Les types d’automates Programmables Industriels (API)
Il existe deux types d’automate programmable industriel: le type
monobloc et le type modulaire. Selon la complexité de l’automatisme à résoudre,
le style monobloc, souvent moins dispendieux, peut très bien faire l’affaire.
Ce dernier possède généralement un nombre d’entrées et de sorties restreint et
son jeu d’instructions ne peut être augmenté. Bien qu’il soit parfois possible
d’ajouter des extensions d’entrées/sorties, le type monobloc a pour fonction de
résoudre des automatismes simples faisant appel à une logique séquentielle et
utilisant des informations tout-ou-rien.
Par ailleurs, le type modulaire est adaptable à toutes
situations. Selon le besoin, des modules d’entrées/sorties analogiques sont
disponibles en plus de modules spécialisés tels: PID, BASIC et Langage C, etc.
La modularité des API permet un dépannage rapide et une plus grande
flexibilité. La figure 2-1 présente un automate
modulaire SLC-500 de la compagnie Allen-Bradley.
Structure de l’automate programmable industriel
Un automate programmable industriel possède des interfaces
internes permettant d’accepter différents capteurs et détecteurs en plus
d’actionner divers éléments: les lampes, les solénoïdes, les contacteurs et les
petits moteurs.
Interface d’entrée
Les interfaces d’entrées (BIT) peuvent accepter aussi bien des
détecteurs fonctionnant à courant continu que ceux qui travaillent sous 120VCA
ou 220VCA. De plus, les entrées analogiques (MOT) acceptent les
standards de travail industriel tels le 0-10V ou le 1-5V ou encore le 4-20mA.
Certains automates modulaires possèdent des modules spéciaux permettant
d’interfacer directement des thermocouples ou des RTD[1].
[1] RTD Resistor Thermal
Detector. Résistance thermique dont la plus commune est fait de platine et
possède un résistance de 100W à 0°C.
Elle varie de 0.385W/°C.
Interface de sortie
Les modules de sorties sont munis d’interfaces encore là très
versatiles. Ces dernières peuvent fournir des tensions de sorties à courant
continu à l’aide d’un module NPN ou PNP ainsi que des tensions alternatives à
l’aide de module à TRIAC acceptant des tensions pouvant aller jusqu’à 240VCA.
Par surcroît, il existe des modules à contact sec qui peuvent manipuler des
tensions C.C. ou C.A. selon le besoin et à divers niveaux de tension,
d’amplitude ou de fréquence.
Pour ce qui est des sorties analogiques, elle se présente
généralement sous deux formes. Sans placer plus d’importance à une qu’a
l’autre, il s’agit de sortie 0-10V et 4-20mA. Quelques fois, ces sorties
nécessitent des alimentations externes.
La mémoire interne
Il est primordial de comprendre que les automates programmables
ne sont que de simples ordinateurs spécifiquement conçus pour la réalité
industrielle et la simplicité d’accès à des entrées/ sorties.
Ainsi, puisqu'il s’agit d’un ordinateur, il possède une gamme
d’instructions qui lui permettra de manipuler les variables d’entrées et de
sorties. Les informations en entrées et en sorties sont représentées par des
variables. Celles-ci peuvent être représentées par un seul bit ou peuvent être
regroupées en mots de 8, 16 ou 32 bits, selon le modèle de l’automate.
Il est également possible de diviser la mémoire de l’automate en
diverses sections. Selon son type, le nombre de sections peut varier et il
serait prématuré, à ce moment, de couvrir ce sujet. Vous pourrez visualiser
l’agencement mémoire d’un automate dans un prochain document. Pour l’instant
mentionnons seulement que l’automate possède de la mémoire pour le programme en
échelle, les informations en entrées et en sorties ainsi qu’un jeu
d’instructions complet.
Ce jeu d’instructions est spécifique à l’automate utilisé, mais
nous pouvons affirmer, sans trop se tromper, que tous les automates possèdent
au moins les instructions de base tels les contacts à ouverture et à fermeture,
les relais, les temporisateurs et les compteurs.
La mémoire BIT
Afin de bien comprendre la structure interne d’un automate,
regardons la figure 2-2 en supposant: l’interrupteur
de pression est branché à l’entrée X3; la lumière est reliée à la sortie Y41.
Lorsque la pression est normale, l’entrée X3 est dite en état de
repos puisque cette dernière est à 0V par l’entremise du contact ouvert. Le bit
interne de l’adresse X3 est donc à un niveau logique «0». Lorsque la pression
augmente et que le contact ferme, une tension se retrouve sur l’interface
d’entrée et celle-ci fera changer le bit interne à un niveau logique «1». Le
programme en échelle (LADDER), dans l’encadré du centre, présente un contact à
fermeture X3 et un bit de sortie représenté par les parenthèses (Y41).
L’instruction du contact à fermeture X3 utilise le niveau
logique du bit interne et non pas le statut ouvert ou fermé du contact du
détecteur de pression. Si le bit est à 0 le contact restera ouvert. Par contre,
si le bit est à 1, le contact permettra une continuité jusqu’à la sortie. À
première vue, ce principe semble évident mais il n’en est pas ainsi lorsqu’on
utilise un contact à ouverture.
La mémoire MOT
Les cases mémoires de type MOT regroupent généralement 8 bits,
mais de plus en plus les automates apparaissant sur le marché utilisent des
mots de 16, voire même de 32 bits. Ces bits sont organisés sous la forme
binaire afin de représenter, avec les seules symboles 1 et 0, des nombres
pouvant aller, sur 32 bits, de 0 jusqu’a 4 294 967 295.
Exemple:
Le résultat décimal du nombre binaire 0100 0101
0001 0010 est 17682(10) et 4512(16)
Cycle d’opération
Le diagramme ci-contre présente un cycle simplifié d’opération,
composé de la scrutation du programme, suivi ou précédé de la scrutation des
E/S.
À la scrutation des E/S, les données sont transférées du fichier
des données de sortie vers les bornes externes. De plus, les bornes d’entrées
sont examinées et les bits d’état associé dans le fichier de données d’entrée
sont misent à jour.
À la scrutation du programme, la mise à jour de
l’état des appareils externes des entrées est appliquée au programme
utilisateur. Le processeur exécute la liste complète des instructions dans
l’ordre croissant des lignes.
Les bits d’état sont rafraichis selon les règles de continuité
logique au fur et à mesure que la scrutation du programme se déroule.
La scrutation des E/S et la scrutation du programme sont deux
opérations complètement indépendantes. Aussi, toute modification d’état, se
produisant sur les appareils externes d’entrées pendant la scrutation du
programme, n’est prise en considération qu’à la prochaine scrutation des E/S.
Si le temps de scrutation est relativement long, une variation de courte durée
à l’entrée pourrait ne pas être détectée.
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