TP D’AUTOMATISME TS2 CIRA

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2012-2013TP D’AUTOMATISME TS2 CIRA(première partie)YVES DARCQLYCEE COUFFIGNAL2012-2013

TABLE DES MATIERESI] LANGAGES DE PROGRAMMATION DES API . 21] ELEMENTS COMMUNS AUX DIFFERENTS LANGAGES . 22] LANGAGES LITTERAUX . 43] LANGAGES GRAPHIQUES . 64] STRUCTURATION D’UN PROGRAMME: . 9II] PREMIERS PAS DANS LA PROGRAMMATION D’UN AUTOMATE SIEMENS EN S7 . 121-ADRESSAGE DES VARIABLES SIEMENS: . 122- OUVERTURE ET ENREGISTREMENT D’UN PROJET EXISTANT : . 133- VERIFICATION DE LA CONFIGURATION MATERIELLE DE L’API : . 134- CREER UNE TABLE DE MNEMONIQUES : . 155- PROGRAMMER UN RESEAU DANS UNE FONCTION FC1 ET L’APPELER DANS OB1 : . 166- CREER UNE TABLE DE VARIABLES VAT1 : . 177- TRANSFERER ET TESTER LE FONCTIONNEMENT DU PROGRAMME : . 188- FORÇAGE DES VARIABLES : . 199- REPRESENTATION D’UN GRAFCET: . 2010- VARIABLES ASSOCIEES AUX ETAPES DU GRAFCET: . 2311- MISE A L’ECHELLE D’UNE ENTREE ANALOGIQUE: . 2412- MISE A L’ECHELLE D’UNE SORTIE ANALOGIQUE: . 25III] UTILISATION DES ENTREES ET SORTIES ANALOGIQUES API . 27IV] PLANNING EXERCICES DE REVISION DE TP D’AUTOMATISME TS2CIRA . 32V] EXERCICES DE REVISION TP D’AUTOMATISME TS2CIRA . 33VI] TP TEST AUTO N 1 . 34VII] TP TEST AUTO N 2 . 35TEST D’EVALUATION TP N 2 AUTOMATISME. 37VIII] TP TEST TP AUTO N 3 . 38TEST D’EVALUATION TP N 3 AUTOMATISME. 40IX] EXEMPLE DE PROGRAMMATION D’UN PROFIL SUR SORTIE ANALOGIQUE (STEP7) : . 41X] DIAGNOSTIC VANNE SAMSON AVEC POSITIONNEUR PA . 42XI] PROCEDURE ENREGISTREMENT ET TRANSFERT DES MESURES LOGGER GL220 PC (EXCEL) . 48XII] ADRESSAGE DES MOTS INTERNES D’UN API . 541

I] LANGAGES DE PROGRAMMATION DES APINORME CEI 61131-partie 3Cette norme des langages de programmation des automates programmables permet de les classer suivant troiscatégories :Langages littérauxLangage IL (liste d’instructions)Langage ST (littéral structuré)Langages graphiquesLangage LD (à contacts)Langage FBD (à blocs fonctionnels)Structure de programmeDiagramme SFC (suite deséquences)La structure d’un programme séquentiel utilise les éléments du diagramme fonctionnel de séquence SFC à nepas confondre avec la description du comportement d’un système (connu sous le nom de GRAFCET en France,voir norme CEI 60848)1] ELEMENTS COMMUNS AUX DIFFERENTS LANGAGES1-1) Principaux types de données élémentaires :Le type de données, la description et le nombre de bits sont précisés dans le tableau suivant :Type deDescriptionTaille ou nombre deEtenduedonnéesbitsBOOLBooléen10 ou 1BYTECordon de 8 bits8Pas d’étenduenumérique pourWORDCordon de caractères de longueur 16 16ce type deDWORDCordon de caractères de longueur 32 32donnéesLWORDCordon de caractères de longueur 64 64n-1n 1INTEntier signén 16-2 à (2 – 1)nUINTEntier non signén 160 à (2 – 1)REALNombre réel32Virgule flottanteSTRINGCordon de caractèresEncadré par deux apostrophesTIMEDuréeDépend de l’application concernée1-2) Représentation des variables :Une variable permet d’identifier des objets de données dont le contenu peut varier (données associes auxentrées, aux sorties ou aux emplacements mémoire de l’API)Le tableau suivant permet de représenter symboliquement une variable. La variable débute par le symbole %PréfixeIQMXBWDLSignificationInput :Emplacement d’une entrée automateOutput : Emplacement d’une sortie automateEmplacement de mémento ou mémoire interneTaille d’un seul bitTaille d’un byte ou octetTaille d’un word : mot de 16 bitsTaille d’un double Word : mot double de 32 bitsTaille d’un mot long : mot de 64 bitsExemples :%IW125 : Emplacement du mot d’entrée 125%QB17 : Emplacement de l’octet de sortie 17%MD48 : Emplacement du mot mémoire double 481-3) Unités d’organisation de programmes :(structuration d’un programme grâce à 3 types de modules)- Fonction : Module ayant plusieurs entrées possibles, une seule variable de sortie et pas de mémoireinterne- Bloc fonctionnel:Module ayant plusieurs variables d’entrée et de sortie possibles et une mémoire interne- Programme : Module construit à l’aide de fonctions et de blocs fonctionnelsL’organisation interne d’un programme peut faire intervenir un diagramme fonctionnel de séquence SFC.2

