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Automates Programmables : Guide Complet et Exercices Corrigés

Les automates programmables, ou PLC (Programmable Logic Controllers), sont des dispositifs électroniques utilisés dans l’automatisation des processus industriels. Ils ont été introduits dans les années 1960 pour remplacer les systèmes de contrôle par relais électromécaniques. Les PLC sont conçus pour effectuer des tâches spécifiques comme la gestion de machines, le contrôle de processus et la supervision d’installations industrielles.

Structure d’un Automate Programmable

Un automate programmable se compose généralement des éléments suivants :

Unité Centrale de Traitement (CPU) : Le cerveau de l’automate, qui exécute les programmes et traite les données.
Modules d’Entrées/Sorties (E/S) : Interface entre l’automate et les périphériques (capteurs, actionneurs, etc.).
Mémoire : Stocke les programmes et les données de fonctionnement.
Alimentation : Fournit l’énergie nécessaire au fonctionnement de l’automate.
Interfaces de Communication : Permettent la communication avec d’autres dispositifs ou systèmes.

Fonctionnement d’un Automate Programmable

Le fonctionnement d’un automate programmable repose sur un cycle de traitement appelé cycle de balayage, qui se décompose en quatre étapes :

Lecture des Entrées : L’automate lit l’état des capteurs et des autres dispositifs d’entrée.
Exécution du Programme : L’automate exécute le programme stocké dans sa mémoire en fonction des données d’entrée.
Mise à Jour des Sorties : Les résultats du programme sont utilisés pour mettre à jour l’état des actionneurs et des dispositifs de sortie.
Auto-diagnostic et Communication : L’automate vérifie son propre état et communique avec d’autres dispositifs si nécessaire.

Programmation des Automates

Les automates programmables sont programmés à l’aide de langages spécifiques, normalisés par la norme IEC 61131-3. Les principaux langages de programmation des PLC sont :

Langage Ladder (LD) : Utilise des symboles graphiques similaires aux schémas électriques.
Langage de Liste d’Instructions (IL) : Un langage de bas niveau semblable à l’assembleur.
Langage de Bloc Fonctionnel (FBD) : Utilise des blocs pour représenter des fonctions et des opérations.
Langage de Texte Structuré (ST) : Un langage textuel de haut niveau, similaire à Pascal.
Langage de Séquencement Graphique (SFC) : Utilisé pour décrire des séquences de contrôle complexes.

Applications des Automates Programmables

Les PLC sont utilisés dans une variété d’industries et d’applications, notamment :

Automatisation de la production : Contrôle des machines de fabrication, des lignes d’assemblage et des processus industriels.
Gestion des infrastructures : Supervision et contrôle des systèmes de chauffage, de ventilation, de climatisation (HVAC), et des réseaux d’eau et d’électricité.
Industrie automobile : Contrôle des robots de soudure, de peinture et des lignes de montage.
Traitement des eaux : Supervision des stations de traitement des eaux usées et des installations de purification de l’eau.

Exemples d’Exercices Corrigés

Exercice 1 : Allumage d’une Lampe avec un Bouton-Poussoir

Énoncé : Programmer un automate pour allumer une lampe lorsque l’on appuie sur un bouton-poussoir et l’éteindre lorsque l’on relâche le bouton.

Solution :

Entrée : I0.0 (Bouton-poussoir)
Sortie : Q0.0 (Lampe)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( Q0.0 )

Explication : La sortie Q0.0 (lampe) est activée lorsque l’entrée I0.0 (bouton-poussoir) est fermée.

Exercice 2 : Système de Temporisation

Énoncé : Concevoir un programme qui allume une lampe avec un délai de 5 secondes après avoir appuyé sur un bouton-poussoir, et qui l’éteint immédiatement lorsque l’on relâche le bouton.

Solution :

Entrée : I0.0 (Bouton-poussoir)
Sortie : Q0.0 (Lampe)
Temporisateur : T37 (Temporisateur de 5 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( T37 IN )
               | T37 Q |----( Q0.0 )
               | T37 ET |----[ 5s ]

Explication : Lorsque l’entrée I0.0 (bouton-poussoir) est fermée, le temporisateur T37 commence à compter 5 secondes. Après ce délai, la sortie Q0.0 (lampe) est activée. La lampe s’éteint immédiatement lorsque l’entrée I0.0 est ouverte.

