Exercices Corrigés : Automatisme Industriel

L’automatisme industriel est une discipline qui consiste à automatiser des processus dans des systèmes industriels. Cela inclut l’utilisation de capteurs, d’actionneurs, de systèmes de contrôle programmables comme les automates (PLC), ainsi que des boucles de régulation.

Voici une série d’exercices corrigés pour vous aider à mieux comprendre les concepts de base et les applications des automatismes dans les systèmes industriels.

Exercice 1 : Diagramme Ladder (Grafcet)

Contexte :

Un moteur électrique doit être contrôlé à l’aide d’un bouton marche et d’un bouton arrêt. Lorsque l’opérateur appuie sur le bouton marche, le moteur démarre, et lorsque l’opérateur appuie sur le bouton arrêt, le moteur s’arrête.

Question :

Dessinez le diagramme Ladder pour ce processus.

Correction :

Composants utilisés :

• I1 : bouton marche.
• I2 : bouton arrêt.
• Q1 : contacteur du moteur.

Logique de fonctionnement :

• Lorsque ( I1est activé, ( Q1 ) (le moteur) est mis en marche.
• Lorsque ( I2 est activé, ( Q1 ) est coupé (moteur à l’arrêt).

Diagramme Ladder :

   ----[ I1 ]----[   ]------------------------( Q1 )
   ----[ I2 ]----[ / ]------------------------( /Q1 )

Explication :

• Le premier rang ( [ I1 ] ) (bouton marche) ferme le circuit et active le contacteur ( ( Q1 ) ) pour mettre le moteur en marche.
• Le second rang ( [ I2 ] ) (bouton arrêt) coupe le circuit lorsque le bouton est pressé et désactive ( ( Q1 ) ), arrêtant ainsi le moteur.

Exercice 2 : Capteurs et Actionneurs

Contexte :

Dans une chaîne de production, un capteur inductif détecte la présence d’un objet métallique sur un convoyeur. Lorsque l’objet est détecté, un bras pneumatique activé par un vérin retire l’objet du convoyeur.

Question :

Quels sont les capteurs et actionneurs utilisés dans ce processus, et comment sont-ils connectés à un automate programmable industriel (API) ?

Correction :

Capteur inductif :

• Le capteur inductif détecte les objets métalliques et envoie un signal d’entrée à l’automate programmable (API).
• Entrée API : Le capteur est connecté à une entrée numérique de l’API.

Vérin pneumatique :

• Le vérin est actionné par une électrovanne qui reçoit un signal de sortie de l’API pour activer ou désactiver le vérin.
• Sortie API : L’API envoie un signal à la sortie numérique pour contrôler l’électrovanne.

Logique de fonctionnement :

• Lorsque le capteur détecte un objet, il envoie un signal à l’API.
• L’API, après traitement de l’information, active la sortie associée à l’électrovanne, déclenchant ainsi le mouvement du vérin pour retirer l’objet du convoyeur.

Exercice 3 : Boucle de Régulation PID

Contexte :

Un système de contrôle de température utilise un régulateur PID pour maintenir la température dans un four industriel à 200°C. Le système inclut un capteur de température qui mesure la température actuelle, et une résistance électrique qui chauffe le four.

Question :

Expliquez le rôle des trois composantes P (proportionnel), I (intégral), et D (dérivé) dans la régulation de la température. Comment ajusteriez-vous ces paramètres pour minimiser les oscillations autour de la consigne de température ?

Correction :

Régulateur proportionnel (P) :

• Le terme proportionnel ajuste la sortie en fonction de l’écart entre la température mesurée et la température de consigne.
• Si l’écart est important, le terme P appliquera une correction proportionnellement grande pour rapprocher la température du point de consigne.

Le Régulateur intégral (I) :

• Le terme intégral accumule l’erreur au fil du temps. Si la température n’atteint pas la consigne, même avec un petit écart constant, le terme intégral continuera d’ajuster la sortie pour éliminer cet écart.
• Cela est utile pour éliminer les erreurs systématiques, mais peut provoquer des dépassements si mal réglé.

