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République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université M’hamed Bougara Boumerdes

Faculté des Siences de l’Ingenieur
Département : Maintenance Industrielle

MEMOIRE DE FIN D’ETUDES
EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN
Specialité : Génie Mécanique
Option : Mécatronique

THEME

Etude d’implémentation d’un Automate
S7-300 avec une interface Homme/machine
sur une aléseuse GSP ébauche - SNVI
Réalisé par : Hamani Hamza

Promoteur : Dr. M.A Mellal
Encadreur : Mr. Said Kial

Année universitaire : 2015/2016

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Remerciements
Je remercie tout d’abord ALLAH le tout-puissant de nous
avoir donné le courage, la volonté et la patience de mener à
terme ce présent travail.
Je tiens à remercier mes parents et ma famille qui m’ont
apporté tout le soutien nécessaire ainsi que leur aide durant
toute la période de la réalisation de ce mémoire, en particulier
ma chère sœur sadjia.
Je remercie Mr. M.A.Mellal, docteur à l’Université de
M’Hamed Bougera de Boumerdès, de m’avoir accueilli, ainsi
que pour aide et son assistance.
Je remercie Mr. Said Kial, mon encadreur, pour son aide et
disponibilité tout au long de ce projet.
Je remercie également le président et les membres du jury qui
ont eu l’amabilité d’examiner ce document et d’évaluer son
contenu.
Je tiens à remercie toute personne ayant contribué de près ou
de loin à l’aboutissement de mes efforts.
Merci à mes professeurs et formateurs du primaire à
l’université.

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Sommaire
Remerciement
Liste des figures
Liste des tableaux
Introduction Générale …………………………………………………………………………1

Chapitre I : Etude technologique de la machine
I.1 Introduction………………………………………………………………………………..2
I.2 Description générale de la machine………………………………………………………..2
I.3 Principaux éléments de l’aléseuse GSP Ebauche………………………………………….3
I.3.1 Partie Unité de travail………………………………………………………………….3
I.3.2 Partie automatisée……………………………………………………………………...4
I.4 Partie commande…………………………………………………………………………..4
I.5 Poste de contrôle…………………………………………………………………………..6
I.6 Partie opérative…………………………………………………………………………….8
I.6.1 Installation hydraulique………………………………………………………………..8
I.6.2 Installation pneumatique……………………………………………………………...11
I.7 Principe de fonctionnement de la machine………………………………………………13
I.7.1 Fonctionnement actuel de la machine………………………………………………...13
I.7.1.1 Blocage Table…......................................................................................................13
I.7.1.2 Bridage de la pièce………………………………………………………………..14
I.7.1.3 Usinage Pièce……………………………………………………………………..15
I.7.1.4 Débridage Pièce…………………………………………………………………..16
I.7.1.5 Déblocage table…………………………………………………………………..16
I.7.2 Capteurs………………………………………………………………………………16
I.7.2.1 Capteur de pression……………………………………………………………….16
I.7.2.2 Capteur niveau d’huile……………………………………………………………16

I

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I.7.2.3 Capteurs de position d’unité et de la table………………………………………..17
I.7.3 Actionneurs………………………………………………………………………….....17
I.7.3.1 Actionneur hydraulique…………………………………………………….…..….17
I.7.3.2 Actionneurs électriques…………………………………………………….….…...19
I.7.4 Pré actionneurs……………………………………………………………………..…..21
I.7.4.1 Pré actionneurs hydraulique……………………………………………………......21
I.7.4.2 Pré actionneur électriques……………………………………………………..…...22
I.7.5 appareils de sécurité…………………………………………………….………….….24
I.7.5.1 Clapets………………………………………………………………………..…....24
I.7.5.2 Régulateurs………………………………………………………………………...25
I.8 Critiques fonctionnement actuel……………………………………………………..……26
I.9 Proposition……………………………………………………………………………..….26
I.10 Conclusion…………………………………………………………………………….....27

Chapitre II : Automates programmables et Matériels nécessaire
II.1 Introduction……………………………………………………………………………....28
II.2 Historique………………………………………………………………………………...28
II.3 Définition…………………………………………………………………………………28
II.4 Rôle des API……………………………………………………………………………...28
II.5 Nature des informations traitées par l’automate…………………………………………..29
II.6 Architecture des automates…………………………………………………………….....29
II.6.1 Aspect extérieur……………………………………………………………………...29
II.6.2 Structure interne………………………………………………………………….…..30
II.6.2.1 Module d’alimentation……………………………………………………….......31
II.6.2.2 Unité centrale…………………………………………………………………….31
II.6.2.3 Module d'entrées/sorties…………………………………...……………………32
II.6.2.4 Module de fonction……………………………………………………………...33
II

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II.6.2.5 Module de communication………………………………………………………33
II.6.2.6 Eléments auxiliaires………………………………………………...……….……34
II.7 Automates programmables………………………………………………………..………34
II.7.1 Automate programmable TSX21………………………………………………..…...34
II.7.2 Présentation de la gamme SIMATIC de SIEMENS…………………………….…..35
II.7.3 Programmation de l’API…………………………………………………………..…37
II.8 Choix de l’API…………………………………………………………………………...37
II.9 Fonctionnement de base d’un API………………………………………………………37
II.10 Environnement……………………………………………………………………….….38
II.11 Interface Homme-Machine……………………………………………………………...39
II.11.1 Choix de l’HMI………………………………………………………………….…39
II.12 Matériels nécessaire pour l’étude……………………………………………………..…40
II.12.1 Automate S7-300……………………………………………………………...…....40
II.12.1.1 Modules S7-300……………………………………………………………….40
II 12.1.2 Présentation de la CPU………………………………………………….…….40
II.12.1.3 Avantage de l’automate S7-300…………………………………………….…42
II.12.2 Panel utilisée………………………….…………………………………………..…42
II.12.3 Capteur à proximité inductif…………………………………………….……….…44
II.12.4 Moteur asynchrone………………………………………………………………….44
II.13 Etude économique…………………………………………………………………….....45
II.13.1 Devis quantitatif et estimatif………………………………………………….….....45
II.14 Conclusion………………………………………………………………………….……46

Chapitre III : GRAFCET et Programmation STEP7
III.1 Introduction……………………………………………………………………………...47
III.2 GRAFCET……………………………………………………………………………....47
III.2.1 Eléments caractéristique du GRAFCET……………………………………………47
III.2.2 Structure de base…………………………………………………………………....49
III

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III.3 Réalisation des grafcet de fonctionnement de la machine……………………………....52
III.3 Logiciel Simatic STEP7…………………………………………………………………64
III.4 Création d’un projet step 7………………………………………………………….…..66
III.4.1 Configuration matériel……………………………………………….………….….68
III.4.2 Table des Mnémoniques…………………………………………………………....70
III.4.3 Blocs du programme utilisateur………………………………………………….…70
III.4.4 Structure de programme……………………………………………………………71
III.4.5 Programmation et processus du bloc OB1………………………………….………71
III.4.6 Simulation………………………………………………………………….…….…81
III.5 Conclusion………………………………………………………………………………82

