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AUTOMATISME SEQUENTIEL 1

AUTOMATISME SEQUENTIEL 1° INTRODUCTION

2° MEMOIRES ASYNCHRONES

3° MEMOIRES SYNCHRONES

4° APPLICATION AUX AUTOMATISMES SEQUENTIELS (GRAFCET)

5° SYNTHESE BLOCS FONCTIONNELS

6° BLOCS FONCTIONNELS STANDARDS

7° EXERCICES

1) INTRODUCTION

Un automatisme séquentiel dépend de l’état précédent de ses sorties et de l’état de ses entrées. A une

combinaison des variables d’entrée peut correspondre plusieurs états des variables de sortie.

Variables logiques d’entrée

Variables logiques de sortie

Horloge

(mémoires synchrones)

2) MEMOIRES ASYNCHRONES ( ou bascules)

2.1 Mémoire à arrêt prioritaire (ou bascule RS):

Fonctionnement : Soient deux boutons poussoirs : R (reset) et S (set). On veut

réaliser la fonction logique Q répondant au cahier des charges

suivant :

- ① si appui sur R, Q passe à 0

- ② si appui sur S, Q passe à 1

- ③ après relâchement des BP, Q garde la valeur logique

précédente

- ④ si appui simultané sur R et S, Q passe à 0

Chronogrammes (à compléter):

Table de vérité (à compléter): avec Q n-1 état précédent de Q n (chaque ligne est indépendante de la précédente)

Repères ①… R S Q n-1 Q n Commentaires

0 0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Tableau de Karnaugh (à compléter):

00 01 11 10

On en déduit l’équation logique : Q n ou équation simplifiée : Q =

SYSTEME

SEQUENTIEL

Mémoriser

une

information

S

R

Q

(état précédent des variables de sortie)

Q

S

R


Table de vérité simplifiée :

R S Q Commentaires

0 0 Q n-1

0 1 1

1 0 0

1 1 0

Schéma électrique à contacts :

Logigramme à compléter

Forme canonique à base de NOR :

Q = ( S + Q ) . R = ( S + Q ) + R

R S Q Commentaires

0 0

0 1

1 0

1 1

Une mémoire est un élément bistable

Symbole : (Les indices de dépendance permettent de préciser l’état logique de la bascule pour S = R = 1, ici

l’entrée R est prioritaire)

P

C

Q

R Q

S

R Q

Q

S 1

R1 1

Q

Q

S

R

Bascule RS à arrêt prioritaire

S

R Q

1

1


YD

2.2 Mémoire à marche prioritaire (ou bascule R S):

Soient deux boutons poussoirs : R (reset) et S (set). On veut réaliser la fonction logique Q répondant au cahier

des charges suivant :

- ① si appui sur R, Q passe à 0

- ② si appui sur S, Q passe à 1

- ③ après relâchement des BP, Q garde la valeur logique précédente

- ④ si appui simultané sur R et S, Q passe à 1

Table de vérité : avec Q n-1 état précédent de Q n (chaque ligne est indépendante de la précédente)

Repères ①… R S Q n-1 Q n Commentaires

0 0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Tableau de Karnaugh :

00 01 11 10

On en déduit l’équation logique : Q n = ou équation simplifiée Q =

Table de vérité simplifiée :

R S Q Commentaires

0 0 Q n-1

0 1 1

1 0 0

1 1 1

Schéma électrique à contacts :

Logigramme à compléter :

S

Q

Q

S

R Q

R

Q


YD

Forme canonique à base de NAND :

Q = S + ( Q . R ) = S . ( Q . R )

R S

R

S

Q Commentaires

0 0

0 1

1 0

1 1

Symboles :

2.3 Exemple tiré du TP « Câblage des entrées-sorties TOR »

Compléter les chronogrammes pour les variables E1, Mémoire1 , Mémoire 2 et E2 et en déduire la fonction de

ce programme

E1

M1

E2

M2

CU

CD

S1 1

R 1

Q

Q

S

R

Bascule RS à marche prioritaire

1

1

1

1

2

2

2

E1 E2

Fonction : détecter le sens de

passage d’une pièce et compter les

pièces uniquement si sens 1 E1 et E2 :2 capteurs

photoélectriques

Sens 1

Sens 2

Sens 1

& S &

S

Q

&

R

& R

Sens 2


YD

3) MEMOIRES SYNCHRONES

Les chargements des entrées sont validés par une entrée dite d’horloge (time ou clock) .

