Programmation Ladder : Les Fonctions Logiques Essentielles

Le langage Ladder est un outil puissant utilisé pour la programmation des automates programmables industriels (API). Ce cours vous guidera à travers les fonctions logiques essentielles du langage Ladder, avec des exemples pratiques et des illustrations pour clarifier les concepts.

Introduction au Langage Ladder

Le langage Ladder est un langage graphique qui permet de représenter des logiques de commande sous forme de schémas électriques simplifiés. Ce langage est largement utilisé dans l’industrie pour automatiser des processus grâce à des API. Les fonctions logiques constituent la base de tout programme Ladder, permettant de créer des conditions logiques complexes à partir de simples commandes de base.

Illustration : Structure de base d’un diagramme Ladder

(Alimentation) |---[ ]---[ ]---( )

1. Fonction ET (AND)

1.1 Description

La fonction AND (ET) est l’une des fonctions logiques les plus fondamentales dans le langage Ladder. Elle permet de créer une condition qui ne sera vraie que si toutes les sous-conditions sont vraies. En termes simples, toutes les entrées doivent être activées pour que la sortie soit activée.

1.2 Symboles et Représentation

Dans un programme Ladder, la fonction AND est représentée par des contacts en série. Chaque contact doit être fermé (c’est-à-dire, l’entrée correspondante doit être active) pour que la sortie soit activée.

Exemple :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ I2 ]---( Q1 )

Description : La sortie Q1 sera activée uniquement si les deux entrées I1 et I2 sont activées.

1.3 Application Pratique

Imaginons une porte de sécurité dans une usine qui ne s’ouvre que si deux boutons sont pressés simultanément (pour garantir que les deux mains de l’opérateur sont occupées). La logique AND serait utilisée pour s’assurer que les deux boutons sont pressés avant que la porte ne s’ouvre.

Schéma :

(Bouton1) |---[ I1 ]---(Sortie)
(Bouton2) |---[ I2 ]---(Porte_Ouverte)

2. Fonction OU (OR)

2.1 Description

La fonction OR (OU) est utilisée pour activer une sortie si au moins une des conditions est vraie. Contrairement à la fonction AND, la sortie sera activée si l’une des entrées est activée.

2.2 Symboles et Représentation

Dans un programme Ladder, la fonction OR est représentée par des contacts en parallèle. Si l’un des contacts est fermé, la sortie sera activée.

Exemple :

(Alimentation) |---[ I1 ]---( Q1 )
               |---[ I2 ]---

Description : La sortie Q1 sera activée si l’entrée I1 ou I2 est activée.

2.3 Application Pratique

Prenons un exemple d’un système d’éclairage qui doit être allumé soit par un détecteur de mouvement ou par un interrupteur manuel. La fonction OR permettrait d’allumer les lumières dans les deux cas.

Schéma :

(Alimentation) |---[ Détecteur ]---( Lumière_Allumée )
               |---[ Interrupteur ]---

3. Fonction NON (NOT)

3.1 Description

La fonction NOT (NON) est une fonction logique simple qui inverse l’état de l’entrée. Si l’entrée est activée, la sortie sera désactivée, et vice versa. C’est une fonction très utile pour gérer des conditions de sécurité ou des situations où une action doit être effectuée uniquement en l’absence d’une autre condition.

3.2 Symboles et Représentation

Dans un diagramme Ladder, la fonction NOT est représentée par un contact normalement fermé (NC). Lorsque l’entrée est inactive, la sortie est active.

Exemple :

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

Description : La sortie Q1 sera activée uniquement si l’entrée I1 est désactivée.

3.3 Application Pratique

Un exemple courant d’utilisation de la fonction NOT serait un système d’alarme qui s’active lorsque la porte est fermée (c’est-à-dire que le contact de la porte est normalement fermé).

Schéma :

(Alimentation) |---[/ Porte_Fermée ]---( Alarme )

4. Combinaison des Fonctions Logiques

4.1 Combinaison AND-OR

La combinaison des fonctions AND et OR permet de créer des logiques plus complexes. Par exemple, une sortie peut être activée si deux conditions sont remplies simultanément ou si une autre condition alternative est remplie.

Exemple :

(Alimentation) |---[ I1 ]---[ I2 ]---( Q1 )
               |---[ I3 ]-----------

Description : La sortie Q1 sera activée si I1 et I2 sont toutes deux activées, ou si I3 est activée.

Illustration :

(Alimentation) |---[Capteur1]---[Capteur2]---(Moteur)        -> ET logique
               |---[Bouton]------------------(Moteur)        -> OU logique

4.2 Combinaison AND-NOT

La combinaison AND-NOT permet d’activer une sortie si certaines conditions sont remplies et qu’une autre condition n’est pas remplie.

Exemple :

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

Description : La sortie Q1 sera activée si I1 est activée et que I2 est désactivée.

