Introduction au Langage Ladder : Principes de Base et Utilisation
💡 Le langage Ladder reste l’un des langages de programmation les plus utilisés pour les API dans l’industrie. Sa simplicité et sa ressemblance avec les circuits de commande électrique en font un choix privilégié pour les ingénieurs et techniciens. Ce cours introductif vous donne les bases pour commencer à programmer en Ladder, mais il est recommandé de pratiquer avec des simulations et des cas réels pour acquérir une maîtrise complète.
Le langage Ladder est une méthode de programmation graphique utilisée principalement pour les automates programmables industriels (API). Il est conçu pour représenter graphiquement les circuits de commande électrique sous forme de diagrammes qui ressemblent à une échelle, d’où son nom “Ladder”. Ce langage est largement utilisé dans l’automatisation industrielle en raison de sa simplicité, de sa lisibilité et de son efficacité à traduire des logiques de commande complexes.
1. Histoire et Origine du Langage Ladder
Le langage Ladder a été développé dans les années 1960 pour remplacer les relais électromécaniques par des automates programmables, offrant une plus grande flexibilité et fiabilité. À l’origine, les systèmes de contrôle utilisaient des relais pour effectuer des opérations logiques simples, mais ces systèmes étaient encombrants et difficiles à modifier. Le Ladder a été conçu pour refléter visuellement ces circuits de relais, facilitant ainsi la transition vers l’automatisation programmée.
2. Structure de Base d’un Diagramme Ladder
Un diagramme Ladder se compose de deux rails verticaux (les alimentations) et de plusieurs échelons horizontaux (les rungs), représentant les différentes logiques de commande. Voici les éléments de base :
- Rails verticaux : Représentent l’alimentation électrique.
- Rungs horizontaux : Chaque échelon représente une condition ou une logique à exécuter.
- Contacts : Les contacts sont des interrupteurs, représentant des conditions à vérifier (ouverts ou fermés).
- Bobines : Les bobines représentent les sorties, qui sont activées ou désactivées en fonction des conditions définies par les contacts.
Illustration :
(Alimentation) |---[ ]---[ ]---( )3. Les Principes Fondamentaux du Langage Ladder
3.1 Contacts et Bobines
Les contacts sont les éléments de base du Ladder, et ils peuvent être soit normalement ouverts (NO), soit normalement fermés (NC). Une bobine est une sortie qui est activée lorsque les conditions définies par les contacts sont remplies.
- Contact NO (Normalement Ouvert) : L’action est exécutée lorsque le contact est fermé.
- Contact NC (Normalement Fermé) : L’action est exécutée lorsque le contact est ouvert.
- Bobine : Une sortie, telle qu’un moteur ou une lampe, est activée lorsque les contacts précédents sont dans la bonne condition.
Illustration :
[ ] Normalement Ouvert (NO)
[/] Normalement Fermé (NC)
( ) Bobine (Sortie)3.2 Les Fonctions Logiques
Les fonctions logiques de base dans un diagramme Ladder incluent :
- Fonction ET (AND) : Tous les contacts doivent être fermés pour activer la sortie.
- Fonction OU (OR) : L’un des contacts fermés suffit pour activer la sortie.
- Fonction NON (NOT) : Inverse l’état logique.
Exemple :
- Fonction ET :
(Alimentation) |---[ ]---[ ]---(Sortie)- Fonction OU :
(Alimentation) |---[ ]---+---(Sortie)
+---[ ]4. Gestion des Entrées et Sorties (I/O)
4.1 Différenciation entre Entrées et Sorties
Dans un API, les entrées sont les signaux provenant des capteurs, boutons ou autres dispositifs, tandis que les sorties sont les actions déclenchées par l’API, comme allumer un moteur ou un voyant.
- Entrées numériques : Boutons, capteurs de proximité.
- Sorties numériques : Voyants, relais.
- Entrées analogiques : Capteurs de température, capteurs de pression.
- Sorties analogiques : Variateurs de vitesse, contrôleurs de processus.
4.2 Configuration des I/O
La configuration des I/O dans un programme Ladder consiste à définir quelles entrées commandent quelles sorties. Chaque entrée est associée à un contact dans le Ladder, et chaque sortie à une bobine.
Exemple :
[Capteur]---[Bouton]---(Moteur)5. Temporisations et Compteurs
Les temporisations et les compteurs sont essentiels pour gérer des processus dépendants du temps.
5.1 Temporisations (Timers)
Un temporisateur retarde une action de sortie pendant une durée définie après que la condition d’entrée est remplie.
- TON (Temporisateur Marche) : Délai avant activation de la sortie.
- TOF (Temporisateur Arrêt) : Délai avant désactivation de la sortie.
Illustration :
(Alimentation) |---[ ]---[TON]---(Sortie)5.2 Compteurs
Un compteur incrémente ou décrémente chaque fois qu’une condition est remplie, et il déclenche une action après un certain nombre de comptages.
- CTU (Compteur Ascendant) : Incrémente à chaque impulsion.
- CTD (Compteur Descendant) : Décrémente à chaque impulsion.
Illustration :
(Alimentation) |---[ ]---[CTU]---(Sortie)6. Création d’un Programme Ladder Simple
6.1 Structurer un Programme Ladder
Un programme Ladder commence par la définition des entrées et des sorties. Ensuite, on ajoute les conditions sous forme de rungs. Chaque échelon (rung) doit représenter une logique complète et indépendante.
Étapes :
- Définir les entrées et sorties.
- Créer les rungs pour chaque condition logique.
- Tester le programme pour s’assurer qu’il fonctionne correctement.
6.2 Exemple Pratique
Problème : Allumer un moteur lorsque deux capteurs sont activés simultanément.
