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1. tat d avancement 4 Synth se d ensemble et valuation des r sultats de chacun rapport final de projet d roulement du projet machine SIMAC et programme automate sur disquette dossier lectrique de l installation manuel d utilisation soutenance de projet L objectif du projet est de r aliser et de mettre en uvre une plate forme de simulation sur laquelle il sera possible de tester diff rents sous syst mes L assemblage de ces sous syst mes permettra de disposer d une v ritable usine virtuelle compos e de plusieurs machines diff rentes 11 2 Modalit techniques Le circuit de transitique r el comporte pour l essentiel 4 chariots de convoyage a rien circulant entre 8 postes de travail et 2 chariots auto moteurs filoguid s au sol desservant 4 positions de traitement L un de ces chariots est dit intelligent puisqu il va charger et d charger des clayettes des diff rents postes de travail L autre dit b te et indisciplin circule sur le circuit pour perturber le bon fonctionnement Un automate TSX47 420 g re la bonne circulation des chariots Deux TSX17 embarqu s sur les chariots leur permettent de suivre les fils de s arr ter aux stations et sur les obstacles Pour largir la repr sentativit de la d marche la simulation inclut des sous machines virtuelles couramment rencontr es dans les installations de fabrication industrielle en grande s rie de circuits imprim s e _ chargeur d chargeur
2. 682 F vrier 1996 pp 45 50 3 Du circuit imprim multicouches Valenciennes V Cayez B Houriez GESI n 38 Mai 1993 pp 6 8 4 Fabrication de circuits imprim s La plate forme de l IUT de Valenciennes B Houriez M Vernet V Cayez GESI n 46 Mars 1996 pp 16 21 5 Formation sur plate forme de simulation SIMAC Septembre 1996 Prosyst 6 SIMAC PC seul et SIMAC TSX7 pour la formation technique Octobre 1996 Fiches Prosyst Contacts Martial GRISLIN Prosyst Tel 03 27 42 44 06 Fax 03 27 41 32 00 e mail prosyst planet net 19 place Froissart 59300 Valenciennes Fabrice ROBERT IUT GE2i Tel 03 27 14 1261 Fax 03 27 14 12 50 e mail geii univ valenciennes fr Bernard HOURIEZ Le Mont Houy BP311 59304 Valenciennes Cedex Gesisim2 doc au 20 11 1996 Proposition pour la revue GESII M Grislin B Houriez F Robert
3. par v rin ventouse et convoyeur Gesisim2 doc au 20 11 1996 Proposition pour la revue GESII M Grislin B Houriez F Robert La simulation de partie op rative pour la formation technique 3 tri automatique de plaques par d tection et aiguillage sur convoyeur poste de per age chargement d chargement automatique par plateau tournant stations de m lange de produits bains de d graissage cha ne de traitement de surface robotis es unit s de remplissage de bacs ou de silos unit s de conditionnements de liquide et de solides La vision synoptique de l usine virtuelle est propos e en figure 2 Postes de chargement Es d chargement d m langeur de Boucle i diff rents produits d attente 1 ____ B 7 I I 1 K cha ne de manutention et travail Chariot filoguid i de traitement de surface poste d emballage des CI E Boucle de aiguillage selon le type de CI poste de tri F plaques poste de per age plateau tournant convoyeurs d tecteur chargement per age contr le Figure 2 Usine mod liser et contraintes mat riels Chacun de ces sous syst mes est confi un bin me d tudiants Au del du th me f d rateur qu est la fabrication de circuit imprim le but est aussi de constituer une biblioth que de machines virtuelles qui
4. risque de casse mat rielle la bonne gestion des Modes de Marche et d Arr t MMA qui au del de la marche Normale constitue l un des points critiques d une application industrielle Dans cette perspective le D partement GE2i s est attach sous le couvert d un statut de PAST les comp tences d un Ing nieur d tude de la soci t Prosyst Il s est de plus quip de 6 postes de simulation SIMAC autonomes sur PC dont deux avec l interface AIDSIM pour l exploitation on line sur les automates s rie 7 de T l m canique En tout tat de cause cet article ne pr che en rien le tout simul pour le bien tre de la p dagogie mais il propose la simulation de Partie Op rative d une part en tant que r alit industrielle 2 et d autre part en tant que moyen compl mentaire pour la formation pratique des techniciens sup rieurs Apr s un expos sur les principes de la simulation de Partie Op rative cet article pr sente l exp rience de formation aux Syst mes automatis s par la simulation men e Valenciennes dans le cadre des projets de seconde ann e de l option Automatismes et Syst mes I La simulation de Partie Op rative Comme son nom l indique un simulateur de PO est charg de reproduire le comportement du proc d commander que ce soit une machine un four un convoyeur etc Les premiers simulateurs ne datent pas d aujourd hui Avec les bo tes boutons c bl es sur les entr e