Illustration :

(Alimentation) |---[Capteur]---[/Interrupteur]---(Moteur)    -> ET-NON logique

4.3 Application Pratique : Système de Sécurité

Supposons qu’un système de sécurité ne doit être activé que si deux capteurs détectent un intrus (fonction AND), mais uniquement si l’alarme n’a pas déjà été désactivée manuellement (fonction NOT). Cette logique peut être représentée comme suit :

Schéma :

(Alimentation) |---[ Capteur1 ]---[ Capteur2 ]---[/ Alarme_Désactivée ]---( Alarme )

5. Fonctions Logiques Avancées

5.1 Fonction XOR (OU Exclusif)

La fonction XOR (OU Exclusif) est utilisée lorsque la sortie doit être activée uniquement si une seule des entrées est active, mais pas les deux en même temps.

Exemple :

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

Description : La sortie Q1 sera activée si soit I1 soit I2 est activée, mais pas les deux simultanément.

Application Pratique : Par exemple, une porte ne doit s’ouvrir que si un capteur à l’intérieur ou à l’extérieur est activé, mais pas les deux en même temps, pour éviter des collisions.

5.2 Fonction NAND

La fonction NAND est une combinaison de la fonction AND et de la fonction NOT. Elle produit une sortie vraie uniquement si une ou plusieurs des entrées sont fausses.

Exemple :

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

Description : La sortie Q1 sera activée sauf si I1 et I2 sont toutes deux activées.

Application Pratique : Imaginons une machine qui doit s’arrêter si deux conditions de danger sont présentes. Si l’une ou l’autre condition n’est pas remplie, la machine continue de fonctionner.

5.3 Fonction NOR

La fonction NOR combine les fonctions OR et NOT. Elle produit une sortie vraie uniquement si toutes les entrées sont fausses.

Exemple :

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

Description : La sortie Q1 sera activée uniquement si I1 et I2 sont désactivées.

Application Pratique : Par exemple, un système de sécurité qui active une alarme uniquement si aucune condition de sécurité n’est respectée.

6. Application : Contrôle d’un Système de Pompe à Eau

6.1 Description du Problème

Nous allons maintenant utiliser les fonctions logiques vues précédemment pour contrôler un système de pompe à eau. La pompe doit s’activer sous les conditions suivantes :

Démarrage de la pompe : La pompe démarre si le niveau d’eau est bas (Capteur_Niveau_Bas) et que l’interrupteur de démarrage est activé (Interrupteur_Marche).
Arrêt de la pompe : La pompe s’arrête si le niveau d’eau atteint le capteur supérieur (Capteur_Niveau_Haut) ou si l’interrupteur d’arrêt est activé (Interrupteur_Arret).
Sécurité de la pompe : La pompe ne doit pas démarrer si une condition d’urgence est activée (Alarme_Urgence).

6.2 Programmation Ladder

Rung 1 : Démarrage de la pompe

(Alimentation) |---[ Capteur_Niveau_Bas ]---[ Interrupteur_Marche ]---[/ Alarme_Urgence ]---( Pompe )

Description : La pompe démarre si le niveau d’eau est bas et que l’interrupteur de marche est activé, mais uniquement si l’alarme d’urgence n’est pas activée.

Illustration :

(Alimentation) |---[Niveau_Bas]---[Marche]---[/Urgence]---(Pompe)

Rung 2 : Arrêt de la pompe

(Alimentation) |---[ Capteur_Niveau_Haut ]---( /Pompe )
               |---[ Interrupteur_Arret ]----( /Pompe )

Description : La pompe s’arrête si le niveau d’eau atteint le capteur supérieur ou si l’interrupteur d’arrêt est activé.

Illustration :

(Alimentation) |---[Niveau_Haut]---( /Pompe )
               |---[Arret]---------( /Pompe )

7. Conclusion

Les fonctions logiques essentielles du langage Ladder – AND, OR, NOT, ainsi que leurs combinaisons et les fonctions avancées telles que XOR, NAND, et NOR – permettent de construire des logiques complexes pour le contrôle automatisé des processus industriels. Comprendre comment ces fonctions interagissent et comment les appliquer correctement est fondamental pour tout programmeur d’API.

Ce cours vous a fourni une base solide sur les fonctions logiques essentielles, avec des exemples concrets et des illustrations pour mieux comprendre et appliquer ces concepts dans vos projets d’automatisation. Pour maîtriser le langage Ladder, il est recommandé de pratiquer en programmant des scénarios réels et en testant vos programmes dans un environnement de simulation avant de les déployer sur des systèmes industriels.

Ressources Supplémentaires :

Livre : “Programmation Ladder Avancée” de Pierre Martin.
Cours en ligne : Ladder Logic Mastery.
Simulateur : SimulAPI – Outil pour simuler vos programmes Ladder.

