Les systèmes automatisent par des API et leurs fonctionnements dans un environnement industriel

Les systèmes automatisent par des API et leurs fonctionnements dans un environnement industriel

LES SYSTEMES AUTOMATISES PAR DES API ET LEURS FONCTIONNEMENTS DANS UN ENVIRONNEMENT INDUSTRIEL

Les Automates Programmables Industriels (API) sont apparus 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 techniques et des modèles fabriqués. Un Automate Programmable Industriel (API) est une machine électronique programmable par un personnel non informaticien et destiné à piloter en ambiance industrielle et en temps réel des procédés industriels. Un automate programmable est adaptable à un maximum d’application, d’un point de vue traitement, composants, langage. C’est pour cela qu’il est de construction modulaire. Il est en général manipulé par un personnel électromécanicien. Le développement de l’industrie à entraîner une augmentation constante des fonctions électroniques présentes dans un automatisme c’est pour ça que l’API s’est substitué aux armoires à relais en raison de sa souplesse dans la mise en œuvre, mais aussi parce que dans les coûts de câblage et de maintenance devenaient trop élevés. C’est Modicon qui a créé en 1968, aux USA, le premier automate programmable. Son succès donna naissance à une industrie mondiale qui s’est considérablement développé. L’automate programmable représente aujourd’hui l’intelligence des machines et des procédés automatisés de l’industrie, des infrastructures et du bâtiment. L’apparition des automates programmables industriels (à la fin des années soixante) c’est à la demande de l’industrie automobile américaine (GM), qui réclamait plus d’adaptabilité de leurs systèmes de commande. Les coûts de l’électronique permettant alors de remplacer avantageusement les technologies actuelles.

Réseau et Protocole de communication dans l’industrie

Plusieurs systèmes de contrôle seront utilisés pour des procédés complexes. Ces systèmes de contrôle peuvent être des automates, ou d’autres contrôleurs incluant les robots, les terminaux de données et les ordinateurs. Pour que ces contrôleurs travaillent ensemble, ils doivent communiquer. Donc il faut savoir les techniques de communication entre ordinateurs, et comment ceux-ci s’appliquent à des automates. La forme la plus simple de la communication est une connexion directe par câble entre deux ordinateurs. Un réseau permet donc de connecter simultanément un grand nombre d’ordinateurs sur une même source de données. Les données peuvent être transmises d’un bit à la fois en série, ce qu’on appelle la liaison série. Les bits de données peuvent aussi être envoyées en parallèle. Le taux de transmission sera souvent limité à une valeur maximale, de quelques bits par seconde, à des milliards de bits par seconde. Les communications ont souvent des distances limitées, de quelques mètres à des milliers de milles de kilomètres. Les constituants d’automatisme tels qu’automates programmables, PC, IHM, capteurs et actionneurs peuvent communiquer sur un réseau unifié. Dans l’industrie on peut distinguer plusieurs moyens de communications parmi les moyens très utilisé :

Réseau Internet via des câbles RJ45 :

RJ45 est le nom usuel du connecteur 8P8C (8 positions et 8 contacts électriques) utilisé couramment pour les connexions Ethernet, et pour les connecteurs téléphoniques. La référence « RJ » vient de l’anglais Registere Jack (prise jack déposée) qui est une partie du Code des règlements fédéraux (Code of Federal Regulations) aux États-Unis. Le « 45 » correspond au numéro du standard « RJ ». Comme l’indique son nom 8P8C, il comporte huit broches de connexions électriques. Un connecteur RJ45 est une interface physique souvent utilisée pour terminer les câbles de type paire torsadée. Il est souvent utilisé avec des standards comme le TIA/EIA-568- B qui décrit le brochage de terminaison du câblage.