Régulateur dérivé (D) :

• Le terme dérivé réagit à la vitesse de changement de l’erreur. Il anticipe les tendances et réagit pour limiter les variations brusques, ce qui aide à stabiliser le système.
• Il est utile pour réduire les oscillations autour de la consigne.

Ajustement des paramètres :

• Augmenter P si la réponse est trop lente, mais attention aux oscillations.
• Augmenter I pour éliminer l’erreur statique, mais ne pas trop l’augmenter car cela peut provoquer des dépassements.
• Augmenter D si le système oscille autour de la consigne pour amortir les variations.

Exercice 4 : Programmation d’un Automate Programmable Industriel (API)

Contexte :

Dans une usine de traitement d’eau, l’API doit gérer une pompe qui s’allume automatiquement lorsque le niveau d’eau dans un réservoir dépasse un certain seuil et s’éteint lorsque le niveau d’eau redescend en dessous de ce seuil.

Question :

Décrivez la logique de programmation nécessaire pour contrôler cette pompe dans l’API.

Correction :

Entrées et Sorties :

• Entrée : Capteur de niveau haut (niveau d’eau > seuil).
• Sortie : Activation de la pompe.

Logique de contrôle :

• Lorsque le capteur de niveau détecte que le niveau d’eau dépasse le seuil (capteur activé), l’API active la sortie correspondant à la pompe.
• Lorsque le niveau d’eau redescend en dessous du seuil (capteur désactivé), l’API coupe la sortie et arrête la pompe.

Programmation API (en pseudo-code) :

IF capteur_niveau_haut == TRUE THEN
   activer_pompe = TRUE
ELSE
   activer_pompe = FALSE
END IF

Explication :

• Si le capteur de niveau d’eau est activé, la pompe est allumée.
• Si le niveau d’eau redescend sous le seuil (capteur désactivé), la pompe est arrêtée.

Exercice 5 : Sécurité dans un Système Automatisé

Contexte :

Dans un système de production automatisé, il est important d’assurer la sécurité des opérateurs. Par exemple, si une porte de sécurité est ouverte pendant le fonctionnement d’une machine, la machine doit s’arrêter immédiatement.

Question :

Expliquez comment vous pouvez utiliser un automate programmable pour mettre en œuvre un arrêt d’urgence basé sur un capteur de sécurité (interrupteur de porte).

Correction :

Capteur de sécurité :

• Un interrupteur de sécurité est installé sur la porte. Lorsque la porte est ouverte, l’interrupteur envoie un signal à l’API pour arrêter la machine.

Logique de sécurité :

• Entrée : Signal du capteur de sécurité.
• Sortie : Commande d’arrêt de la machine.

Logique de fonctionnement :

• Si la porte est fermée (interrupteur de porte activé), la machine peut fonctionner normalement.
• Si la porte est ouverte (interrupteur de porte désactivé), l’API envoie immédiatement un signal d’arrêt à la machine.

Diagramme Ladder (Grafcet) :

   ----[ Interrupteur_porte ]----[ / ]----------------( Arrêt_machine )

Explication :

• Le contacteur lié à l’interrupteur de la porte est normalement fermé.
• Si l’interrupteur détecte que la porte est ouverte, le circuit est ouvert, et l’API active le relais d’arrêt de la machine pour garantir la sécurité.

Ces exercices corrigés couvrent les aspects fondamentaux des automatismes industriels, tels que le contrôle de moteurs, les boucles de régulation PID, l’utilisation de capteurs et d’actionneurs, ainsi que la programmation des automates programmables industriels (API). Ils visent à améliorer la compréhension des systèmes automatisés et à les appliquer aux situations industrielles réelles.

Télécharger le document

Fiche de Révision : Exercices Corrigés en Automatisme Industriel

L’automatisme industriel est une discipline qui concerne la conception, la modélisation et la mise en œuvre de systèmes automatisés dans les environnements industriels. Voici une série d’exercices corrigés basés sur des scénarios industriels courants qui couvrent des concepts clés tels que les capteurs, les actionneurs, les systèmes de commande et les boucles de régulation.

