TP · Commande électrique des mécanismes industriels
L’automate programmable
Du câblage au programme, sur le banc PLC-200
[Enseignant] · [Groupe] · 2026–2027
Aujourd’hui
Le parcours de la séance
1
L’automate
2
Le banc PLC-200
3
Histoire et définitions
4
Le GRAFCET
5
Le ladder
6
GRAFCET ou ladder ?
7
Entrées, sorties, actions
8
Le TP et le compte rendu
1 · L’automate
Des sens, un cerveau, des muscles
ENTRÉES
Capteurs, boutons, interrupteurs
I0.0 … I1.5
PROGRAMME
La CPU lit, calcule, décide
en boucle, sans fin
SORTIES
Moteurs, voyants, relais
Q0.0 … Q1.1
1 · L’automate
Toutes les tailles, un même principe
On les trouve dans :
l’emballage
les ascenseurs
le pompage
les convoyeurs
les feux
le levage
2 · Le banc PLC-200
Le cœur du banc : Siemens S7-200, CPU 224
14
entrées TOR
I0.0 – I1.5
10
sorties
Q0.0 – Q1.1
2
potentiomètres
SMB28, SMB29
2
sorties d’impulsions
Q0.0, Q0.1
6
compteurs rapides
HSC0 – HSC5
1
port PPI
câble USB/PPI
2 · Le banc PLC-200
Tout se branche sur la CPU
PC · STEP 7-Micro/WIN
CPU 224
S7-200
I · Q · M · V · T · C
2 potentiomètres
Boutons · interrupteurs
Proximité · micro-rupteur
Codeur A/B
Voyants · relais · afficheur
Moteur CC
Moteur pas à pas
câble USB/PPI
ENTRÉES
SORTIES
2 · Le banc PLC-200
Programmer en 5 gestes
1
Écrire
le réseau ladder
2
Compiler
zéro erreur
3
Charger
CPU en STOP
4
RUN
le programme tourne
5
Visualiser
l’état du programme
Le logiciel : STEP 7-Micro/WIN. Une fois chargé, l’automate n’a plus besoin du PC.
3 · Histoire
Avant 1968 : des murs de relais
La logique, c’est le câblage
Changer la logique = recâbler, des jours d’arrêt
Trouver une panne : fil par fil
3 · Histoire
De l’armoire à relais à l’automate
1968
1969
1977
1979
1993
2009
General Motors veut remplacer ses relais
Modicon 084 : le premier automate
Naissance du GRAFCET en France
Siemens SIMATIC S5
Norme CEI 61131-3 : les langages
SIMATIC S7-1200, successeur du S7-200
Orange : les machines. Bleu : les langages et les normes.
Notre S7-200 : la génération des années 1990–2000.
3 · Histoire
Relais câblés ou automate ?
| Pour… | Armoire à relais | Automate |
|---|---|---|
| changer la logique | recâbler | reprogrammer |
| temporiser, compter | un relais par fonction | une instruction |
| trouver une panne | multimètre, schéma | état du programme, LED |
| la place | une armoire | un boîtier |
La logique quitte les fils et entre dans un programme.
3 · Définitions
Six mots à retenir
API (PLC)
Automate programmable industriel : un ordinateur durci qui commande une machine.
Entrée
Un signal qui arrive à l’automate : capteur, bouton.
Sortie
Un signal envoyé par l’automate : moteur, voyant, relais.
Programme
La logique que vous écrivez et que la CPU exécute.
Cycle
Lire, calculer, écrire, puis recommencer : quelques millisecondes.
TOR
Tout ou rien : 0 ou 1, ouvert ou fermé.
3 · Définitions
Le cycle automate : lire, calculer, écrire
1 · Lire les entrées
2 · Exécuter le programme
3 · Écrire les sorties
quelques ms
en boucle, sans fin
Une impulsion plus courte qu’un cycle peut passer inaperçue : on la confie à un compteur rapide.
Une sortie écrite dans deux réseaux : c’est le dernier qui gagne.
3 · Définitions
Lire une adresse
I0.3
I = entrée
octet n° 0
bit n° 3 (de 0 à 7)
= la 4e entrée de l’octet 0 (on compte à partir de 0)
I
entrées
Q
sorties
M
mémoires
V
variables
T
temporisations
C
compteurs
SM
bits système
4 · GRAFCET
Étapes, transitions, actions
0
1
2
POMPE
VOYANT PRÊT
PIÈCE · BOUTON
t/X1/5 s
gobelet retiré
Étape initiale : active au départ
Transition : on avance quand la réceptivité est vraie
Action : ce que fait la machine
Temporisation : 5 s après l’activation de l’étape 1
Exemple : un distributeur de boisson
4 · GRAFCET
Comment le GRAFCET avance
Étape d’avant active ET réceptivité vraie : on franchit, l’étape suivante s’active, la précédente s’éteint.