Chapitre IV : Win CC et interface graphique
IV.1 Introduction..…………………………………………………………….………………83
IV.2 Avantages de la supervision..……………………………………………………………83
IV.3 Win CC flexible et ses avantages…..……………………………….……………………83
IV.3.1 Principales fonctions offertes par Win CC flexible…..…………………………….84
IV.3.2 Utilisation et configuration de Win CC flexible…..………………………………..85
IV.3.2.1Composants des systèmes………..…………………………………………….85
IV.3.3 Intégration dans l’environnement SIMATIC……..………………………………...85
IV 3.3.1 totally integrated automation…………..……………………………………...85
IV.3.3.2 Utilisation directe de mnémoniques STEP7 sous Win CC…..………………..85
IV.3.3.3 Configuration……………..…………………………………………………...86
IV.3.4 Eléments de Win CC flexible…..…………………………………………………..86
IV.3.4.1 Win CC flexible engineering system..………………………………………...86
IV.3.4.2 Win CC flexible Runtime…..…………………………………………………87
IV

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IV.3.4.3 Système graphique………..…………………………………………………...87
IV.3.5 Liaison Automate/IHM…..…………………………………………………………87
IV.4 Programmation de l’interface Homme-Machine…..……………………………..…....…88
IV.5 Conclusion…..…………………………………………………………………………...93
Conclusion Générale………………………………………………………………………..…94
Bibliographie…………………………………………………………………………………..95
Annexes………………………………………………………………………………………...96

V

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Liste des figures
Figure I.1 : Pont de véhicule lourd.
Figure I.2 : Opération alésage.
Figure I.3 : Structure d’un système automatisé.
Figure I.4 : Automate programmable TSX 21.
Figure I.5 : Armoire électrique.
Figure I.6 : Pupitre de commande.
Figure I.7 : Poire.
Figure I.8 : Constitution de la centrale hydraulique<<REXROTH>>.
Figure I.9 : Unité FRL (Filtre-régulateur-lubrificateur).
Figure I.10 : Fonctionnement du coussin d’air de la table.
Figure I.11 : Distributeurs hydrauliques.
Figure I.12 : Vérins blocage table et capteur position table.
Figure I.13 : Vérin d’inclinaison 1V1.
Figure I.14 : Les vérins de blocage inclinés 3V3, 3V4, 3V5, 3V6.
Figure I.15 : Capteur de position.
Figure I.16 : Vérin simple effet.
Figure I.17 : Vérin double effet.
Figure I.18 : Moteur asynchrone.
Figure I.19 : Moteurs de l’aléseuse GSP ébauche.
Figure I.20 : le distributeur à tiroir.
Figure I.21 : Symbolisation du distributeur.
Figure I.22 : Electrovanne.
Figure I.23 : Contacteur de puissance.
Figure I.24 : Contacteur auxiliaire.
Figure.I.25 : Relai thermique.
VI

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Liste des figures
Figure I.26 : Clapet anti -retour simple.
Figure I.27 : Clapet anti-retour taré.
Figure I.28 : Principe du réglage de débit.
Figure II.1 : Différents types d’automates.
Figure II.2 : Structure interne d'un API.
Figure II.3 : API S7-200.
Figure II.4 : API S7-300.
Figure II.5 : API S7-400.
Figure II.6 : différents modules constituant S7-300.
Figure II.7 : CPU 314.
Figure II.8 : Panel touche écran Siemens.
Figure II.9 Capteur à proximité inductif.
Figure III.1 : Transition et réceptivité.
Figure III.2 : Séquence unique.
Figure III.3 : Séquences simultané.
Figure III.4 : Sélection de séquence.
Figure III.5 : Séquence exclusive.
Figure III.6 : Macro étape.
Figure III.7 : Grafcet blocage table.
Figure III.8 : Macro étape blocage.
Figure III.9 : Macro étape blocage.
Figure III.10 : Grafcet bridage pièce.
Figure III.11 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.12 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.13 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.14 : Macro étape bridage pièce.
Figure III.15 : Macro étape bridage pièce.
VII

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Liste des figures
Figure III.16 : Grafcet déblocage table.
Figure III.17 : Grafcet débridage pièce
Figure III.18 : Grafcet Moteur de graissage.
Figure III.19 : Grafcet Moteur tourne broche.
Figure III.20 : Macro étape Moteur tourne broche.
Figure III.21 : Grafcet moteur vitesse lente.
Figure III.22 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.23 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.24 : Macro étape Moteur vitesse lente.
Figure III.25 : Grafcet moteur vitesse rapide.
Figure III.26 : Macro étape moteur vitesse rapide
Figure III.27 : Grafcet moteur tournage table.
Figure III.28 : Macro étape moteur tournage table.
Figure III.29 : Assistant de STEP7.
Figure III.30 : Choix de la CPU.
Figure III.31 : Choix du bloc et langage de programmation.
Figure III.32 : Choix du nom et création du projet.
Figure III.33 : Fenêtre SIMATIC MANAGER d’un projet.
Figure III.34 : Configuration du matériel.
Figure III.35 : Création du programme S7.
Figure III.36 : Table des mnémoniques.
Figure III.37 : Blocs qui structurent le programme.
Figure III.38: Bloc FC1.
Figure III.39 : Bloc FC4.
Figure III.40 : Bloc FC11.

VIII

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Liste des figures
Figure III.41 : Bloc FC14.
Figure III.42 : Bloc FC12.
Figure III.43 : Bloc FC13.
Figure III.44 : Bloc FC3.
Figure III.45 : Bloc FC24.
Figure III.46 : Bloc FC10.
Figure III.47 : Application de simulation STEP 7 (PLCSIM).
Figure IV.1 : Milieu de fonctionnement Win CC Flexible.
Figure IV.2 : Liaison MPI.
Figure IV.3 : Vue d’accueil.
Figure IV.4 : Pupitre de commande.
Figure IV.5 : Capteurs.
Figure IV.6 : Actionneurs.
Figure IV.7 : Blocage de la table.
Figure IV.8 : Bridage de la table.
Figure IV.9 : Moteurs.
Figure IV.11 : Alarmes.

IX

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Liste des tableaux
Tableau I.1 : Partie unité de travail.
Tableau I.2 : Constitution vérin simple effet.
Tableau II.1 : LED de visualisation d’état et de défaut.
Tableau II.2 : Le commutateur de mode de fonctionnement de l’API.
Tableau II.3 : Devis quantitatif et estimatif du projet.
Tableau III.1 : Etapes de GRAFCET.
Tableau III.2 : Actions associe aux étapes.
Tableau III.3 : Langage basique de programmation.
Tableau IV.1 : Eléments interface Win CC flexible.
Figure IV.10 : Usinage pièce.