Cette entrée peut-être du type dynamique (active sur un front) ou statique (active sur un état logique).

Symboles : Dynamique front montant (raising edge)

Front descendant (failing edge)

1) Mémoire D (DATA):

1.1) Mémoire D statique :(active sur le niveau haut de l’horloge H)

Symbole :

D H Q Q

Pour H = 1, la bascule recopie l’entrée D.

Pour H = 0, la bascule reste figée et garde en mémoire la valeur précédente de Q.

1.2) Mémoire D dynamique : (active sur le front montant ou descendant de H, suivant le symbole)

Symbole :

D H Q Q

1.3) Chronogrammes des deux types de mémoires :

Q

Q

D

H

Q

Q

D

H

D

H

Q dynamique

Q statique

A représenter en tenant compte du

temps de propagation d’une mémoire soit tp de quelque nano

secondes 10 -9 s

& D.H

Q

Q & D.H

&

&

H

D

1


YD

2.) Exemples d’application :

2.1 Registre à décalage à trois bascules D : (montage dit synchrone)

Compléter les chronogrammes correspondant au schéma proposé.

2.2 Décompteur binaire à trois bascules D : (montage dit asynchrone)

Compléter les chronogrammes correspondant au schéma proposé (Q1=Q2=Q3=0 à t = 0).

D

H

Q1

Q2

Q3

H1

D1= Q1

Q1= H2

D2= Q2

Q2= H3

D3= Q3

Q3

① Q1

D1

H

② Q2

H

③ Q3

H

Q3

① D2

D1

H1

② D3

Q1

Q1

③ Q3 Q2

Q2


YD

2.3 Compteur binaire à trois bascules D : (montage dit asynchrone)

Compléter les chronogrammes correspondant au schéma proposé(Q1=Q2=Q3=0 à t = 0).

.

Q3

① D2

D1

H1

② D3

Q1

Q1

③ Q3 Q2

Q2

H1

D1=Q1=H2

Q1

D2=Q2=H3

Q2

D3=Q3

Q3


YD

4) Application de l’automatisme séquentiel au grafcet (diagramme fonctionnel de

séquences ou SFC) 4-1) Représentation d’un grafcet en langage à contacts :

Soit le grafcet suivant :

Donner les conditions d’activation et de désactivation de chacune des étapes suivantes X1, X2 et X3.

Représenter sous forme de réseaux ladder, la commande de ces étapes.

4 EV3

AR

LH3

3 EV2

AR

LH2

2 EV1 KM1

1 KM1 EV1 EV2

LH1

0

MA . LL

SX1=

RX1=

SX2=

RX2=

SX3=

RX3=

S

R

S

R

S

R

MA KM1

LL (conditions associées

aux

réceptivités)

Chaque étape est une mémoire à marche

prioritaire :

- activation si l’étape(s) précédente(s)

est activée(s) et si la réceptivité

associée à la transition amont est vraie

- désactivation si l’étape(s) suivante(s)

est active(s)

GRAFCET

(actions associées

aux étapes)


YD

Donner les équations booléennes et les représentations sous forme de réseaux ladder des sorties KM1, EV1 et

EV2 (appliquer la règle de l’unicité des sorties API : une seule bobine par adresses de sortie API)

.

4-2) Représentation d’un grafcet en logigramme :

Représenter le fonctionnement de ce grafcet en complétant

le logigramme ci-dessous à base de mémoires à marche

prioritaire.

Le BP Init est utilisé pour forcer la premiére étape

à l’activation.

LL2

LH1

MA . LL

2 EV2

1 KM1 EV1

0

KM1=

EV1=

EV2=

S1 1Q

R X0

Init

≥1 S1 1Q

R X1

S1 1Q

R X2


YD

5- Synthèse des blocs fonctionnels mémoires

Mémoire RS à arrêt

prioritaire :

S R Q Q

0 0 Qn-1 1nQ

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

Mémoire RS à marche

prioritaire :

S R Q Q

0 0 Qn-1 1nQ

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 1 0

Mémoire D statique D C Q Q

0 1 0 1

1 1 1 0

0 0 Qn-1 1nQ

1 0 Qn-1 1nQ

Mémoire D dynamique: D C Q Q

0 0 1

1 1 0

0 0 ou 1 ou Qn-1 1nQ

1 0 ou 1 ou Qn-1 1nQ

S 1

R1 1

Q

Q

S

R

S1 1

R 1

Q

Q

S

R

1D

C1

Q

Q

D

C

1D

C1

Q

Q

D

C


YD

6- Comparaison d’écriture de blocs fonction standard en PL7 Pro et Step7

6.1) Temporisation :

(Exemple temporisation retard à l’enclenchement)

Norme CEI 1131-3 (langages de programmation des API):

Langage Siemens STEP 7 :

Langage Schneider PL7 Pro :

%TM0 : n° d’identification du bloc fonction temporisateur

IN : entrée de validation de la temporisation sur front montant

Mode : TON soit retard à l’enclenchement

TB : base de temps

%TM0.P : valeur de présélection de la temporisation.

