Rapport de Projet d'Automatisation Et Supervision

Université Hassan II –CASABLANCA Ecole Nationale Supérieure d’Electricité et de Mécanique

Département : Génie électrique Filière : Automatique et Informatique Industrielle

Rapport de projet d’automatisation et supervision

Automatisation et supervision d’un ascenseur

Réalisé par :

Encadré par :

KHALLOUKI El Mahdi IBBA Zakariya

Mr. CHAOUI Mohamed

Année Universitaire 2015-2016

AUTOMATISATION ET SUPERVISION D’UN ASCENSEUR

Remerciement Nous profitons par le biais de ce rapport, pour exprimer nos vifs remerciements à toute personne contribuant de près ou de loin à l'élaboration de cet humble travail. Nous tenons à remercier vivement tous nos professeurs, notre encadrant Mr CAOUI Mohamed, qui ont contribué à la réalisation de ce modeste projet, qui nous ont encadrés et aidés tout au long de notre parcours. Que tous ceux qui ont contribué à mener à bien ce projet trouvent ici l’expression de notre parfaite considération.

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Dédicace On dédie ce travail : A nos chers parents Pour leur soutien, leur patience, et leur

sacrifice, vous méritez tout éloge ,on espère

être l’image que vous êtes fait de nous, que dieu vous garde et vous bénisse.

On dédie aussi ce travail à nos chers frères et sœurs, pour leur affection et leur encouragement qui ont toujours Eté pour nous des plus

Que ce travail

précieux.

soit pour vous le gage de notre profond amour.

A tous nos amis à l’ENSEM et ailleurs.

A tous ceux qui nous ont aidé.

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Sommaire Chapitre 1 : Introduction ................................................................................................................................................. 5 1.1. Ascenseur didactique ........................................................................................................................................... 5 1.2 TIA Portal .............................................................................................................................................................. 7 1.3 Automate SIMATIC S7-1200 ................................................................................................................................. 8 1.4 Pupitre TP700 Comfort ......................................................................................................................................... 9

Chapitre 2 : Automatisation de l’ascenseur ................................................................................................................. 11 2.1. Listes des actionneurs et des capteurs ............................................................................................................... 11 2.2. Automatisation de l’ascenseur ........................................................................................................................... 11 

2.2.1. Grafcet de l’ascenseur ............................................................................................................. 11 a- rappel de grafcet ......................................................................................................... 11 b- grafcet mode Automatique ......................................................................................... 12 c- grafcet mode Manuel ................................................................................................. 13 d- grafcet de mémorisation des appels ........................................................................... 13 e- les équations ............................................................................................................... 14

2.2.2. Programme de l’API ............................................................................................................................... 14 a- rappel de Langage Ladder ...................................................................................................................... 14 b- table des variables API ........................................................................................................................... 14 c- Liste des réseau de bloc d’organisation Main ......................................................................................... 16

Chapitre 3 : Supervision de l’ascenseur ........................................................................................................................ 16 3.1. Introduction ........................................................................................................................................................ 16 3.2. Supervision de l’ascenseur.................................................................................................................................. 17 3.2.1. Tables des variables IHM ....................................................................................................................... 17 3.2.2. Conception de l’écran de supervision .................................................................................................... 18 Conclusion ...................................................................................................................................................................... 20 Annexe ........................................................................................................................................................................... 21 Bibliographie .................................................................................................................................................................. 27

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Chapitre 1 : Introduction Si, depuis des siècles, des lieux inaccessibles comme les monastères grecs situés dans la région des météores ne pouvaient exister que grâce à des ascenseurs rudimentaires « sans moteur », c'est dans les mines qu'on situe en général leur apparition, et que l'on imagina de les doter d'un moteur à vapeur dès le début du xixe siècle. Aux origines de la traction ferroviaire mécanique, alors que les toutes premières locomotives étaient encore en cours d'élaboration, un système de traction par câbles arrimés à des treuils fixes, fut mis en place sur certaines lignes en remplacement de la traction animale. En effet vue l’importance de l’ascenseur dans notre vie modernes ils nous étaient bénéficiaire d’étudier ce système de près en terme de mini projet en réalisant la commande et la supervision de celui-ci par Automate Programmable industriel .pour ce faire nous avons suivi le plan suivant : Le premier chapitre sera consacré à une présentation de travail, le deuxième chapitre expliquera les étapes de la conception et la réalisation de la carte d’adaptation. Dans le chapitre qui suit on entamera la commande de l’API et le chapitre final parlera sur la supervision de l’ascenseur.