X

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Introduction Générale

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Introduction Générale
Introduction Générale
L’évolution rapide des technologies nouvelles a permis de contourner la plupart des
difficultés rencontrées dans le monde industriel, et a fourni plusieurs possibilités pour
satisfaire les exigences et les critères demandés tels que la productivité, la sécurité,
l’optimisation des coûts de production et l’amélioration des conditions de travail.
L’automatisation des procédés industriels est actuellement l’un des axes où on fait appel,
de plus en plus, aux technologies évoluées à mesure que les exigences du monde industriel
ont aussi évolué. Parmi celles-ci, figurent les Automates Programmables Industriels (API),
qui offrent la solution adaptée aux besoins exigés.
L’automate programmable industriel est l’organe principal de la boucle de réglage placée
dans un procédé industriel, en vue de le contrôler. Il a pour tâche principale, la récolte des
informations relatives à l'état du système, à partir des différents capteurs via ses interfaces
d’entrées, et les traiter pour prendre une décision ; et ainsi commander les actionneurs via ses
interfaces de sorties suivant une logique de fonctionnement mise en évidence, par un
programme inscrit dans la mémoire.
Le but de ce travail est l’élaboration d’une solution à base d’API pour le changement de la
commande actuelle de la machine GSP ébauche piloté par l’automate TSX 21 par un
automate de nouvelle génération ainsi que l’implémentation d’une interface homme/machine
(Pupitre de commande), pour faciliter l’opération de l’entretien et maintenance a SNVI de
rouiba.
Le présent travail s’articule autour de quatre parties. La première partie présente une
description du processus actuel de la machine industriel effectué, les différents constituants
de la machine.
Dans la deuxième, on présentera une étude générale sur les automates programmables
industriels ainsi que l’API, l’interface homme machine, le matériel choisis pour effectuer
l’automatisation et les avantages apportés ainsi qu’une estimation des couts du projet.
La troisième partie, présente les grafcet qui agissent sur le nouveau fonctionnement de la
machine ainsi l’interface de programmation STEP7 et les blocs de fonctionnement
programmé par STEP 7.
Quant à la quatrième et dernière partie, elle sera consacrée à la présentation de logiciel
Win CC flexible pour élaboration et présentation de l’interface Homme/machine avec toutes
les vues utilisé.
Enfin, on terminera l’étude par une conclusion générale qui discutera les avantages
apportés et les perspectives visées en termes de réalisation et installation.

1

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Chapitre I
Etude technologique de la
machine

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

I.1 Introduction
La machine que nous avons à automatisée, paraît si complexe que nous ne puissions pas
la décrire ici en détail. Néanmoins, nous jugeons très nécessaire de décrire le processus de
cette machine comme étant l’élément de base, et cela sans oublier l’appareillage utilisé, les
opérations et les étapes que subit le produit brut avant qu’il soit une pièce finie.
Dans ce chapitre, nous allons décrire le fonctionnement de notre machine en s’intéressant
aux parties hydraulique et pneumatique qui sont gérées par un automate (TSX 21), ainsi qu’à
la partie moteur qui est gérée par une armoire électrique. Toutes ces parties seront remplacées
par un nouvel automate de type S7-300 qui permet de gérer les 3 parties (hydraulique,
pneumatique et moteur).

I.2 Description générale de la machine
L’aléseuse GSP (Guillemin-Sergot-Pegard) est considérée comme étant une machine
d’importance capitale dans le parc machine de la société national des véhicules industrielle a
rouiba, elle s’insère dans la chaine de production travaillant en série. Une panne sur ce
dispositif peut entrainer l’arrêt de toute la chaine. Les pièces usinées sur cette machine sont
les ponts de véhicules « lourd » (Voir figure I.1).

Figure I.1 : Pont de véhicule lourd.
L’usinage d’une surface cylindrique par action d’un outil sur la pièce nécessite un
mouvement de rotation et un mouvement de translation.
Conformément à la règle générale d’usinage, on s’efforcera de mettre en mouvement
l’ensemble le plus léger. Cette règle s’applique tout particulièrement au mouvement rapide
qui peut produire des effets d’inertie importants.
2

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Le rôle de notre unité d’intervention est l’usinage de surfaces cylindriques intérieures
pour les cuves des ponts arrière << Opération alésage>>.
Par définition l’alésage est une opération qui consiste à usiner une surface cylindrique ou
conique intérieure (Voir figure I.2).

Figure I.2 : Opération alésage.

I.3 Principaux éléments de l’aléseuse GSP Ebauche
L’aléseuse GSP comporte deux parties :
 Une partie unité de travail.
 Une partie automatisée.

I.3.1 Partie Unité de travail
Les constituants de cette partie sont représentés au tableau I.1 (Voir annexe A).
Tableau I.1 : Partie unité de travail.
1

Unité de glissement

12

Système de blocage table.

2

Support Table

13

Support boite d’avance.

3

Glissière

14

Indicateur de niveau d’huile.

4

Moteur graissage

15

Système poulie courroie.

5

Vérin indexage table

16

Broche porte outil.

6

Mandrin avance broche

17

Support pièce.

7

Moteur avance rapide

18

Poignée distributeur manuel.

8

Bridage pièce gauche

19

Tableau des poignées de commande

9

Bridage pièce centrale

20

Moteur avance lente

10

Pièce(Pont)

21

Bâti

11

Bridage pièce droite

3

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

I.3.2 Partie automatisée
L’automatisation est une conception qui permet à un système de passer d’une situation
initiale à une situation finale sans une intervention humaine. La structure de base de tout
système automatisé est représentée sur la figure I.3

Machine en
installation

Actionneur

Acquisition des
données

Dialogue
Homme/machine

Traitement des
données

Commande de
puissance

Figure I.3 : Structure d’un système automatisé.
Le système automatisé de la machine GSP ébauche peuvent être scindés en :
 Partie commande
 Poste de contrôle
 Partie opérative

I.4 Partie commande
C’est la partie qui élabore la commande de la partie opérative. Cette commande doit être
coordonnée selon la réalisation la plus sure de l’automatisme. La partie opérative reçoit donc
des ordres provenant de la partie commande [1].

4

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

 Automate programmable TSX21
C’est l’automate programmable qui commande la partie hydraulique de notre machine
(Voir figure I.4).
Les inconvénients de cet automate sont illustrés au Chapitre 2.

Automate
programmable
TSX21

Figure I.4 : Automate programmable TSX 21.

 Armoire électrique
Alimenté par un réseau de 380V,elle abrite les composants électriques, un disjoncteur
général pour la protection contre les court-circuit, Un relais de phase pour la protection
contre la baisse de tension et la surtension, contacteur moteur, relais thermique contre la
surcharge, transformateur, un sectionneur de mise Sous tension de la partie opérative. Elle est
pour rôle de commandé la partie moteur (moteurs électrique) (Voir figure I.5).

5

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Figure I.5 : Armoire électrique.

I.5 Poste de contrôle
Composé des pupitres de commande et de signalisation, il permet à l’opérateur de
commander le système (marche, arrêt, départ cycle..). Il permet également de visualiser les
différents états du système à l’aide de voyants, de terminal de dialogue ou d’interface
homme/machine (IHM).
 Pupitre de commande
Il comporte plusieurs boutons poussoirs, afin de commander les différentes opérations et
des leviers de manœuvre pour la commande manuelle (Voir figure I.6).

6

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Figure I.6 : Pupitre de commande.
Inconvénients
- Il n’assiste pas l’opérateur dans les opérations de diagnostic et de maintenance
- Il ne permet pas de détecté les défauts de marche de la machine.
- Problème de remplacement à chaque fois que les boutons poussoir sont défectueux
- Espace occupé (encombrement)
- Il ne répond pas aux besoins actuels, tel qu’il ne permis pas la supervision de
processus ainsi que les différentes alarmes de la machine.

7

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

 Poire
Elle appartient au pupitre de commande, elle comporte 2 boutons poussoirs, (S2) pour le
blocage de la table ainsi que pour le bridage de la pièce et (S3) pour le déblocage de la table et
le débridage de la pièce (Voir figure I.7).

Figure I.7 : Poire.