Exemples Pratiques de Programmation Ladder : Les Fonctions Logiques Essentielles

Voici plusieurs exemples pratiques qui démontrent l’application des fonctions logiques essentielles du langage Ladder dans des scénarios industriels réels. Ces exemples sont conçus pour illustrer comment les concepts théoriques peuvent être appliqués pour résoudre des problèmes concrets d’automatisation.

Exemple 1 : Contrôle d’un Système d’Éclairage

Objectif

Le système d’éclairage d’une usine doit être contrôlé de manière à s’allumer lorsqu’un employé entre dans la zone de travail (détecteur de mouvement) ou lorsqu’un interrupteur manuel est actionné. Les lumières doivent s’éteindre lorsque personne n’est présent ou que l’interrupteur est désactivé.

Fonction Logique : OR (OU)

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ Détecteur_Mouvement ]---( Lumière_Allumée )
               |---[ Interrupteur_Manuel ]---

Explication :

Le système utilise une fonction OR. La lumière (Lumière_Allumée) sera activée si le détecteur de mouvement (Détecteur_Mouvement) détecte une présence ou si l’interrupteur manuel (Interrupteur_Manuel) est activé.

Illustration :

[Détecteur_Mouvement]  [Interrupteur_Manuel]
       +                      +
       |                      |
       |                      |
      ( Lumière_Allumée )

Exemple 2 : Sécurité d’une Porte Automatique

Objectif

Une porte automatique doit s’ouvrir seulement si deux capteurs de sécurité indiquent qu’il n’y a aucun obstacle, et si un bouton de commande est pressé. La porte doit rester fermée si une seule de ces conditions n’est pas remplie.

Fonction Logique : AND (ET)

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ Capteur_Sécurité1 ]---[ Capteur_Sécurité2 ]---[ Bouton_Ouverture ]---( Porte_Ouverte )

Explication :

Le système utilise une fonction AND. La porte (Porte_Ouverte) ne s’ouvrira que si les deux capteurs de sécurité (Capteur_Sécurité1 et Capteur_Sécurité2) détectent un environnement sûr, et que le bouton d’ouverture (Bouton_Ouverture) est activé.

Illustration :

[Capteur_Sécurité1]  [Capteur_Sécurité2]  [Bouton_Ouverture]
       +                      +                   +
       |                      |                   |
       |                      |                   |
      ( Porte_Ouverte )

Exemple 3 : Système d’Alarme de Sécurité

Objectif

Un système d’alarme doit se déclencher si une porte est ouverte ET si l’alarme est activée (fonction AND), mais l’alarme ne doit pas se déclencher si la porte est fermée, même si l’alarme est activée.

Fonction Logique : AND-NOT

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ Porte_Ouverte ]---[ Alarme_Active ]---( Alarme )

Explication :

Le système utilise une combinaison de la fonction AND et de la fonction NOT. L’alarme (Alarme) se déclenche si la porte est ouverte (Porte_Ouverte) et que l’alarme est activée (Alarme_Active).

Illustration :

[Porte_Ouverte]  [Alarme_Active]
       +              +
       |              |
       |              |
      ( Alarme )

Exemple 4 : Commande d’un Système de Ventilation

Objectif

Le système de ventilation doit démarrer si la température dépasse un certain seuil OU si un interrupteur manuel est activé. Le système doit s’arrêter si l’interrupteur manuel est désactivé ou si la température redescend en dessous du seuil.

Fonction Logique : OR

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ Température_Haute ]---( Ventilation )
               |---[ Interrupteur_Manuel ]---

Explication :

Le système utilise une fonction OR. La ventilation (Ventilation) s’active soit lorsque la température est élevée (Température_Haute), soit lorsque l’interrupteur manuel (Interrupteur_Manuel) est activé.

Illustration :

[Température_Haute]  [Interrupteur_Manuel]
       +                    +
       |                    |
       |                    |
      ( Ventilation )

Exemple 5 : Contrôle d’une Pompe à Eau

Objectif

Une pompe à eau doit être activée si le niveau d’eau est bas et que le système est en mode automatique. La pompe doit s’arrêter si le niveau d’eau atteint un certain seuil ou si un mode manuel est sélectionné.

Fonction Logique : AND et OR

Diagramme Ladder :

(Alimentation) |---[ Niveau_Bas ]---[ Mode_Automatique ]---( Pompe )
               |---[ Niveau_Haut ]---( /Pompe )
               |---[ Mode_Manuel ]---( /Pompe )

Explication :

La pompe (Pompe) démarre si le niveau d’eau est bas (Niveau_Bas) et que le mode automatique (Mode_Automatique) est activé.
La pompe s’arrête si le niveau d’eau est haut (Niveau_Haut) ou si le mode manuel (Mode_Manuel) est activé.

Illustration :

[Niveau_Bas]  [Mode_Automatique]
       +              +
       |              |
       |              |
      ( Pompe )

[Niveau_Haut]   [Mode_Manuel]
      +               +
      |               |
      |               |
     (/Pompe)