Modélisation et simulation du système MPS PA du laboratoire MELT Ensuite, nous allons exposer notre travail qui a été entamé en deux parties ; la première concerne la modélisation graphique dont les modèles trouvés sont implémentés sur le logiciel Step7, afin de faire une simulation de cette modélisation graphique par langage Grafcet sous le simulateur S7-PLCSIM qui est dédié à ce logiciel. Cette simulation a comme but de faciliter la compréhension du système et donné une vue plus lisible point de vue activation et désactivation des différentes étapes dans le système. Et en deuxième partie nous avons fait une modélisation puis une simulation de ce dernière (MPS PA) à l’aide du logiciel Labview pour comprendre et maitrisé le fonctionnement de chaque station via un cette simulation.

Définition : La simulation est l’un des outils d’aide à la décision les plus efficaces à la disposition des concepteurs et des gestionnaires des systèmes complexes. Elle consiste à construire un modèle d’un système réel et à conduire des expériences sur ce modèle afin de comprendre le comportement de ce système et d’en améliorer les performances. La simulation des systèmes de production intègre à la fois la construction d’un modèle et l’utilisation expérimentale de ce modèle pour étudier un problème. Le modèle consiste en une représentation d’un système réel, capable de reproduire son fonctionnement. La simulation est l’activation du modèle dans le temps, afin de connaître son comportement dynamique et de prédire son comportement futur. Elle ne permet pas de trouver directement et de façon optimale des solutions à des problèmes de production. En cela, on peut l’assimiler à une simple boîte noire qui réagit aux consignes qu’on lui donne (variables d’entrée), mais incapable, seule, de déterminer la valeur optimale de ces consignes. On l’utilise en général pour évaluer et comparer des scénarios possibles. Ses capacités d’imitation et de prédiction permettent d’obtenir des renseignements sur les conséquences de changements ou de modifications dans l’atelier (au niveau physique ou décisionnel), avant que ceux-ci ne soient effectués. Les modèles de simulation sont capables de décrire le système avec le degré de détail et de précision nécessaire qui convient à la résolution du problème posé. Cette description inclut la partie physique de l’atelier, mais peut aussi inclure certains aspects du système de pilotage (gestion de production).

La station réacteur amène et maintient le liquide à une température donnée. Suivant la recette choisie, elle adopte différents profils de température et différentes durées d’agitation. Une pompe de refroidissement est activée pour refroidir le liquide. Une pompe séparée permet d’acheminer le liquide à température à la station suivante. Dans cette station des capteurs mesurent le niveau de la cuve. Il est ainsi possible de réaliser dans l’enseignement des missions simples de commande visant à surveiller les pompes, voire des projets complets de commande d’opérations complexes du process. La régulation de température permet de respecter exactement les différents profils de température lors de la mise en œuvre des recettes. Le capteur de température (sonde à résistance Pt100) fournit par l’intermédiaire du convertisseur de mesure un signal normé de 0 – 10 V. Le régulateur règle la température à la valeur de consigne et la maintient constante par l’intermédiaire du chauffage à commande progressive. La station réacteur permet de réaliser des missions simples de régulation, par exemple par régulateur tout ou rien. La régulation peut ainsi être illustrée en environnement pratique dans la formation.

Conclusion générale

Le travail présenté dans ce mémoire entre dans le contexte de la modélisation et de la simulation des systèmes automatisés de production plus précisément le système MPS PA du laboratoire MELT. Ces deux approches ont été réalisées, après une étude détaillées sur le comportement du système concerné, à travers deux méthodes différentes ; la première consiste à modéliser le fonctionnement du système graphiquement (en utilisant la modélisation par Grafcet) alors que la deuxième consiste à le modéliser par une approche orienté objet (on utilisant le logiciel Labview). L’objectif visé par ce travail était d’une part de présenté l’efficacité des deux outils de modélisation (l’outil graphique et l’outil orienté objets) et d’autre part d’étudier et de maitriser le système MPS PA pour pouvoir finalement créer une plateforme intéressante par laquelle on peut, soit commander et contrôler le système par l’ajout semple d’interface « Labview-système », soit apporter des modifications visant à améliorer ce système. Il est vrai que ce travail n’est pas parfait mais nous pouvons dire que nous avons pu établir, à travers des modèles qui ont été conçus, une base importante qui sert à aider plusieurs futurs travaux notamment des travaux pratique pour les étudiants Génie industriel. En fin pour compléter ce travail plusieurs axes sont proposés dont on peut citer : – Une amélioration et simplification sont apportée au fonctionnement du système à l’aide d’une nouvelle programmation de l’API par langage graphique Grafcet. – La création d’un modèle qui nous permet de faire le contrôle et la supervision entre le système et le logiciel Labview – Aborder la notion diagnostic en temps réel en utilisant les fonctionnalités du logiciel Labview.