I.6 Partie opérative
Elle procède au traitement des matières d’œuvre afin d’élaborer la valeur ajoutée.
La partie opérative est constituée de pré-actionneurs (électrovannes, distributeurs,…),
d’actionneurs (vérins, moteurs,…), des capteurs (de position, de pression,…).
Dans le but de faire fonctionner la partie hydraulique de notre machine, ainsi que la
partie pneumatique qui soulèvera la table, la machine dispose de deux installations nécessaires
à son fonctionnement :
I.6.1 Installation hydraulique
Elle a pour but d’alimenter les vérins hydrauliques en huile, et cela par l’intermédiaire
des distributeurs.
Elle est constituée d’une centrale hydraulique, d’un appareil de distribution et de
conditionnement ainsi que d’un ensemble de vérins (Voir Annexe B).
8

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

a) Centrale hydraulique <<REXROTH>>
C’est l’ensemble assurant le conditionnement du fluide et sa mise sous pression.
a.1) Constitution d’une centrale hydraulique (Voir figure I.8) [2] :

Figure I.8 : Constitution de la centrale hydraulique<<REXROTH>>.
9

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Cette centrale hydraulique assure une pression constante de (25-75) bars, elle comprend :


Un réservoir (position 16).



Un moteur électrique asynchrone (380v, 50HZ), P=1.1KW, N=1500tr/mn.
(position 13).



Une pompe hydraulique (position 12).



Une crépine à l’aspiration.



Un filtre à très haute finesse (position 18).



Une valve d’arrêt type AFEA100.



Un manomètre plus un robinet d’isolement permettant le contrôle de la pression
(position 17).



Un bac d’huile

B) Appareils de distribution et de conditionnement hydraulique (pré-actionneurs
hydrauliques)


09 distributeurs à tiroir bistable à centre partiel fermé 4/3 à commande
électromagnétique (position 1).



04 distributeurs à clapet monostable 2/2 à commande électromagnétique (position
9).



02 accumulateurs (position 8).



02 pressostats (capteurs de pression) (position 10).



08 régulateurs de pression (position 3).



08 régulateurs de débit (position 4).



12 clapets anti-retours à pilotage.



02 clapets anti-retours.

c) Ensemble de vérins


Un vérin d’indexage pour le blocage de la table (1V1)



4 vérins pour le blocage de la table.



10 vérins pour le bridage de la pièce : (1V1, 2V, 2V1, 3V1, 3V2, 3V3, 3V4, 3V5,
3V6, 3V7).

10

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

I.6.2 Installation pneumatique
Dans les systèmes pneumatiques, l’air comprimé est utilisé comme source d’énergie. De
production facile, il présente un certain nombre d’avantages et de plus, à la base, il est
disponible partout en quantité illimitée. L’air comprimé utilisé dans les systèmes
pneumatiques est au départ de l’air à la pression atmosphérique porté artificiellement à une
pression élevée appelée pression d’utilisation [2].
Toute installation pneumatique assurant une production et une distribution d’air
comprend :





Un compresseur avec un réservoir d’air
Un système de traitement de l’air
Un dispositif de sécurité et de régulation
Un ensemble de circuits de distribution généralement réalisé en tube acier ou cuivre

Notre installation pneumatique de l’aléseuse GSP Ebauche est divisée en plusieurs
composants :


La source d’air de pression.



Mano-distributeur : sert à alimenter ou dés-alimenter le circuit.



Filtre à air : assure un bon fonctionnement dans le circuit, ainsi que la séparation
entre le fluide et les particules indésirables.



Tendeur de débit : permet le réglage de la pression désirée, tout en maintenant
cette pression constante.



Manomètre : indique la pression qui passe dans le circuit.



Lubrificateur : permet de diminuer les frottements et l’usure prématurée.



Electrovalve : appareil à commande électrique permettant de mettre le récepteur
dans un état libre ou bien de pression.

Pour le traitement de l’air, le matériel utilisé est une unité de conditionnement d’air
comprimé appelée FRL (Filtre – Régulateur – Lubrificateur) (Voir figure I.9).
L’air à la sortie du compresseur est véhiculé dans des conduites en acier vers le lieu
d’utilisation. Sa qualité est indispensable pour assurer la longévité des équipements
pneumatiques.
L’unité de conditionnement est destinée à préparer l’air en vue de son utilisation dans les
systèmes en le débarrassant des poussières, vapeurs d’eau et autres particules nuisibles qui
risqueraient de provoquer des pannes dans l’installation.

11

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Cet ensemble est constitué de 3 appareils montés en série dans un ordre déterminé. Il se
compose de la façon suivante :




Un filtre qui épure l’air et le purge de l’eau qu’il contient
Un régulateur de pression qui maintient l’air à une pression constante et réglable
Un lubrificateur qui a pour rôle d’incorporer à l’air un brouillard d’huile afin de
lubrifier les parties mobiles des composants pneumatiques.

Régulateur
Vanne d’arrêt

Filtre

Lubrificateur

Alimentation

Figure I.9 : Unité FRL (Filtre-régulateur-lubrificateur).
Dans notre cas, l’énergie pneumatique est utilisée pour alimenter le coussin avec de l’air
comprimé d’une pression de 7 Bar. Dans le but de soulever la table par rapport au bâti de la
machine (Voir figure I.10), et de réussir le pivotement de la table de 180°, guidé par un
roulement, et un moteur asynchrone a fin d’effectuée l’alésage du deuxième côté du pont
arrière du véhicule « lourd ».
Pour permettre le pivotement de la table, il faut créer un coussin d’air entre le support et
la table par circulation d’air comprimé qui soulève la table. Apres avoir tournée la table celleci doit être positionnée, indexée et bloquée pour assurer le déroulement de la deuxième
opération d’usinage.
12

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Chapitre I

Etude technologique de la machine

Figure I.10 : Fonctionnement du coussin d’air de la table.

I.7 Principe de fonctionnement de la machine
I.7.1 Fonctionnement actuel de la machine
Afin d’usiner la pièce (pont) il faut tout d’abord que la table soit bloquée, ensuite nous
procédons au bridage de la pièce (le bridage et le blocage se font à l’aide d’un système
hydraulique) (Voir Annexe B), l’orientation de la table se fait grâce à un système
pneumatique (coussin d’air + orientation manuelle).
I.7.1.1 Blocage Table
Au début, l’opérateur presse le bouton poussoir (S2), l’API TSX21, excite la bobine du
distributeur (position 1) EV1+(234) du vérin d’indexage et simultanément l’excitation de la
bobine du distributeur EV10(334) afin d’ouvrir l’accumulateur d’indexage (Voir figure I.11).

Figure I.11 : Distributeurs hydrauliques.
A la fin d’indexage, l’API active la bobine du distributeur EV2-(236) pour le blocage de la table à
travers les 4 vérins de blocage, une temporisation donnera la fin de cette opération (Voir figure I.12).
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Figure I.12 : Vérins blocage table et capteur position table.
I.7.1.2 Bridage de la pièce
Comme condition initiale, on excite la bobine du distributeur EV6-(337) qui donne l’ordre au
vérin 3V7de sortir .Ce dernier est utilisé par l’opérateur comme un vérin de repérage. Après un nouvel
appui sur le BP (S2), L’API active le distributeur EV3+(276) qui provoque l’avancement du vérin
d’inclinaison 1V1 (serrage centrale de la pièce) (Voir figure I.13).

