A/ Module DO 8x24VDC :
Figure 3.10: Module DQ 8x24VDC
1) Type et désignation du module.
2) LED pour le diagnostic.
3) Code de matrice 2D.
4) Raccordement.
5) LED pour l'état de la voie.
6) LED pour la tension d'alimentation.
7) Classe de fonction.
8) Repérage couleur type de module.
9) Version des fonctions et du firmware.
10) Code couleur permettant de sélectionner les
étiquettes de repérage couleur.
11) Type de BU.
12) Numéro d'article. [15]
3.3.3 Le Système d'irrigation :
La notion d'arrosage automatique désigne les
systèmes permettant de fournir de l'eau à
des plantes durant un certain temps sans intervention humaine.
Les étapes que nous avons suivies pour réaliser ce
projet :
- Etude de l'espace concerné par l'arrosage.
- Définition du matériel.
- Analyse du type d'automate qui convient le mieux.
- Architecturer de notre projet.
- Architecturer de programme.
36
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
Pour bien faire ce projet et le réaliser correctement,
on a demandé l'aide d'un ouvrier ayant de l'ancienneté dans le
domaine de l'irrigation au niveau de l'aéroport. Ce dernier nous a
donné toutes les informations et éclaircissements concernant les
plantes et les espaces verts devant être arrosés. Dans la solution
que nous avons retenue, les espaces devant être irrigués sont
divisés en six zones comme indiqué sur la figure suivante.
Figure 3.11 : les zones concernées par
l'arrosage
Pour la réalisation du système de commande de cette
partie, on a utilisé le matériel suivant :
1. Un disjoncteur différentiel (pour la protection des
biens).
2. Une alimentation Schneider.
3. Un automate S7 1212c DC/DC/DC.
4. Un module d'entrée/sortie 8DO 8DI.
5. Des relais (comme sortie).
6. Des fils électriques (bleu pour le neutre, marron pour
la phase, vert pour la terre).
7. Des boutons poussoirs NO (comme des entrées d'un
pupitre).
8. Un câble RJ45 (pour la communication).
9. Un répartiteur.
Figure 3.12: le matériel utilisé
pour le système d'irrigation
37
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
L'automate S7 1212c DC/DC/DC offre des caractéristiques
suffisantes pour la gestion des taches relatives à ce système
Figure 3.13: Automate S7 1212c
Module 223-1BH32-0XB0
Figure 3.14: Module
d'entrées/sorties
- Tension d'alimentation : Valeur nominale (CC) 24 V. -
Entrées TOR : Nombre d'entrées TOR 8.
- Tension d'entrée : Type de tension d'entrée
CC.
l Valeur nominale (CC) 24 V.
- Sorties TOR : Nombre de sorties TOR 8.
- Alarmes : Alarme de diagnostic Oui.
La figure suivante représente la réalisation du
système après le câblage :
38
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
Figure 3.15: le système
réalisé
3.4 Partie communication :
Un protocole de communication est une spécification de
plusieurs règles pour un type de communication particulier.
Initialement, on nommait protocole, ce qui est utilisé pour communiquer
sur une même couche d'abstraction entre deux équipements
différents. Par extension de langage, on utilise parfois ce mot, pour
désigner les règles de communication entre deux couches sur un
même équipement.
Pour notre projet, il a fallu tenir compte du problème
de la distance entre les armoires des différentes parties et la salle de
contrôle. Nous avons alors choisi d'utiliser :
Ø Un réseau industriel ETHERNET.
Ø Un Protocole de communication PROFINET.
Ø Un switch CET2-0800 Series (utilisable
pour la technologie fibre optique). 3.4.1 Le réseau
industriel Ethernet :
Ethernet est basé sur le principe d'accès au
media régit par un mécanisme de détection de collision.
Chaque station est identifiée par une clé globalement unique,
appelée adresse MAC, afin de s'assurer que tous les postes sur un
réseau Ethernet aient des adresses distinctes. Cette technologie connue
sous le nom de (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Détection de porteuse avec accès multiples et détection de
collision ou CSMA/CD garantit qu'une seule station à la fois transmet un
message sur le media. Les évolutions successives d'Ethernet ont
donné naissance au standard IEEE 802.3, Il définit seulement les
caractéristiques des couches physiques, la façon dont les
informations accèdent au réseau (ainsi que la trame de
donnée doivent être définies par des couches
complémentaires).