Inventaire des fonctions standards:Description des principales fonctions communes à tous les langages de programmation d’API :- Fonctions de conversion de typesExemple cette fonction permet la conversion d’une variable d’entrée du type réel en une variable desortie du type entierREALINTREAL TO INT- Fonctions numériquesExemple : cette fonction permet de calculer la racine carrée d’une variable d’entréeREALREALSQRT- Fonctions cordons de bitsExemple : cette fonction permet le décalage à gauche de N bits d’une variable d’entrée et leremplissage de zéros à droiteCordon de bitsUINTCordon de bitsSHL OUTINNExemple : cette fonction réalise le ET BooléenBITBITIN1IN2BITAND OUT-Fonctions de sélection et de comparaisonExemple : cette fonction permet de déterminer la valeur maximale entre trois variables d’entréeINTINTINTINTIN1 MAX OUTIN2IN3Exemple : cette fonction permet de sélectionner une des deux variables d’entrée suivant la variable GBOOLINTINTINTG SEL OUTIN1IN2Exemple : cette fonction réalise la comparaison de supériorité entre deux variables d’entrée (IN1 IN2)REALREALBOOLIN1IN2GT OUT3

2] LANGAGES LITTERAUX2-1) Langage IL (Instruction List ou langage à liste d’instructions)Comme son nom l’indique, le programme est constitué d’une suite d’instructions respectant le format suivant :Etiquette(non obligatoire)OpérateurOpérande(s)Commentaire(non obligatoire)Ce langage est proche du langage de programmation d’un microprocesseur : l’assembleurEVExemple : Soit à commanderune électrovanne EV duschéma TI suivant :Type NONmaxMA type NOLHAR type NFEtiquette(non obligatoire)Début :OpérateurOpérande(s)Commentaire(non obligatoire)%I0.0%Q4.0BP Marche NOElectrovanne%I0.1%I0.2%Q4.0BP Arrêt NFNiveau haut NOAffectation électrovanneAND (OROR)ANDAND NSTExemple de programmation du logiciel STEP7 de Siemens :Programme correspondant en IL ou LIST :2-2) Langage ST ( Structured Text) ou langage littéral structuré)Ce langage est composé d’expressions littérales constituées d’opérateurs et d’opérandes et d’énoncés.Ce langage est proche d’un langage informatique comme le PASCAL.Exemple 1 de la commande de l’électrovanne :%L1 (« commande electrovanne »)IF (%I0.0 OR %Q4.0) AND %I0.1 AND NOT %I0.2 THEN SET %Q4.0END IF;4

