Hh Grafcet Schema Elt

Automatismes logiques

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-MONOGRAPHIEORIENTATIONS POUR LA CONCEPTION A PARTIR DU GRAFCET DU SCHEMA ELECTRIQUE DE COMMANDE D’UN SYSTEME AUTOMATISE Document non encore publié, destiné aux étudiants d’électronique, d’automatique ou de génie climatique. Ce document énonce quelques règles de base permettant d’établir de manière systématique à partir du grafcet, le schéma électrique de commande d’un système automatisé en technologie électrique, électromécanique ou électropneumatique.

Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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ORIENTATIONS POUR LA CONCEPTION DU SCHEMA ELECTRIQUE DE COMMANDE D’UN SYSTEME AUTOMATISE

Les règles à observer dans la conception des installations électriques basse tension (jusqu’à 1000V en alternatif et 1500V en continu) sont définies par des normes (exemple NFC 15-100). Tous les équipements de force motrice sont construits sur le modèle fonctionnel suivant : DISTRIBUTION ELECTRIQUE B.T.

ISOLEMENT DE L’INSTALLATION : Fonction SECTIONNEMENT

Figure 1 : modèle fonctionnel d’une installation électrique

ALIMENTATION PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS

PREACTIONNEUR : Fonction COMMUTATION

• •

PROTECTION CONTRE LES SURINTENSITES LES SURCHARGES

PROTECTION CONTRE LES COURTS-CIRCUITS et éventuellement contre LES SURCHARGES

LOGIQUE DE COMMANDE : • MANUELLE • SEMI-AUTOMATIQUE • AUTOMATIQUE

ACTIONNEUR ( MOTEUR )

PARTIE OPERATIVE (machine entraînée) CIRCUIT DE PUISSANCE

CIRCUIT DE COMMANDE

Dans une installation électrique on rencontre deux parties (cf figure1) qui sont étudiées et câblées séparément: une partie puissance ou opérative, et une partie commande. Il s’agit ici de donner des indications sur la manière de réaliser les schémas électriques de ces deux parties et d’établir l’interconnexion entre elles. Nous distinguerons sur le plan fonctionnel trois parties distinctes : le schéma du circuit de puissance et son alimentation, le schéma du circuit de commande scindé en deux : l’alimentation avec les sécurités de fonctionnement, et enfin le schéma de commande proprement dit qui sera dérivé directement du grafcet. Remarque : Pour tenir compte du fait que les étudiants d’électronique ou d’automatique ou de génie climatique n’ont pas l’expérience nécessaire des schémas électriques de puissance (contrairement à ceux d’électrotechnique), nous rappellerons quelques règles de base pour faire le schéma des deux premières parties, bien que l’objet de ce document (qui est une application du grafcet) ne concerne théoriquement que la troisième partie. Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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-1- CIRCUIT DE PUISSANCE Conformément aux règles à observer dans la conception des installations électriques basse tension (cf. figure 1), on doit disposer dans l’ordre dans le schéma de puissance les fonctions suivantes : Fonctions communes à tous les actionneurs Alimentation : les bornes d’alimentation de la partie puissance. Sectionnement : les contacts principaux du sectionneur éventuel. Protection contre les courts circuits : les contacts du disjoncteur ou du relais magnétique (insérés dans le disjoncteur) ou les cartouches fusibles de type aM (accompagnement moteur) insérées dans les contacts du sectionneur. Fonctions spécifiques à chaque actionneur Commutation : pour chaque actionneur les contacts principaux du préactionneur (qui est le plus souvent un contacteur dans le cas du moteur). Protection contre les surcharges : pour chaque actionneur nécessitant ce type de protection, les contacts principaux de l’organe de protection (relais thermique pour le moteur); Actionneur : les différentes bornes de l’actionneur (bornes des enroulements pour le moteur). Si l’on dispose de plusieurs actionneurs, les fonctions spécifiques à chaque actionneur forment un groupe, et les différents groupes sont disposés en parallèle. -2- ALIMENTATION ET SECURITES DE LA PARTIE COMMANDE Comme le grafcet ne décrit que le fonctionnement de la logique de commande, il faut par conséquent prévoir séparément l’alimentation de cette dernière et les sécurités de fonctionnement. Conformément au schéma donné en [HAM1], on rencontre en général, dans le circuit de la partie commande, les quatre fonctions suivantes disposées en série (et dans cet ordre de préférence) : (1) alimentation, (2) sécurités de fonctionnement, (3) alimentation très basse tension éventuelle, (4) commande des actionneurs. De la même manière que pour le circuit de puissance, on peut les regrouper en fonctions communes à tous les actionneurs et d’autres spécifiques à chaque actionneur. Fonctions communes à tous les actionneurs 1.1- Les lignes d’alimentation (en monophasé ou triphasé), prélevées soit après le sectionneur du circuit de puissance, soit avant (ce qui est le cas le plus courant et que nous considèrerons ici); 1.2- Les contacts de pré coupure (cf référence 2) du sectionneur éventuel du circuit de puissance; 2.1- Les contacts du disjoncteur contrôle (ou un fusible de type aM par phase) de protection contre les courts-circuits, (ceci dans le cas où l’alimentation est prélevée avant le sectionneur. Dans le cas contraire cette protection est inutile); 2.2- Le bouton d’arrêt d’urgence éventuel (fermé à l’état de repos); 3- Dans le cas d’une alimentation en très basse tension, le transformateur suivi d’un fusible de type gG de protection du secondaire contre les surcharges;