5. La simulation de partie op rative une nouvelle approche originale pour la formation aux syst mes automatis s Martial GRISLIN Bernard HOURIEZ Fabrice ROBERT IUT GE2i Le Mont Houy BP 311 59326 Valenciennes La simulation de Partie Op rative PO est aujourd hui une n cessit industrielle pour optimiser chacune des phases du cycle de vie d un syst me pilot par Automate s Programmable s Industriel s Convaincu de cette r alit le d partement GE2i de l IUT de Valenciennes collabore dans ce domaine avec la soci t Prosyst Prosyst a d velopp et commercialise un produit innovant dans le domaine le Simulateur de MAChine SIMAC dont la version SIMACTEL int gr e dans l atelier XTEL de T l m canique 1 Dans le cadre de la formation des techniciens sup rieurs et au del de l enseignement des concepts de la simulation de Partie Op rative cette collaboration envisage trois aspects pratiques de l utilisation d un simulateur au titre de la p dagogie 1 Former une utilisation rationnelle de la simulation de Partie Op rative en coh rence avec les exigences d une m thodologie de d veloppement de Syst mes Automatis s de Production SAP cadr e dans le cycle en V de l AFCIQ d marche qualit oblige 2 Pallier les probl mes surtout financier de la mise en uvre et de la maintenance de maquettes didactiques on reuses et souvent r ductrices de la complexit industrielle 3 tudier et cela sans
6. e e Formation aux automates programmables ateliers logiciels et outils p riph riques niveaux 2 et 3 du CIM par l apprentissage des diff rents modes de programmation et leur simulation progressive mise au point du programme automate progressive et sans risque sur une ou plusieurs machines test complet des fonctions de s curit et dialogue op rateur dysfonctionnements casse de capteurs de relais tude et d veloppement d applications de supervision et ou GPAO sur la base de machines virtuelles e Formation la prise en mains des installations automatis es puisque l on dispose de v ritables simulateurs il est possible de former des utilisateurs potentiels la conduite des installations automatis es diff rents modes de fonctionnements normal anormal ou la maintenance proc dures de diagnostic d pannage Notons aussi qu avec SIMAC l IUT GE2i peut aussi appr hender la formation aux outils et m thodes de simulation de Partie Op rative puisque l on dispose du progiciel le plus utilis en Europe dans les principaux secteurs d activit s pour mod liser et simuler un syst me automatis homologation de SIMAC par PSA partenariat avec ALLEN BRADLEY et SCHNEIDER pour ins rer SIMAC dans leur atelier logiciel secteur d activit CGE CEGELEC CLEMSSY SPIE COMAU SOLLAC STUL PECHINEY EDF GDF AEROSPATIALE Ill Conclusion Outres les fonctionnalit s et les apports p dagogiques qu app
7. e de optraes esremes oowesres e reces fpesvrs soemmns Jump la simulation E MODE DE MARCHE P riode SIMULATION EN COURS pas a pas perlOaIque Pas 3 Pas continu Continu ME PEUR Etat du simulateur arme et commande de la simulation Synoptique de la MAQUETTE p Pupitre interactif de l comman de Rot tourelle Sy nop tique de Q0051 Unite percage ne Levage fraiseuse visualisation de la Transl fraiseuse machine Ci ch po am entree peee is perceuse He tourelle ri fraiseuse E evacuation o nr pp08 Opp03 Oppi0 11 fol Oppt1 oe Paces ronures svnar Traves sen Figure 5 Exemple de pupitre interactif et de synoptiques de visualisation en mode simulation Visualisation et analyse des changements d tat des diff rents l ments de l installation actionneurs capteurs relais E S automate au moyen d une navigation dans la hi rarchie de description il est possible d observer et d analyser l encha nement des v nements depuis les capteurs actionneurs jusqu aux E S automate en passant par l ensemble du c blage r el de la machine d crite Enregistrement de contextes de simulation types et ex cution de sc narios pr enregistr s possibilit de se re positionner dans des tats de fonctionnement types et ou de rejouer des proc dures sp cifiques Edition des traces des chronogrammes des volutions obtenues chaque simulation peut tre enregistr e pour analyser ensuite les chronogrammes de changement d ta