Conclusion

Les automates programmables sont des outils essentiels dans l’automatisation industrielle, offrant flexibilité et efficacité. Leur compréhension et leur maîtrise passent par une bonne connaissance de leur structure, de leur fonctionnement et des techniques de programmation. Les exercices corrigés sont un excellent moyen de s’entraîner et de renforcer ses compétences en programmation d’automates.

Pour approfondir vos connaissances, il est recommandé de pratiquer régulièrement et de se familiariser avec différents types de langages de programmation et d’applications industrielles.

Exercices Corrigés sur les Automates Programmables

Exercice 1 : Contrôle d’un Moteur avec un Bouton de Démarrage et d’Arrêt

Énoncé : Programmer un automate pour contrôler un moteur. Le moteur doit démarrer lorsque l’on appuie sur un bouton de démarrage et s’arrêter lorsque l’on appuie sur un bouton d’arrêt.

Solution :

Entrées : I0.0 (Bouton de démarrage), I0.1 (Bouton d’arrêt)
Sortie : Q0.0 (Moteur)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( Q0.0 )----| I0.1 |----|/|----( Q0.0 )

Explication :

Lorsque l’entrée I0.0 (bouton de démarrage) est activée, la sortie Q0.0 (moteur) est activée.
Lorsque l’entrée I0.1 (bouton d’arrêt) est activée, la sortie Q0.0 (moteur) est désactivée.

Exercice 2 : Commande d’une Bande Transporteuse avec Temporisation

Énoncé : Concevoir un programme pour démarrer une bande transporteuse après un délai de 10 secondes lorsque l’on appuie sur un bouton de démarrage et l’arrêter immédiatement lorsque l’on appuie sur un bouton d’arrêt.

Solution :

Entrées : I0.0 (Bouton de démarrage), I0.1 (Bouton d’arrêt)
Sortie : Q0.0 (Bande transporteuse)
Temporisateur : T37 (Temporisateur de 10 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( T37 IN )
               | T37 Q |----( Q0.0 )
               | T37 ET |----[ 10s ]
| I0.1 |----|/|----( Q0.0 )

Explication :

Lorsque l’entrée I0.0 (bouton de démarrage) est activée, le temporisateur T37 commence à compter 10 secondes.
Après ce délai, la sortie Q0.0 (bande transporteuse) est activée.
Lorsque l’entrée I0.1 (bouton d’arrêt) est activée, la sortie Q0.0 (bande transporteuse) est désactivée immédiatement.

Exercice 3 : Système de Remplissage Automatique

Énoncé : Programmer un automate pour contrôler un système de remplissage automatique. Le système doit commencer à remplir un réservoir lorsque le niveau bas est détecté et arrêter le remplissage lorsque le niveau haut est atteint.

Solution :

Entrées : I0.0 (Niveau bas), I0.1 (Niveau haut)
Sortie : Q0.0 (Pompe de remplissage)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( Q0.0 )
| I0.1 |----|/|----( Q0.0 )

Explication :

Lorsque l’entrée I0.0 (niveau bas) est activée, la sortie Q0.0 (pompe de remplissage) est activée.
Lorsque l’entrée I0.1 (niveau haut) est activée, la sortie Q0.0 (pompe de remplissage) est désactivée.

Exercice 4 : Alternance de Deux Moteurs

Énoncé : Programmer un automate pour faire fonctionner deux moteurs en alternance toutes les 5 secondes.

Solution :

Sorties : Q0.0 (Moteur 1), Q0.1 (Moteur 2)
Temporisateurs : T37 (Temporisateur de 5 secondes), T38 (Temporisateur de 10 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| T37 Q |----|/|----( Q0.0 )
| T37 Q |----| |----( T38 IN )
               | T38 Q |----( Q0.1 )
               | T38 ET |----[ 5s ]

| T37 IN |----[ T37 5s ]
| T37 ET |----[ 5s ]

Explication :

Le temporisateur T37 compte 5 secondes et active la sortie Q0.0 (Moteur 1).
Après 5 secondes, T37 se réinitialise et T38 commence à compter 5 secondes supplémentaires.
T38 active la sortie Q0.1 (Moteur 2) après 5 secondes, puis le cycle recommence.