1.1. Ascenseur didactique L’ascenseur didactique que nous allons utiliser pour cette manipulation est constitué des éléments suivants : - Une colonne dans laquelle circule la cabine et le contrepoids. - Le contrepoids : masse bétonnée jointe à la cabine, utilisée dans le cas des entraînements électriques, sert à compenser l'inertie des charges soulevées et permet, de ce fait, au moteur entraînant la cabine de dépenser moins d'énergie. - La cabine : enceinte servant au transport des charges ou des charges et personnes muni d'une lampe d'éclairage assurant le confort et la sécurité des personnes et/ou des charges. - Panneau de commande jouant le rôle d'interface entrées-sorties de la cage ascenseur assurant sa commande et son contrôle. Signaux d'entrée :

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Les signaux d'entrée de la colonne sont saisis via des douilles de couleur verte de 2 mm de diamètre se trouvant sur le panneau de commande. Ils englobent les ordres de commande de l'ascenseur et les signaux de visualisation : - Les signaux de commande sont les ordres de: M : Montée D : Descente - Les signaux de visualisation sont : L'éclairage assuré par une lampe se trouvant à l'intérieur de la cabine : L : Lampe de la cabine. Les signaux témoins, présence ou arrivée cabine, sont obtenus via quatre leds situées à proximité des portes des quatre étages de la cabine. Quatre autres leds témoins sont situés sur le panneau de commande. Signaux de sortie : Des douilles bleues de 2 mm de diamètre permettent d'avoir accès aux signaux de sortie de la colonne : - Signaux de contrôle émanant des capteurs équipant la cage et détectant la présence cabine à l'étage : P1 : Présence de la cabine au 1èr étage. P2 : Présence de la cabine au 2ème étage. P3 : Présence de la cabine au 3ème étage. P4 : Présence de la cabine au 4ème étage. - Les signaux assurant la sécurité de la cage ascenseur : DP : Détection porte ouverte. Ce signal est obtenu par la mise en série de quatre capteurs se trouvant sur les quatre portes de la cage. Dès que l'une des portes est ouverte, DP est mis à 1 et à 0 si toutes les portes sont fermées. AU : Arrêt d'urgence, consigne réalisée par un interrupteur, permettant d'inclure une mesure de sécurité de 1èr niveau commandant l'arrêt immédiat de l'automatisme. BH : Butée haute fin de course, BB : Butée basse fin de course. BH et BB sont pré-câblées et assurent l'arrêt des ordres de montée et de descente dès qu'elles sont atteintes. - Les consignes appels d'étage pouvant s'effectuer à l'aide de boutons poussoirs situés sur chaque étage de la colonne ou à partir de ceux se trouvant à l'intérieur de la cabine. A1 : Appel 1èr étage. A2 : Appel 2ème étage. A3 : Appel 3ème étage. A4 : Appel 4ème étage. Le niveau des signaux est de 5V (niveau logique 1), tension directement délivrée par l'alimentation. Aussi, il est indispensable d'utiliser une carte interface entrées-sorties pour adapter les tensions de la Partie Commande : Automate

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Programmable (signaux entrées-sorties avec un niveau de 24V) et de la Partie Opérative : Ascenseur.

1.2. TIA Portal Pour ce qui est de la composante logicielle du projet, nous avons pu utiliser le Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) qui fait partie d'un nouveau concept d'ingénierie intégré développé par Siemens et qui offre un environnement de la programmation et la configuration de solutions de commande, de visualisation et d'entraînement.

Ainsi, pour la programmation de l’automate, nous avons utilisé le logiciel portal) qui est le composant logiciel de programmation et de configuration du portail TIA (Totally Integrated Automation) dédié aux contrôleurs SIMATIC de Siemens. STEP 7 fournit un environnement convivial pour concevoir, éditer et surveiller le log nécessaire à la commande, et notamment les outils pour gérer et configurer tous les appareils d’un projet, tels que des automates et appareils IHM. STEP 7 comprend des langages de programmation standard : ● CONT (schéma à contacts) qui est un langage représentation se base sur des schémas de circuit, ● LOG (logigramme) qui est un langage de programmation se fondant sur les symboles logiques graphiques utilisés en algèbre booléenne, ● et SCL (Structured Control Language), évolué basé sur et proche de PASCAL. Pour la réalisation d’une solution de supervision sur l’interface HMI_Confort_P21 dont on dispose, nous avons utilisé un autre composant du TIA Portal, à savoir le logiciel de supervision SIMATIC WinCC Advanced. WinCC dans le TIA Portal est le logiciel pour toutes les applications IHM allant de solutions de commande simples avec des Basic Panels aux applications SCADA pour systèmes multipostes basés sur PC.

