Guide : Comprendre et Utiliser les Temporisations et Compteurs en Langage Ladder

Le langage Ladder, largement utilisé pour programmer les automates programmables industriels (API), permet de contrôler des processus industriels complexes. Les temporisations (timers) et les compteurs (counters) sont deux fonctionnalités essentielles qui offrent une flexibilité accrue pour gérer les actions dépendant du temps et des événements. Ce guide vous aidera à comprendre et à utiliser ces éléments de manière efficace dans vos programmes Ladder.

1. Introduction aux Temporisations et Compteurs

1.1 Rôle des Temporisations

Les temporisations sont utilisées pour retarder ou prolonger une action dans un programme Ladder. Elles permettent de contrôler le moment où une sortie est activée ou désactivée, en fonction d’une condition d’entrée, mais avec un décalage temporel. Les temporisations sont essentielles pour gérer des processus où le timing est crucial, comme le contrôle de moteurs, de lumières, ou de cycles de production.

1.2 Rôle des Compteurs

Les compteurs sont utilisés pour suivre le nombre d’occurrences d’un événement spécifique. Ils sont particulièrement utiles pour des tâches répétitives où une action doit être déclenchée après un certain nombre de cycles. Les compteurs peuvent être configurés pour incrémenter (compter vers le haut) ou décrémenter (compter vers le bas) en fonction des besoins du programme.

2. Les Types de Temporisations en Langage Ladder

Il existe plusieurs types de temporisations en langage Ladder, chacun ayant une fonction spécifique. Les plus courants sont les temporisations ON-Delay (TON), OFF-Delay (TOF), et les temporisations Pulse (TP).

2.1 Temporisation ON-Delay (TON)

Description :
La temporisation ON-Delay (TON) retarde l’activation d’une sortie pendant une durée spécifiée après que la condition d’entrée est remplie. Lorsque la condition d’entrée est activée, le temporisateur commence à compter. Une fois le temps écoulé, la sortie est activée.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ TON, T=10s ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Entrée déclenchant la temporisation.
TON : Temporisateur ON-Delay configuré pour 10 secondes.
Q1 : Sortie activée après 10 secondes.

Exemple d’Application :
Dans une usine, une machine peut avoir besoin d’attendre 10 secondes après l’activation d’un bouton de démarrage (I1) avant de commencer son cycle de travail. Cela peut permettre à l’opérateur de s’éloigner de la zone de danger.

2.2 Temporisation OFF-Delay (TOF)

Description :
La temporisation OFF-Delay (TOF) prolonge l’activation d’une sortie pendant une durée spécifiée après que la condition d’entrée est désactivée. Le temporisateur commence à compter dès que l’entrée devient inactive, et la sortie reste activée jusqu’à ce que le temps soit écoulé.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---( Q1 )
               |---[ /I1 ]---[ TOF, T=5s ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Entrée initiale.
TOF : Temporisateur OFF-Delay configuré pour 5 secondes.
Q1 : Sortie désactivée 5 secondes après que I1 est désactivée.

Exemple d’Application :
Imaginons un système de ventilation qui continue de fonctionner pendant 5 minutes après que l’opérateur a quitté la pièce. Cela permet de ventiler complètement l’air avant l’arrêt complet du système.

2.3 Temporisation Pulse (TP)

Description :
La temporisation Pulse (TP) active une sortie pendant une durée fixe dès que l’entrée devient active, indépendamment de la durée de l’activation de l’entrée. Cela génère un signal d’impulsion.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ TP, T=2s ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Entrée déclenchant la temporisation.
TP : Temporisateur Pulse configuré pour 2 secondes.
Q1 : Sortie activée pendant 2 secondes.

Exemple d’Application :
Ce type de temporisation est utile pour des actions comme l’allumage d’une lumière de signalisation pendant une durée fixe, peu importe le temps d’activation de l’entrée.

