Cours API IMS 2014 V1 .pdf



Nom original: Cours_API_IMS_2014-V1.pdfTitre: PowerPoint Presentation

Ce document au format PDF 1.5 a été généré par Microsoft® PowerPoint® 2010, et a été envoyé sur fichier-pdf.fr le 16/06/2014 à 21:26, depuis l'adresse IP 46.193.x.x. La présente page de téléchargement du fichier a été vue 3968 fois.
Taille du document: 7 Mo (243 pages).
Confidentialité: fichier public


Aperçu du document


Automation

ENSIAME IMS
JC. Popieul

1

Objet


Découvrir ce qu’est





Comprendre





Un SED
Un API
Comment il est constitué
Comment il fonctionne

Apprendre à le programmer




Connaître la structure des langages
Savoir analyser un problème
Savoir développer une application hiérarchisée
distribuée

ENSIAME – Commande des SED

-2-

Pré-requis



La compréhension de ce cours suppose la
maîtrise des notions de base suivantes :






Numération – codage
Logique combinatoire et séquentielle
Modèle Grafcet
Algorithmique de base

ENSIAME – Commande des SED

-3-

Plan


Notion de système automatisé de production



L’API : constituant de traitement



Développement d’une application

ENSIAME – Commande des SED

-4-

1. Notion de système automatisé de production

5

Objectifs d’un système de production


Apporter une valeur ajoutée


Matériaux, sous ensemble

ENSIAME – Commande des SED

Produits élaborés

-6-

Objectifs de l’automatisation








Recherche de coûts plus bas (réduction des
coûts de main d’œuvre, de matière,
d’énergie… )
Recherche d’une meilleure qualité de produit
(meilleure répétabilité, dispersion plus faible)

Réalisation manuelle impossible
(miniaturisation, rapidité, coordination…)
Suppression de travaux dangereux ou
pénibles

ENSIAME – Commande des SED

-7-

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

API

ENSIAME – Commande des SED

Terminaux de dialogue

Contacteur électrique
Distributeur pneumatique

-8-

Principe de l’automatisation




Interfacer le process avec des capteurs et des
actionneurs de façon à pouvoir agir sur le
produit tout en ayant des comptes rendus de
ces actions (boucle fermée)

Associer un système de commande dont le
rôle sera de piloter les actions à réaliser sur le
produit en fonction :




D’une séquence prédéterminée (gamme de
fabrication)
De l’état du système estimé à partir des capteurs

ENSIAME – Commande des SED

-9-

Structure d’une automatisation


Décomposition classique


Partie opérative





Opère sur la matière d’œuvre et le produit
Contient les outillages et les actionneurs

Partie commande




Cordonne les actions de la PO
Conçue sur la base des spécifications du processus
Intéragit au moyen des capteurs/Actionneurs

ENSIAME – Commande des SED

- 10 -

Structure d’une automatisation


Décomposition ADEPA : plus actuelle



Mise en évidence des interfaces
Importance de la communication (automatisation
distribuée)

ENSIAME – Commande des SED

- 11 -

Structure d’une automatisation

Physique

Informationnel



La Pyramide CIM
Niveau 3

• Gestion de production, ordonnancement
• Planification de séries

Niveau 2

• Niveau de la ligne de production
• Supervision d’ensemble de postes de travail

Niveau 1

• Niveau des postes de travail ou machines
• Logique câblée ou automates

Niveau 0

• Niveau des capteurs et actionneurs
• Automatisme « réflexe » de sécurité
• Logique câblée

 Dans ce cours: niveaux 0 à 2
ENSIAME – Commande des SED

- 12 -

Les organes de la PO / CIM N0


Les actionneurs : 3 technologies


Electrique







Pneumatique







Toutes formes de mouvements
Actions diverses (chauffage,
soudage …)
Préactionneurs : contacteurs,
variateurs de vitesse
Principalement translation
(vérin)
Simple et robuste
Préactionneurs : distributeurs

Hydraulique





Translation et rotation
Complexe : besoin d’un groupe
hydraulique pour générer le
débit d’huile
Préactionneurs : distributeurs,
servovalves

ENSIAME – Commande des SED

- 13 -

Les organes de la PO / CIM N0


Les capteurs






Informent sur des positions,
des vitesses, des pressions,
des températures, …
Principe : transformation
d’une grandeur physique en
grandeur électrique
Trois types :




Tout ou rien
Numériques
Analogiques

ENSIAME – Commande des SED

- 14 -

Les organes de la PC / CIM N1


Constituants de traitement


Solution câblée :






Automatisme simple
Solution rigide et rapidement volumineuse
Obligatoire pour le traitement de l’arrêt d’urgence

Solution programmée : Microcontrôleur, API
(Automate Programmable Industriel).




