie
Orifice
fermé
Source
pression
Échappement
42
Slide 43
Pré-actionneur pneumatique: les distributeurs (4)
La commande des distributeurs:
Il existe 2 types de distributeurs :
-Distributeur monostable.
le tiroir est rappelé à sa position initiale par un ressort, dès la disparition du signal de pilotage.
-Distributeur bistable.
le tiroir garde sa position en l’absence de signal de pilotage
Le signal de commande du tiroir peut-être:
• manuel.
• mécanique,
• pneumatique,
• électrique.
43
Slide 44
Eléments de distribution d’énergie pneumatique
V1
Le réducteur de vitesse.
2
2
Unidirectionnel, cet élément permet de régler le vitesse de
déplacement des vérins, en limitant le débit d’échappement
correspondant
1
1
Le bloqueur.
2
1
A1
2
A1
2
A2
-Y2
A2
-Y1
1
1
Il s’agit d’un simple distributeur 2/2 permettant de bloquer
le mouvement d’un vérin pendant sa course, ou bien à
l’arrêt.
Il est nécessaire de le placer au plus près du vérin à bloquer.
4
2
-Y
-Y
5
1
Le silencieux.
3
1
1
P1
S1
Dispositif limitant les bruits lorsque de l’air comprimé part à
l’échappement
44
Slide 45
Exemple de schéma de distribution d’énergie pneumatique
45
Slide 46
Distribution de l’énergie en technologie électrique (1)
Mise à disposition et adaptation
En amont de toute commande de distribution d’énergie électrique
• Raccordement au réseau depuis une armoire BT.
• Dispositif d’isolement/ au réseau (sectionneur).
• Dispositif de protection surcharge et court-circuit (fusible/disjoncteur).
46
Slide 47
Mise à disposition et adaptation de l’énergie électrique (1/2)
il est nécessaire de
1.
Isoler le circuit du réseau.
2.
Interrompre l’alimentation
3.
Protéger contre les défauts (surcharges, courts-circuits et courant de fuites).
1. Isoler le circuit du réseau.
On doit pouvoir garantir l’isolement de
l’installation du reste du réseau. C’est le rôle du
sectionneur, qui n’a pas de pouvoir de coupure du
courant nominal, mais qui garantit, mécaniquement, la
mise hors tension de l’installation en aval.
Sectionneur-Porte fusible
5
6
6
4
3
2
4
5
1
3
2
1
Interrupteur-Sectionneur
Interrupteur-Sectionneur
47
Slide 48
Mise à disposition et adaptation de l’énergie électrique (2/2)
2. Interrompre l’alimentation
L’interrupteur est un appareillage qui permet de couper
l’alimentation lorsque le l’installation fonctionne de manière
nominale.
- On rencontre souvent des interrupteurs-sectionneurs.
- Le contacteur a la fonction « interrupteur »….
Contacteur
3. Protéger l’installation
Le disjoncteur protéger le circuit aval des surcharges et des courtcircuit (protection thermique et magnétique).
- Lorsqu’il convient de protéger des courants de fuites, on utilise
des disjoncteurs différentiels.
Disjoncteur
- Le relais thermique est un appareillage assure que le courant le
traversant à une intensité inférieure à un seuil définie en façade.
Dans le cas contraire, le relais actionne des contacts de commande.
Relais thermique
1/L1
3/L2
1
3
5
2
4
6
5/L3
RT1
2/T1
4/T2
6/T3
Relais thermique
Disjoncteur
48
Slide 49
Pré-actionneurs électriques: les contacteurs
• aspect fonctionnel
ordres de la P.C.
énergie de commande :24V
énergie
distribuer l’énergie
électrique à
électrique de
l’actionneur
(MAS
puissance
principalement)
disponible
Contacteur
électromagnétique
énergie
électrique de
puissance
distribuée à
l’actionneur
• Principe: électromagnétique
•Symbole:
49
Slide 50
Exemple de circuit de puissance
50
Slide 51
Schémas associés à la réalisation d’un automatisme
In fine, la réalisation d’un automatisme repose sur à la
donnée de 2 schémas qui s’imbriquent:
•Le schéma de puissance: qui correspond aux câblages des chaînes d’actions de
l’automatisme.