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Fonctions spécifiques à chaque actionneur 4.1- Le contact auxiliaire 95-96 (fermé à l’état de repos) du relais thermique éventuel de protection du circuit de puissance (ce contact a pour rôle d’ouvrir le circuit de commande en cas de surcharge dans le circuit de puissance); 4.2- Le contact fermé à l’état de repos du bouton d’arrêt éventuel (dans le cas d’une commande semi-automatique); 4.3- Le contact ouvert à l’état de repos du bouton de marche éventuel (dans le cas d’une commande semi-automatique); Comme il s’agit de contacts assurant des fonctions spécifiques à chaque actionneur, on recommande de les intégrer directement dans les circuits de commande propres aux actionneurs, dérivés du grafcet. En effet, - si on veut les considérer comme réceptivités d’activation et de désactivation (cf règle 5), ils seront alors pris en compte dans le circuit de commande de l’actionneur correspondant, - si on est dans le cas de la présence de plusieurs actionneurs dans le circuit de puissance, les fonctions 4.1, 4.2 et 4.3, qui sont spécifiques à chaque actionneur, doivent alors obligatoirement être insérées en tête du circuit de commande propre à chaque actionneur. -3- TRADUCTION DU GRAFCET EN SCHEMA ELECTRIQUE DE COMMANDE Dans la représentation du circuit de commande, on doit faire ressortir ses entrées-sorties, c'est-à-dire les capteurs et les actionneurs. Par conséquent à la suite du schéma précédent d’alimentation de la partie commande, on dispose en parallèle : - les différentes signalisations et alarmes ; - les différents capteurs présents dans la partie opérative. En effet quand ces derniers ne sont pas un simple contact tout ou rien pris automatiquement en compte dans le schéma de commande des actionneurs, ils nécessitent une alimentation et un circuit spécifique ; - les circuits des organes de commande des différents actionneurs ; Le câblage de ces derniers est obtenu à partir du grafcet en observant un ensemble de règles pour la traduction d’une étape de grafcet et ses actions associées, en circuit d’alimentation de l’organe de commande de chaque actionneur présent dans l’étape, en tenant compte des réceptivités d’activation et de désactivation [HAM2]. Par extension tout le grafcet sera ensuite traduit en un schéma électrique de commande de l’automatisme. Comme d’une part on regroupe, pour chaque actionneur, toutes les conditions d’activation ou de désactivation d’une action, indépendamment du moment où cette action a lieu, et que d’autre part on met en parallèle les schémas de commande de tous les actionneurs, par conséquent la structure séquentielle du grafcet disparaît totalement sur ce schéma (la notion d’étape disparaît et seule demeure la notion d’action qui peut être commune à plusieurs étapes). Règle 1 : A chaque action ou actionneur (moteur, vérin, électrovanne, résistance de chauffage, voyant de signalisation, etc…) figurant dans une étape de grafcet, on fait correspondre sur le schéma l’organe de commande (le plus souvent une bobine) du pré actionneur correspondant (contacteur, distributeur, relais, etc…). En général on utilise le même nom de variable secondaire [HAM2] comme symbole pour l’actionneur et le pré actionneur. Règle 2 : Pour chaque action, il faut d’abord identifier les contacts des capteurs permettant d’alimenter (activation) ou de couper l’alimentation (désactivation) de l’organe de commande du pré actionneur correspondant. Ces contacts correspondent aux variables présentes dans les réceptivités d’activation et de désactivation de l’étape (donc la mise en marche et l’arrêt de l’action).