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1.3 Automate SIMATIC S7-1200 Siemens présente l’automate SIMATIC S7-1200 comme étant modulaire, compact, polyvalent et constituant donc un investissement sûr et une solution adaptée à une grande variété d’applications.

Il comprend :  un contrôleur avec interface PROFINET intégrée pour la communication avec une console de programmation, une interface homme-machine ou d'autres contrôleurs SIMATIC,  des fonctions technologiques performantes intégrées, par ex. comptage, mesure, régulation et Motion Control - entrées/sorties TOR et analogiques intégrées,  des Signal Boards utilisables directement sur un contrôleur,  des modules d'entrées/sorties pour l'extension des contrôleurs par des canaux d'entrées/sorties  des modules de communication pour l'extension des contrôleurs par des interfaces de communication,  des accessoires, par ex. alimentation, modules de commutation ou SIMATIC Memory Card. On peut ainsi lui citer les qualités suivantes :  un effet d'automatisation maximal pour un coût raisonnable,  simplicité de montage, de programmation et de manipulation,

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 hautement intégré, peu encombrant,  convenant pour les applications d'automatisation de petite à moyenne envergure,  convenant pour les applications fermées jusqu'ici à la logique programmée pour des raisons de coûts,  toutes les CPU utilisables en mode autonome, en réseau et dans des architectures décentralisées. Pour la réalisation de ce projet, nous avons utilisé l’automate SIMATIC S7-1200 – Unité centrale 1412C qui a les caractéristiques techniques suivantes :  14 entrées et sorties intégrées  Interface Ethernet intégrée.  Contrôleur PID de base  Horloge en temps réel intégrée  Entrées d'alarme.  Bornes détachables sur tous les modules

1.4 Pupitre TP700 Comfort Le pupitre opérateur dans le processus de travail. Le pupitre opérateur est un élément du processus technique. Pour intégrer le pupitre opérateur dans le processus, on distingue les deux phases suivantes ● Configuration ● Conduite du process Configuration Dans le cadre de la configuration, vous élaborez des interfaces utilisateur pour le contrôle commande du processus technique sur un PC de configuration avec WinCC version 11 et supérieure. La configuration comporte les points suivants : ● Création des données du projet ● Enregistrement des données du projet ● Test des données du projet ● Simulation des données du projet Après avoir compilé la configuration, vous chargez le projet sur le pupitre opérateur.

Conduite du process

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On désigne par conduite du process la communication réciproque entre le pupitre opérateur et l'automate.

Le pupitre opérateur sert au contrôle-commande du process.

Pupitre tactile TP700

Le pupitre tactile TP700 Comfort de 7" fait partie de la série HMI de Siemens pour applications exigeantes. Caractéristiques d'un pupitre Comfort :  Écran large de 16 millions de couleurs et rétroéclairage à LED  Fonctionnalités High-End complètes : archivage, scripts VB et divers visualiseurs pour l'affichage de la documentation des systèmes (p. ex. au format PDF) ou sous la forme de pages Web  Sécurité des données en cas de panne de courant  Plusieurs interfaces de communication process  Commutateur PROFINET intégré à partir de 7"  Programmation à partir de WinCC Comfort V11 (portail TIA)

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Chapitre 2 : Automatisation de l’ascenseur Notre projet consiste en l’automatisation d’un Ascenseur de quatre étages : Dans ce chapitre, on va définir dans un premier temps les différents actionneurs et capteurs utilisés avant de donner une solution d’automatisation du processus

2.1 Listes des actionneurs et des capteurs Les actionneurs et les capteurs de l’ascenseur didactique sont mentionnées dans le tableau suivant : Actionneur Moteur M : Pour la montée et la descente de la cabine.

Capteur 4 capteurs de présence-cabine : Pi signaux de contrôle émanant des capteurs équipant la cage et détectant la présence cabine à l’étage 4 capteurs porte ouverte-fermée : DP : détection porte ouverte. Ce signal est obtenu par des capteurs se trouvant sur les quatre portes. DP=1 si porte ouverte DP=0 si porte fermée. 4 capteurs d'appel d'étage : Pour les appels d’étages. Capteurs de fin de course BH : butée haute fin de course , BB : butée basse fin de course pour l’arrêt immédiat des ordres de montée et de descente dès qu’elles sont atteintes. AU : Arrêt d’urgence, consigne réalisé par Switch permettant d’inclure une mesure de sécurité.