3. Les Types de Compteurs en Langage Ladder

Les compteurs peuvent être configurés pour compter vers le haut (CTU) ou vers le bas (CTD), permettant ainsi de déclencher des actions spécifiques basées sur le nombre d’occurrences d’un événement.

3.1 Compteur Ascendant (CTU)

Description :
Le compteur ascendant (CTU) incrémente un compte chaque fois qu’une condition d’entrée est remplie. Lorsque le nombre spécifié de comptages est atteint, la sortie associée est activée.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ CTU, C=5 ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Entrée qui déclenche l’incrémentation du compteur.
CTU : Compteur ascendant configuré pour 5 comptages.
Q1 : Sortie activée lorsque le compteur atteint 5.

Exemple d’Application :
Un compteur ascendant peut être utilisé pour déclencher une alarme après 5 cycles de production, signalant que l’opérateur doit effectuer une maintenance sur la machine.

3.2 Compteur Descendant (CTD)

Description :
Le compteur descendant (CTD) décrémente un compte à chaque activation d’une condition d’entrée. Lorsque le compteur atteint zéro, une sortie associée est activée.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ CTD, C=10 ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Entrée qui déclenche la décrémentation du compteur.
CTD : Compteur descendant configuré pour 10 comptages.
Q1 : Sortie activée lorsque le compteur atteint zéro.

Exemple d’Application :
Un compteur descendant pourrait être utilisé dans un processus de fabrication pour déclencher une commande de recharge automatique lorsque 10 unités ont été produites, signalant que les matières premières doivent être réapprovisionnées.

3.3 Compteur de Réinitialisation

Description :
Les compteurs, qu’ils soient ascendants ou descendants, peuvent être réinitialisés à tout moment à leur valeur initiale en activant une entrée de réinitialisation spécifique.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I2 ]---[ R ]---( CTU/CTD )

Explication :

I2 : Entrée de réinitialisation.
R : Commande de réinitialisation du compteur.
CTU/CTD : Compteur à réinitialiser.

Exemple d’Application :
La réinitialisation est utile lorsque vous souhaitez recommencer un processus à zéro après une certaine tâche, comme un cycle de maintenance.

4. Utilisation Combinée des Temporisations et Compteurs

Les temporisations et compteurs peuvent être combinés pour créer des séquences de contrôle complexes, gérer des cycles répétitifs ou temporisés, et déclencher des événements en fonction du temps et du nombre de cycles.

4.1 Exemple : Démarrage Temporisé avec Compteur de Sécurité

Objectif :
Le système doit démarrer une machine seulement après que deux conditions de sécurité sont remplies, avec un délai de 10 secondes. La machine doit s’arrêter automatiquement après 100 cycles de production.

Diagramme Ladder :

Rung 1 : Condition de Démarrage avec Temporisation

(Alimentation) |---[ Sécurité1 ]---[ Sécurité2 ]---[ TON, T=10s ]---( Q1 )

Explication :

Sécurité1, Sécurité2 : Capteurs de sécurité.
TON : Temporisateur ON-Delay configuré pour 10 secondes.
Q1 : Machine activée après 10 secondes.

Rung 2 : Arrêt après 100 Cycles

(Alimentation) |---[ Cycle_Complet ]---[ CTU, C=100 ]---( /Q1 )

Explication :

Cycle_Complet : Entrée indiquant la fin d’un cycle de production.
CTU : Compteur ascendant configuré pour 100 cycles.
/Q1 : Désactivation de la machine après 100 cycles.

5. Cas Pratiques et Applications Réelles

5.1 Contrôle d’un Système de Lubrification Automatique

Description :
Un système de lubrification dans une usine doit être activé pendant 30 secondes toutes les 10 minutes pour assurer un fonctionnement fluide des machines.

Solution :

**Temporisation ON

-Delay (TON)** : Pour retarder l’activation du système de lubrification de 10 minutes après le démarrage de la machine.