-Exemple 2 issu d’un programme de démonstration « Machine de dosage et mélange produits » dulogiciel PL7 de Schneider.Soit la simulation d’un premier ordre sous forme d’un bloc fonctionnel DFB « Premier ordre » (voirlangage FBD) :Le contenu de ce bloc écrit en langage ST est le suivant :(*** Routine de Simulation d'un procédé de 1er ordre pour Sortie PID ***)(* Récupération de la Période de la tâche MAST nécessaire à la formule *)IF Trs THENSortie : Tri;ELSETe: INT TO REAL(%SW0)/1000.0;Sortie: (Filtrage/(Filtrage Te))*Sortie (Gain*Te)/(Filtrage Te)*Entree;END IF;Avec :%SW0: Période de scrutation de la tâche maître. Permet de modifier la période de la tâche maître définie en configuration, par leprogramme utilisateur ou par le terminal. La période est exprimée en ms (1.255ms). %SW0 0 en fonctionnement cyclique.Soit la simulation d’un retard pur sous forme d’un bloc fonctionnel DFB « Retard » :Le contenu de ce bloc écrit en langage ST est le suivant :Nb : REAL TO INT(1000.0*Retard/INT TO REAL(%SW0));IF (Nb 999) THENNb : 999;END IF;IF Trs THENMemoire : Tri;Sortie : Tri;Pos : 0;ELSESortie : Memoire[Pos];Memoire[Pos]: Entree;Pos : Pos 1;IF (Pos Nb) THENPos : 0;END IF;END IF;5

3] LANGAGES GRAPHIQUES3-1) Langage LD (Ladder Diagram) ou langage à contacts)Ce langage est constitué de réseaux de contacts et de bobines entre deux barres d’alimentation.Ce langage est proche des schémas électriques.En reprenant l’exemple de la page précédente et sur API Siemens en langage à contacts STEP7 :3-2) Langage FBD (Function Bloc Diagram) ou langage en blocs fonctionnelsCe langage se compose de réseaux de fonctions préprogrammées ou non, représentées par desrectangles. Ces blocs fonctionnels sont connectés entre eux par des lignes, le flux des signaux se faisant dela sortie (à droite ) d’une fonction vers l’entrée à gauche de la fonction raccordée.Exemples de blocs fonctionnels standards (fourni par le constructeur de logiciel):-Bloc fonctionnel compteursBloc fonctionnel temporisateursBloc fonctionnel PID Bloc fonctionnel ImpulsionTPBOOLBOOLINQBloc fonctionnelTemporisateur àl’enclenchementTONBOOLINBloc fonctionnel Temporisateurau déclenchementBOOLQTOFBOOLINBOOLQBloc fonctionnel CompteurCTUBOOLCUBOOLTIMEPTETINTIME TIMEPTETTIMEINTIMEPTETTIMEINBOOLQRINTPVINTCVINPV 3QPTPTQPTQPTPTR 1QPTExemples de blocs fonctionnels utilisateurs (développés par le programmateur et réutilisables)- Exemple 1 de la page précédente :BOOLBOOLBOOL-Exemple 2 : AlarmesArrêtCommandeMarcheEVÉlectrovanneSeuil hautBOOLniveaux6

d’une cuveEVCahier des charges :- Surveiller les seuils haut etbas d’une cuve- Convertir le niveau en %- Signaler un défaut du capteurNmaxSEL type NOLL1LD1NminiLH1LT1Soit à créer le bloc fonctionnel suivant :programmer en STEP 7 : À l’appel du blocFB onindique le N du bloc de données d’instance DBassocié (mémoire interne). Ce bloc sert à mémoriser l’état desdifférentes variables LListe des variables formels associées au bloc fonctionnel « SEUILS » :Le contenu du bloc fonctionnel est le suivant :Il fait appel à une fonction standard : « «Mise à l’échelle (SCALE) » qui prend une valeur entière (IN) et la convertit selon l’équation ci-aprèsen une valeur réelle exprimée en unités physiques, comprises entre une limite inférieure (LO LIM) et une limite supérieure (HI LIM) , dansnotre cas entre 0 et 100%.OUT [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI LIM–LO LIM)] LO LIMPour une entrée unipolaire :K1 0.0 et K2 27648.0-Exemple 3 : Réglage de l’étendue d’échelle d’un capteur7