Figure I.13 : Vérin d’inclinaison 1V1.
La fin de cette opération est indiquée par une temporisation, ce qui provoque l’excitation
de la bobine du distributeur EV4+(272) et fait avancer le vérin 2V pour le serrage gauche.
Cette étape prend fin dès que le temps limité par la temporisation s’écoule. Le TSX21 excite à
présent la bobine du distributeur EV5+(275) ce qui provoque l’avance du vérin 2V1.
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Suite à cette opération, le TSX21 excite les bobines EV6+(336) et EV7+(271)
simultanément permettant ainsi de faire sortir le vérin 3V2 et reculer 3V7 (excitation de
EV6+), et faire sortir le vérin 3V1 (excitation EV7+), l’opération se termine par une durée
fixé par un temporisateur.
Après l’exécution de toutes les étapes vue précédemment, la bobine du distributeur
EV8+(232) reçoit la commande pour que les vérins 3V3, 3V4, 3V5, 3V6 sortent en même
temps et la bobine du distributeur EV12(333) reçoit la commande d’ouvrir l’accumulateur
pour maintenir une pression constante durant le bridage de la pièce, la fin de cet étape est
donné par la fin d’une temporisation (Voir figure I.14).

Figure I.14 : Les vérins de blocage inclinés 3V3, 3V4, 3V5, 3V6.
I.7.1.3 Usinage Pièce
Une action sur le bouton poussoir départ cycle (DCY) provoque tout d’abord la marche
du moteur de graissage, ce qui provoque la mise en marche du moteur à vitesse rapide (VR).
L’unité d’alésage se déplace longitudinalement, lorsqu’elle arrive au premier capteur (capteur
position de travail FC_Pt), le moteur à vitesse lente(VL) se met alors en marche, déclenchant
la rotation de la broche (l’outil de travail procède à l’enlèvement de la matière).
La fin de l’usinage du premier côté de la pièce est donnée par un capteur de fin d’alésage
(FC_Fu), ce dernier ordonne à l’unité de reculer avec une vitesse lente (VL) jusqu’au capteur
position de travail FC_Pt, procédant ainsi la mise en marche du moteur vitesse rapide (VR),

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ce qui fait que l’unité de travail recule en vitesse rapide jusqu’au capteur de sécurité arrière
(SA).
I.7.1.4 Débridage Pièce
Apres un appui de l’opérateur sur le bouton poussoir (S3), l’API excite simultanément les
distributeurs EV3-(272), EV4-(273), EV5-(274), EV6-(337), EV7-(270), EV13(335), EV8(233) pour faire reculer tous les vérins qui bridaient la pièce pour ainsi la libérer de tout
blocage.
I.7.1.5 Déblocage table
Après l’usinage soit fait, l’opérateur passe à l’étape libération table pour qu’il puisse faire
l’usinage du côté droit du pont en appuyant sur le bouton poussoir (S3), l’API donne alors la
commande au distributeur EV1-(235) ce qui fait reculer le vérin d’indexage ce qui excite la
bobine EV2+(237) à son tour pour que les vérins de blocage avance dans le but de débloquer
la table, une temporisation suivra pour donner la fin de cette étape, ce qui activera
l’électrovanne pneumatique coussin d’air (CA) pour que l’opérateur puisse tourner la table.
I.7.2 Capteurs
I.7.2.1 Capteur de pression
Les capteurs de pression à membrane sont généralement constitue d’une membrane lie a
une tige qui se déplace lorsque une pression est appliqué sur la membrane .La mesure de ce
déplacement est effectuée par un capteur de déplacement a transformateur différentiel.
Les capteurs de pression à membrane les plus utilisés sont les pressostats : la tige lie à la
membrane actionne directement un contact .L’information délivré est alors de type tout ou
rien. Le type de capteur utilisé est PZ4N FJ01 [4].
I.7.2.2 Capteur niveau d’huile
Il détecte la présence d’huile par une valeur prédéterminée et il délivre en sortie une
information binaire TOR.

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I.7.2.3 Capteurs de position d’unité et de la table
Ces dispositifs permettent, à partir d’une action mécanique directe, la commutation d’un
ou plusieurs contacts électriques. On trouve dans cette catégorie Les détecteurs et
interrupteurs de position (ou fin de course) à commande mécanique (Voir figure I.15).

Figure I.15 : Capteur de position.
I.7.3 Actionneurs
Les composants permettant de mettre en mouvement les organes des machines sont
Appelés "actionneurs". Ce sont essentiellement des moteurs et des vérins. Ils produisent de
l'énergie mécanique à partir d'énergie électrique, hydraulique ou pneumatique, mais sont
presque toujours contrôlés par des signaux de commande électrique.
Le processus dispose de différents actionneurs qui réalisent la partie opérative. Deux
technologies sont appliquées au sien de cette machine: les actionneurs hydrauliques, et les
actionneurs électriques.
I.7.3.1 Actionneur hydraulique
Dans un circuit, l’actionneur hydraulique constitue l’outil indispensable pour convertir
l’énergie hydraulique en énergie mécanique grâce à un fluide sous pression. Cette conversion
se fait : par des mouvements rotatifs (moteurs), par des mouvements de translation linéaire
(vérins à simple ou à double effet).
Vérins
Le vérin hydraulique est un appareil moteur qui transforme une énergie hydraulique en
énergie mécanique de translation. C’est le moyen le plus simple pour obtenir un effort animé

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d’un mouvement rectiligne. Il peut être moteur dans un seul sens pour les vérins à simple effet
ou dans les 2 sens pour les vérins à double effet [2].
a) Vérins simple effet
Ce vérin ne peut développer un effort que dans un seul sens. La course de rentrée
s’effectue grâce à un ressort de rappel (ou un autre dispositif) incorporé entre le piston et le
flasque avant. Il ne possède de ce fait qu’une seule entrée d’air. Ce type de vérin peut
travailler en poussant ou en tirant (Voir figure I.16).
Avantage


Les vérins simples effet sont économiques et la consommation de fluide est
réduite.

Inconvénients


Ils sont plus longs que les vérins double effet.



La vitesse de la tige est difficile à régler et les courses proposées sont limitées
(jusqu'à 100mm).



Utilisation : travaux simple (serrage, éjection, levage,…).

Figure I.16 : Vérin simple effet.
1
2
3
4
5

Flasque ou fond arrière
Flasque ou fond avant
Tube
Joint de piston
Tige

6
7
8
9

Ressort de rappel
Entrée d’air
Piston
Douille

Tableau I.2 : Constitution vérin simple effet
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Il existe également des vérins simple effet, avec un rappel en position initiale (tige rentrée
ou sortie), qui sont utilisés pour des opérations de bridage de pièces
b) Vérins double effet
L’ensemble tige plus piston peut se déplacer dans les deux sens sous l’action du fluide
(en tirant et en poussant). L’effort en poussant (sortie de tige) est légèrement plus grand que
l’effort en tirant (rentrée de tige) car la pression n’agit pas sur la partie de surface occupée par
la tige (Voir figure I.17).

Figure I.17 : Vérin double effet.

 Avantage
 Plus grande souplesse d’utilisation ;
 Réglage plus facile de la vitesse par contrôle du débit à l’échappement ;
 Ils offrent de nombreuses réalisations et options ;
 Ce sont les vérins les plus utilisés industriellement ;
 Inconvénients
 Ils sont plus coûteux.

