L'automate programmable : entrées, sorties, Grafcet et mémorisation Set / Reset

L'automate : entrées et sorties

Un automate programmable industriel (API) est un petit ordinateur qui conduit une machine. Il ne fait que deux choses : lire ce qui se passe, puis commander ce qui doit bouger.

• Les entrées (repérées I, pour input) reçoivent l'information : les capteurs (fin de course, détecteur de position sur vérin) et les boutons. Quand un capteur détecte, la borne d'entrée reçoit 24 V : l'automate lit 1.
• Les sorties (repérées O ou Q, pour output) envoient les ordres. Une sortie est un contact qui se ferme et alimente un préactionneur : la bobine d'une électrovanne (qui envoie l'air dans le vérin), un relais intermédiaire, un voyant.

Un capteur se branche toujours sur une entrée. Un préactionneur se branche toujours sur une sortie. Si tu hésites, demande-toi : « est-ce que ça m'informe, ou est-ce que ça agit ? »

Sur la maquette, l'automate est un Crouzet Millenium 3 (modèle CD20). Il a des entrées TOR (tout ou rien, 24 V : 0 ou 1), et des entrées analogiques (de 0 à 10 V) dont on ne se sert pas ici. Le programme s'écrit sur PC avec le logiciel M3 Soft, qu'on relie à l'automate par un câble de programmation (le port COM se choisit dans le menu « contrôleur »).

Un exemple : câbler une petite machine

Un convoyeur amène une pièce, une cellule la détecte, un vérin la pousse dans un bac. Les capteurs vont sur les entrées, le contacteur du moteur et l'électrovanne du vérin sur les sorties. Câble-la toi-même : un fil faux est refusé, avec la raison.

Le tableau des entrées

Avant d'écrire la moindre ligne de programme, on dresse par écrit le tableau des entrées : pour chaque capteur ou bouton, son repère sur l'automate (I1, I2…) et ce qu'il détecte.

Sans schéma de câblage, on le trouve en actionnant chaque capteur à la main : la borne reçoit 24 V et le numéro d'entrée correspondant s'affiche en surbrillance sur l'écran de l'automate. On note le numéro, on passe au capteur suivant.

Repère	Ce qu'il détecte
I1	le bouton poussoir de marche
I2	bras tourné
I3	bras rentré
…	…

Ce tableau sert deux fois : à écrire le programme (on pose chaque capteur sur sa borne dans le logiciel), et plus tard à dépanner (un capteur qui ne s'affiche jamais en surbrillance, c'est un capteur ou un fil à vérifier).

Le tableau des sorties

Pour les sorties, il n'y a rien à actionner à la main : c'est l'automate qui commande. On les teste une à une avec un petit programme : on relie un bouton poussoir (une entrée) à une seule sortie, on envoie le programme, on passe l'automate en RUN (marche), on ouvre l'air comprimé et on appuie. Le mouvement qui part dit ce que commande cette sortie. On déplace ensuite la liaison sur la sortie suivante.

Deux choses à observer :

• Quel mouvement part (tourner, monter, sortir, serrer…) : c'est le nom de la sortie.
• Ce qui se passe quand on relâche le bouton. Sur la maquette, dès que la sortie retombe à 0, le relais retombe et le vérin revient tout seul dans sa position de repos. Le mouvement n'existe donc que tant que la sortie est à 1 : c'est ce qui oblige à mémoriser (voir plus bas).

Le Grafcet : étapes, transitions, réceptivités

Un Grafcet décrit un cycle automatique dans l'ordre. Il n'a que trois ingrédients :

• Une étape (un carré numéroté) : ce que fait la machine à ce moment. Quand elle est active, on exécute son action (« monter le bras »). L'étape initiale est dessinée avec un double carré : c'est là qu'on attend le départ.
• Une transition (un petit trait horizontal) : le passage d'une étape à la suivante.
• Une réceptivité : la condition écrite à côté de la transition. Elle est vraie quand un capteur détecte. « Bras en haut » = « le capteur du bras en haut vaut 1 ».

La règle est simple : on passe à l'étape suivante quand l'étape actuelle est active ET que la réceptivité est vraie. À la fin de la séquence, on reboucle vers l'étape initiale.

Chaque étape commence par une action, et se termine quand un capteur confirme que le mouvement est fini. C'est pour cela qu'on a besoin d'un capteur par position : « bras en haut », « bras tourné », « pince ouverte »…

Dans le logiciel, le départ du cycle est l'appui sur le bouton poussoir de marche : c'est la réceptivité de la première transition.

Un exemple : écrire le Grafcet de la petite machine

La machine de l'exemple du câblage est prête. Écris son Grafcet : pour chaque étape ses actions, pour chaque transition son capteur. Le test tourne sur la machine, et te dit où ça bloque.

Mémoriser un mouvement : Set et Reset

Une étape n'est active que le temps d'une étape. Or, sur la maquette, le vérin ne reste en place que tant que la sortie est à 1 (voir plus haut). Si l'on commande « monter le bras » seulement pendant l'étape 1, le bras redescend dès qu'on passe à l'étape 2.

La solution est la bascule Set / Reset, une petite mémoire :

• une impulsion sur Set : la sortie passe à 1 et y reste, même quand l'étape est terminée ;
• une impulsion sur Reset : la sortie retombe à 0.

On règle chaque mouvement ainsi : l'étape qui le commande envoie l'ordre Set, et plus tard dans le cycle, l'étape qui le défait envoie l'ordre Reset. Une bascule par mouvement.

Bonne habitude : commente chaque bloc (« bascule monter bras », « bascule ouvrir pince »). Avec une dizaine de bascules dans le même programme, c'est le seul moyen de ne pas se tromper de Set et de Reset.

Tester et chercher un défaut : le mode monitoring

Une fois le programme envoyé dans l'automate (et l'automate en RUN), le logiciel passe en monitoring : sur l'écran du PC, on voit en temps réel

• les étapes du Grafcet qui sont actives,
• l'état des entrées (les capteurs qui détectent),
• l'état des sorties et des bascules.

C'est l'outil du dépanneur : si la machine s'arrête au milieu du cycle, on regarde quelle étape est active et quelle réceptivité n'est pas vraie. Le capteur attendu ne s'allume pas ? On sait où chercher.