2.2 Automatisation de l’ascenseur 2.2.1. Grafcet de l’ascenseur a- rappel de grafcet

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Le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande par Etapes et Transitions) ou SFC (Sequential Fonction Chart) est un outil graphique qui décrit les différents comportements de l'évolution d'un automatisme et établit une correspondance à caractère séquentiel et combinatoire entre :  Les entrées, c'est-à-dire les transferts d'informations de la Partie Opérative vers la Partie Commande,  Les sorties, transferts d'informations de la Partie Commande vers la Partie Opérative. Le modèle GRAFCET est défini par un ensemble constitué d’éléments graphiques de base :  des étapes associées à des actions.  des transitions associées à des réceptivités.  des liaisons orientées reliant étapes et transitions Pour l’automatisation de notre ascenseur, sera programmé pour qu’il démarre en mode Automatique ; le mode manuel sera effectué appuyant sur le bouton poussoir MAN ; et pour le retour en mode Automatique il faut appuyer sur le bouton poussoir Auto. On a utilisé le programme QElectroTech pour la conception des grafcets.

b- Le Grafcet Mode Automatique :

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c- Le grafcet Mode Manuel :

d- grafcet de mémorisation des appels

Avec : Ai = A1,A2,A3,A4 Pi = P1,P2,P3,P4 X = X3,X4

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AUTOMATISATION ET SUPERVISION D’UN ASCENSEUR e- les équations : MA = P1.(M1+M2+M3)+P2.(M3+M4)+P3M4 MB = P2.M1+P3.(M1+M2)+P4.(M1+M2+M3)µ PM = P2M2+P3M3+P4M4 PD = P1M1+P2M2+P3M3

2.2.2. Programme de l’API a- rappel de Langage Ladder Ladder Diagram (LD) ou Langage Ladder ou schéma à contacts est un langage graphique très populaire auprès des automaticiens pour programmer les automates programmables industriels. Il ressemble un peu aux schémas électriques, et est facilement compréhensible. Ladder est le mot anglais pour échelle. Un programme Ladder se lit de haut en bas et l'évaluation des valeurs se fait de gauche à droite. Les valeurs correspondent en fait, si on le compare à un schéma électrique, à la présence ou non d'un potentiel électrique à chaque nœud de connexion. En effet, le Ladder est basé sur le principe d’une alimentation en tension représentée par deux traits verticaux reliés horizontalement par des bobines, des contacts et des blocs fonctionnels, d'où le nom 'Ladder' (échelle). C'est un langage volontairement simple et graphique pour être compréhensible. Il a permis dans les années 1990 d'être utilisé sans lourde formation par un électricien. Il est aujourd'hui un peu dépassé. La puissance de calcul des CPU actuelles permettent de travailler directement en langage objets avec des notions de classe et d'héritage.

b- tables des variables API Tableau 1 PLC tags

Name

Data Type

Hmi Visible

Hmi Accessible

Bool

Logical Address %I0.0

P1

True

True

P2

Bool

%I0.1

True

True

P3

Bool

%I0.2

True

True

P4

Bool

%I0.3

True

True

A1

Bool

%I0.4

True

True

A2

Bool

%I0.5

True

True

A3

Bool

%I0.6

True

True

14

AUTOMATISATION ET SUPERVISION D’UN ASCENSEUR A4

Bool

%I0.7

True

True

DP

Bool

%I1.0

True

True

AU

Bool

%I1.1

True

True

ID

Bool

%I1.2

True

True

IM

Bool

%I1.3

True

True

MAN

Bool

%I1.4

True

True

AUTO

Bool

%I1.5

True

True

M

Bool

%Q0.0

True

True

D

Bool

%Q0.1

True

True

L

Bool

%Q0.2

True

True

VMAN

Bool

%Q0.5

True

True

VAUTO

Bool

%Q0.6

True

True

X1

Bool

%M0.1

True

True

X2

Bool

%M0.2

True

True

X3

Bool

%M0.3

True

True

X4

Bool

%M0.4

True

True

M1

Bool

%M0.5

True

True

M2

Bool

%M0.6

True

True

M3

Bool

%M0.7

True

True

M4

Bool

%M1.0

True

True

MA

Bool

%M1.1

True

True

MB

Bool

%M1.2

True

True

PM

Bool

%M1.3

True

True

PD

Bool

%M1.4

True

True

Mmanu

Bool

%M1.5

True

True

Mauto

Bool

%M1.6

True

True

x10

Bool

%M1.7

True

True

x11

Bool

%M2.0

True

True

e_id

Bool

%M2.1

True

True

e_im

Bool

%M2.2

True

True

e_a1

Bool

%M2.3

True

True

e_a2

Bool

%M2.4

True

True

e_a3

Bool

%M2.5

True

True

e_a4

Bool

%M2.6

True

True

e_Auto

Bool

%M2.7

True

True

e_Manu

Bool

%M3.0

True

True

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c- Liste des réseau de bloc d’organisation Main Le programme d’organisation Main est composé de 7 réseau principaux pour la programmation de l’ascenseur :