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Règle 3 : En règle générale quand un contact provoque l’alimentation d’un dispositif, on utilise un contact ouvert au repos noté k. Par contre s’il provoque son arrêt, on utilise un contact fermé au repos qu’on notera k. Par exemple si un contact fin de course électromécanique k provoque l’arrêt d’un moteur, on prendra donc un contact fermé au repos qu’on appellera k. Ainsi pendant la marche du moteur, ce contact est fermé et la bobine du contacteur de commande est alimentée. Dès qu’on appuie sur le contact, ce dernier s’ouvre et on détecte k, ce qui provoque l’ouverture du circuit d’alimentation du contacteur et par voie de conséquence l’arrêt du moteur. Règle 4 : Si on utilise des contacts ouverts au repos, le produit ou la somme logique dans une expression se traduisent respectivement par une mise en série ou une mise en parallèle de ces contacts. Si on utilise des contacts fermés au repos, c’est l’inverse. Règle 5 : Bien que souvent absents sur le grafcet, on recommande d’utiliser les contacts suivants soit comme conditions sur l’action associée à l’étape (dans le cas de la présence de plusieurs actionneurs dans le circuit électrique de puissance), soit comme réceptivités de désactivation ou d’activation d’étape (dans le cas d’un seul actionneur): - Le contact auxiliaire 95-96 fermé à l’état de repos du relais thermique éventuel (de protection du circuit de puissance contre les surcharges) peut être considéré comme une réceptivité de désactivation ; - Le contact auxiliaire 97-98 ouvert à l’état de repos du relais thermique éventuel (de protection du circuit de puissance contre les surcharges) peut être considéré comme une réceptivité d’activation ; - Le bouton de mise en marche éventuel (cas de la commande semi-automatique) peut être considéré comme une réceptivité d’activation. - Le bouton d’arrêt éventuel (cas de la commande semi-automatique) peut être considéré comme une réceptivité de désactivation. Règle 6 : Dans le cas où le pré actionneur est un contacteur, et que l’on utilise un signal fugitif non mémorisé (produit par une cellule photoélectrique ou un relais monostable ou un bouton poussoir) pour activer l’action, il faut rajouter un contact d’auto alimentation qui sera considéré comme une réceptivité d’activation. Ce dernier sera par conséquent placé en parallèle sur le capteur produisant le signal. Règle7 : Si un actionneur apparaît comme condition sur une autre action ou comme réceptivité d’activation ou de désactivation d’une étape, on utilisera des contacts auxiliaires issus soit du contacteur soit du relais associé à l’actionneur. Règle 8 : Conformément à la règle 4, les différentes réceptivités d’activation d’un pré actionneur sont mises en parallèle. Il en est de même pour les réceptivités de désactivation. Règle 9 : Pour chaque actionneur, on place en série à la suite du schéma d’alimentation de la partie commande, et dans l’ordre : les contacts correspondant aux réceptivités d’activation, les contacts des réceptivités de désactivation, les contacts éventuels issus du couplage électrique, et enfin l’organe de commande du préactionneur (bobine pour un relais ou un contacteur ou un électrodistributeur). Règle 10 : On ferme enfin le circuit électrique de commande sur une phase ou sur le neutre, par le biais du deuxième contact de pré coupure du sectionneur (référencé 23-24), placé à gauche du schéma de commande. Références Référence 1 : norme française NFC 15-100. [HAM1] H.HAMDI Automatismes logiques volume 3, « commande d’automatismes électriques », chap 6.1- édit UMC 2003 (Université Mentouri Constantine). [HAM2] H.HAMDI Automatismes logiques volume 1, « modélisation et commande - cours », chap 2 « théorie du grafcet »- édit UMC 1999.

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-4- PREMIER EXEMPLE D’APPLICATION : commande d'un moteur de ventilateur Un moteur de ventilateur est utilisé en catégorie AC3 (dans un tunnel routier par exemple), et a une puissance normalisée de 5.5 kw sous 380v. Un transformateur portant sur sa plaque les indications 220V/24V, 40VA, alimente le circuit de commande. Un voyant (lampe) de signalisation H1 indique la mise sous tension, et un voyant H2 indique la marche du moteur. 1- Donner la nature du matériel de protection et de commande utilisé. 2- Donner les schémas électriques de puissance et de commande. 3- Calibrer les composants et faire un choix dans le catalogue-constructeur. -4-1- Matériel de protection et de commande -1-a- Isolement Utilisation d'un sectionneur Q à 3 pôles (pour le circuit de puissance) et 2 contacts pour le circuit de commande (alimentation du transformateur). -1-b- Protection contre les courts-circuits * Circuit de puissance: trois cartouches fusibles F1 de type aM à intégrer dans le sectionneur. * Circuit de commande: une cartouche fusible F 3 (type aM) à l'entrée du transformateur pour protéger le primaire. -1-c- Protection contre les surcharges * Circuit de puissance: un relais thermique F2 à quatre contacts fermés au repos: 3 pôles pour le circuit de puissance, et un contact pour le circuit de commande. * Circuit de commande: une cartouche fusible F4 de type gG pour la protection du secondaire du transformateur. -1-d- Commutation Moteur à un sens de marche, donc utilisation d’un contacteur à 5 contacts à fermeture (contacts ouverts au repos): - 3 contacts pour le circuit de puissance (sorties numéros 2,4 et 6); - 1 contact d'auto alimentation pour la bobine du circuit de commande (sortie numéro 14); - 1 contact pour les voyants de visualisation marche (sortie numéro 54). -1-e- Marche et arrêt * Marche: un bouton poussoir ouvert au repos S2 * Arrêt: un bouton poussoir fermé au repos S1 -4-2- Grafcet de description de la commande -2-a- Tableau des variables d’entrée sortie Variable S1 S2 Q F2 F3 F4 KM1 H1 H2