Temporisation Pulse (TP) : Pour activer la lubrification pendant 30 secondes.

Programme Ladder :

(Alimentation) |---[ Démarrage_Machine ]---[ TON, T=10min ]---[ TP, T=30s ]---( Lubrification )

5.2 Gestion de la Circulation d’un Pont-Levis

Description :
Un pont-levis doit se lever après que des signaux lumineux indiquent aux véhicules de s’arrêter, et il doit redescendre après un intervalle de 2 minutes une fois que le dernier bateau est passé.

Solution :

Temporisation OFF-Delay (TOF) : Pour maintenir les signaux lumineux allumés pendant 2 minutes après le passage du dernier bateau.
Compteur Descendant (CTD) : Pour suivre le nombre de bateaux passant sous le pont.

Programme Ladder :

(Alimentation) |---[ Signal_Luminaire ]---[ TOF, T=2min ]---( Lever_Pont )
               |---[ Bateau_Passe ]---[ CTD, C=5 ]---( Abaisser_Pont )

6. Meilleures Pratiques pour l’Utilisation des Temporisations et Compteurs

6.1 Documentation et Étiquetage

Il est essentiel de documenter chaque temporisation et compteur utilisé dans un programme Ladder. Utilisez des noms descriptifs et des commentaires pour indiquer la fonction de chaque temporisateur et compteur.

6.2 Test et Validation

Les temporisations et compteurs doivent être soigneusement testés en simulation avant d’être implémentés sur un API réel. Vérifiez que les délais et les comptages sont conformes aux attentes du processus.

6.3 Ajustement et Optimisation

Après avoir implémenté un programme, il peut être nécessaire d’ajuster les paramètres des temporisations et des compteurs en fonction des résultats observés pendant les tests en conditions réelles. Une surveillance continue peut être nécessaire pour affiner ces paramètres.

Synthèse

Les temporisations et les compteurs sont des outils puissants dans la programmation Ladder, permettant de contrôler des processus complexes avec précision et flexibilité.

Ce guide vous a fourni les bases essentielles, ainsi que des exemples concrets et des meilleures pratiques pour maximiser l’efficacité de vos programmes Ladder utilisant des temporisations et des compteurs.

L’utilisation de ces éléments dans des combinaisons créatives peut transformer un simple programme Ladder en un système de contrôle sophistiqué capable de gérer des scénarios complexes en temps réel. Pour aller plus loin, il est recommandé de continuer à expérimenter avec différents types de temporisations et de compteurs dans divers contextes, et de les intégrer dans des projets réels pour en tirer le meilleur parti.

Cas Concret : Contrôle Automatique d’un Système de Pompe à Eau avec Temporisations et Compteurs

Dans ce cas concret, nous allons créer un programme Ladder pour contrôler un système de pompe à eau. Ce programme utilisera à la fois des temporisations et des compteurs pour gérer le fonctionnement de la pompe, garantir la sécurité du système, et optimiser son utilisation.

1. Description du Problème

Nous avons un réservoir d’eau équipé d’une pompe qui doit répondre aux exigences suivantes :

Remplissage automatique : La pompe doit s’activer automatiquement lorsque le niveau d’eau tombe en dessous d’un certain seuil.
Arrêt différé : La pompe doit continuer à fonctionner pendant 15 secondes après que le niveau d’eau atteint le seuil supérieur, pour s’assurer que le réservoir est complètement rempli.
Sécurité de surcharge : Si la pompe fonctionne plus de 5 minutes en continu, elle doit s’arrêter automatiquement pour éviter la surchauffe.
Cycle de maintenance : Après 100 cycles de remplissage, une alarme doit se déclencher pour indiquer qu’une maintenance de la pompe est nécessaire.

