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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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 2
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 3
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 4
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 5
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 6
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 7
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 8
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)
AUTOMATISME SEQUENTIEL 9
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 10
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 11
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 12
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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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 13
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 14
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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
3 Non atteint Non activé Non
activé
4 Atteint Non activé Non
activé
5 Non atteint Activé Non
activé
6 Non atteint Non activé Activé
7 Non atteint Non activé Non
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 15
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
AUTOMATISME SEQUENTIEL 16
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)
AUTOMATISME SEQUENTIEL 17
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