AVANT
1
2
b = 1
← active
franchissement
APRÈS
1
2
b = 1
← active
4 · GRAFCET
Trois façons d’enchaîner les étapes
Séquence
l’une après l’autre
Choix (OU)
une branche parmi deux
Parallèle (ET)
deux branches en même temps
5 · Ladder
Un schéma électrique… dessiné en programme
A
B
LAMPE
I0.0
I0.1
Q0.0
Contact ouvert au repos
conduit quand le bit vaut 1
Contact fermé au repos
conduit quand le bit vaut 0
Bobine
met la sortie à 1 quand le courant arrive
5 · Ladder
Exemple : marche / arrêt avec auto-maintien
MARCHE · I0.0
ARRÊT · I0.1
MOTEUR · Q0.0
MOTEUR · Q0.0
Orange : le courant passe (moteur en marche)
1
Appui sur MARCHE : MOTEUR passe à 1
2
On relâche : le contact MOTEUR maintient
3
ARRÊT appuyé ou fil coupé : MOTEUR à 0
5 · Ladder
Du GRAFCET au programme : une étape = un bit
1
POMPE
t/X1/5 s
2
LSCR S0.1
← étape 1
LD SM0.0
← toujours vrai
= Q0.0
← action POMPE
TON T37, +50
← compte 5 s
LD T37
← réceptivité
SCRT S0.2
← franchir vers l’étape 2
SCRE
← fin de l’étape 1
6 · GRAFCET ou ladder ?
Deux outils, deux rôles
| GRAFCET | Ladder | |
|---|---|---|
| Sert à | décrire le fonctionnement | programmer l’automate |
| Pour qui | tout le monde | l’automaticien |
| Dessin | étapes, transitions, actions | contacts, bobines, boîtes |
| Idéal pour | les séquences | la logique, les sécurités |
| Norme | CEI 60848 | CEI 61131-3 |
On pense en GRAFCET, on programme en ladder.
7 · Entrées, sorties, actions
Les entrées : ce que l’automate « voit »
Et sur la face avant : 2 potentiomètres, une valeur analogique de 0 à 255.
7 · Entrées, sorties, actions
Ouvert ou fermé au repos ?
NO · ouvert au repos
| État du bouton | L’automate lit |
|---|---|
| au repos | 0 |
| appuyé | 1 |
NF · fermé au repos
| État du bouton | L’automate lit |
|---|---|
| au repos | 1 |
| appuyé ou fil coupé | 0 |
ARRÊT et arrêt d’urgence : toujours NF. Un fil coupé fait comme un appui : la machine s’arrête.
7 · Entrées, sorties, actions
Les sorties : ce que l’automate commande
Voyant, relais, buzzer
TOR : marche ou arrêt
Moteur CC
PWM : la largeur règle la vitesse
Moteur pas à pas
PTO : une impulsion = un pas
7 · Entrées, sorties, actions
Trois sortes d’actions dans le GRAFCET
Continue
1
POMPE
X1
POMPE
à 1 tant que l’étape est active
Mémorisée
3
MOTEUR := 1
X3
X7
MOTEUR
reste à 1 jusqu’à « MOTEUR := 0 » (étape 7)
Retardée
1
LAMPE (3 s/X1)
X1
LAMPE
démarre 3 s après l’activation de l’étape
8 · Le TP
La méthode, à chaque TP
Cahier des charges
lire, poser ses questions
Table des E/S
adresses et mnémoniques
GRAFCET
le comportement voulu
Programme
ladder commenté
Essais
et injection de défauts
Préparation : avant la séance
en groupe, sur papier ou sur le banc virtuel
Au banc : pendant la séance
l’enseignant signe chaque étape
8 · Le TP · la règle d’or
Un défaut doit arrêter la machine. Jamais la démarrer.
Chaque TP se termine par des essais de défauts : fil coupé, capteur absent, arrêt pendant le mouvement.
8 · Le TP
Comment chaque TP est noté, sur 20
3
Préparation
6
Programme
6
Démonstration au banc
5
Compte rendu
Table des E/S et GRAFCET justes avant la séance
Fonctions montrées, mnémoniques et commentaires, chaque défaut mène à un état sûr
Un compte rendu par groupe
8 · Le compte rendu
Six rubriques, un formulaire
1 · Préparation
calculs et réponses préalables
2 · Analyse
table des E/S, mnémoniques, GRAFCET
3 · Programme
listing commenté, réseau par réseau
4 · Essais
attendu, observé, signature
5 · Défauts
chaque défaut mène à un état sûr ?
6 · Discussion
réponses aux questions, déclaration signée
Le formulaire type est distribué avec le sujet : il suffit de le remplir.
Prochaine séance
TP 0 : premier programme
Relier le PC à la CPU
Marche / arrêt avec auto-maintien
Couper un fil : la machine s’arrête ?
À préparer : la table des E/S. Pour s’entraîner : le banc virtuel du site du cours.
Crédits des photos
| Photo (Wikimedia Commons) | Auteur | Licence |
|---|---|---|
| Chaîne d’embouteillage | Olivier Lemoine (Photo-Terroir.fr) | CC BY-SA 4.0 |
| Siemens PLC S7-200 CPU | Projuktiponno | CC BY-SA 4.0 |
| Salle de relais (Panel Decoder) | Panel Switchman | Domaine public |
| Automates micro, mini, rack | Bisgaard | CC BY-SA 3.0 |
| Siemens SIMATIC S5 PG 730 | Palatinatian | CC BY 3.0 |
| Capteur de proximité inductif | IP83 | CC BY-SA 3.0 |
| Interrupteurs de fin de course | Mixabest | CC BY-SA 3.0 |
| Arrêt d’urgence (Not-Aus) | Stahlkocher | CC BY-SA 3.0 |
| Codeur rotatif | Joao Paulo Chagas | CC BY 4.0 |
| Moteur pas à pas avec réducteur | Kushagra Keshari | CC BY-SA 4.0 |
Schémas, GRAFCET, réseaux ladder et chronogrammes : réalisés pour ce cours.