Programme Ladder :
(Alimentation) |---[Capteur1]---[Capteur2]---(Moteur)6.3 Débogage
Le débogage consiste à vérifier que chaque échelon du programme fonctionne comme prévu. Utilisez des outils de simulation pour tester les programmes avant de les déployer sur l’API.
Illustrations et Schémas
Les illustrations incluent des schémas de contacts, des exemples de rungs avec des flèches pour montrer le flux logique, et des diagrammes de configuration I/O. Ces éléments visuels sont essentiels pour comprendre et appliquer efficacement les concepts du langage Ladder.
Ressources Supplémentaires
- Livre : “Programmation des API en Ladder” de Jean Dupont.
- Cours en ligne : Automatisation et Programmation Ladder.
- Outils de simulation : Logiciel de simulation Ladder (ex. : SimulAPI).
Exemple Concret : Contrôle Automatisé d’une Bande Transporteuse avec le Langage Ladder
Dans cet exemple, nous allons concevoir un programme Ladder pour contrôler une bande transporteuse dans une usine. Le système doit répondre aux exigences suivantes :
- Démarrage et arrêt de la bande : La bande transporteuse doit démarrer lorsque deux capteurs de sécurité sont activés et qu’un bouton de démarrage est pressé.
- Arrêt d’urgence : La bande doit s’arrêter immédiatement si un bouton d’arrêt d’urgence est pressé, même si les autres conditions sont remplies.
- Temporisation d’arrêt : Une fois le bouton d’arrêt pressé (non urgence), la bande doit continuer de fonctionner pendant 5 secondes avant de s’arrêter pour permettre l’évacuation du matériel restant.
1. Analyse du Problème
Nous avons trois éléments principaux à gérer :
- Capteurs de sécurité : Assurent que la zone est sécurisée avant le démarrage.
- Bouton de démarrage : Démarre la bande si les capteurs de sécurité sont activés.
- Bouton d’arrêt et bouton d’arrêt d’urgence : Arrête la bande immédiatement ou avec une temporisation.
2. Configuration des Entrées et Sorties
- Entrées :
I1: Capteur de sécurité 1I2: Capteur de sécurité 2I3: Bouton de démarrageI4: Bouton d’arrêtI5: Bouton d’arrêt d’urgence- Sorties :
Q1: Moteur de la bande transporteuse
3. Création du Programme Ladder
Rung 1 : Condition de démarrage
Ce premier échelon vérifie que les capteurs de sécurité et le bouton de démarrage sont activés avant de démarrer la bande transporteuse.
(Alimentation) |---[ I1 ]---[ I2 ]---[ I3 ]---( Q1 )I1etI2: Capteurs de sécurité (NO – normalement ouverts).I3: Bouton de démarrage (NO).Q1: Moteur de la bande transporteuse.
Description : La bande démarre (Q1 activé) seulement si les capteurs de sécurité I1 et I2 sont activés (fermés) et que le bouton de démarrage I3 est pressé.
Rung 2 : Arrêt d’urgence
Cet échelon assure que la bande transporteuse s’arrête immédiatement si le bouton d’arrêt d’urgence est pressé.
(Alimentation) |---[ I5 ]---------------------(/Q1)I5: Bouton d’arrêt d’urgence (NO)./Q1: Déactivation du moteur de la bande.
Description : Si le bouton d’arrêt d’urgence est pressé, la sortie Q1 est immédiatement désactivée, arrêtant le moteur de la bande.
Rung 3 : Arrêt avec Temporisation
Cet échelon permet d’arrêter la bande avec un délai de 5 secondes après que le bouton d’arrêt est pressé.
(Alimentation) |---[ I4 ]--------------------[TON, T=5s]---( /Q1 )I4: Bouton d’arrêt (NO).TON: Temporisateur, défini pour 5 secondes./Q1: Déactivation du moteur de la bande.
Description : Lorsque le bouton d’arrêt I4 est pressé, le temporisateur TON commence à compter. Après 5 secondes, la sortie Q1 est désactivée, arrêtant la bande transporteuse.
4. Schéma Résumé
Le programme complet se résume dans le schéma Ladder suivant :
(Alimentation) |---[ I1 ]---[ I2 ]---[ I3 ]--------------( Q1 ) -> Démarrage
|---[ I5 ]--------------------------------(/Q1) -> Arrêt d'urgence
|---[ I4 ]-----------------[TON, T=5s]----(/Q1) -> Arrêt temporisé5. Explication du Fonctionnement
Démarrage de la Bande :
- La bande démarre uniquement si les deux capteurs de sécurité (
I1etI2) sont activés et si le bouton de démarrage (I3) est pressé.
Arrêt d’urgence :
- Si le bouton d’arrêt d’urgence (
I5) est pressé, la bande s’arrête immédiatement, quelle que soit l’état des autres conditions.
Arrêt temporisé :
- Si le bouton d’arrêt standard (
I4) est pressé, la bande continue de fonctionner pendant 5 secondes avant de s’arrêter, permettant ainsi d’évacuer le matériel restant sur la bande.
6. Simulation et Test
Avant de déployer ce programme sur un automate réel, il est recommandé d’utiliser un simulateur Ladder pour vérifier que toutes les conditions fonctionnent correctement et que la logique de sécurité est bien respectée.
Synthèse
Cet exemple illustre comment un programme Ladder peut être utilisé pour contrôler un système de bande transporteuse en intégrant des éléments de sécurité et de temporisation. Ce type de logique est couramment utilisé dans l’industrie pour automatiser des processus tout en garantissant la sécurité des opérateurs et l’efficacité du système.
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