Remplacement des fonctions combinatoires et
séquentielles par un programme
Souplesse d’utilisation, MAINTENABILITE

ENSIAME – Commande des SED

- 15 -

Les organes de la PC / CIM N1


Constituants de dialogue Homme-Machine


Permettent les interventions du personnel







Exploitation (surveillance, chargement/déchargement,
participation à la production)
Réglage (changement de production, qualité)
Maintenance (préventif, curatif)

Sont spécifiques aux besoins des différents
personnels




Permanents : boutons, voyants, pupitres programmables,
boites à messages …
Temporaires : terminaux de programmation, de réglage

ENSIAME – Commande des SED

- 16 -

Les organes de la PC / CIM N1


Différents dialogues

Exploitation

Réglage

Maintenance
ENSIAME – Commande des SED

- 17 -

Les organes de la PC / CIM N1&2


Communication


Il y a 10 ans





Coût élevé des calculateurs
Automatisation centralisée

Heure actuelle




Calculateurs bon marché
Réseaux banalisés (Ethernet)
Automatismes distribués et hierarchisés



ENSIAME – Commande des SED

Un sous ensemble fonctionnel = un calculateur
Communication fondamentale pour
 L’échange de données
 La synchronisation des processus  contrainte TR

- 18 -

Les organes de la PC / CIM N1


Machines autonomes



Une machine = une étape dans le process de production
Chargements/déchargements nombreux, longs, coûteux,
généralement manuels

ENSIAME – Commande des SED

- 19 -

Les organes de la PC / CIM N1


Machines associées en ligne



Passage automatique d’une machine à la suivante
Le flux assure la synchronisation entre les machines

ENSIAME – Commande des SED

- 20 -

Les organes de la PC / CIM N1


Cellule à commande centralisée






Début de l’automatisation programmable
La centralisation répartit les coûts de la PC sur les machines
Facilite la coordination
Complique les interventions locales de réglage et de
dépannage

ENSIAME – Commande des SED

- 21 -

Les organes de la PC / CIM N1


Commande distribuée et coordonnée



Retour aux commandes décentralisées
Les capacités de traitement et surtout de communication



Limitent les dialogues à la coordination
Nécessitent une machine spécifique pour coordonner

ENSIAME – Commande des SED

- 22 -

Les organes de la PC / CIM N1


Commande distribuée et hiérarchisée







Répond au besoin de flexibilité (transfert libre)
Coordination iso-niveau
Hierarchisation par liaison inter-niveaux

La communication a un rôle central

ENSIAME – Commande des SED

- 23 -

Synthèse






Automatisation = cœur de la production
actuelle

Architectures distribuées  rôle central de la
communication
Dans ce cours




Concentre sur N1 et aborde N2 CIM
Constituants de traitement
Supports de la communication

ENSIAME – Commande des SED

- 24 -

2. L’API, constituant de traitement dans les SAP

25

Généralités




Apparition aux US en 1969 dans l’industrie
automobile
But : remplacer la logique câblée





Rôle : réalise/contrôle toutes les fonctions de la PC




Plus souple
Diminuer les coûts de développement

Traitement, communication et dialogue HM

Qualités : constituant d’automatisme






Fiable (environnement industriel)
Simple à mettre en œuvre (adoption par automaticiens)
Souple d’utilisation (s’adapte à différents problèmes)
Maintenable (modes de mise au point, détection
automatique d’anomalies de fonctionnement …)

ENSIAME – Commande des SED

- 26 -

Position fonctionnelle

4 – DIALOGUE et
COMMUNICATION
RESEAU

ENSIAME – Commande des SED

BUS ou RESEAU

- 27 -

2. L’API, constituant de traitement dans les SAP
2.1 Architecture matérielle

28

Architecture matérielle


Modularité



Canal de communication : le bus interne
Blocs fonctionnels interchangeables




1 fonction = 1 module

Robustesse mécanique et électrique pour fiabilité

ENSIAME – Commande des SED

- 29 -

Architecture matérielle

ENSIAME – Commande des SED

- 30 -

Les principaux modules


Module d'alimentation






Unité centrale





A base de microprocesseur
Réalise toutes les fonctions logiques, arithmétiques et de traitement numérique
(transfert, comptage, temporisation ...)