Exercice 5 : Gestion d’un Feu de Signalisation

Énoncé : Concevoir un programme pour gérer un feu de signalisation avec les phases suivantes : vert pendant 10 secondes, orange pendant 2 secondes et rouge pendant 10 secondes.

Solution :

Sorties : Q0.0 (Feu vert), Q0.1 (Feu orange), Q0.2 (Feu rouge)
Temporisateurs : T37 (Temporisateur de 10 secondes), T38 (Temporisateur de 2 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| T37 Q |----( Q0.0 )
               | T37 IN |----[ 10s ]

| T37 Q |----| |----( T38 IN )
| T38 Q |----( Q0.1 )
               | T38 IN |----[ 2s ]

| T38 Q |----| |----( T37 IN )
| T37 Q |----( Q0.2 )
               | T37 IN |----[ 10s ]

Explication :

Le temporisateur T37 active la sortie Q0.0 (Feu vert) pendant 10 secondes.
Après 10 secondes, T37 se réinitialise et T38 active la sortie Q0.1 (Feu orange) pendant 2 secondes.
Après 2 secondes, T38 se réinitialise et T37 active la sortie Q0.2 (Feu rouge) pendant 10 secondes.
Le cycle recommence après 10 secondes.

Ces exercices couvrent une variété de scénarios pratiques et illustrent comment utiliser les automates programmables pour résoudre des problèmes de contrôle industriel. Ils offrent une excellente base pour approfondir vos compétences en programmation de PLC.

Exercices Avancés Corrigés sur les Automates Programmables

Exercice 1 : Contrôle d’un Système de Tri Automatique

Énoncé : Programmer un automate pour contrôler un système de tri automatique qui trie des pièces en fonction de leur taille. Les pièces sont détectées par des capteurs et dirigées vers l’une des trois bacs : petit, moyen, ou grand.

Solution :

Entrées : I0.0 (Détecteur de petites pièces), I0.1 (Détecteur de pièces moyennes), I0.2 (Détecteur de grandes pièces)
Sorties : Q0.0 (Convoyeur vers bac petit), Q0.1 (Convoyeur vers bac moyen), Q0.2 (Convoyeur vers bac grand)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( Q0.0 )
| I0.1 |----| |----( Q0.1 )
| I0.2 |----| |----( Q0.2 )

Explication :

Lorsque l’entrée I0.0 (détecteur de petites pièces) est activée, la sortie Q0.0 (convoyeur vers bac petit) est activée.
Lorsque l’entrée I0.1 (détecteur de pièces moyennes) est activée, la sortie Q0.1 (convoyeur vers bac moyen) est activée.
Lorsque l’entrée I0.2 (détecteur de grandes pièces) est activée, la sortie Q0.2 (convoyeur vers bac grand) est activée.

Exercice 2 : Contrôle d’un Système de Remplissage Multi-Étapes

Énoncé : Programmer un automate pour un système de remplissage à trois étapes. Chaque étape dure un temps différent : 5 secondes pour le remplissage initial, 3 secondes pour l’addition d’un additif, et 7 secondes pour le remplissage final. Le processus commence lorsqu’un bouton de démarrage est pressé.

Solution :

Entrée : I0.0 (Bouton de démarrage)
Sorties : Q0.0 (Remplissage initial), Q0.1 (Addition d’additif), Q0.2 (Remplissage final)
Temporisateurs : T37 (Temporisateur de 5 secondes), T38 (Temporisateur de 3 secondes), T39 (Temporisateur de 7 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( T37 IN )
| T37 Q |----( Q0.0 )
               | T37 ET |----[ 5s ]

| T37 Q |----| |----( T38 IN )
| T38 Q |----( Q0.1 )
               | T38 ET |----[ 3s ]

| T38 Q |----| |----( T39 IN )
| T39 Q |----( Q0.2 )
               | T39 ET |----[ 7s ]

Explication :

Le temporisateur T37 active la sortie Q0.0 (remplissage initial) pendant 5 secondes après le démarrage.
Après 5 secondes, T37 se réinitialise et T38 active la sortie Q0.1 (addition d’additif) pendant 3 secondes.
Après 3 secondes, T38 se réinitialise et T39 active la sortie Q0.2 (remplissage final) pendant 7 secondes.