Exercice 1 : Commande d’un convoyeur avec capteur de position

Contexte :

Un convoyeur transporte des pièces vers une machine d’assemblage. Un capteur de position détecte la présence des pièces à l’entrée de la machine. Si une pièce est détectée, le convoyeur s’arrête, la machine commence l’assemblage, puis le convoyeur redémarre lorsque l’assemblage est terminé.

Question :

Modélisez ce processus avec un GRAFCET et définissez les transitions et actions.

Correction :

Étapes du GRAFCET :

• Étape 1 : Le convoyeur est en marche.
• Étape 2 : Le convoyeur s’arrête (pièce détectée).
• Étape 3 : Assemblage de la pièce.
• Étape 4 : Redémarrage du convoyeur après l’assemblage.

Transitions :

• ( T1 ) : Pièce détectée par le capteur de position.
• ( T2 ) : Assemblage terminé.

1. Représentation GRAFCET :

   Étape 1 (Convoyeur en marche) → T1 (Pièce détectée) → Étape 2 (Convoyeur arrêté)
   Étape 2 → T2 (Assemblage terminé) → Étape 3 (Convoyeur redémarre)

Réponse :

Le GRAFCET permet de modéliser la séquence d’arrêts et de redémarrages du convoyeur, basée sur les signaux du capteur de position.

Exercice 2 : Régulation de température dans un four industriel

Contexte :

Un four industriel doit maintenir une température constante de 200°C. Un capteur de température envoie un signal à un automate programmable (API), qui régule la puissance de chauffage. Si la température dépasse 210°C, une alarme se déclenche pour éviter la surchauffe.

Question :

Modélisez ce système avec une boucle de régulation PID et définissez les conditions de déclenchement de l’alarme.

Correction :

Paramètres de la boucle PID :

• Variable contrôlée : Température du four.
• Variable de consigne : 200°C.
• Action de commande : Ajustement de la puissance du chauffage.
• Alarme : Déclenchée lorsque ( T > 210°C ).

Boucle de régulation :

• La régulation PID ajuste la puissance du chauffage pour maintenir la température à 200°C.
• Le régulateur calcule l’écart entre la consigne (200°C) et la température mesurée, et ajuste en conséquence la commande.

Représentation en pseudo-code :

   Consigne = 200°C
   Si Température > 210°C :
      Déclencher l'alarme
   Sinon :
      Réguler la puissance du chauffage avec la loi PID

Réponse :

La boucle PID permet de maintenir la température du four stable, et l’alarme se déclenche uniquement en cas de dépassement critique de température.

Exercice 3 : Système d’éclairage automatique dans une usine

Contexte :

L’éclairage d’une zone de travail dans une usine doit être activé automatiquement lorsqu’un capteur de mouvement détecte la présence d’une personne. Lorsque personne n’est détecté pendant 5 minutes, l’éclairage s’éteint.

Question :

Concevez ce système en définissant la logique de commande du capteur et de l’éclairage.

Correction :

Fonctionnement du capteur :

• Capteur de mouvement : Détecte la présence de personnes dans la zone de travail.
• Temporisation : L’éclairage reste allumé pendant 5 minutes après que le capteur n’a plus détecté de mouvement.

Logique de commande :

• Si une présence est détectée, l’éclairage s’allume immédiatement.
• Si aucune présence n’est détectée pendant 5 minutes, l’éclairage s’éteint.

Représentation en pseudo-code :

   Si Présence détectée :
      Allumer l’éclairage
   Sinon :
      Si Absence > 5 minutes :
         Éteindre l’éclairage

Réponse :

Le système utilise un capteur de mouvement pour gérer l’éclairage de manière automatique et économe en énergie, avec une temporisation pour éviter l’extinction immédiate en cas de courte absence.

Exercice 4 : Commande d’une pompe avec contrôle de niveau

Contexte :

Une pompe doit remplir un réservoir d’eau. Le niveau du réservoir est surveillé par deux capteurs :

• Capteur de niveau bas : Active la pompe lorsqu’il est déclenché.
• Capteur de niveau haut : Arrête la pompe pour éviter tout débordement.

Question :

Modélisez ce système en utilisant une logique de commande simple avec des capteurs.