Mémoires









Assure la distribution d'énergie aux différents modules
Résistant thermiquement et mécaniquement

Stocke le système d'exploitation (FLASH), le programme (FLASH) et les données
système lors du fonctionnement (RAM)
RAM généralement secourue par pile ou batterie (panne secteur)
Augmentation possible par adjonction de barrettes mémoires type PCMCIA
Pas de disques durs classiques : risques associés aux vibrations

Interfaces d'entrées / sorties ou « coupleurs »


Interface d'entrée





Reçoit les informations du SAP ou du pupitre
Mise en forme (filtrage, ...) du signal et isolation électrique

Interface de sortie



Commande les divers préactionneurs et éléments de signalisation du SAP
Assure l'isolement électrique

ENSIAME – Commande des SED

- 31 -

Les coupleurs d’Entrée/Sortie


Les entrées TOR






Lien entre l’interfaçage (bus) et la mise en forme réalisé par
optocoupleur : isolation galvanique pour protection
(sécurité)
Bornier débrochable pour remplacement facile
(maintenabilité)
Nombreuses variantes tensions x nombre de voies

BUS

Interfaçage

Isolement

Mise en forme

Filtrage

Protection
adaptation

Visualisation

X 4, 8, 16 ou 32

Coupleur

ENSIAME – Commande des SED

Bornier

- 32 -

Les coupleurs d’Entrée/Sortie


Les sorties TOR







Même isolation galvanique que pour les entrées (sécurité)
Bornier débrochable
Etage de puissance à base de relais, transistors ou TRIACS
(fonction de la nature de la tension commandée)
Nombreuses variantes tensions x nombre de voies

BUS

Interfaçage

Isolement

Etage
de sortie
(puissance)

Visualisation

X 4, 8, 16 ou 32

Coupleur

ENSIAME – Commande des SED

Bornier

- 33 -

Autres coupleurs


Comptage rapide




Commande d'axe




Acquisition d’informations de fréquences élevées incompatibles avec le
temps de traitement de l'automate (ex: signal issu d'un codeur de position)

Assurent le positionnement avec précision d'éléments mécaniques selon un
ou plusieurs axes : pilotage d’un servomoteur avec retour des informations
de positionnement par un codeur pour asservissement de position en
boucle fermée (ex: machine outil)

Entrées / sorties analogiques





Acquisition de signaux analogiques et conversion numérique (CAN)
Fonction inverse (sortie analogique) également réalisée
Les grandeurs analogique sont normalisées : 0-10V ou 4-20mA.



Régulation PID



Pesage



Communication (Bus de terrain, Ethernet ...)



Tags RFID, Codes barres …





ENSIAME – Commande des SED

- 34 -

2. L’API, constituant de traitement dans les SAP
2.2 Architecture logicielle

35

Architecture logicielle


Objectif initial de l’API : Remplacer les armoires
câblées à base de relais


Le langage doit favoriser la transition







Pas de langage informatique
Langage graphique rappelant les schémas à relais (langage
LADDER)

Le relais : élément de base combinatoire

L’API est une machine à base de microprocesseur


Fonctionnement intrinsèquement séquentiel

 Il faut pouvoir reproduire un comportement
combinatoire sur une machine séquentielle
ENSIAME – Commande des SED

- 36 -

Architecture logicielle




Solution : répéter une séquence d’opérations
réalisant la combinatoire le plus rapidement possible
Exemple en langage « C »


Contexte







Machine à 2 entrées (1, 2) et 2 sorties (1, 2)
Une fonction de lecture d’entrée


int lit_entree(int num_entree);



