LES AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS
C- AUTOMATES PROGRAMMABLES INDUSTRIELS
4- Architecture générale interne d'un API
Un API se compose, de trois grandes parties : - un processeur (ou unité centrale) ;
- une zone mémoire ;
Micro-ordinateur Terminaux industriels Console portable
Réglage/Maintenance
Chapitre A4
Leçon A 4-1 Logique Programmée La liaison électrique entre cesélé-ments est réalisée par un bus. Le bus est un ensemble de conducteurs qui réalisent la liaison entre les différents éléments de l'API. Il est organisé en plusieurs sous-ensembles destinés chacun à véhiculer un type bien défini d'informations :
–Bus de données pour les signaux d'entrées/sorties,
– Bus d'adressesdes entrées/sorties, –Bus de contrôlepour les signaux de service tels que tops de synchronisa-tion, sens des échanges, contrôle de validité des échanges etc.
Un bloc d'alimentation fournit les ten-sions nécessaires au fonctionnement de l'ensemble.
a/ Le Processeur
Le processeur, ou unité centrale (UC), a pour rôle principal d'interpréter et d'exécuter les instructions qui constituent le programme de fonctionnement de l'application. Il gère l'ensemble des relations entre la zone mémoire et les interfaces telles que :
lecture des informations d'entrée ;
exécution des instructions du programme mises en mémoire ; commande des sorties.
Pour réaliser ces fonctions, le processeur doit comporter :
Une unité arithmétique et logique (UAL) qui traite des opérations logiques (ET, OU,…) et des opérations arithmétiques ( addition, soustraction, décalage, etc...) ;
Un accumulateur, registre de travail dans lequel se range le résultat d'une opération ; Un compteur ordinal : registre qui contient l'adresse de la prochaine instruction à exécuter ;
Un décodeur d'instruction : circuit qui transforme les instructions d'un programme en signaux de commande nécessaires à l'UAL, aux registres et au bus de contrôle;
Des registres dans lesquels sont rangées durant le temps de traitement les instructions à interpréter et à exécuter.
Il existe trois technologies pour réaliser un processeur :
La technologie câblée, la plus rapide mais aussi la plus coûteuse, réservée à des usages particuliers ;
La technologie à microprocesseur, la plus économique ;
Chapitre A4
Leçon A 4-1 Logique Programmée La technologie mixte, certaines opérations étant réalisées en câblé pour en accroître la rapidité.b/ Zone mémoire
La zone mémoire est destinée au stockage des données (informations issues des capteurs d'entrée et informations générées par le processeur pour commander les sorties) et des pro-grammes de fonctionnement de l'automatisme.
L'élément de base de la mémoire est le " BIT " (abréviation de l'anglais " Binary digiT") qui peut prendre les deux états logiques 0 et 1. Les bits sont regroupés en "mots ". On rencontre des mots de 16 bits et de 8 bits appelés " octets ". Ces mots sont identifiés chacun par une adresse. Le volume mémoire est évalué en " K mots " (1 K mot = 210mots = 1 024 mots) ou en " Koctets " (1 Ko = 1 024 mots de 8 bits).
Dans les API, on trouve plusieurs types de mémoires :
* Mémoires vives ou RAM(Random Access Memory) : le contenu de ces mémoires peut être lu et modifié à volonté, mais il est perdu en cas de manque de tension (mémoires volatiles). Elles nécessitent par conséquent une sauvegarde par batterie. Les mémoires vives sont utilisées pour l'écriture et la mise au point du programme et le stockage des cal-culs ; des variables; etc ...
* Mémoires non volatiles effaçables électriquement (EEPROM : Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) ou par rayonnement ultraviolet (EPROM ou REPROM : Erasable Programmable Read Only Memory). Elles sont destinées à la mémorisation du programme après la phase de mise au point.