8. ent dangereux si la m canique et les actionneurs sont capables de provoquer de tels mouvements antagonistes il doivent tre autoris s En fait il faut garder l esprit que l objectif de base de la simulation est de tester et de valider le programme Il s agit donc de d crire une installation telle que la verra l automate c est dire sous l angle de ses entr es les capteurs et de ses sorties les actionneurs C est ce que permet le logiciel SIMAC Fig 1 M me sans chercher simuler le fonctionnement int gral de l installation le mod le de simulation de PO peut tre tr s complexe Il faut en effet identifier et d crire les l ments de l installation lectrique avec le sch ma de c blage l installation pneumatique et hydraulique avec ses vannes v rins distributeurs etc et l installation m canique En proc dant ainsi si une courroie ou un v rin l che un endroit quelconque de l installation si un court circuit se produit malencontreusement on peut pr voir les cons quences qui vont en d couler au niveau de l tat de tous les capteurs de l installation En pr voyant les dysfonctionnements possibles de l installation pilot e par l automate programmable le simulateur de partie op rative permet en outre d am liorer la qualit de la conception des programmes de commande 1 Professeur Associ IUT GE2i Ing nieur d tude PROSYST 19 place Froissart 59300 Valenciennes La simulation de partie op
9. fonctionner en symbiose Communication entre les diff rents postes via le syst me filoguid portabilit des diff rentes applications sur une plate forme de simulation type choix en commun des diff rents postes et de l organisation globale de tout automatisme II 3 Aper u des possibilit s de SIMAC Le simulateur de partie op rative SIMAC offre plusieurs fonctionnalit s 5 6 e Description de la Partie Op rative sous la forme d quations logiques pas de langage de programmation le c blage lectrique des borniers d entr e sortie du relayage ou le c blage pneumatique et hydraulique est dit en quation bool enne ex 102 3 Alim e SQ1 Km1 De la m me mani re les grandeurs physiques de l installation sont d crites sous la forme d axes et de capteurs param trables Ainsi le fonctionnement de la machine est d crit avec des quations logiques de mouvements fig Gesisim2 doc au 20 11 1996 Proposition pour la revue GESII M Grislin B Houriez F Robert La simulation de partie op rative pour la formation technique 4 4 Des variables logiques et num riques sous forme d quations bool ennes et de tableaux d affectations bool ennes permettent aussi de mod liser des flux de pi ces et de repr senter des grandeurs analogiques niveau temp rature pression avance Sch ma m canique Description SIMAC SQ10 SQ11 l s SQI1 Lin aire 2 re SQ10 d but axe imp
10. mprim s dont s est quip le D partement GE2i voir articles 3 et 4 publi s dans le GESI Les choix effectu s d s la conception de l atelier GE2i ont toujours privil gi une solution ax e sur un seul constructeur en l occurrence T l m canique Schneider pour des raisons d homog n it de parc d autant plus appr ciable dans ce cadre didactique Une telle confrontation de l approche simulation une r alit technologique permet de montrer aux tudiants l int r t de la simulation en soulignant sa souplesse et sa finesse de repr sentation sans pour cela masquer la n cessaire ma trise de la r alit technologique La p dagogie s organise en quatre phases 1 Formation aux concepts et l utilisation de l environnement SIMAC de simulation 20 heures divis s en 4 s ances 2 D finition du cahier des charges du projet analyse et r partition des charges entre les diff rents bin mes d tudiants et d finition des ressources accessibles PC consoles de programmation baies de commande de la transitique 3 Exploration des phases de Bureau d tude et de d veloppement par chaque bin me et r alisation de la documentation technique Ce travail est supervis par l enseignant qui contr le la bonne volution des t ches de chacun au travers de r unions bilan et d expos s interm diaires 92 heures de projet d atelier par 3 ou 4 heures tables rondes hebdomadaires en d but de s ance 2 rapports d