Modif : Y soit modification de la valeur de présélection en mode réglage

%TM0.Q : sortie passe à 1 lorsque %TM0.V = %TM0.P

%TM0.V : valeur courante de la temporisation

Chronogrammes à compléter pour %TM0.P =…5secondes………

%I1.0=IN

%TM0.V

%Q2.0

IN Q

PT ET TIME

BOOL

TIME

BOOL TON

10


YD

6.2) COMPTEUR

Norme CEI 1131-3 (langages de programmation des API):

Langage Siemens STEP 7 :

Langage Schneider PL7 Pro :

%C0 :…………………………………………………..

R :………………………………………………………

S : :……………………………………………………..

CU : :…………………………………………………..

CD : :…………………………………………………..

%C0.P : :………………………………………………

Modif : :………………………………………………..

E : :…………………………………………………….

D : :……………………………………………………

F : :……………………………………………………

Chronogrammes à compléter pour……%C0.P = 4……

%I1.4=R

%I1.2=CU

%C0.V

%Q2.1=D

CU Q

PV CV INT

BOOL

INT

BOOL CTU

R BOOL


YD

Représentation normalisée des blocs fonctionnels standards

BLOCS FONCTION CHRONOGRAMME LOGIGRAMME FBD pour automate CEI 1131-3

MEMOIRE Mémoriser une information binaire

Exemple à marche prioritaire

Exemple à marche prioritaire

TEMPORISATEUR Retarder l’apparition ou la disparition d’une

information binaire

t1 : retard à……………..

t2 : retard à ……………..

Exemple temporisateur à

l’enclenchement

MONOSTABLE Prolonger ou calibrer la durée t d’une

information binaire

COMPTEUR Compter des informations binaires

Type de données utilisées pour la représentation d’un FBD : BOOL : variable booléenne (1bit)

TIME : durée (dépend de l’application)

INT : entier ( 16 bits)

S

1

0 R

1

0 Q

1

0

E

1

0

S

1

0

E

1

0

S

1

0

E

1

0

S

1

0

t1 t2

E E S

S1 1

R

Q

S

R

t

E E S

S

E

P

S1 Q1

R

BOOL

BOOL

BOOL SR

IN Q

PT ET TIME

BOOL

TIME

BOOL TON

IN Q

PT ET TIME

BOOL

TIME

BOOL TP

CU Q

PV CV INT

BOOL

INT

BOOL CTU

R BOOL


YD

7 Exercices :

7.1-Schéma de commande d’une électrovanne :

1 À partir schéma de commande suivant, compléter le tableau proposé en respectant l’ordre chronologique imposé

du haut vers le bas.

LH : capteur TOR de niveau du type NF, si le niveau est supérieur au seuil haut, le contact s ‘ouvre.

AU :Bouton poussoir d’arrêt d’urgence du type NF

MA : Bouton poussoir de marche du type NO

EV : relais de l’électrovanne

ev : contact auxiliaire du type NO du relais EV

V1 : électrovanne NF

Ordre Niveau haut Arrêt d’urgence Marche Relais EV Contact ev Vanne V1

1 Non atteint Non activé Non

activé

Non

alimenté

ouvert fermée

2 Non atteint Non activé Activé


activé

4 Atteint Non activé Non

activé

5 Non atteint Activé Non

activé

6 Non atteint Non activé Activé


activé

8 Non atteint Activé Non

activé

9 Non atteint Activé Activé

2) Préciser l’équation booléenne de EV.

Quel est le rôle du contact « ev » ?

Donner le logigramme équivalent pour la commande de EV :

EV

N

LH

CUVE V1

ev

LH AU

EV MA


YD

7.2) Régulation TOR avec hystérésis : Ecrire le programme en langage ladder permettant de réaliser une régulation TOR sur la vanne Ve (type NF) avec

une consigne de 50% et une hystérésis de 1%.