Type Signification Entrée Bouton poussoir d’arrêt Entrée Bouton poussoir de mise en marche Entrée Sectionneur avec cartouches fusibles F1 Entrée Relais thermique de protection contre les surcharges Entrée Fusible de protection contre les courts circuits Entrée Fusible de protection contre les surcharges Sortie Sortie Sortie

Contacteur de commande Voyant de signalisation alimentation Voyant de signalisation marche moteur

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-2-b-Grafcet 1 Q.F3.F4.= CI Conditions initiales H1

2

KM1

S2 KM1

3

H2

S1

Comme on utilise un bouton poussoir pour alimenter le moteur, par conséquent on se sert du contact d’auto alimentation 13-14 de KM1 comme réceptivité d’activation. (cf. règle n°6), alors le grafcet précédent devient :

1 Q.F3.F4.= CI Conditions initiales H1

2 S2

KM1

3’

KM1(13-14) KM1

3

H2

S1

Remarque Comme il s’agit d’un simple grafcet de commande, on ne voit sur le graphe ni la partie alimentation, ni la sécurité de fonctionnement (fusibles, relais…). Il serait utile d’étudier s’il est possible de transformer l’alimentation et la sécurité de la partie commande en un grafcet de sûreté.

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-4-3- Traduction du grafcet en schémas -3-a-Circuit de puissance -3-a-1- Fonctions communes à tous les actionneurs * Alimentation: on a un circuit triphasé, on aura donc les bornes des 3 phases L1, L2, L3. * Sectionnement : les 3 contacts principaux du sectionneur. Les contacts auxiliaires seront représentés dans la partie commande. * Protection contre les courts circuits : les 3 cartouches fusibles de type aM seront insérées dans les contacts du sectionneur. -3-a-2- Fonctions spécifiques à chaque actionneur Nous avons 3 actions : un moteur, un voyant de mise sous tension H1, un voyant de marche du moteur H2. Seul le moteur nécessite de la puissance et sera par conséquent représenté dans le schéma de la partie puissance. * Commutation : On représente les 3 contacts principaux du contacteur noté KM1. Les contacts auxiliaires seront représentés dans la partie commande. * Protection contre les surcharges : les contacts principaux du relais thermique sont directement reliés d’une part au contacteur et d’autre part aux enroulements du moteur. Les contacts auxiliaires seront représentés dans la partie commande. * Actionneur : les différentes bornes de l’actionneur (bornes u, v et w des enroulements pour le moteur). Toutes les fonctions de cette partie puissance seront représentées en série. -3-b-Alimentation et sécurités du circuit de commande A la sortie des contacts de pré coupure du sectionneur, on place la protection contre les courts-circuits (fusible F3) avant le transformateur 24V, et la protection contre les surcharges (fusible F4) après le transformateur. Ensuite on met le contact auxiliaire fermé au repos (95-96), issu du relais thermique, qui permet d’ouvrir le circuit de commande en cas de «surchauffe » du moteur. Les boutons poussoirs marche (S2 ouvert au repos) et arrêt (S1 fermé au repos) seront de préférence placés dans le circuit de commande correspondant à la traduction du grafcet, comme réceptivités d’activation et de désactivation. -3-c- Traduction du grafcet en schéma de commande -3-c-1- Etape 2 * Signalisation : colonne d’alimentation de la lampe H1 ** Commande de H1 Ce voyant indique la mise sous tension. S’il indique la mise sous tension du circuit de puissance, il s’allumera si le sectionneur est fermé. Il sera donc directement alimenté par la sortie des contacts de pré coupure du sectionneur, qui sont ouverts au repos. Par contre s’il indique la mise sous tension du circuit de commande, il s’allumera si le sectionneur est fermé, et si les fusibles de protection F3 et F4 ne sont pas coupés, et si le fusible F2 n’est pas ouvert. Par conséquent il sera alimenté par la mise en série des contacts de pré coupure, des fusibles F3, F4 et F2. C’est ce dernier cas (commande du voyant par la sortie normale de l’alimentation du circuit commande) qui a été pris en compte sur le grafcet et qui sera par conséquent câblé. Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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** Arrêt de H1 Il s’effectue par la mise en série des contacts et fusibles précédents. Dès que l’un d’eux est ouvert, le circuit d’alimentation de la lampe s’ouvre et la lampe n’est plus alimentée. -3-c-2- Etapes 3’ et 3 * Colonnes d’alimentation de la bobine du contacteur Conformément à la règle n°9 on place en série dans l’ordre : les réceptivités d’activation, les réceptivités de désactivation, et éventuellement les contacts dus à un couplage, et enfin la bobine du contacteur. ** Commande de KM1 La bobine du contacteur KM1 est commandée soit par appui sur le bouton de marche S2, soit par le contact d’auto alimentation 13-14 du contacteur. Par conséquent ces deux possibilités de commande seront mises en parallèle. ** Arrêt de KM1 Comme la bobine KM1 n’est désactivée que par le bouton d’arrêt S1, ce contact S1 (fermé au repos en vertu de la règle numéro 3) doit être rajouté en série avec la partie commande précédente (règle 9). Si on détecte S1, le circuit s’ouvre et la bobine KM1 n’est plus alimentée, ce qui arrête le moteur. * Signalisation : colonne d’alimentation de la lampe H2 La lampe H2 n’est allumée que quand le moteur est en marche. On utilise donc un contact auxiliaire du contacteur de marche KM1 pour alimenter cette lampe.