•Le schéma de commande: qui correspond au câblage de la partie commande,
du raccordement aux E/S d’automates, à la logique câblée
51
Slide 52
Exemple de réalisation d’un automatisme (1/2):
Schéma de puissance
A
B
C
D
1
2
3
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
3x230/400V
Q1
L1
7
L2
5
6
L3
3
4
N
1
2
8
1
3
5
2
4
6
1/L1
3/L2
5/L3
1
3
5
2
4
6
1/L1
3/L2
5/L3
Q2
N
1
Q3
1
3
F1
Q4
4
1/L1
3/L2
5/L3
2
2
4
1
2
5
KM1
KM2
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
2/T1
4/T2
6/T3
KM3
2/T1
4/T2
6/T3
1/L1
3/L2
5/L3
6
RT1
230/400V
24V
RT2
2/T1
4/T2
6/T3
2/T1
4/T2
6/T3
U1
V1
W1
U2
V2
W2
250VA
3
4
1
3
7
N
L
Q5
8
U
V
M
3~
9
W
U
M1
1.5kW
1500t/min
MOTEUR CONVOYEUR
V
M
3~
W
M2
1.5kW
1500t/min
MOTEUR POMPE
L
M
1~
N
M3
0.015 kW
2
4
VENTILATEUR ARMOIRE
1
LA POMPE NE FONCTIONNE QUE SI LE CONVOYEUR EST EN MARCHE AV OU AR.
( 02 - B )
2
10
( 02 - B )
TENSION DE COMMANDE 24V AC
11
MICRELEC
CONVOYEUR ALIMENTATION PIECES DETACHEES MAGASIN
Dessiné le :
15/06/2001
01
Modifié le :
4, place Abel Leblanc 77120 COULOMMIERS
ALIMENTATION ET PUISSANCE
Par :
LLORENTE Stéphane
02
52
Slide 53
Exemple de réalisation d’un automatisme (2/2):
Schéma de commande.
1
( 01 - P )
1
1
11
1
11
S1
23
KA1
KA1
S21
(ws)
2
97
24
FC1
1
(br)
S22
RT1
RT2
S13
(sw)
12
3
97
98
98
8
11
95
1
13
S2
RT1
2
S21
(ws)
4
13
(bl)
S14
S5
96
S13
(sw)
7
1
KM1
2
14
9
KM2
14
12
FC2
1
95
S3
(br)
S22
(bl)
S14
S21
(ws)
S13
(sw)
RT2
S13 S14 S21 S22 13
2
5
A1+
13
S6
96
A1
Schmersal
KM1
4
14
10
3
13
S7
KM2
4
14
13
15
AES 1135
Y1
3
3
X1
Y2
14
A2
13
11
FC3
S4
KA1
KM2
(br)
S22
4
S8
11
(bl)
S14
14
12
6
18
14
16
17
X1
A1
A1
A1
KM1
KM2
KM3
A2
A2
A2
2
A1
X1
KA1
H1
A2
( 01 - P )
X1
X2
H2
X2
H3
X2
2
RELAIS
DEFAUT
SURVEILLANCE CONTACTS CARTERS
ARRET URGENCE ARRET URGENCE
2
PRET A
DEMARRER
DEFAUT
THERMIQUE
2
AVANCE
CONVOYEUR
ARRIERE
CONVOYEUR
POMPE
CONVOYEUR / POMPE
53
Slide 54
III°] Les Modes de Marches et d’Arrêts
Le fonctionnement normal d’un SAP est celui pour
lequel il a été conçu.
Il est nécessaire d’étudier les procédures de :
• Mise en route
• Mise au point
• Défaillances
Ces procédures sont définies par les
Modes de Marches et d’Arrêts (MMA)
54
Slide 55
Définir les MMA d’un SAP, c’est définir :
1°) Les modes de production d’un système.
•
•
•
•
Fonctionnement automatique continu
Cycle à cycle
Les marches préparatoires et de clôtures
Fonctionnement semi-auto….
2°) L’exploitation du système par un opérateur (Fct dialogue)
• Conception du pupitre de commande de l’opérateur.
• Informations relatives à la PO à signaler….
3°) Les procédures d’arrêts et de mise en sécurité
• Arrêt normal.
• Arrêt dans un état déterminé
• Traitement de l’arrêt d’urgence….
55
Slide 56
SAP opérationnel?
Comment peut-on
mettre en Marche et
arrêter le
fonctionnement ?
Lorsque l’opérateur pilote le
système, comment suivre son
évolution en temps réel ?
Quelles sont les modes de
fonctionnement disponibles
sur le système ?
Peut-on prévoir
des modes de
marches
spécifiques
pour procéder à
des réglages ou
la maintenance
?
Quelles seront les
conséquences de la
mise « EN /
HORS ÉNERGIE »
sur le système ?
Peut-on prévoir un
mode de marche
permettant de mettre
le système en
situation de repli
en fin de journée
pour assurer la
sécurité ?