Table des matières

Chapitre 1 : Généralité sur les systèmes de production industriels
1.2. Les Systèmes de production
1.2.1. Définitions
1.2.2. Composantes d’un système de production
1.2.2.1. Le système physique de fabrication
1.2.2.2. Le système de pilotage
1.2.3. La maîtrise des systèmes de production
1.2.4. Les caractéristiques des systèmes de production
1.2.4.1. Flexibilité
1.2.4.2. Réactivité
1.2.4.3. Robustesse
1.2.5. Classification des systèmes de production
1.2.5.1. Classification selon la nature et le volume des flux physiques
1.2.5.2. Classification selon le mode de pilotage
1.2.6. Modes de production
1.2.6.1. Production unitaire ou par projet
1.2.6.2. Production continue
1.2.6.3. Production de masse
1.2.6.4. Production en petites à moyennes séries, répétitives ou pas
1.2.7. Types d’atelier
1.3. Conclusion
Chapitre 2 : Les systèmes automatisent par des API et leurs fonctionnements dans un environnement industriel
2.1. Introduction
2.2. Historique
2.3. Les Automates Programmables Industriels
2.3.1. Définition
2.3.2. les éléments principales d’un API
2.4. Les système automatisé de production (SAP
2.4.1. Définition
2.4.2. Les composants d’un Système Automatisé de Production
2.4.3. Différentes Types d’énergie alimentant le SAP
2.5. Environnement d’un système API
2.5.1. Capteurs
2.5.2. Les différents types de sortie
2.5.2.1. Capteurs de sorties logiques
2.5.2.2. Capteurs de sorties analogiques
2.5.2.3. Capteurs de sorties numériques
2.5.3. Les Types de Capteurs
2.5.3.1. Capteurs actifs
2.5.3.2. Capteurs passifs
2.5.4. Quelques Capteurs
2.5.5. Pré actionneur et Actionneur
2.5.5.1. Pré actionneur
2.5.5.2. Actionneur
2.5.6. Le Type des actionneurs selon l’énergie consommé
2.6. Réseau et Protocole de communication dans l’industrie
2.6.1.Réseau Internet via des câbles RJ45
2.6.2. Réseau via le câble PROFIBUS
2.6.2.1. Type de Profibus
2.6.2.2. Réseau via Bus CAN
2.6.2.3. Réseau via Bus ASI
2.7. Conclusion
Chapitre 3 : Modélisation et simulation du système MPS PA du laboratoire MELT
3.1. Introduction
3.2. Le rôle et la définition de la simulation
3.3. La description du système à étudier
3.3.2. La station de filtration
3.3.3. La station de mélange
3.3.4. Station de réacteur
3.3.5. Station de dosage
3.4. La modélisation et la simulation du système sur Step7 par langage Grafcet
3.4.1. Définition du langage Grafcet
3.4.1.1 c’est quoi un logiciel Step7 ?
3.4.1.2 La simulation du programme sous STEP7
3.5. Modélisation et simulation par le logiciel labview
3.5.1. Le logiciel LabView
3.5.2. Notion de VI
3.5.3. Modélisation sous LabView
3.5.3.1. Station de filtration
3.5.3.2 Station de mélange
3.5.3. Station de réacteur
3.5.4. Station de remplissage
3.6. Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques

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