Exercice 3 : Séquence de Départ de Moteurs avec Interverrouillage

Énoncé : Programmer un automate pour démarrer trois moteurs en séquence avec un délai de 5 secondes entre chaque démarrage. Si l’un des moteurs ne démarre pas, les suivants ne doivent pas démarrer.

Solution :

Entrée : I0.0 (Bouton de démarrage)
Sorties : Q0.0 (Moteur 1), Q0.1 (Moteur 2), Q0.2 (Moteur 3)
Temporisateurs : T37 (Temporisateur de 5 secondes), T38 (Temporisateur de 5 secondes)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----( Q0.0 )
| Q0.0 |----| |----( T37 IN )
               | T37 Q |----( Q0.1 )
               | T37 ET |----[ 5s ]

| Q0.1 |----| |----( T38 IN )
               | T38 Q |----( Q0.2 )
               | T38 ET |----[ 5s ]

Explication :

Lorsque l’entrée I0.0 (bouton de démarrage) est activée, la sortie Q0.0 (moteur 1) est activée.
Si le moteur 1 démarre, le temporisateur T37 commence à compter 5 secondes.
Après 5 secondes, T37 active la sortie Q0.1 (moteur 2).
Si le moteur 2 démarre, le temporisateur T38 commence à compter 5 secondes.
Après 5 secondes, T38 active la sortie Q0.2 (moteur 3).

Exercice 4 : Contrôle d’une Pompe avec Sécurité de Niveau

Énoncé : Programmer un automate pour contrôler une pompe qui doit fonctionner seulement si le niveau du liquide dans le réservoir est compris entre un niveau bas et un niveau haut. La pompe doit s’arrêter automatiquement si le niveau devient trop bas ou trop haut.

Solution :

Entrées : I0.0 (Niveau bas), I0.1 (Niveau haut)
Sortie : Q0.0 (Pompe)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----|/|----| I0.1 |----|/|----( Q0.0 )
| I0.1 |----| |----( Q0.0 )
| I0.0 |----|/|----( Q0.0 )

Explication :

La pompe (Q0.0) fonctionne lorsque le niveau du liquide est entre le niveau bas (I0.0) et le niveau haut (I0.1).
Si le niveau atteint le niveau haut (I0.1) ou descend en dessous du niveau bas (I0.0), la pompe s’arrête.

Exercice 5 : Gestion d’une Chaudière avec Contrôle de Température

Énoncé : Programmer un automate pour gérer une chaudière qui maintient la température de l’eau entre 60°C et 80°C. Le chauffage doit s’allumer si la température descend en dessous de 60°C et s’éteindre si elle dépasse 80°C.

Solution :

Entrées : I0.0 (Température < 60°C), I0.1 (Température > 80°C)
Sortie : Q0.0 (Chauffage)

Programme en Langage Ladder :

| I0.0 |----| |----|/|----| I0.1 |----|/|----( Q0.0 )
| I0.1 |----| |----( Q0.0 )
| I0.0 |----|/|----( Q0.0 )

Explication :

Le chauffage (Q0.0) s’allume lorsque la température descend en dessous de 60°C (I0.0) et reste allumé jusqu’à ce que la température atteigne 80°C (I0.1).
Le chauffage s’éteint lorsque la température dépasse 80°C (I0.1) et reste éteint jusqu’à ce que la température redescende en dessous de 60°C (I0.0).

Ces exercices avancés offrent des scénarios complexes et réalistes pour la programmation des automates programmables, permettant de développer des compétences approfondies dans le contrôle industriel et l’automatisation.