Quels critères doiton prendre en
compte pour
assurer la sécurité
des personnes et
des biens ?
Après un Arrêt d’Urgence
dans quelles conditions peuton remettre le système en
production normale ?
Quelles seront les
conséquences d’un Arrêt
d’Urgence pour les
personnes et le système ?
56
Slide 57
Le GEMMA
• Acronyme de : Guide d’Étude des Modes de Marche-Arrêt.
GEMMA
A
PC HORS
ENERGIE
PZ
Guide d'étude des Modes de Marches et d'Arret
PROCEDURES D'ARRET ET DE MISE EN ROUTE
A6
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F4
A1
initial>
F2
préparation>
A4
remise en route après
défaillance>
D2
et/ou traitement de
la défaillance>
obtenu>
A7
A5
F3
de vérification
dans le
désordre>
Production
A2
fin de cycle>
A3
demandé
dans état
déterminé>
F5
dans l'ordre>
F1
D3
F6
D1
Pendant tout
état GEMMA
PC HORS
ENERGIE
D
PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PO
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
Outil graphique de choix de MMA et de description du
fonctionnement opérationnel des systèmes automatisés.
57
Slide 58
Description du guide GEMMA
Hors production
F2
Préchauffage du
four
T=170°C
58
Slide 59
La famille F: Procédures de fonctionnement
F2
F3
Cette état est utilisé pour des SAP
nécessitant une préparation préalable à
la production normale.
Certains SAP nécessite une vidange
ou un nettoyage en fin de série.
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F4
préparation>
F3
de vérification
dans le
désordre>
F5
de vérification
dans l'ordre>
F1
F4
Cette
état
correspond
au
fonctionnement manuel du SAP
sans respecter l’ordre du cycle.
F1
C’est l’état pour lequel le SAP
a été conçu. Cet état correspond
à un Grafcet de production
normale (GPN).
F6
F
PROCEDURES DE FONCTIONNEMENT
F6
Lorsque des machines,des capteurs
doivent être réglés périodiquement
sans arrêter la chaîne
F5
C’est le mode manuel su SAP. le
cycle de production de VA peut
être explorée manuellement au
rythme voulue par l’opérateur.
59
Slide 60
La famille D: Procédures de défaillance.
D2
Le système peut-être examiné après défaillance (qui a été sécurisé en D1). Dans
cet état de la PO, ce sont les opérateurs de maintenance qui opèrent
D2
D3
et/ou traitement de
même>
la défaillance>
D1
D
D3
Parfois utile de continuer la production
après défaillance d’une machine: C’est une
mode de production dégradé, aidée par des
opérateurs en ligne…
PROCEDURES EN DEFAILLANCE DE LA PO
D1
C’est l’état pris l’ors d’un arrêt d’urgence. Il faut prévoir les arrêts, les
procédures de dégagement, de sécurisation des biens et des personnes
60
Slide 61
La famille A: Procédures d’arrêt.
A1
État de repos. Il correspond à l’état initiale du
GPN
A6
Remise de la PO en position
(manuellement ou
automatiquement) pour
redémarrage dans un état initial
A
PROCEDURES D'ARRET ET DE MISE EN ROUTE
A6
A1
initial>
A4
Ligne automatisée à l’arrêt en une
position autre que la fin de cycle.
A2
produire jusqu’à la fin de cycle. (A2 est
transitoire vers A1)
A4
A7
A7
Remise de la PO en position
pour redémarrage dans un état
déterminé.
A2
A3
demandé en
remise en route après
défaillance>
fin de cycle>
demandé
dans état
déterminé>
A3
Arrêt en position quelconque souhaité.
(A3 est transitoire vers A4)
A5
Dans cet état, on procède à toutes les opérations nécessaires à la remise en route après
défaillance.Ex: Dégagement, désengagement, nettoyages…
61
Slide 62
Utilisation du GEMMA: Principe.
Auto et Init
A 6 < M ise P O d a n s
Conditions
Initiales
F
P R O C E D U R E S D E F O N C T IO N N E M E N T
Manu
A1 < A rre t d a n s é ta t
é ta t in itia l>
F 4 < M a rc h e s
d e vé rific a tio n
d a n s le
d é so rd re >
in itia l>
(CI)
Auto et Dcy
Init
A 5 < P ré p a ra tio n p o u r
Début
re m ise e n ro u te a p rè s
d é fa illa n c e >
A
1
2
Rectangle
état « A2 »
Fin de cycle
Production
A 2 < A rre t
dem andé en
fin d e c yc le >
P R O C E D U R E S D 'A R R E T E T D E M IS E E N R O U T E
F1
< P ro d u c tio n n o rm a le >
/Auto
Rectangle
état « F1 »
On ne retient que les RECTANGLES d’ETATS modélisant
des modes de Marches ou d’Arrêts souhaités.