L'Ethernet industriel dispose également de
sérieux atouts en comparaison avec les autres technologies de
réseau industriel :
39
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
? 1) L'Ethernet industriel se base sur des vitesses allant de
100Mb/s jusqu'à 10Gb/s. Un atout pour les applications exigeantes en
temps de réponse.
? 2) Avec Ethernet, le média n'est pas partagé,
une anomalie n'affectera que la station concernée par le lien. Les
technologies comme RSTP, HSP/PRP, ou comme le TURBO RING de MOXA ou le
X-RING d'Advantech permettent d'assurer le fonctionnement même
après la coupure d'une connexion.
? 3) Ethernet s'avère plus robuste qu'un bus de
terrain par rapport aux perturbations électromagnétiques, et
répondent entièrement à ces problématiques.
? 4) Grâce à Ethernet, il est possible de
connecter sur un même réseau par exemple des stations PROFINET et
MODBUS-TCP.
? 5) La technologie Ethernet permet d'accéder beaucoup
plus facilement à l'appareil même à distance, que s'il se
trouvait sur un bus série. [16]
3.4.2 Le protocole de communication PROFINET :
PROFINET (Process Field Network) est une norme de
communication basée sur Ethernet industriel offrant une vaste gamme
d'applications. Le bus de terrain qui utilise le protocole TCP/IP et les normes
de technologie de l'information, permet un traitement en temps réel et
l'intégration de systèmes de bus de terrain. PROFINET a
été développé par Siemens et les entreprises
membres de l'organisation d'utilisateurs de PROFIBUS (PNO) et est
utilisé en association avec les systèmes de commande Siemens.
Il permet une automatisation en temps réel ainsi qu'une
intégration informatique avec un seul système. L'architecture
ouverte de PROFINET permet en outre une intégration simple et fluide des
solutions de bus de terrain établies, par exemple en utilisant des
proxys ou des passerelles. De plus, PROFINET offre des concepts de diagnostic
intelligents pour les appareils de terrain et les réseaux.
Grâce à la structure modulaire, les utilisateurs
peuvent sélectionner de manière parfaitement individuelle un pack
PROFINET (profil d'application) adapté et l'implémenter dans leur
installation.
Pour l'échange de données entre les participants
du réseau, PROFINET prend en charge le principe du Provider
(émetteur) et du Consumer (destinataire). Cela signifie qu'aussi bien le
contrôleur que l'appareil de terrain (IO-Device) transmettent
automatiquement les données cycliques par eux-mêmes dès
qu'ils doivent le faire en raison d'un défaut ou d'une requête. Il
existe en outre la possibilité d'une requête programmée,
c'est-à-dire que les données soient envoyées
automatiquement. Afin de respecter les exigences élevées en temps
réel, la
40
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
communication avec PROFINET est évolutive grâce
à trois niveaux de performance dont chacun est basé sur le
précédent :
? La transmission de données d'ingénierie et non
sensibles à la latence s'effectue via TCP/IP. Cette communication
standard est possible entre tous les automates.
? Pour la transmission de données de process, le canal
temps réel (RT) est disponible. ? Pour les applications
synchronisées telles que la commande de mouvement (Motion
Control), on utilise la communication temps réel
isochrone (IRT) qui permet une
meilleure précision.
Enfin, PROFINET offre une topologie de réseau flexible
afin d'apporter une réponse optimale aux exigences en matière
d'étendue géographique et de disponibilité et s'adapte
ainsi aisément aux spécificités des installations.
À cet effet, le protocole prend en charge :
? La topologie en ligne ou en bus qui relie principalement les
équipements terminaux aux commutateurs intégrés sur le
terrain
? La topologie en étoile avec un commutateur central,
principalement installée en armoire ? La topologie en anneau,
principalement pour la réalisation de la redondance des médias ?
La topologie en arbre mélangeant les topologies ci-dessus.
Figure 3.16: Structure représentative
du Protocole PROFINET
L'interconnexion d'appareils PROFINET dans des installations
industrielles est possible par manières différentes.
