Automatisme

1. Automatisme Les Automates Programmables Industriels

2. Sommaire • Présentation • Programmation des API • Le Grafcet • Exemple de Grafcet • Résumé

3. Présentation Un automate programmable industriel, ou API, est un dispositif électronique programmable destiné à lacommande de processus industriels par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers lespréactionneurs (partie opérative ou PO côté actionneur) à partir de données d’entrées (capteurs) (partie commande ou PC côté capteur), de consignes et d’un programme informatique.

4. Un API est un type particulier d'ordinateur, robuste et réactif, ayant des entrées et des sorties physiques, utilisé pour automatiser des processus comme la commande des machines sur une ligne de montage dans une usine, ou le pilotage de systèmes de manutention automatique. Là où les systèmes automatisés plus anciens employaient des centaines ou des milliers de relais et de cames, un simple automate suffit. On nomme automaticiens les programmeurs de ces Automates Programmables Industriels.

5. Exemples : • Un API peut gérer un ou plusieurs ascenseurs. • Un API doté d'un programme simple peut maintenir un niveau de liquide dans un réservoir entre deux niveaux (un mini et un maxi), en ouvrant et fermant une vanne. Un programme légèrement plus complexe pourrait impliquer une mesure de niveau (comme entrée) et un contrôleur d'écoulement (comme résultat) permettant à l'eau de couler à un taux commandé. Un automatisme industriel typique pourrait commander plusieurs réservoirs dans un processus tel que le traitement des eaux usées. Chaque réservoir pourrait être observé pour une variété de conditions telles que : être ni trop plein ou ni trop vide, avoir le pH dans une certaine fourchette, une température adéquate.... • Un API peut également piloter un réacteur et commander en conséquence entrées de réactifs, de catalyseurs ou de solvants, sorties de produits, réchauffement ou refroidissement etc. • Un API peut piloter un chariot automatique.

6. Les automates sont largement utilisés dans l'industrie, tant manufacturière (fabrication d'objets finis ou de sous-ensembles) que de process (élaboration de matières premières). On en trouve aussi beaucoup dans la gestion de bâtiments, la logistique et le conditionnement, tel celui des colis de la vente par correspondance. Ils conviennent parfaitement pour tout type d'activité exigeant du réflexe plutôt que des calculs élaborés. Pour des systèmes exigeant une grande sécurité (ferroviaire, machineries d'ascenseur, accès à des machines dangereuses), on utilise des automates de sécurité (APIS) dont l'unité centrale est doublée et les procédures de test renforcées. Pour la gestion des feux de circulation d'un carrefour, ce sont toutefois des automates particuliers et totalement différents, qui sont utilisés et dédiés à cette tâche. Il s'agit de contrôleurs de carrefours, qui doivent respecter des normes de sécurités particulières au domaine.

7. Programmation des API Les langages utilisés pour la programmation sont : • Le LADDER qui utilise des symboles électriques qui assemblés forment le programme. Ce type de programmation à l'avantage de pouvoir être utilisé par du personnel électricien ou ayant une connaissance de la schématique électrique sans pour autant apprendre un langage spécifique. • L'ASSEMBLEUR ou littéral qui utilise un langage semblable au basic (Si, Et, Ou, Saut, Alors, Sinon, Cas de…) • Le GRAFCET qui est un séquenceur. Exemple de Langage Ladder, & son équivalent en booléen :

8. Origines du LADDER • L'idée initiale du Ladder est la représentation de fonction logique sous la forme de schémas électriques. Cette représentation est originalement matérielle : quand l'Automate Programmable Industriel n'existait pas, les fonctions étaient réalisées par des câblages. Par exemple, pour réaliser un ET logique avec des interrupteurs, il suffit de les mettre en série. Pour réaliser un OU logique, il faut les mettre en parallèle. • Le Ladder a été créé et normalisé dans la norme CEI 61131-3. Il est, depuis, très utilisé dans la programmation des Automates Programmables Industriels

9. Le Grafcet • Afin de simplifier la programmation des A.P.I. on à recours à un système d'écriture par organigramme spécialisé appelé GRAFCET : Graphe de Commande Etape/Transition. • Celui-ci est particulièrement adapté pour la programmation des A.P.I. • Il se compose de cases correspondantes aux diverses opérations, elles sont reliées entre elles par des traits indiquant le sens de déroulement des opérations. Le passage d'une case à l'autre ne s'effectuant que si l'étape précédente est active et la transition valide. • Ce système très fonctionnel comporte un nombre restreint de symboles conventionnels et permet la correction d'une partie de séquence sans remettre en cause les autres, facilitant ainsi les modifications. De plus ce système étant conventionnel à l'avantage d'être facilement interprété par n'importe qu'elle personne le connaissant. • Des variantes de programmation peuvent intervenir dans le sens de la réflexion propre à chaque individu, comme pour tout autre langage informatisé, qu'il s'agisse d'automates ou d'ordinateurs

10. Exemple de Grafcet : Soit une gare comportant deux voies parallèles sur lesquelles démarrent et s'arrêtent alternativement deux trains, chacun sur sa voie respective et ceci pour un cycle complet. Voici l'organigramme qu’il faudra "entrer" dans l'A.P.I pour réaliser les séquences de la démonstration ci-dessus.

11. Résumé : • L'A.P.I. est un équipement spécialement conçu pour l'industrie et destiné à piloter des chaînes de montages, productions, manutentions, robots industriels, machines outils… • Au point de vue modélisme ferroviaire c'est un appareil parfait pour qui veut automatiser même partiellement un réseau. • Par contre il ne faut pas oublier qu'à l'instar d'un réseau réel, un grand nombre d'entrées/sorties seront nécessaires. La petite démonstration ci-dessus ne demande pas moins de 4 entrées et 5 sorties. AVANTAGES : • Simplification du câblage. • Modifications du programme faciles à effectuer par rapport à une logique câblée. • Enormes possibilités d'exploitation. • Fiabilité professionnelle. INCONVENIENTS : • En cas de "plantage" (très rare heureusement), c'est une belle pagaille… • Son prix qui ne le met pas à la portée de toutes les bourses. Mais ces équipements évoluant rapidement fait que l'on peut en récupérer quelquefois pour pas trop cher.