11. orte la simulation de Partie Op rative ce projet permet d tudier un tr s grand nombre d automatismes diff rents sans en disposer en r alit L tudiant va analyser d une part la partie op rative m canique lectrique pneumatique et d autre part la partie commande Grafcet programmation de l automate avec choix du langage analyse des diff rents modes de fonctionnement en passant par la r daction d un dossier technique complet de l installation cahier des charges sch mas lectriques plan de c blage et d implantation documentation du programme De plus lusine virtuelle ainsi d crite va aussi nous permettre de disposer d une repr sentation sur PC des machines de l atelier ce qui nous permettra de disposer d un double des installations automatis es pouvant tre mis la disposition des tudiants dans le cadre des projets d atelier et ou des Travaux Pratiques Notons aussi que ce d veloppement des diff rents modules de machines pourra peut tre remplacer quelques unes de nos platines de TP difficile maintenir Et pourquoi pas int resser d autres d partements GE2i qui sont les bienvenus pour toutes visites d couverte ou formation la simulation de Partie Op rative Bibliographie 1 Simulez la partie op rative de vos applications SIMACTEL vous accompagne sur X TEL V6 Telemecanique Automatismes n 26 Juin 1996 pp 6 7 2 La simulation de partie op rative fait recette MESURE n
12. pourront tre r utilis es l aide de version RunTime de SIMAC pour habiller des th mes de travaux pratiques sur l tude de la commande des Syst mes majoritairement v nements discrets Pour chacun de ces syst mes chaque bin me doit analyser l automatisation de la machine d crire la Partie Op rative avec SIMAC programmer le Grafcet pour la simulation interne d crire la partie commande programmer le TSX pour la simulation avec l API le programme de commande doit tre bien document pour sa portabilit sur un autre type d automate et r aliser le dossier technique de l automatisme En fait cela consiste en la r alisation de trois modules qui composent un automatisme complet Fig 3 Sous syst mes automatis s Travail r aliser Comp tences Mat riel Logiciel e Description PO SIMAC e Programmation G7 Syst me filoguid Station de m lange Partie Op rative e PC sur TSX Poste de per age e Programmation automate m cha ne de remplissage Partie Commande Atelier XTEL sous OS2 e Dossier technique Documentation Figure 3 Travail r aliser Partie Op rative Partie Commande documentation L ensemble de ce travail est effectu en troite collaboration avec les autres quipes puisque les machines constituent un tout qui devra
13. rative pour la formation technique 2 Dialogue op rateur Supervision Carte AIDSIM ou coupleur de communication Mod le de la smac Partie Op rative et pupitre de commande La plate forme de simulation SIMAC remplace compl tement la partie op rative de l installation Proc d Pupitre de conduite Repr sentation d ensemble d un automatisme Figure 1 Principe de la simulation de partie op rative d une installation automatis e Puisque l on dispose ainsi de mod les de machines pourquoi ne pas s en servir pour la formation C est une des id es que quelques enseignants de l IUT de Valenciennes cherchent concr tiser depuis quelques ann es En 1998 nous avons commenc quelques projets de mod lisation de machines depuis nous d veloppons une v ritable usine virtuelle utilisable pour la formation des tudiants Il Formation aux syst mes automatis es par la simulation 11 1 Modalit de la p dagogie C est dans le cadre des projets du troisi me centre d int r t que sont d velopp s les aspects pratiques de la simulation Le contexte est le suivant Le syst me automatis objet de la simulation existe en r el et est constitu par le syst me de transitique industriel install au sein de l atelier GE2i Il est le coeur du processus de conception fabrication industrielle de circuits i