? Sur fil : via un conducteur électrique ou via un
câble à fibres optiques
? Sans fil via l'interface sans fil par ondes
électromagnétiques
Pour une connexion électrique, une longueur maximale de
100 m entre deux appareils est admissible par contre lorsque la distance entre
l'automate et ses équipements est supérieure à cette
distance une connexion optique est recommandée. [16]
41
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
Pour recréer les signaux reçus et les distribuer
on utilise un commutateur. Il apprend l'adresse Ethernet d'un appareil PROFINET
connecté ou d'un autre commutateur et transmet les signaux qui sont
destinés à l'appareil PROFINET ou au commutateur. Il existe un
switch qui s'appelle `CET2-0800 Series' qui ne coûte pas
cher et qui est très utile pour les industries.
3.4.3 Leonton CET2-0800 Series :
Commutateur Ethernet industriel à 8 ports avec les
caractéristiques suivantes :
? Ethernet rapide 10/100Base-T(X) à 8 ports.
? Conception d'entrée d'alimentation redondante,
12-48VDC
? Conception de boîtier métallique robuste IP30
? Plage de température de fonctionnement, STD : -10°C
~ 65°C, EOT : -40°C ~ 75°C
? Normes Ethernet : IEEE 802.3 10Base-T
l IEEE 802.3u 100Base-TX Fast Ethernet.
? Type de traitement : Store and Forward.
? Protocole : CSMA/CD.
? Mémoire Tampon : 448Kbits.
? RJ45 Ports : 8*10/100 Base-T(X).
? Contact relais : 24 VDC, 1A résistif.
Figure 3.17: Leonton CET2-0800
42
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
3.5 Les logiciels :
3.5.1 SIMATIC TIAPORTAL V16 :
TIAPORTAL est l'un des logiciels de programmation
évolués qui permet de programmer des automates Siemens. Cette
plate-forme regroupe différents dispositifs de programmation : SIMATIC
STEP 7, SIMATIC WinCC, SINAMICS Startdrive, SIMOCODE ES.
Outre les fonctionnalités de travail collaboratif, TIA
Portal V16 intègre une nouvelle interface de contrôle pour les
systèmes de contrôle de version externes tels que GIT, SVN
et TFS.
Une autre innovation est la fonctionnalité
dénommée TIA Portal Test Suite. Celle-ci permet la
création et la vérification automatisées du respect des
instructions de programmation, appelées Styleguide Check.
Il est également possible de générer et de
réaliser des tests de programme avec le contrôleur virtuel
S7-PLCSIM Advanced. Cela permet ainsi de réduire les temps
d'ingénierie et de mise en service tout en améliorant la
qualité du programme.
Avec TIAPortal V16, tous les automates Simatic S7-1200 sont
équipés des fonctionnalités du serveur OPC UA.
Les communications entre contrôleurs Siemens sont
désormais facilitées grâce au standard OPC UA, et il est
possible de créer une interface de serveur OPC UA. Aussi la
remontée de variables issues des données de production est
désormais plus fluide. [17]
Figure 3.18: Tia Portal V16.
3.5.2 SIMATIC WinCC:
SIMATIC WinCC est un logiciel de contrôle et
d'acquisition de données (SCADA) ainsi qu'une interface homme-machine
développé par Siemens. Les SCADA sont particulièrement
utilisés dans la surveillance des processus industriels et des
infrastructures.
43
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
SIMATIC WinCC flexible est le fruit d'un perfectionnement
systématique des logiciels d'interface homme-machine.
Le WinCC offre, pour les applications au niveau machine (couvert
jusqu'à présent par la famille ProTool), un considérable
gain d'efficacité dans la configuration ainsi que des concepts
d'automatisation innovateurs. Il permet entre autres de :
? Réaliser des concepts d'HMI et d'automatisation
innovants dans le cadre de réseaux TCP/IP et Web.
? Accroître la disponibilité des machines et
installations par de nouveaux concepts de maintenance.
? Accéder facilement, en toute sécurité aux
données de process à partir de n'importe quel endroit.
Caractéristiques techniques :
? Intégration dans les automates programmables.
? Editeurs de tableau.
? Gestion de données orientée objet avec
possibilités d'édition et de recherche
? Bibliothèques d'objets de configuration
prédéfinis ou confectionnés par l'utilisateur.
? Prise en charge linguistique.
? Visual Basic Script Support.
? Runtime.
? Test et assistance à la mise en service.
? Communication ouverte entre systèmes HMI et
systèmes de niveau supérieur.