I.7.3.2 Actionneurs électriques
Moteurs
Le moteur asynchrone utilisé dans notre machine est alimenté directement par le réseau
industriel triphasé ou monophasé, est utilisé dans le monde entier. Il correspond à la solution
technologique la plus économique lorsque la vitesse d’entrainement de récepteur mécanique
doit rester quasiment constante malgré les variations de couple résistant. Parmi ces

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applications nombreuses et varie, on peut citer les station de pompage, les ascenseur,les
machines-outils(travail des métaux ou du bois ) [3] (Voir figure I.18).

Figure I.18 : Moteur asynchrone.
On dispose de 05 moteurs asynchrones (Voir figure I.19) :


Moteur asynchrone à vitesse rapide (VR) : 380V, 50HZ, P=3KW, N=750tr/mn,
courant nominal=7A. La mise en marche de ce moteur (VR) provoquant l’avance
de l’unité (boite d’avance).



Moteur asynchrone à vitesse lente (VL) : 380V, 50HZ, P=1,5KW, N=750tr/mn.
(VL) est mise en marche lorsque l’unité est arrivée à la position de travail.



Moteur asynchrone de rotation (tourne broche) : 380V, 50HZ, P=0.75KW,
N=1400tr/mn.



Moteur asynchrone d’arrosage : 380V, 50HZ, P=0.55KW, N=3000tr/mn, Courant
nominal=1.2A.



Moteur asynchrone de graissage : 380V, 50HZ, P=0.04KW, N=1500tr/mn,
Courant nominal=2A.

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Figure I.19 : Moteurs de l’aléseuse GSP ébauche.
I.7.4 Pré actionneurs
I.7.4.1 Pré actionneurs hydraulique
Distributeurs TOR
Ces appareils sont destiné a orienté la circulation du fluide dans une ou plusieurs
directions. Ce sont les aiguillages de la veine fluide, les différentes positions de service sont
obtenues au moyen de commande manuelles, électrique (comme dans notre cas),ou par
fluides (pneumatique ou hydraulique. Ils sont placés entre le groupe hydraulique et les
actionneurs. Les plus utilisés sont les distributeurs à tiroir [2] (Voir figureI.20).

Corps

Tiroir

Figure I.20 : le distributeur à tiroir.

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 Symbolisation

Figure I.21 : Symbolisation du distributeur.


Le nombre de position

Le tiroir du distributeur peut prendre différentes positions. Chaque
position est symbolisée par une case. A l’intérieur de chaque case, on indique les
chemins que peut emprunter le fluide, ainsi que le sens d’écoulement.


Le nombre d’orifice

En se déplaçant dans l’alésage du corps, le tiroir vient mettre en communication les
différents orifices du distributeur. Ces orifices dont le nombre varie ont une désignation
normalisée :
- Arrivée de la pression : P
- Retour au réservoir : T
-Utilisation (branchement des actionneurs) : A et B
La désignation du distributeur se fait sous la forme : Distributeur « nombre d’orifice » /
« nombre de position ».
De plus en plus, la commande ou le pilotage des distributeurs est assuré par une
électrovanne à partir d’un signal électrique. Le rôle de cette dernière est de transformer le
signal électrique en un signal pneumatique (cas d’un circuit pneumatique) destiné à provoquer
l’inversion du distributeur (Voir figure I.22).

Figure I.22 : Electrovanne.

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I.7.4.2 Pré actionneur électriques
Contacteurs
a) Contacteur de puissance
Le contacteur de puissance est chargé d’établir le circuit électrique. Il comprend une
partie fixe et une partie mobile. La partie mobile est équipée de ressort qui provoque
l’ouverture du contacteur à la mise hors tension (Voir figure I.23).

Figure I.23 : Contacteur de puissance.
b) Le contacteur auxiliaire
Le contacteur auxiliaire permet de réaliser des fonctions d’automatisme. Il est
normalement fermé ou normalement ouvert (Voir figure I.24).

Figure I.24 : Contacteur auxiliaire.
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Relais thermique
Le relais thermique est un appareil qui protège le récepteur placé en aval contre les
surcharges et les coupures de phase .Pour cela, il surveille en permanence le courant dans le
récepteur .En cas de surcharge le relais thermique n’agit pas directement sur le circuit de
puissance .Un contact de relais thermique ouvre le circuit de commande d’un contacteur qui
coupe le courant dans le récepteur (Voir figure I.25).

Figure.I.25 : Relai thermique.
I.7.5 appareils de sécurité
I.7.5.1 Clapets
C’est un composant hydraulique élémentaire, simple dans sa conception et son
Fonctionnement, qui est très utilisé seul ou intégré à d’autres appareils.
Il permet la circulation du fluide dans un seul sens. Il est donc implanté dans un
Circuit lorsque l’on veut empêcher le retour ou la vidange de la colonne d’huile.
C’est un appareil parfaitement étanche [2] :
a) Clapet anti-retour simple
Il permet le passage du fluide dans un seul sens. On rencontre également des clapets
comportant un ressort de tarage permettant de ne déclencher leur ouverture qu’à partir d’une
certaine valeur de pression (3 à 5 bars) (Voir figure I.26).

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Figure I.26 : Clapet anti -retour simple.
b) Clapet piloté
Il est utilisé dans le but de conserver une pression dans le circuit placé en aval. Il
possible avec ce type de clapets d’établir un débit inverse en pilotant l’orifice de pilotage
externe. Ils sont souvent utilisés comme éléments de sécurité. Il faut par contre prévoir une
décompression des canalisations amont et des canalisations de pilotage. Il est recommandé de
placer les clapets au plus près de l’actionneur (Voir figure I.27).

Figure I.27 : Clapet anti-retour taré.

I.7.5.2 Régulateurs
a) Régulateur de débit
Unidirectionnel, cet élément permet de régler la vitesse de déplacement du vérin, en
limitant le débit de retour correspondant (Voir figure I.28).

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Figure I.28 : Principe du réglage de débit.
a) Régulateur de pression
Il limite et régule la pression dans un circuit. Il transforme une pression d’alimentation
variable en une pression de sortie fixe quelle que soit les variations causées par les conditions
hydrauliques, les accidents de terrain, les techniques de pompage ….etc.
Le régulateur de pression permet aussi d’obtenir une hauteur d’irrigation uniforme et une
flexibilité de fonctionnement ainsi qu’un contrôle de la performance d’arrosage.

I.8 Critiques fonctionnement actuel
Le fonctionnement actuel de cette machine ne répond pas à l’usage actuel, surtout avec le
développement technologique du monde industriel qui exige ces paramètres : La sécurité, le
temps, le cout et la qualité. Donc les inconvénients de fonctionnement actuel sont :






l’intervention humaine à chaque étape de travail
les temporisations utilisées dans les vérins qui permettent D’augmenter le temps de
travail (absence des capteurs fins de course).
Tournage manuel de la table afin d’effectue l’usinage de l’autre côté de la pièce.
Absence d’un capteur de détection de pièce.
Difficulté de visualisation des pannes et processus de la machine.