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-4-4- Schéma électrique

L1

L2 1

L3 3

N 5 13

23

14

24

F1 Q

2

4

6

F3

KM1

1 2

3 4

5 6

F4 95

F2

F2 96 19 S1 20 17 M 3∼

13 KM11 14

S2 18 B

53 KM13 54 H2

H1

KM1 A C1 C2 KM1 13-14 C2 53-54 C3 Circuit de puissance

C3

C4

Circuit de commande

Figure 4.4 - Schéma de l'installation électrique Remarque Pour le voyant marche H2, une autre façon de procéder pour économiser un contact, consiste à le brancher aux bornes de la bobine. Mais comme le circuit est inductif (bobine) la surtension qui se produit au moment de la coupure va détériorer la lampe. L'utilisation d'un voyant équipé d'un transformateur ou d'une lampe au néon évite cet inconvénient. Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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-5- DEUXIEME EXEMPLE D’APPLICATION: commande d’une porte de garage Considérons l'automatisme de gestion de l'entrée d'un parking d'immeuble décrit par la figure (la barrière est en fait un rideau métallique en accordéon). Deux barrages optiques "e" et "s" contrôlent les accès à l’entrée ( e ) et à la sortie ( s ). L’ouverture se fait soit après détection par la barrière optique ( e ) qu’un véhicule veut entrer en plus de la validation ( v ) du code confidentiel tapé au clavier par le conducteur entrant; soit après détection par la barrière optique ( s ) qu’un véhicule veut sortir en plus de l’appui sur un bouton (bs) par le conducteur sortant . Une fois que la barrière est en position fin de course levée, la fermeture se fait au bout de 3 secondes. Pendant la descente de la barrière, si on détecte qu’un véhicule veut sortir ( s ) ou veut entrer ( e ), la barrière se relève automatiquement. La barrière est actionnée par un moteur à deux sens de marche, commandé par deux contacteurs : MM (montée) et MD (descente). Les fins de courses sont détectées par 2 contacts : bl (barrière levée) et bb (barrière baissée). Une lampe L indique la descente de la barrière. Le moteur alimenté en 380 V possède sur sa plaque signalétique les indications suivantes: 220/380 V ; puissance = 0,75 kW; cosϕ = 0,5. La partie commande est alimentée par le biais d’un transformateur marqué 220V/24V- 44VA. Question: Donner les schémas de puissance et de commande. SORTIE

Bouton Moteur

Barrage Optique"s"

bs BARRIERE Clavier

" v"

SORTIE

Barrage Optique"e"

ENTREE

Schéma de principe de l'installation -5-1-Remarques Faisons certaines remarques préliminaires sur des aspects « d’électrotechnique » qui peuvent influer la conception de l’installation. Sur la plaque signalétique la petite tension est de 220V. Elle est différente de la tension du réseau (380 V). Par conséquent on ne peut pas utiliser le couplage triangle. On doit donc utiliser le couplage étoile pour les enroulements du stator. La puissance est faible (0.75KW), donc on peut utiliser un démarrage direct. Sinon on peut utiliser le démarrage avec résistances au stator (s'il s'agit d'un moteur à cage), ou le démarrage avec résistances au rotor (s'il s'agit d'un moteur à bagues, donc à rotor bobiné). Sur les schémas de commande et de puissance, on choisira de représenter le démarrage direct.