Pour définir les modes de fonctionnements, (conformément au cahier des
charges) il s’agira d’élaborer un «PARCOURS GEMMA » ou « BOUCLE »
en choisissant ou non de transiter par les rectangles états de son choix.
3
Les évolutions entre chaque rectangle état seront réalisées en installant les
CONDITIONS LOGIQUES nécessaires aux évolutions d’un état à l’autre. 62
Slide 63
Élaboration du Grafcet de Conduite
GEMMA
A6
A6
M e ttre e n
GRAFCET DE CONDUITE
Mode
Auto et Dcy
A1 Allumer
C.I. A1
voyant V REF
A5
ré fé re n c e
Cs
br
0
Cs
bs
Mise
sous
A5
tension A5
Initialisation
D ia g n o s tiq u e
a p rè s
d é fa illa n c e
Fin de cycle
A2
A2
Finir le
cycle
en cours
Init
FF1
1
F o nctio nnem ent
A6
suivant G P N
A1
2
En suivant l’évolution dans le GEMMA :
X30 correspond à la dernière étape du GPN
t-
r-
V Ref
Auto et Départ cycle
F1
3
Condition logique = transition+réceptivité
L’étape 3 lance l’exécution du Grafcet de
Production Normale (GPN)
c+ p-Ah
Conditions Initiales
Arrêt
Rectangle état = Étape + action
c-
1
Lance le GPN
Arrêt
A2
4
X30
Indique la "Fin de cycle
du GPN"
63
Slide 64
Hiérarchisation des grafcets
64
Slide 65
Traduction des MMA en grafcets
Le GEMMA conduit à l’élaboration d’une
STRUCTURE MULTI-GRAFCETS HIERARCHISES.
Grafcet de sécurité (GS)
Grafcet de Conduite
(GC)
Grafcet(s) de Production
Normale (GPN)
Grafcets de tâches
65
Slide 66
Grafcets hiérarchisés
Grafcet de Sûreté
Le GRAFCET DE
SURETE est
hiérarchiquement
supérieur
F/GC
F/GPN
Grafcet de Conduite
F/GPN
Grafcet de Production Normale
F/GPN: se lit « Forçage sur GPN »
66
Slide 67
Le GMMA
Graphe des Modes de Marches et d’Arrêts
Établi après validation GEMMA
Comporte uniquement les cheminements utilisés.
Conduite du système par les intervenants Régleur,
Opérateur, Maintenance
67
Slide 68
Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (1)
• Principe:
Prise en compte de la sécurité des personnes et des biens sur défaillances des systèmes.
Un système est dit de sécurité totale si l’apparition d’une défaillance ne conduit
jamais à une situation dangereuse
Un défaut passif (s’il se traduit par un circuit ouvert)
est dangereux si la commande est de type alarme.
Un défaut actif (s’il se traduit par un circuit fermé)
est dangereux si il maintient une commande non désirée.
68
Slide 69
Sûreté de fonctionnement des systèmes automatisés (2)
2 idées de bases:
1.
Sur défaillance, la distribution d’énergie à la PO doit être coupée et les
automatismes de sécurité doivent être des automatismes câblés.
Préactionneurs
Actionneurs
Machine
Capteurs
Capteurs de
sécurité
Logique de câblée
API
Carte de
sortie
2.
Interface
d’entrée
Sur retour de défaillance, la mise en énergie de la PO doit s’effectuer sur
acquittement manuel d’un opérateur.
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Structure du circuit de commande imposée par la sûreté de fonctionnement.
Sécurité générale: Tout défaut ( contact NF) se traduit
par une coupure d’énergie.
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1.
Exercice d’application GEMMA (1)
Un cycle de fonctionnement
correspond à:
Un aller de A en B.
Une temporisation de 1mn de chargement
Un retour de B vers A.
Une temporisation de 1mn de déchargement.
2.
Modes de fonctionnements envisagés:
Automatique en cycle à cycle enclenché par le bouton poussoir DCY
Automatique continu enclenché par le BP DCY
Manuel dans le désordre avec BP de commande G et D
3.
Traitement de l’arrêt d’urgence:
Déverrouillage de l’ARU puis acquittement de l’opérateur. Pupitre de commande envisagé.
Manu O Auto
ARU
C/C
Init
Cont
Acq
Dcy
G
D
Questions:
a) Déterminer le GMMA correspondant au fonctionnement souhaité.
b) Déterminer un grafcet de conduite correspondant.
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