2. Configuration des Entrées et Sorties

Entrées :

I1 : Capteur de niveau bas (NO – normalement ouvert)
I2 : Capteur de niveau haut (NO)
I3 : Capteur de surcharge (NO)
I4 : Capteur de cycle de remplissage (NO)

Sorties :

Q1 : Pompe à eau
Q2 : Alarme de surcharge
Q3 : Alarme de maintenance

Illustration : Configuration des I/O

Entrées :                        Sorties :
[ I1 ] Capteur Niveau Bas         [ Q1 ] Pompe à Eau
[ I2 ] Capteur Niveau Haut        [ Q2 ] Alarme Surcharge
[ I3 ] Capteur Surcharge          [ Q3 ] Alarme Maintenance
[ I4 ] Capteur Cycle Remplissage

3. Programmation du Programme Ladder

Nous allons maintenant programmer le système en utilisant des temporisations et des compteurs pour répondre aux exigences spécifiées.

Rung 1 : Activation Automatique de la Pompe

Objectif : Activer la pompe lorsque le niveau d’eau est bas.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---( Q1 )

Explication :

I1 : Capteur de niveau bas. Lorsque l’eau atteint le seuil bas, le capteur se ferme, activant la pompe (Q1).

Rung 2 : Arrêt Différé de la Pompe

Objectif : Continuer à faire fonctionner la pompe pendant 15 secondes après que le niveau d’eau a atteint le seuil supérieur.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I2 ]-------------------[ TON, T=15s ]---( /Q1 )

Explication :

I2 : Capteur de niveau haut. Lorsque le réservoir est rempli, le capteur se ferme, déclenchant le temporisateur (TON), qui maintient la pompe en marche pendant 15 secondes supplémentaires.

Rung 3 : Sécurité de Surcharge

Objectif : Arrêter la pompe et déclencher une alarme si la pompe fonctionne pendant plus de 5 minutes en continu.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I1 ]---( Q1 )
               |---[ TON, T=5min ]---( /Q1 )
               |---[ TON, T=5min ]---( Q2 )

Explication :

TON : Temporisateur configuré pour 5 minutes. Si la pompe fonctionne en continu pendant 5 minutes, la sortie Q1 est désactivée (arrêt de la pompe), et l’alarme de surcharge (Q2) est activée.

Rung 4 : Alarme de Maintenance après 100 Cycles

Objectif : Déclencher une alarme de maintenance après 100 cycles de remplissage.

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ I4 ]---[ CTU, C=100 ]---( Q3 )

Explication :

I4 : Capteur indiquant la fin d’un cycle de remplissage.
CTU : Compteur ascendant configuré pour 100 cycles. Lorsque le compteur atteint 100, l’alarme de maintenance (Q3) est activée, signalant que la pompe doit être vérifiée.

4. Test et Validation du Programme

Une fois le programme Ladder écrit, il est essentiel de le tester pour s’assurer qu’il fonctionne comme prévu.

Étapes de Test :

Test d’Activation Automatique : Simuler un niveau d’eau bas pour vérifier que la pompe s’active correctement.
Test d’Arrêt Différé : Simuler le remplissage du réservoir pour vérifier que la pompe continue de fonctionner pendant 15 secondes après que le niveau haut est atteint.
Test de Surcharge : Simuler un fonctionnement continu de la pompe pour s’assurer qu’elle s’arrête après 5 minutes et que l’alarme de surcharge se déclenche.
Test de Maintenance : Simuler 100 cycles de remplissage pour vérifier que l’alarme de maintenance est activée.

5. Conclusion

Ce cas concret montre comment utiliser efficacement les temporisations et les compteurs dans un programme Ladder pour contrôler un système de pompe à eau. Le programme gère non seulement le démarrage et l’arrêt automatiques de la pompe, mais inclut également des fonctionnalités de sécurité critiques, telles que la protection contre la surcharge et la planification de la maintenance.

En suivant ce modèle, vous pouvez adapter et étendre ce programme pour d’autres systèmes industriels, en utilisant des temporisations et des compteurs pour gérer des processus complexes de manière fiable et sécurisée.