* Mémoires mortes ou ROM(Read Only Memory) : Dans ces mémoires seule la lecture est possible. Elles servent, pour le constructeur de l'API, à mémoriser le programme de fonctionnement de l’Automate Programmable Industriel (l’API).
c/ Modules d'entrées/sorties (E/S)
On considère ici que les modules d’entrées/sorties sont du type" Tout Ou Rien " (TOR). Ces modules assurent le rôle d'interface des capteurs et préactionneurs avec l'API.
Les entrées reçoivent des informations en provenance des éléments de détection (capteurs) et du pupitre opérateur (boutons). Chaque capteur est repéré par une adresse d'entrée (par exemple pour le TSX : I1.0, I1.1, I1.2…).
L'ensemble des modules d'entrées constitue l'interface d'entrée.
Les informations de sortie sont dirigées vers les modules constituant l'interface de sortie. Chaque module est repéré par une adresse de sortie (par exemple pour le TSX : Q2.0, Q2.1, Q2.2…). Les éléments de commande de puissance (électrovanne, relais…), les éléments de contrôle du pupitre opérateur (voyants, compteur, alarme) sont reliés à ces sorties.
Chapitre A4
Leçon A 4-1 Logique Programmée Modules d'entrée TORLes modules d'entrée sont destinés à :
* Recevoir l'information en provenance de la source d’information (capteur, détecteur, bouton etc...). Le signal électrique reçu doit être analysé par le module d'entrée avant d'être transmis à l'unité centrale par le Bus.
* Traiter le signal en le mettant en forme, en éliminant les parasites et en isolant électrique-ment les signaux de la partie opérative par un coupleur opto-électronique.
Dans ce but, un module d'entrée effectue les fonctions suivantes :
* Adaptation de la tension ;
* Immunité aux parasites industriels par filtrage et circuit retardateur (temporisateur) ;
* Signalisation de l'état de l'entrée;
* Isolement entre l'extérieur et la partie logique de l'API.
Schéma de principe d'une entrée TOR
avec : R : adaptation au seuil de tension de l'entrée.
V1: protection en cas d'inversion de tension aux entrées.
V2: retardateur, diode zéner en écrêteur.
V3: signalisation de l'état de l'entrée.
Coupleur opto-électronique qui est l'association d'une diode électroluminescente et d'un photo-transistor.
Modules de sortie tout ou rien (TOR)
Les modules de sortie sont destinés à convertir les signaux de " bas niveau " de la partie logique en signaux utilisables pour piloter les préactionneurs (électrovannes, contacteurs).
Chapitre A4
Leçon A 4-1 Logique Programmée Les caractéristiques des sorties dépendent de la technologie utilisée :* Électromécanique (relais) :
•
Fort pouvoir de coupure,•
Cadence de fonctionnement limitée,•
Durée de vie limitée,•
Découplage galvanique possible ;* Électronique (transistor, triac) :
•
Cadence de fonctionnement élevée,•
Durée de vie pratiquement illimitée.Un module de sortie assure les fonctions suivantes : – l'isolation galvanique
– l'adaptation en tension
– la protection contre le retour de courant – et la visualisation de l’état logique de la sortie
L'élément de commande en sortie sera constitué selon le cas d'un relais, d'un transistor ou d'un triac.
Schéma de principe d'une sortie logique 24 V continue D: mémorisation du résultat du traitement.
A1, A2: amplification.
V1: protection en cas d'inversion de tension aux bornes de la sortie.
V2 : signalisation de l'état de la sortie.
RC: charge.
X1, X2 : bornes de la source d'alimentation extérieure.
Suivant la norme NF C 63850, les sorties logiques doivent satisfaire les caractéristiques suivantes :
– en courant alternatif 50 Hz, sous des tensions de 24, 48, 110 et 220 V avec un courant maximal de 0,25 A, 1 A, 2 et 5 A ;
– en courant continu, sous des tensions de 5, 24, 48, 110 et 125 V avec un courant permanent maximal de 0,25 A, 1 et 2 A.