EVCahier des charges :Capteur1 en serviceNmaxRéglage capteurNminiValid mini- Régler l’étendue d’échelle ducapteur- Procédure réalisée parl’opérateur à l’aide du produit- Stocker les valeurs maxi etmini de cette étendue- Disposer de la valeur de lamesure en %Cuve 1LT1Valid maxiProcédure avec produit dans la cuve :1. Sélectionner le capteur à mettre en service « Capteur1 en service »2. Se positionner en mode réglage « Réglage capteur »3. Amener le liquide au niveau mini de l’étendue d’échelle désirée4. Valider ce niveau « Validation réglage mini »5. Amener le liquide au niveau maxi de l’étendue d’échelle désirée6. Valider ce niveau « Validation réglage maxi »7. Quitter le mode réglage, la mesure en % est alors disponible.Bloc fonctionnel FB2 en adresses APIBloc fonctionnel FB2 « Mise à l’échelle » en mnémoniquesLes entrées« Valider capteur 1» et « Forçage réglage capteur » sont des variablesassociées à un 2 pupitreListe des variables formels associées au bloc fonctionnel « Mise à l’échelle » :Le contenu du bloc fonctionnel FB2 est le suivant :1 Réseau écrit en laddervariables associées à un 2 pupitre opérateur)2 Réseau écrit en liste d’instructions(Les entrées « Forçage validation mini » et « Forçage validation maxi » sont des8

4] STRUCTURATION D’UN PROGRAMME:Le diagramme SFC (Sequentiel Function Chart) ou langage fonctionnel de séquencesLe diagramme fonctionnel de séquence SFC à ne pas confondre avec la description du comportement d’unsystème (connu sous le nom de GRAFCET en France, voir norme CEI 60848).Ce langage est destiné à la description de fonctions de commande séquentielles.Le programme correspondant est constitué d’un ensemble d’étapes et de transitions reliés entre elles par desliaisons dirigées.Chaque étape est associée à un ensemble d’actions.Chaque transition est associée à une condition de itionNomd'étapeDéclaration d'actionscxxxxxDéclarations d'actionscxxLe programme API traduisant cette représentation peut utiliser l’un des quatre langages de programmation.Exemple de la même déclaration d’actions sous différents langages:Déclaration d’actions en langage FBD :ACTION 4S5%IX1%MX3S8.XCD&%QX17MEM 1LTSRS1 Q1R%MX10Déclaration d’actions en langage ST :S5ACTION 4%QX17 : %IX1 & %MX3 & S8.X ;MEM 1 (S1 : (C D)) ;%MX10 : MEM1 Q ;9

Exemple de programme écrit en SFC : ici le logiciel STEP7-GRAPH de SiemensSchéma TI de l’installation :Cahier des charges :Vous disposez d’une cuvemunie d’un capteur de niveauet d’un débitmètre à sortie àimpulsions.On vous demande dedéterminer, de façonautomatique et à l’aide d’unAPI, le volume d’eau comprisentre les repères seuil miniet seuil maxi de la cuveTable de mnémoniques :10

Grafcet de l’application :Grafcet en langage SFC de STEP7 :0Mise en marche système. (Niveau liquide 0%)1POMPE : 1Niveau liquide seuil mini( Impulsion débitmètre)2Comptage impulsionsNiveau liquide seuil maxi3POMPE : 0Acquittement « Mesureeffectuée »4Vidange cuve et Raz compteurd’impulsionsNiveau liquide 0%11