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5-2- Grafcet de description de la commande Comme le cahier de charges est très explicite, on peut directement établir le grafcet. -2-a-Tableau des variables d’entrée sortie Variable

Type

Signification

V S E Bs Bb Bl Ft

Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée

Variable de validation du code tapé au clavier Cellule photoélectrique de sortie Cellule photoélectrique d’entrée Bouton poussoir interne de sortie du garage Détecteur fin de course barrière baissée Détecteur fin de course barrière levée Fin de temporisation

T MM MD L

Sortie Sortie Sortie Sortie

Temporisation Commande de rotation à droite du moteur : montée de la barrière Commande de rotation à gauche du moteur : descente de la barrière Lampe indiquant la descente de la barrière

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2-b- Grafcet 1

Pour tenir compte de l’effet des contacts d’autoalimentation 13-14 des deux contacteurs MM et MD (conformément à la règle numéro 6), ces contacts sont placés comme réceptivités et on rajoute deux étapes supplémentaires numéros 2’ et 4’.

v.e+s.bs

2’

MM MM(13-14)

2

MM bl

3

T ft

MD

4’

MD(13-14)

4 bb.(e+s)

MD

L

bb

5-3-Traduction du grafcet en schémas -3-a-Circuit de puissance a-1- Fonctions communes à tous les actionneurs * Alimentation : on a un circuit triphasé, on aura donc les bornes des 3 phases L1, L2, L3. * Isolement : Utilisation d'un sectionneur Q à 3 pôles (pour le circuit de puissance) et 2 contacts auxiliaires pour le circuit de commande. * Protection contre les courts circuits : trois cartouches fusibles F1 de type aM à insérer dans le sectionneur. a-2- Fonctions spécifiques à chaque actionneur Nous avons 3 actions : moteur, temporisation et lampe L. Seul le moteur nécessite de la puissance et sera par conséquent représenté dans le schéma de la partie puissance. * Commutation : comme c’est un moteur à 2 sens de marche, par conséquent nous avons besoin de 2 contacteurs notés MD et MM. L’inversion du sens de marche est obtenue par inversion de deux phases. On représente pour chaque contacteur les contacts principaux (sans oublier de représenter le couplage électrique entre les 2 dans le circuit de commande). * Protection contre les surcharges : on utilise un relais thermique F2 dont les contacts principaux sont directement reliés aux contacteurs et aux bobinages du moteur (et un contact auxiliaire fermé au repos pour le circuit de commande) ; * Actionneur : les différentes bornes des enroulements pour le moteur u, v et w. -3-b-Alimentation et sécurités du circuit de commande ou Fonctions communes à tous les actionneurs b-1- Les lignes d’alimentation (en monophasé), prélevées avant le sectionneur du circuit de puissance ; b-2- Les contacts de pré coupure (cf référence 2) du sectionneur du circuit de puissance; b-3- Un fusible F3 de type aM (sur le circuit de la phase) de protection du primaire du transformateur contre les courts-circuits; b-4- le transformateur de production du 24 volts ; Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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b-5- Un fusible F4 de type gG de protection du secondaire contre les surcharges; b-6- Ensuite on met le contact auxiliaire, issu du relais thermique, qui permet d’ouvrir le circuit de commande en cas de «surchauffe » du moteur. -3-c-Traduction du grafcet en schéma de commande ou Fonctions spécifiques à chaque actionneur c-1-Circuits auxiliaires Après on alimente en parallèle chaque circuit auxiliaire. * Chaque cellule photoélectrique « e » ou « s » commande un relais auxiliaire (KA2 et KA3 respectivement) pour utiliser ses contacts en différents points du circuit en fonction de la logique de fonctionnement. * Temporisation : elle est réalisée par un relais auxiliaire temporisé. c-2- Etape 2 et étape 2’ : colonnes d’alimentation de la bobine du contacteur de montée de la barrière MM * Commande de MM La bobine MM est commandée par l’une des trois possibilités suivantes: la détection de la réceptivité « v.e + s.bs » : utilisons des contacts ouverts au repos pour les 4 variables (si par commodité on continue d’écrire « e » et « s », en réalité on utilise des contacts issus des relais auxiliaires KA2 et KA3 commandés par ces cellules photoélectriques). En vertu de la règle 1, « v » et « e » seront en série ainsi que « s » et « bs ». Ensuite les 2 couples seront mis en parallèle ; le contact d’auto alimentation 13-14 du contacteur MM ; la détection de la réceptivité « bb (e + s) » : les contacts ouverts au repos « e » et « s » seront mis en parallèle, et l’ensemble mis en série avec le contact fermé au repos bb. Ces trois possibilités de commande seront donc mises en parallèle. * Arrêt de MM Comme la bobine MM est désactivée par bl, en vertu de la règle numéro 2, on doit rajouter en série avec la partie commande précédente un contact bl. Si on détecte bl, le circuit s’ouvre et la bobine MM n’est plus alimentée, ce qui arrête le moteur. * Verrouillage électrique avec MD Afin d’empêcher que les contacts des deux contacteurs MM et MD ne soient fermés en même temps, on doit réaliser un « verrouillage » électrique ou mécanique entre eux. Dans le cas du verrouillage électrique, on doit donc empêcher que les deux bobines qui les commandent soient alimentées en même temps. Pour le réaliser on rajoute dans le circuit d’alimentation de MM, un contact fermé au repos issu du contacteur MD. c-3- Etape 3 : temporisation T Pour réaliser la temporisation T, on utilise un relais temporisé KA1. L’information de fin de temporisation «ft» correspondra à la fermeture du contact temporisé. La commande de la tempo (donc du relais KA1) se fait sur détection du contact fin de course barrière levée « bl ». En vertu de la règle 3, on utilisera un contact ouvert au repos bl.