I.9 Proposition
Afin d’obtenir un fonctionnement idéal de notre machine, On propose :
1) l’utilisation d’un seul bouton de départ(DCY) de la machine pour éliminer
l’intervention humaine à chaque étape de travail.
2) Implémentation des capteurs fins de course sur les vérins.
3) Ajouter un moteur asynchrone pour la rotation de la table afin d’effectue l’usinage de
l’autre côté de la pièce.
4) Un capteur de détection des pièces.
5) L’automate Siemens S7-300.
6) HMI pour la visualisation des pannes et processus de la machine.
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Chapitre I

Etude technologique de la machine

I.10 Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons cité les différents composants du matériel utilisé dans
l’aléseuse, ainsi que le processus correspondant. Tout cela en vue de modéliser le système
pour pouvoir ensuite concevoir un système de commande moderne du processus, basé
essentiellement sur l’entité New Automate Programmable Industriel, La réussite et la
performance d’une installation automatisée par un automate programmable industriel repose
essentiellement sur une bonne compréhension de l’installation et de la qualité des actionneurs
qu’elle comporte, ce qui facilite la modélisation et la programmation que nous effectuerons
dans les chapitres suivant

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Chapitre II
Automates programmables
et matériels nécessaire

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Chapitre II

Automates programmables et Matériels nécessaire

II.1 Introduction
L’industrie moderne que l’on peut qualifier d’industrie de qualité et de quantité, ne cesse
d’exiger un matériel de contrôle de plus en plus performant afin de réaliser les deux objectifs,
simultanément. Et c’est pour cette raison qu’on voulait remplacer les dispositifs de commande
classiques avec tous les inconvénients qui en découlent (logique câblée très compliquée,
encombrement, difficulté d’entretien …) par des autres beaucoup plus performants et
avantageux. Ce serait certainement l’Automate Programmable Industriel (API) qui devient de
nos jours le cœur de toute unité industrielle moderne.
Dans ce chapitre une description plus ou moins détaillée de l’API et de tout ce qui y est
lié en terme de soft et hard.

II.2 Historique
Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante aux
Etats Unis, à la demande de l'industrie automobile américaine (General Motors en leader), qui
réclamait plus d'adaptabilité de ses systèmes de commande. Ce n’est qu’en 1971 qu'ils firent leur
apparition en France.
Les années soixante-dix connaissent une explosion des besoins industriels dans le
domaine de l’automatique, de la flexibilité et l’évolutivité des Systèmes Automatisés de
Production (SAP) [5].

II.3 Définition
L’automate programmable industriel A.P.I ou Programmable Logic Controller PLC est un
appareil électronique programmable. Il est défini suivant la norme française EN16113111,
adapté à l'environnement industriel, et réalise des fonctions d'automatisme pour assurer la
commande de pré actionneurs et d'actionneurs à partir d'informations logiques, analogiques ou
numériques. C’est aujourd’hui le constituant essentiel des automatismes. On le trouve non
seulement dans l’industrie, mais aussi dans les déférents secteurs.

II.4 Rôle des API
 Rôles de commande
Il élabore des actions, suivant un algorithme approprié, à partir des informations que lui
fournissent des détecteurs tout ou rien (TOR) ou des capteurs (analogiques ou numériques).

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 Rôle de communication
Avec des opérateurs humains (dialogue d’exploitation) ou avec d’autres processeurs,
hiérarchiquement supérieurs (calculateur de gestion de production)

II.5 Nature des informations traitées par l’automate
Les informations peuvent être de type [6] :


Tout ou rien(T.O.R) : C’est le type d’information délivrais par un détecteur, un bouton
poussoir ou un commutateur. Cette information ne peut prendre que deux états
(vrais/faux, 0 ou 1).



Analogique : C’est le type d’information délivrée par un capteur (pression, température).
Cette information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien
déterminée.



Numérique : C’est le type d’information délivrée par un ordinateur. Cette information est
continue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale.

II.6 Architecture des automates
II.6.1 Aspect extérieur
Les automates peuvent être de types compact ou modulaire.
Type compact
On distinguera les modules de programmation (LOGO de Siemens).
Il intègre le processeur, l’alimentation, les entrées et les sorties. Selon les modèles et les
fabricants, il pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage rapide, E/S
analogique…) et recevoir des extensions.
Ces automates, sont généralement destinés à la commande de petits automatismes.
Type modulaire
Le processeur, l’alimentation et les interfaces d’entrées/sorties résident dans des unités
séparées (modules) et sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant ‘’ le fond de panier’’ (bus
plus connecteurs).
Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes ou de puissance, capacité de
traitement et flexibilité sont nécessaire.

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Automates programmables et Matériels nécessaire

Automate compact ZELIO de Schneider.

Automate modulaire OMRO.

Automate modulaire SIEMENS.

Figure II.1 : Différents types d’automates.

II.6.2 Structure interne
En général un automate programmable se constitue essentiellement de :
1) un module d’alimentation.
2) une unité centrale.
3) un module d’entrées/sorties.
4) un module de communication .
5) Elements auxiliaires.

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Module de
Communication

CM

Module de Fonctions

FM

Module d’Entrées
Sorties

SM

Unité Centrale

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CPU

Module d’alimentation

PS

Chapitre II

Figure II.2 : Structure interne d'un API.
II.6.2.1 Module d’alimentation "PS"
Il est composé de blocs qui permettent de fournir à l’automate l’énergie nécessaire à son
fonctionnement, et assure la distribution d'énergie aux différents modules, il convertit la tension
du réseau (AC 220 V) en tension de service (DC 24V, 12V ou 5V).
Un voyant est positionné en générale sur la façade pour indiquer la mise sous tension de
l’automate.
II.6.2.2 Unité centrale "CPU"
La CPU est une carte électronique bâtie autour d’un ou plusieurs processeurs, elle
comprend aussi des moyens de stockage, qui sert à sauvegarder les programmes et les données.
Processeur
Le processeur est chargé d'exécuter le programme utilisateur, il doit assurer des
opérations logiques et arithmétiques ainsi que des fonctions de temporisation et du comptage.
Il peut être issu de la technologie câblée ou de la technologie à microprocesseur [7].
Les principaux registres existants dans un processeur sont :
a) Accumulateur
C’est le registre où s’effectuent les opérations du jeu d’instruction, les résultats sont
contenus dans ce registre spécial.
b) Registre d’instruction
Il reçoit l’instruction à exécuter et décode le code opération. Cette instruction est désignée
par le pointeur.
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Automates programmables et Matériels nécessaire

c) Registre d’adresse
Ce registre reçoit, parallèlement au registre d’instruction, la partie opérande de
l’instruction. Il désigne le chemin par lequel circulera l’information lorsque le registre
d’instruction validera le sens et ordonnera le transfert.
d) Registre d’état
C’est un ensemble de positions binaires décrivant à chaque instant la situation dans
laquelle se trouve précisément la machine.
e) Pile
Une organisation spéciale de registres constitue une pile, ces mémoires sont utilisées pour
contenir le résultat de chaque instruction après exécution.
Ce résultat sera utilisé ensuite par d’autre instruction, et cela pour faire place à la nouvelle
Informations dans l’accumulateur.
Mémoires
Un système à processeur est toujours accompagné d’un ou de plusieurs types de
mémoires. Elles permettent de stocker :




le système d'exploitation dans des ROM ou PROM,
Le programme dans des EEPROM,
Les données système lors du fonctionnement dans des RAM.