II] Premiers pas dans la programmation d’un automate Siemens en S7Sommaire1-ADRESSAGE DES VARIABLES SIEMENS: . 122- OUVERTURE ET ENREGISTREMENT D’UN PROJET EXISTANT : . 133- VERIFICATION DE LA CONFIGURATION MATERIELLE DE L’API : . 134- CREER UNE TABLE DE MNEMONIQUES : . 155- PROGRAMMER UN RESEAU DANS UNE FONCTION FC1 ET L’APPELER DANS OB1 : . 166- CREER UNE TABLE DE VARIABLES VAT1 : . 177- TRANSFERER ET TESTER LE FONCTIONNEMENT DU PROGRAMME : . 188- FORÇAGE DES VARIABLES : . 199- REPRESENTATION D’UN GRAFCET: . 2010- MISE A L’ECHELLE D’UNE ENTREE ANALOGIQUE: . 2311- MISE A L’ECHELLE D’UNE SORTIE ANALOGIQUE: . 251-Adressage des variables Siemens:-Bits internes M0.0 à M255.7 dépendants des mots suivantsOctets internes : ensemble de 8 bits MBiMots internes : ensemble de 16 bits MWiMots doubles : ensemble de 32 bits MDiPrincipe de l’adressage des mots internes : (attention aux chevauchements des Poids fort et poids faible :Mi.7poidsfortMi.6 Mi.5 Mi.4 Mi.3 Mi.2 Mi.1Mi.0poidsfaibleMBiMBi 1MBipoids faiblepoids fortMWiMWi 1poids faiblepoids fortMDiMWi12

2- Ouverture et enregistrement d’un projet existant :Dans le bureau de Windows, double-cliquer sur l’icône « SIMATIC Manager » :Cliquer ensuite sur l’icône « ouvrir » :Choisir le nom du projet à ouvrir, par exemple :« adressage API »et enregistrer le sous un autre nom« adressage TOTO » dans le répertoire (avec TOTO votre nom):D:\CIRA\TS1\tp auto ou D:\CIRA\TS2\tp auto3- Vérification de la configuration matérielle de l’API :Afin de vérifier la configuration matérielle,double-cliquer sur l’icône « matériel » dansla partie droite de l’écran :13

La nouvelle fenêtre qui s’ouvre va nous permettrede configurer l’automate. Si la liste des composants(sur la droite) n’apparaît pas, cliquer sur l’icône « catalogue »(ou menu « Affichage », puis cocher « catalogue ») :La configuration matérielle est établie sur un « Profil support » issu d’un « Rack 300 »:- Le module alimentation PS 307 2A (powersupply) est placé sur le premier emplacementdu rack .- Le module Unité de Traitement CPU 315 2 DPoccupe deux emplacements 2 et 3- Le module d’entrée TOR ou DI (digital input)occupe l’emplacement 4. Ce module comporte16 entrées TOR à 24VDC (voir le schéma decâblage en ouvrant le volet du module sur l’API)Les entrées dont les adresses vont de I0.0 à I0.7sont câblées.Les entrées dont les adresses vont de I1.0 à I1.7sont en réserve.- Le module de sorties TOR ou DO (digitaloutput) occupe l’emplacement 5. Ce modulecomporte 16 sorties TOR à relais 24VDC -0,5A(voir le schéma de câblage en ouvrant le volet dumodule sur l’API)Les sorties dont les adresses vont de Q4.0 à Q4.7sont câblées et relayées dans le coffret de connexion.Les sorties dont les adresses vont de Q5.0 à Q5.7sont en réserve.Remarque importante : bien vérifier que les références indiquées correspondent bien à celles en bas dechacun des modules.14

- Le module d’entrées analogiques ou AI(analog input) occupe l’emplacement 6. Cemodule comporte 2 entrées de 12 bitsconfigurables, ici en 4-20 mA.Les adresses sont PIW 288 et PIW290Un double clic sur l’emplacement 6 permetde vérifier leur configuration :- Le module de sorties analogiques ou A0(analog output) occupe l’emplacement 7. Cemodule comporte 2 sorties de 12 bitsconfigurables, ici en 4-20 mA et 0-10

5 -Exemple 2 issu d’un pog amme de démonstation « Machine de dosage et mélange produits » du logiciel PL7 de Schneider. Soit la simulation d’un premier ordre sous forme d’un bloc fonctionnel DFB « Premier ordre » (voir langage FBD) : Le contenu de ce bloc écrit en langage ST est le suivant : (*** Routine de Simulation d'un procédé de 1er ordre pour Sortie PID ***)

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