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c-4- Etape 4 et étape 4’ * Colonnes d’alimentation de la bobine du contacteur de descente de la barrière MD ** Commande de MD La bobine MD est commandée par l’une des deux possibilités suivantes : fin de temporisation ft : comme T a été réalisée par un relais temporisé, ft est un contact de KA1 ; le contact d’auto alimentation 13-14 du contacteur MD. Ces deux possibilités de commande seront donc mises en parallèle.

-

-

** Arrêt de MD La bobine MD est désactivée par l’une des deux possibilités suivantes : comme le moteur MD est arrêté par « bb », en vertu de la règle numéro 3, on doit donc rajouter en série avec la partie commande précédente un contact bb. Si on détecte bb, le circuit s’ouvre et la bobine MD n’est plus alimentée, ce qui arrête le moteur ; la détection de la réceptivité « bb (e + s) » : comme il s’agit de désactivation on utilisera donc pour « e » et « s » des contacts fermés au repos (cf. règle 3). Les contacts seront mis en série (cf. règle 4), et l’ensemble mis en série avec le contact fermé au repos bb précédent. ** Couplage électrique avec MM Comme pour MM, pour réaliser un couplage électrique, on rajoute dans le circuit d’alimentation de MD, un contact fermé au repos issu du contacteur MM. * Signalisation : colonne d’alimentation de la lampe L La lampe L n’est allumée que quand la barrière est en phase de descente (commande de MD). On utilise donc un contact auxiliaire du contacteur MD pour alimenter la lampe.

Remarques Nous avons représenté sur le schéma 5-4 une commande automatique en technologie électromécanique. Pour une commande semi-automatique, il suffit de rajouter les boutons de mise en marche et d'arrêt. Par souci d'efficacité (éviter l'alimentation inutile du transformateur et surchauffe en cas de non fonctionnement) il est préférable de mettre le contact de F2 avant le transformateur.

Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

15

Automatismes logiques

©Hamdi Hocine

-5-4-Schéma électrique de la commande automatique électromécanique Contact ouvert au repos retardé à la fermeture

N L1 1

L2 3

13 Q1 14

L3 5

F1

23

Contact ouvert au repos retardé à l’ouverture

24

Q1 F3 2

4

6 Contact fin de course fermé au repos représenté en position ouvert (activé)

Contact fin de course ouvert au repos représenté en position fermé (activé)

MD 1

3

5

1

3

5

F4 95

2

4

6

F2

MM

2

4

96

6 v

F2

KA31

bb

bb

MD5

bl

23 24

bs MM1 13

KA21

KA23 KA33

KA32

14 21

KA22

bl

M 3∼

MD2

e

MD1 13 22

MD2

MM

PARTIE PUISSANCE Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

KA11

s

14

MM2

L

MD

PARTIE COMMANDE

KA1

KA2

KA3 16

Automatismes logiques

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-5-4-b-Commentaires sur le schéma