7.3) Alarme sur niveau (voir TP) : LT exprimée en % Ecrire le programme en langage ladder permettant de réaliser la programmation de l’alarme haute HH activée si

niveau > seuil (seuil à 80 % avec une hystérésis de 5% de ce seuil) et de l’alarme basse HL activée si niveau <

seuil (seuil de 20 % avec une hystérésis de 5%de ce seuil) sur le niveau de liquide de la cuve ci-dessus.

7.4) Programmation d’une sortie analogique (voir TP) Ecrire le programme en langage ladder permettant de réaliser le profil imposé sur la sortie analogique.

Pour une plage de 0-10V, la plage numérique correspondante est de 0 à 10000 points.

Aide : inspirer vous du grafcet partiel pour écrire le programme, pour cela calculer le pas 1 correspondant à la

valeur à ajouter au mot MW0, chaque seconde ( S6 signal périodique de 1s fourni par l’API).

Même chose pour le pas 2, mais pour la décélération de la sortie analogique.

1

2

3 MW0:=MW0-pas2

MW0:=MW0+pas1

DCY S6

MW0>=8000

AR S6

MW0<=0

API S7-300 LT

HH

HL

Ve

4-20 mA

Bornier sortie analogique

0-10 VDC (QW2) Voie 2

V

DCY 50s AR 40s

8000

Nombre de points

t


YD

7.5) Logique de commande d’un moteur de convoyeur :

La commande d’un moteur d’entrainement d’un convoyeur se fait par l’intermédiaire de deux

contacteurs KM1 (sens avant) et KM2 (sens arrière).

L’opérateur dispose de deux boutons poussoirs de type NO : MA (marche) et AR (arrêt) et d’un

commutateur à deux positions (C = 1 convoyeur marche avant et C=0 convoyeur marche

arrière)

Au démarrage, la mise en fonctionnement se fait par le choix du sens de rotation souhaitée

avec le commutateur C, puis impulsion sur le BP MA

L’arrêt se fait par une impulsion sur le BP AR.

En cours de rotation du moteur, l’opérateur dispose également de la possibilité d’inverser le

sens de rotation du convoyeur en manœuvrant directement le commutateur C.

Dans ce cas, pour ne pas endommager le moteur (permettre l’arrêt du moteur avant son

redémarrage) son redémarrage en sens inverse n’est autorisé que 5 secondes après la manœuvre

du commutateur C

Donner le logigramme de commande de KM1 et KM2.

7.6) Station d’épuration des eaux usées :

A l’entrée d’une

station de traitement des eaux usées (voir schéma ci-dessus), deux vis d’Archimède V1 et V2

relévent les effluents à la surface, soit à l'entrée de la station d'épuration. En tournant sur elles-

mêmes, elles entraînent l'eau vers le haut à l'aide de leur forme hélicoïdale.

La fosse recevant le collecteur d’arrivée des eaux usées est munie de trois capteurs de niveau :

-Un capteur de niveau bas LSL (actif si découvert)

-Un capteur de niveau haut LSH (actif si recouvert)

-Un capteur de niveau très haut LSHH (actif si recouvert)


YD

Le cahier des charges des vis est le suivant :

L’atteinte du niveau haut LSH provoque la rotation de V1.

Si le niveau baisse jusqu’au niveau bas LSL, la vis s’arrête.

Si le niveau continue de monter jusqu’à atteindre le niveau très haut LSHH, les deux vis

fonctionnent ensemble jusqu’à ce que le niveau bas LSL soit atteint.

Travail demandé :

1)Faire un tableau des variables de cet automatisme en précisant leur nature entrées ou

sorties, leur type TOR ou analogique, et la nature des contacts des capteurs NO ou NF.

2)Compléter sur le document réponse joint les évolutions de LSL, LSH, LSHH, V1 et V2.

3)Dans un premier temps proposer une solution en logique câblée afin de commander V1 et

V2 en fonction des capteurs.

4) Dans un deuxième temps proposer une solution en logique programmée (en ladder) pour

commander V1 et V2 en fonction des informations fournies par les capteurs. Faire un

schéma de principe de câblage des entrées et sorties de cet automatisme sur l’API.

DOCUMENT RÉPONSE

Niveau d’eaux usées dans la fosse

temps

L

H

HH

1 LSL

temps

1 LSH

temps

1 LSHH

temps

1 V1

temps

1 V2

temps

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