Le Main est expliqué en détail dans l’annexe.

Chapitre 3 : Supervision de l’ascenseur 3.1 Introduction La supervision est une technique industrielle de suivi et de pilotage informatique de procédés de fabrication automatisés. La supervision concerne l'acquisition de données (mesures, alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de commande des processus généralement confiés à des automates programmables. En informatique industrielle, la supervision des procédés peut être une application de surveillance, de contrôle-commande évolué, de diagnostic. La supervision de notre ascenseur est effectuer par le logiciel WinCC qui permet de créer UN ensemble de vue (écrans) dont l’interface opérateur est présentée sous forme d’un synoptique. Avant de schématiser la supervision il faut établir un tableau de variables pour faire la liaison entre l’API et l’IHM.

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3.2. Supervision de l’ascenseur 3.2.1 Tables des variables IHM C’est une table qui contient les variables de l’API utilisées dans la supervision par l’HMI, et qui représentent le type de données (bool ,int,reel…) la liaison matériel (pc avec HMI). Aussi il nous permet de choisir le mode d’accès (accès symbolique ou absolu) et modifier le temps d’acquisition.

Name

DataType

Access Method

Address

Acquisition cycle

Mmanu

Bool

Absolute access

%M1.5

100 ms

e_id

Bool

Absolute access

%M2.1

100 ms

e_im

Bool

Absolute access

%M2.2

100 ms

P4

Bool

Absolute access

%I0.3

100 ms

P2

Bool

Absolute access

%I0.1

100 ms

P3

Bool

Absolute access

%I0.2

100 ms

P1

Bool

Absolute access

%I0.0

100 ms

M1

Bool

Absolute access

%M0.5

100 ms

M2

Bool

Absolute access

%M0.6

100 ms

M3

Bool

Absolute access

%M0.7

100 ms

M4

Bool

Absolute access

%M1.0

100 ms

Mauto

Bool

Absolute access

%M1.6

100 ms

e_a1

Bool

Absolute access

%M2.3

100 ms

e_a2

Bool

Absolute access

%M2.4

100 ms

e_a3

Bool

Absolute access

%M2.5

100 ms

e_a4

Bool

Absolute access

%M2.6

100 ms

e_Manu

Bool

Absolute access

%M3.0

100 ms

e_Auto

Bool

Absolute access

%M2.7

100 ms

M

Bool

Absolute access

%Q0.0

100 ms

D

Bool

Absolute access

%Q0.1

100 ms

DP

Bool

Absolute access

%I1.0

100 ms

AU

Bool

Absolute access

%I1.1

100 ms

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3.2.2 Conception de l’écran de supervision Nous avons conçu notre système de supervision afin qu’il puisse permettre d’observer le déplacement de l’ascenseur. Nous avons imaginé une seule vue permettant d’agir dans le mode manuel et automatique. Il permet aussi de visualiser les mémorisations et de faire des appels d’étage ainsi que des graphiques qui clignotent après un arrêt d’urgence ou la détection d’une porte ouverte.

 La vue se compose de : -

Un Switch qui permet de choisir le mode automatique/manuel.

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-

-

(En glissant le Switch vers le mode automatique on désactive le mode manuel et vice-versa). Deux boutons qui permettent la montée ou la descente de l’ascenseur dans la commande manuelle. 4 boutons d’appel d’étage qui sont lié au variable (A1,A2 ,A3,A4).

4 voyants pour la mémorisation des appels d’étages. Une cabine pour la présence d’étages (P1, P2, P3, P4).si l’ascenseur est présent à un étage la cabine est présente dans cet étage. Graphique qui clignote si une porte est ouverte (DP=1). Graphique qui clignote si après arrêt d’urgence (AU=1). Graphique qui clignote indiquant le sens selon l’ordre donnée à l’ascenseur (Montée ou descente).

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Annexe

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Rapport de Projet d'Automatisation Et Supervision

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