14. s sorties de l automate pour exciter les entr es et muler les sorties on songeait d j valider le programme install sur l automate programmable videmment les tests n taient pas tr s pouss s on reconna t ici quelques uns de nos TP API d il y a une demi douzaine d ann es Depuis un pas d cisif a t franchi avec l apparition des premiers logiciels de simulation de PO L une des premi res approches d velopp es consiste d crire le comportement fonctionnel de la PO et de programmer ce comportement l aide de langage d automate Le mod le de PO ainsi d velopp est ensuite implant dans une machine cible un autre API un PC ou une station de travail connect e sur le coupleur de cet automate Mais est ce vraiment la PO qui est simul e En fait avec ce type de logiciel on v rifie que le programme automate se comporte comme il a t pr vu au d part on ne v rifie pas s il est conforme ce qu on en attend De plus la description de l installation r elle passe par un langage de programmation qui n est pas pr vu pour d crire la partie op rative d un syst me automatis Le mod le logiciel doit tre repr sentatif du comportement de l installation Autrement dit il faut faire une simulation sur un mod le d crivant la structure r elle de la machine commander Par exemple il ne faut pas mettre de verrouillages entre les composants l mentaires du mod le pour interdire les mouvements qui serai
15. ts des variables d crites E S capteurs actionneurs relais et v rifier les synchronismes et temps de cycle etc Gesisim2 doc au 20 11 1996 Proposition pour la revue GESII M Grislin B Houriez F Robert La simulation de partie op rative pour la formation technique 5 11 4 Premi res le ons de l utilisation de SIMAC dans un contexte d enseignement sup rieur technique La simulation de Partie Op rative nous permet d appr hender diff rents objectifs p dagogiques e D couverte et analyse d une installation automatis e par la constitution de la logique de fonctionnement de la Partie Op rative d une installation lectrique m canique pneumatique analyse et transcription des dossiers de conception dossier lectrique pneumatique hydraulique d une installation s quentiel de commande e Analyse d un projet d automatisation d une installation compl te de la m canique jusqu aux E S automate par l tude des modules l mentaires jusqu l usine compl te mise disposition de v ritables maquettes virtuelles d installations automatis es sans contraintes mat rielles Apprentissage du Gra fcet par la simulation progressive sur une ou plusieurs machines l diteur de SIMAC permet de d crire des grafcets m canicien et lectricien en respectant la normalisation norme IEC 1131 3 De plus les tudiants peuvent directement visualiser les volutions du programme et les effets sur la machin
16. ulsionnel SQ11 fin axe impulsionnel SV1 YV10 PNEU Sortie verin Vitesse cste RV1 YV11 PNEU Rentr verin Vitesse cste ET logique PNEU repr sente la condition d nergie pneumatique quation d affectation bool enne ou Capteur de fin d un axe de mont e en pression YVI1 Figure 4 Exemple de description d un v rin Simulation interne de la Partie commande au moyen d un Grafcet norme IEC 1131 3 une fois la machine d crite les tudiants testent directement leur machine en interne avec le ou les grafcet s de commande qu ils auront tudi s sans programmation ni connexion sur l automate Simulation connect e par communication des E S automate lorsque la partie op rative d crite fonctionne correctement en interne la machine peut tre test e sur plate forme compl te en communication avec l automate de commande condition que le programme correspondant soit d velopp Ce mode de simulation n cessite un point de connexion r alis dans le cas des automates T l m canique avec une carte sp cialis e AIDSIM simulant les cartes d E S directement sur le bus fond de panier de l API Visualisation de l installation par des synoptiques anim s et commande de l installation par des pupitres interactifs fig 5 lors de la simulation en ou hors ligne les tudiants pilotent directement la machine et constatent les volutions sur des synoptiques E Machine Maquette F Modes de march

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