Renvoie 0 ou 1 en fonction de l’état de l’entrée

Une fonction d’écriture de sortie


int ecrit_sortie(int num_sortie, int valeur_sortie);



Positionne la sortie à la valeur 0 ou 1

Réaliser



S1 = E1 + E2
S2 = E1 + E2

ENSIAME – Commande des SED

- 37 -

Architecture logicielle


Programme
int E1=1,E2=2,S1=1,S2=2;
while (1) {
ecrit_sortie(S1, !(lit_entree(E1) || lit_entree(E2)) );
ecrit_sortie(S2,
lit_entree(E1) || lit_entree(E2) );
}



Comportement





Réagit globalement comme un système combinatoire
Latence = durée d’une boucle

Problème


Si E1 ou E2 change pendant l’évaluation du programme, S1
et S2 peuvent avoir des valeurs incohérentes avec le modèle
(aléas)

ENSIAME – Commande des SED

- 38 -

Architecture logicielle
int E1=1,E2=2,S1=1,S2=2;
E1=1, E2=0
while (1) {
ecrit_sortie(S1, !(lit_entree(E1) || lit_entree(E2)) );
ecrit_sortie(S2,
lit_entree(E1) || lit_entree(E2) );
}

E1=0, E2=0


Logiquement



Spécifications : S1 = S2
Mais dans ce cas, pendant 1 boucle : S1=S2
 DANGER



Solution


Echantillonnage synchrone

ENSIAME – Commande des SED

- 39 -

Architecture logicielle


Programme modifié
int E1=1,E2=2,S1=1,S2=2;
int TE1,TE2,TS1,TS2;
while (1) {
// Acquisition des entrées
TE1 = lit_entree(E1)
TE2 = lit_entree(E2)
// Programme utilisateur
TS1 = !(TE1 || TE2);
TS2 = TE1 || TE2;
// Mise à jour des sorties physiques
ecrit_sortie(S1, TS1);
ecrit_sortie(S2, TS2);
}



Résultat





Plus d’aléas
Latence potentiellement plus longue (2 cycles)

Solution appliquée dans les API

ENSIAME – Commande des SED

- 40 -

Architecture logicielle : le cycle automate
TRAITEMENT INTERNE
LECTURE DES ENTREES

EXECUTION DU PROGRAMME
ECRITURE DES SORTIES



Traitement interne




Lecture des entrées




Les entrées sont lues (de façon synchrone) et recopiées dans la mémoire image des entrées

Exécution du programme





Opérations de communication, de contrôle et mise à jour certains paramètres systèmes

Le programme utilisateur est exécuté de façon séquentielle
Les sorties modifiées sont affectées dans la mémoire image des sorties

Écriture des sorties


La mémoire image des sorties est recopiée (de façon synchrone) sur les sorties physiques

ENSIAME – Commande des SED

- 41 -

Architecture logicielle : le cycle automate


Temps de scrutation





Temps mis par l'automate pour traiter la même partie de programme
De l'ordre de 10 ms pour les applications standards

Temps de réponse total




Temps entre le changement d'état d'une entrée et le changement d'état de
la sortie correspondante
Au plus égal à deux fois le temps de scrutation (sans traitement particulier)

Temps de scrutation

I

E

T

Déclenchement
d'un détecteur

S

I

E

T

Prise en compte du
changement d'entrée

S

Basculement
de la sortie

Temps de réponse total

ENSIAME – Commande des SED

- 42 -

Architecture logicielle : le cycle automate


La scrutation peut être






Le temps de scrutation est borné par un chien de garde






Cyclique : le temps de scrutation est directement lié au programme
implanté
Périodique : le temps de scrutation est fixé à une valeur précise
compatible avec le programme implanté (Tcyclique >=
Tpériodique)
Respect de la période minimum d’échantillonnage (configurable en
fonction de la dynamique du système)
Le dépassement de cette durée déclenche un comportement
spécifique

Si le temps de scrutation est trop long pour certaines fonction
(problème de sécurité, coupure d'alimentation ...)