Correction :

Conditions de fonctionnement :

• Capteur de niveau bas : Lorsque le niveau d’eau est trop bas, la pompe s’active pour remplir le réservoir.
• Capteur de niveau haut : Lorsque le niveau d’eau atteint le capteur de niveau haut, la pompe s’arrête.

Logique de commande :

• Si le niveau est bas, activer la pompe.
• Si le niveau est haut, arrêter la pompe.

Représentation en pseudo-code :

   Si Capteur_niveau_bas activé :
      Activer la pompe
   Si Capteur_niveau_haut activé :
      Arrêter la pompe

Réponse :

Ce système utilise deux capteurs pour gérer l’activation et l’arrêt de la pompe afin de maintenir le niveau d’eau entre les deux limites définies.

Exercice 5 : Système de tri automatique avec capteurs de couleur

Contexte :

Un système de tri automatique doit trier des objets en fonction de leur couleur :

• Si un objet est rouge, il est dirigé vers la sortie A.
• Si un objet est bleu, il est dirigé vers la sortie B.
• Si un objet est vert, il est dirigé vers la sortie C.

Question :

Modélisez ce système en utilisant des capteurs de couleur et des actionneurs pour orienter les objets vers les bonnes sorties.

Correction :

Capteur de couleur : Détecte la couleur de l’objet.

• Rouge → Sortie A
• Bleu → Sortie B
• Vert → Sortie C

Logique de commande :

• Si l’objet est rouge, orienter vers A.
• Si l’objet est bleu, orienter vers B.
• Si l’objet est vert, orienter vers C.

Représentation en pseudo-code :

   Si Couleur = Rouge :
      Orienter vers A
   Si Couleur = Bleu :
      Orienter vers B
   Si Couleur = Vert :
      Orienter vers C

Réponse :

Le capteur de couleur identifie la couleur de chaque objet, et les actionneurs orientent les objets vers les bonnes sorties pour un tri efficace.

Cette fiche de révision présente plusieurs exercices corrigés basés sur des situations pratiques en automatisme industriel. Ils permettent de revoir les concepts essentiels comme l’utilisation de capteurs, la régulation PID, les GRAFCET, ainsi que la logique de commande dans des systèmes automatisés complexes.

1. Qu’est-ce qu’un capteur en automatisme industriel ?

Un capteur détecte des variables physiques (température, position, mouvement) et les transforme en signaux pour les systèmes de commande.

2. Quelle est la fonction d’un automate programmable industriel (API) ?

L’API contrôle les machines et processus en exécutant des programmes pour automatiser les tâches.

3. Comment fonctionne un actionneur ?

Un actionneur convertit les signaux de commande en actions mécaniques, électriques ou pneumatiques pour piloter les machines.

4. Qu’est-ce qu’un GRAFCET ?

Le GRAFCET est un diagramme utilisé pour modéliser et organiser les étapes d’un système automatisé.

5. Qu’est-ce qu’un système de régulation PID ?

Le régulateur PID ajuste la commande en fonction de l’écart entre la consigne et la mesure.

6. Quel est le rôle d’un capteur de position ?

Un capteur de position détecte la présence ou l’absence d’un objet dans une zone précise.

7. Comment fonctionne une boucle de rétroaction ?

La boucle de rétroaction ajuste en continu le système en fonction des écarts entre la consigne et le résultat mesuré.

8. À quoi sert la temporisation dans un système automatisé ?

La temporisation retarde l’exécution d’une action après une condition prédéfinie, souvent pour optimiser les processus.

9. Quelle est la différence entre capteur et actionneur ?

Un capteur mesure des conditions, tandis qu’un actionneur effectue des actions sur une machine.

10. Pourquoi utilise-t-on la divergence en ET dans un GRAFCET ?

La divergence en ET exécute simultanément plusieurs actions à partir d’une seule condition de départ.

Autres articles

La Divergence en ET dans le GRAFCET...

Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étape-Transition) est un outil...

Read more

Guide : La Divergence en OU dans...

Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande Étape-Transition) est un outil...

Read more

QCM Automatisme Corrigé : Systèmes Automatisés

Dans cet article, nous découvrons ensemble un QCM Automatisme corrigé.1....

Read more