Avantages :
? La cohérence du logiciel de configuration assure une
réduction des coûts de formation,
de maintenance et d'entretien tout en étant une garantie
d'évolutivité du produit
? Minimisation des coûts d'ingénierie
? Outils intelligents pour une configuration simple et
efficace.
? Prise en charge exhaustive de configurations multilingues pour
une mise en oeuvre
globale
? Rapport performances/prix optimisé
? Fonctionnalité de runtime flexible grâce à
des scripts Visual Basic
? Des concepts de maintenance innovateurs avec commande à
distance, le diagnostic,
l'administration via intranet/Internet et la communication par
courrier électronique
améliorent la disponibilité
44
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
? Prise en charge de solutions d'automatisation
distribuées simples sur la base de réseaux TCP/IP au niveau
machine [18]
Figure 3.19: Exemple de réalisation
d'une HMI
WinCC (TIA Portal) est un logiciel d'ingénierie pour la
configuration de SIMATIC Panels, de PC industriels SIMATIC et de PC standard
avec le logiciel de visualisation WinCC Runtime Advanced ou avec le
système SCADA WinCC Runtime Professional. WinCC est disponible en quatre
versions, selon les systèmes de conduite configurables :
Ø WinCC Basic.
Ø WinCC Comfort
Ø WinCC Advanced
Ø WinCC Professional
Pour notre projet et pour la surveillance et la supervision de
notre système, nous avons utilisé un système basé
sur PC standard avec le logiciel de visualisation WinCC Runtime Advanced.
3.5.3 SIMATIC STEP 7
A) Fonctionnalités :
STEP 7 Professional fédère toutes les fonctions
requises pour concevoir, configurer, programmer, tester, mettre en service et
maintenir les systèmes d'automatisation. Il permet de concrétiser
tous les atouts du concept "Totally Integrated Automation" :
? Interface utilisateur orientée objet,
commune à tous les outils logiciels SIMATIC Industriel Software
? Base de données unique des projets
garantissant la cohérence des applications même complexes
? Cohérence des réseaux de
communication entre les composants d'une application
45
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
STEP 7 Professional intègre en particulier les outils
suivants :
? Interface utilisateur SIMATIC Manager commune à tous les
outils logiciels intégrés et
optionnels
? Tous les langages de programmation pour automates programmables
définis dans le
standard CEI 61131-3 : schémas contact, logigrammes,
listes d'instructions, graphes
séquentiels (S7-GRAPH) et langages structuré
(S7-SCL)
? Le logiciel de simulation automate S7-PLCSIM pour la mise au
point de programmes
sans disposer d'automates cible
? Outil configuration graphique des composants matériels
et des réseaux de
communication
STEP 7 Professional comporte de nombreuses fonctions
évoluées comme par exemple :
? Programmation structurée, avec des blocs fonctions
paramétrables et instanciables
? Vérification globale de la cohérence d'un
programme
? Gestion multilingue de projet
? Interfaces d'import/export de code source des programmes, de la
liste des noms
symboliques de variables, de configurations matérielles
? Modèle objet STEP 7 pour réalisation de scripts
destinés à "automatiser le travail de
l'automaticien» [18].
B) Avantages :
STEP 7 Professional permet d'obtenir des gains de
productivité importants de l'ingénierie
durant toutes les phases d'un projet d'automatisation :
? Configuration plus rapide des systèmes grâce
à des outils de configuration graphiques
des composants et des réseaux
? Programmation plus efficace grâce à la
possibilité de combiner dans des projets
structurés, orientés objet, tous les langages de
programmation standard selon CEI 61131-
3
? Phases de test plus courtes grâce aux outils de
simulation et de mise au point intégrés
? Temps d'arrêts fortement réduits grâce
à des moyens puissants de diagnostic de pannes
et de maintenance à distance
46
Chapitre 3 : Description de la plateforme de
développement
3.5.4 EPLAN Electric P8 :
EPLAN Electric P8 est un système d'ingénierie
intégré et rapide qui permet de planifier et de concevoir des
plans d'ingénierie électrique pour les machines et les
installations. Le logiciel prend en charge une grande variété de
méthodes d'ingénierie ; de la création manuelle aux
approches standardisées et basées sur des modèles.
Les données du projet, une fois entrées dans le
schéma, deviennent la base de l'achèvement automatisé de
la documentation des machines et des systèmes d'installation.
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