Entrée déclenchant un traitement événementiel (interruptions)
Parfois tâches exécutées à différentes fréquences (structure
multitâches)

ENSIAME – Commande des SED

- 43 -

Architecture logicielle : le cycle automate


Exemple : structure multitâches Schneider





Tâche rapide périodique
Tâche évènement prioritaire
Tâche principale cyclique (attention à la période)
E T S

Évènement

E

Rapide

E T

Principale

Interne

T

S

E

T

I

T

S

E

S

E

I

I

T

T

E

S

T

E

S

I

T = cst

ENSIAME – Commande des SED

- 44 -

2. L’API, constituant de traitement dans les SAP
2.3 Les API et la communication

45

Les automates et la communication




Développement des systèmes automatisés et
de l'électronique
Recherche de la baisse des coûts et nécessité
de pouvoir gérer au mieux la production, c'est
à dire :




Recevoir les données liées à une application le
plus rapidement possible
Consulter, contrôler ou modifier les paramètres
d'une application à distance

 Apparition de nouvelles technologies de
câblage et de communications
ENSIAME – Commande des SED

- 46 -

Les bus de terrain


Objectif 1 : diminuer les coûts de câblage des entrées / sorties des automates
(systèmes étendus)

 Apparition des bus de terrains


Deux étapes

COM
BUS
E/S
E/S

UC

ALIM

1. L'utilisation de blocs d'entrées / sorties déportés
Les capteurs / préactionneurs distants impliquent de grandes longueurs de câbles
 Les interfaces d'entrées/ sorties sont déportées au plus près des capteurs

Machine 2
E/S
E/S
Machine 1

Machine 2
Machine 1

ENSIAME – Commande des SED

- 47 -

Les bus de terrain

COM
BUS

UC

Les capteurs et les préactionneurs « intelligents »
 Modules miniaturisés qui (IHM, variateurs, distributeurs ...) qui permettent la connexion directe
au bus
ALIM

2

Interf.

Machine 2

Machine 1

Machine 2
Machine 1



Plusieurs protocoles de communication ont été développés et des standards sont apparus
(normalisés ou standards de fait)


Exemple : Le bus ASi (Actuators Sensors interface)





Bus de capteurs/actionneurs de type Maître / Esclave
Permet de raccorder 31 esclaves (capteurs ou préactionneurs) sur un câble spécifique (deux fils) transportant les
données et la puissance
Bus totalement standardisé qui permet d'utiliser des technologies de plusieurs constructeurs (interopérabilité).
L'automate est pour cela doté d'un coupleur ASi.

ENSIAME – Commande des SED

- 48 -

Les bus de terrain


Avantages :







Inconvénients :






Réduction des coûts de câblage
Possibilité de réutiliser le matériel existant
Réduction des coûts de maintenance
Possibilités de communication
Taille du réseau limitée
Adaptabilité aux applications à temps critique
Coût global

Autres bus de terrain :




Batibus (norme EIB)
Interbus-S
CANopen

ENSIAME – Commande des SED

- 49 -

Les réseaux de terrain


Objectif 2 : L'émergence de ces nouvelles technologies à conduit à la
définition de plusieurs catégories de réseaux locaux industriels
(pyramide CIM) :






Nécessité de communication entre cellules (communication entre
automates)




Apparition de nombreuses normes de communication (Profibus, Fip ...)

Déterminisme nécessaire pour certaines applications




les réseaux de terrain,
les réseaux de cellule,
les réseaux de supervision et de commande

Utilisation de réseaux Maître / Esclave

Au niveau de l'entreprise


Le temps n'est plus critique





Développement rapide de la norme Ethernet
Visualisation et commande des process via Internet (WEB)

Tendance actuelle


introduction des réseaux Ethernet au plus près des automatismes

ENSIAME – Commande des SED

- 50 -


Aperçu du document Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 1/243
 
Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 2/243
Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 3/243
Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 4/243
Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 5/243
Cours_API_IMS_2014-V1.pdf - page 6/243
 




Télécharger le fichier (PDF)


Cours_API_IMS_2014-V1.pdf (PDF, 7 Mo)

Télécharger
Formats alternatifs: ZIP



Documents similaires


chapitre 1
theorique
cours algorithmique sm 2009
2 l informatique et l ordinateur
cour2 chap1info1
les automates programmables industriels pour geea

Sur le même sujet..