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06 Déc 2020
Instrumentation : Automates programmables industriels (API)
Instrumentation : Automates programmables industriels (API)
1. Définition et Historique des API :
Un Automate Programmable Industriel est une machine électronique, programmable par un personnel non informaticien et destinée à piloter en ambiance industrielle et en temps réel des procédés automatiques.
Les automates programmables industriels. Comme on les appelle le plus souvent ou encore Programmable Logic Controller (PLC en anglais), sont apparu aux Etats-Unis vers 1969 où ils répondaient aux désirs des industries de l’automobile de développer des chaînes de fabrication automatisées qui pourraient suivre l’évolution des technologies et des modèles fabriqués.
L’API s’est ainsi substituée aux armoires à relais en raison de sa souplesse, mais aussi parce que dans les automatismes de commande complexe, les coûts de câblage et de mise au point devenaient trop élevés. Les premiers constructeurs américains étaient les entreprises Modicon et Allen-Bradley. Les A.P.I. offrent de nombreux avantages par rapport aux dispositifs de commande câblés, comme :
- La fiabilité.
- La simplicité de mise en œuvre (pas de langage de programmation complexe).
- La souplesse d’adaptation (système évolutif et modulaire).
- La maintenance et le dépannage possible par des techniciens de formation électromécanique.
- L’Intégration dans un système de production (implantation aisée).
Les Automates programmables industriels. ont subi des améliorations tous les 4 à 7 ans au fur et à mesure de l’apparition des composants électroniques tels que les microprocesseurs et les microcontrôleurs.
2. Structure, domaines d'emploi et informations traitées par les API
La structure d’un API ressemble à celle d’un micro-ordinateur, constitué d’une unité centrale (unité de traitement), des coupleurs, des modules d’entrées (interface d’E), des modules de sortie (interfaces de S), d’une console de programmation…
L’automate peut être : soit de conception monobloc (nano-automates ou micro-automates). Les capacités d’association et de communication des matériels récents, même parmi les gammes les plus basses, offrent de nombreuses possibilités de mise en réseau de ces constituants monoblocs ; soit de conception modulaire (automates multifonctions). Cette organisation réunit un module d’alimentation et une unité centrale dans un bac pouvant accueillir divers types de modules allant des modules d’E/S TOR aux plus complexes. Elle permet ainsi des configurations évolutives et personnalisées.
Les Automates Programmables Industriels sont utilisés dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage, emballage…) ou des chaînes de production (automobile, agroalimentaire …) ou il peut également assurer des fonctions de régulation de processus (métallurgie, chimie …). Il est de plus en plus utilisé dans le domaine du bâtiment (tertiaire et industriel) pour le contrôle du chauffage, de l’éclairage, de la sécurité ou des alarmes.
Les informations traitées par un Automate Programmable Industriel peuvent être de type :
- Tout ou rien (T.O.R.) ou logique : l’information ne peut prendre que deux états (0 ou 1 …). C’est le type d’information délivrée par un détecteur, un bouton poussoir …
- Analogique : l’information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien déterminée. C’est le type d’information délivrée par un capteur (pression, température …)
- Numérique : l’information est contenue dans des mots codés sous forme binaire. C’est le type d’information délivrée par un ordinateur ou un module intelligent.
3. Principe de fonctionnement d’un API : Le cycle d’un API
Une caractéristique originale et unique des API est le fonctionnement cyclique de l’Unité Centrale. Le programme est composé d’une suite d’instructions placés dans la mémoire (RAM, EPROM,EEPROM,…). Il peut être par exemple, constitué des phases : –
- Acquisition des entrées ;
- Traitement ;
- Activation des sorties.
Suivant la conception de l’Automate Programmable Industriel ou de la programmation, on distingue 3 autres possibilités :
- Toutes les entrées sont acquises au début du cycle et les sorties sont commandées en fin de cycle, c’est-à-dire après que toutes les équations aient été résolues.
- Toutes les entrées sont acquises au début du cycle et les sorties sont activées après chaque résolution d’équation intégrée dans le programme. On parle d’un cycle synchrone vis à vis des entrées et asynchrone vis à vis des sorties ;
- Les équations sont traitées une par une en prenant uniquement la valeur des entrées concernées. Ce cycle peut présenter un inconvénient, en effet, une entrée peut être appelée plusieurs fois avec des valeurs différentes pour plusieurs équations au cours du même cycle. Risque de provocation d’aléas.
- Les entrées sont scrutées toutes les n ms, quelle que soit la durée du cycle ; les sorties sont activées à la demande.
Lorsque l’on a affaire à un ordinateur l’exécution du programme se fait en général ligne par ligne et d’une façon asynchrone. Une des caractéristiques de l’automate est de fonctionner différemment c’est-à-dire de façon cyclique. En effet avant d’exécuter quoi que ce soit, l’automate lit entièrement son programme ; et une fois l’exécution terminée recommence les mêmes opérations. On définit alors la notion de cycle et de temps de cycle (entre 1ms et 30ms environ). Ce cycle comprend 5 phases :
- Phase 1 : Lecture ou Acquisition des entrées : Prise en compte des informations des modules d’entrées et écriture de leur valeur dans RAM (zone DONNEE).
- Phase 2 : Exécution de le programme ou Traitement des données : Lecture du programme (située dans la RAM programme) par l’unité de traitement, lecture des variables (RAM données), traitement et écriture des variables (internes, sorties … ) dans la RAM données.
- Phase 3 : Traitement de toute demande de communication
- Phase 4 : Exécution du test d’auto–diagnostic (Gestion du système Autocontrôle de l’automate)
- Phase 5 : Ecriture des sorties : Lecture des variables de sorties dans la RAM données et transfert vers le module de sorties.
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