-6- TROISIEME EXEMPLE D’APPLICATION : commande d'une armoire frigorifique Régulation d’un circuit frigorifique avec dégivrage par arrêt du groupe et ventilation forcée 6-1- Principe de fonctionnement Une installation triphasée 380 V alimente une armoire de réfrigération composée de : un groupe moto-compresseur à moteur triphasé, un évaporateur avec ventilateur à moteur monophasé. Deux boutons permettent de faire fonctionner l’installation : S1 en mode réfrigération, S2 en mode dégivrage. * Quand l’armoire fonctionne en mode réfrigération : le contacteur du moteur du compresseur est alimenté. La mise en marche de ce moteur permet d’alimenter le contacteur du moteur du ventilateur. Dès que la température de surface de l’évaporateur remonte jusqu’à –17°C, le thermostat B3 alimente le contacteur du compresseur. Dès que la température descend jusqu’à -25°C, le thermostat B3 coupe l’alimentation du groupe moto-compresseur. En plus de la sécurité par relais thermiques, le groupe moto-compresseur est protégé par deux pressostats BP et HP. Dès que la pression descend au dessous d’un seuil préréglé, le pressostat basse pression B1 coupe l’alimentation du contacteur du groupe. Dès qu’elle remonte au delà de ce seuil, le pressostat B1 réalimente le contacteur. De même le pressostat haute pression B2 coupe l’alimentation du contacteur du moto-compresseur dès que la pression dépasse un seuil HP préréglé. * Quand l’armoire fonctionne en mode dégivrage : le moteur du compresseur est à l’arrêt, et le moteur du ventilateur est en marche. * Trois voyants de signalisation sont utilisés : H1 pour indiquer la mise sous tension, H2 pour signaler le fonctionnement en dégivrage, H3 pour indiquer un défaut thermique sur le groupe moto-compresseur. Le circuit de commande est alimenté en 220V par le biais d’un disjoncteur magnétothermique unipolaire. Le moteur du groupe moto-compresseur est un moteur à cage portant les mentions : 220/380V, 0.75kW, cosϕ = 1/√3. Le moteur monophasé du ventilateur porte les mentions : 220V/0.11kw, cosϕ = 0.5. BP < HP > θ> B1

Pressostat basse pression Le contact du pressostat se ferme (ou s’ouvre) par baisse (ou montée) de pression. Schéma de commande d’un

B2

B3

Pressostat haute pression Thermostat Le contact du pressostat Le contact du thermostat se ferme (ou s’ouvre) par se ferme (ou s’ouvre) par montée (ou baisse) montée (ou baisse) de pression. de température. automatisme à partir du grafcet

Automatismes logiques

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1° Indiquer et justifier : -a- le type de couplage des enroulements choisi pour le moteur triphasé, -b- le mode de démarrage choisi 2° Donner les schémas électriques de puissance et commande de l’armoire frigorifique. 3° Calibrer le matériel et faire un choix dans le catalogue de Télémécanique. 6-2-Tableau des variables d’entrée sortie VARIABLE TYPE SIGNIFICATION Q F1 F2 F3 F5 B1 B2 B3 S1 S2 H1 H2 H3 KM1 KM2

Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Entrée Sortie Sortie Sortie Sortie Sortie

Sectionneur triphasé Fusibles de protection contre les courts circuits (insérés dans Q) Disjoncteur contrôle magnétothermique de protection du circuit de commande Relais thermique du moteur triphasé de réfrigération Relais thermique du moteur monophasé de dégivrage Pressostat de détection basse pression (fermé au repos) Pressostat de détection haute pression (fermé au repos) Thermostat de détection de température (ouvert au repos) Bouton (à accrochage) de marche réfrigération Bouton de dégivrage (à accrochage) Voyant d’alimentation générale Voyant marche du dégivrage Voyant de surcharge du moteur triphasé Commande du moteur triphasé de réfrigération Commande du moteur monophasé de dégivrage

6-3-Grafcet

1

Remarques

H1 B1. B2. B3. S1. S2 = CI F3

2

KM1

F3

H3

KM1 F3. CI

3

KM1 S2

4

F5

KM2

F5. KM1

KM2 KM2

F3

H3

Ce grafcet se distingue par deux particularités intéressantes: En premier lieu nous avons, en plus des trois voyants, deux moteurs dans le circuit de puissance. L’un est alimenté en 380 v (et nécessite dans sa logique de fonctionnement un contact d’auto alimentation), alors que le second est alimenté en 220v (et ne nécessite pas d’auto alimentation). En second lieu ce grafcet intègre, sous forme de conditions sur les actions, les contacts issus des relais thermiques (ouverts au repos).

H2

S2

Schéma de commande d’un automatisme à partir du grafcet

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