II.6.2.3 Module d'entrées/sorties "SM"
Le module E/S assure le rôle d’interface pour la partie commande, qui distingue une
partie opérative (les sorties), où les actionneurs agissent physiquement sur le processus, et une
partie d’acquisitions (les entrées) récupérant les informations sur l’état de ce processus et
coordonnant en conséquence les actions pour atteindre les objectifs prescrits (matérialisés par
des consignes).
En plus d'assurer la communication entre la CPU et les organes externes, le module d'E/S
doit garantir une protection contre les parasites électriques, c'est pourquoi la plus part des
modules E/S font appel au découplage optoélectronique.
Différents types de modules sont disponibles sur le marché selon l’utilisation souhaitée,
les plus répandus sont :
a) Module Entrées/sorties TOR (Tout ou Rien)
Permet de raccordé l'automate à des capteurs TOR (boutons poussoirs, fins de course,
capteurs de proximité, capteurs photoélectriques ... ) ou à des pré-actionneurs (vannes,
contacteurs, voyant pneumatique, électrovannes, relais de puissance, LED ..).

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Automates programmables et Matériels nécessaire

L’état de chaque entrée ou sortie est visualisé par une diode électroluminescente. Le nombre
d’entrées / sorties sur une carte est de : 4, 8, 16, 32, qui peuvent fonctionner :


En continu : 24V, 48V.



En alternatif : 24V, 48V, 100/120V, 2210/240V

b) Module Entrées/Sorties analogique
Il Permet de traiter les signaux analogiques. Il est muni d'un convertisseur analogique/
numérique pour les entrées et un autre numérique/analogique pour les sorties. Il existe des
modules à 2, 4, 8 voies.
II.6.2.4 Module de fonction "FM" (Cartes spécialisés)
Le module de fonction ou «Fonction Module » est un module additionnel ou des cartes
Spécialisées peuvent être connectés. Ces cartes comportent un processeur spécifique ou une
carte électronique spécialisée, elles assurent non seulement la liaison avec le monde extérieur
mais aussi une partie du traitement pour soulager le processeur. On peut citer : les cartes
d'axe, les concentrateurs de communication, les cartes E/S déportées, les cartes de comptage
rapide, les cartes de pesage, les cartes de régulations PID…


Cartes de comptage rapide

Elles permettent saisir des événements plus courts que la durée du cycle travaillant à des
fréquences qui peuvent dépasser 10kHz.


Les Entrées/Sorties déportées

Leur intérêt est de diminuer le câblage en réalisant la liaison avec détecteur, capteurs ou
actionneurs au plus près de ceux-ci, ce qui a pour effet d’améliorer la précision de mesure.
La liaison entre le boîtier déporté et l’unité centrale s’effectue par le biais d’un réseau de
terrain suivant des protocoles bien définis.
L’utilisation de la fibre optique permet de porter la distance à plusieurs kilomètres.
II.6.2.5 Module de communication "CM"
C’est un module de communication qui comprend les consoles et les boîtiers de tests.
Consoles
Les consoles permettent la programmation, le paramétrage et les relevés d’informations,
ils peuvent également afficher le résultat de l’autotest comprenant l’état des modules
d’entrées et de sorties, l’état de la mémoire, de la batterie, etc. Ils sont équipés (pour la
plupart) d’un écran à cristaux liquides .

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Automates programmables et Matériels nécessaire

Pendant la phase de programmation les consoles permettent : l’écriture, la modification,
l’effacement et le transfert d’un programme dans la mémoire de l’automate ou dans une
mémoire EPROM.
Pendant la phase de réglage et d’exploitation elles permettent : de visualiser ou
d’exécuter le programme pas à pas, de forcer ou de modifier les données (les entrées, les
sorties, les bits internes, les registres de temporisation, les compteurs...).
Certaines consoles ne peuvent être utilisées que connectées à un automate car c'est ce
dernier qui leurs fournit l’alimentation et la mémoire de travail, c'est les consoles de
programmation On-line, avec ces consoles le programme introduit par l'utilisateur est
directement mémorisé dans l'automate.
D’autres consoles peuvent fonctionner de manière autonome grâce à leurs mémoires
interne et à leurs alimentations, c'est les consoles de programmation Offline, elles offrent un
plus grand confort, le programme écrit de cette façon est appelé source, il est compilé par la
console puis transféré dans la mémoire de l'automate [8].
Les boîtiers de tests
Les boîtiers de test quand a eu sont destinées aux personnels d’entretien, ils
permettent de visualiser le programme ou les valeurs des paramètres (affichage de la ligne de
programme à contrôler, visualisation de l’état des entrées et des sorties...)
II.6.2.6 Eléments auxiliaires
Il s’agit principalement de :





Un support mécanique (un rack) : l’automate se présentant alors sous forme d’un
ensemble de cartes, d’une armoire, d’une grille et des fixations correspondantes.
Un ventilateur : il est indispensable dans les châssis comportant de nombreux modules
ou dans le cas où la température ambiante est susceptible de devenir assez élevée (plus
de 40 °C).
Un indicateurs d’état : il indique la présence de tension, l’exécution du programme
(mode RUN), la charge de la batterie, le bon fonctionnement des coupleurs.

II.7 Automates programmables
II.7.1 Automate programmable TSX21
L’automate programmable TSX21 est un mini automate de type compact, sous forme
d’un boitier en aluminium extrudé anodisé, venant en complément de la gamme des
automates télémécanique.
Les différentes cartes constituant cet automate sont :

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Chapitre II




Automates programmables et Matériels nécessaire

La carte mémoire (EPROM ou RAM) de capacité 1024 ou 2048 mots de 12 bits
suivant la configuration. Elle est utilisée pour l’écriture ou effacement des données
dans les mémoires.
Cartes d’entrées/sorties : on trouve une a quatre cartes selon la configuration, chaque
cartes comporte : 16 entrées TOR visualisées, 8 sorties TOR de 2A, 8 sorties TOR de
0.4A.

La fonction réaliser par l’automate TSX21 est définie par une suite d’instruction. Le
programme exécuter par le processeur est enregistré dans la mémoire.
Généralement, le TSX21 ne nécessite pas d’alimentation particulière, mais sous forme
d’énergie à partir de l’alimentation des capteurs et des actionneurs extérieurs. En effet,
L’alimentation du régulateur de tension de la logique de l’automate s’effectue à partir de la
première carte d’entrées (une seule alimentation suffit).
 Entées : nombre maximal : 64 entrées, modularité : 16.
 Sorties : nombre maximal : 32 sorties, modularité : 8.
 Entrées/sorties programmable : nombre maximal : 32 E/S, modularité : 8.
 Temporisation analogique : l’automate TSX21 peut être équipé de : 1 à 4 cartes
d’entrées/sorties et 1a 2k de mémoire EPROM.
Inconvénients
L’automate programmable TSX21 ne répond pas à l’usage actuel tel que :



Les entrée/sortie de cet automate programmable sont limitées
C’est un automate compact qui ne peut pas gérée ou automatisé
un processus complexe

II.7.2 Présentation de la gamme SIMATIC de SIEMENS
Siemens reste le seul à proposer une gamme complète de produits pour l’automatisation
industrielle, par le biais de sa gamme SIMATIC. L’intégration globale de tout
l’environnement d’automatisation est réalisée grâce à:




Une configuration et une programmation homogène des différentes unités du système.
Une gestion cohérente des données.
Une communication globale entre tous les équipements d’automatisme mis en œuvre.

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