Brevet FR2493002A1 — publié le 19820430

La présente invention concerne les simulateurs destinés à vérifier les logiques de commande de machines et les simulateurs destinés à la formation en automatisme. Domaine technique de l'invention : Industrie (bureau d'études d'automatisme, services électriques) et enseignement (formations en automatisme). Exoosé du problème technique à l'orinine de l'invention : Dans l'industrie,les machines automatiques de toutes natures (fabrication,assemblage etc ...) sont maintenant, le plus souvent,à caractère séquentiel, c'est-à-dire qutun cycla se décompose en une série de mouvements effectués dans un ordre pré-déterminé. Chaque machine comporte généralement, outre les éléments mécaniques - des actionneurs (vérins pneumatiques ou hydro iques,moteurs),lesquels engendrent les différents mouvements. - des détecteurs donnant des informations sur la position des actionneurs. - des distributeurs ou contacteurs chargés d'asservir et de distribuer les fluides dans les actionneurs. - une armoire de commande réalisée soit à partir d'une logique câblée (relais, électronique) ou programmée (automates programmables) et dont la fonction est de commander les mouvements dans un ordre donné. L'automaticien chargé de la conception de l'armoire de commande élabore soit un schéma électrique ou électronique, soit un programme s'il s'agit d'un automate programmable. Ce travail est souvent difficile et aléatoire quant au résultat obtenu, compte tenu du fait qutil n'existe pas de méthode d'élaboration conduisant immanquablement au résultat. L'automaticien éprouve donc le besoin de vérifier son schéma ou son programme. Or, il n'existe pas, actuellement, un moyen commode de - océder à cette vérification. On est donc conduit,dans le cee général, au processus suivant : - 1D) élaboration du schéma ou du programme - 20)cblage et réalisation de l'armoire de commande - 30) raccordement à la machine et mise en route sans vérification préalable. Cette méthode présente trois inconvénients majeurs : - 10) risque de détérioration des éléments mécaniques de la machine,voire d'accident de personnes, si à la mise en routa Aes mouvements ne s'effectuent pas dans l'ordre prévu. - 20) impossibilité d'effectuer la mise au point de la partie commande pendant la réalisation de la partie mécanique,d'où allongement des délais. - 30 l'absence de vérification préalable des schémas conduit souvent à des modifications longues et coûteusas des armoires. La présente invention se propose de combler cette lacune en offrant à l'auto- maticien la possibilité de procéder à une vérifieation complète de son schéma ou de son programme sans avoir besoin de la machine à animer. Le simulateur, selon l'inven tion, se substitue en effet à la machine à automatiser et en reconstitue les fonctions, (actionneurs,distributeurs, détecteurs). Il suffit de raccorder l'armoire de commande au simulateur pour vérifier visuellement la bonne coordination des mouvements. Etat de la technique antérieure - I1 existe dans le commerce des simulateurs trias simplifiés qui comportent, en fait, un certain nombre d'interrupteurs et de voyants. Une simulation séquentiile avec ce matériel implique de manipuler les interrupteurs dans un ordre déterminé, ce qui est une source d'erreur permanente surtout pour des cycles complexes. il existe également des simulateurs réalisés à partir de vérins pneumatiques. Ces simulateurs sont encombrants, coûteux et nécessitent une source d'air comprimé, pas toujours disponible dans un bureau ou une salle de cours. Enfin, il n'y a pas de possibilité de choisir instantanément le type d'éctionneur ou de distributeur. Présentation de l'invention - Le simulateur, selon l'invention, apporte par rapport aux solutions antérieures, la possibilité de reconstituer sous un volume très réduit et à partir d'une seule source d'énergåe élestriqùe; lé fonctionnement de machines automatiques complexes. Son caractère essentiel est d'être universel,c'est-à-dire de pouvoir reconstituer n'importe quel type dtactionneurs ou de distributeurs. Avec cet appareil, l'automaticien peut : -10). visualiser le déplacement de ces actionneurs -2 ) disposer d'informations de fin de course -3o) choisir, au moyen d'un commutateur, le type d'actionneur à reconstituer (vérin ou moteur,pneumatique, électrique ou hydraulique) ainsi que le type de distributeur. On peut ainsi faire un choix parmi les possibilités suivantes a) vérin à distributeur monostable, à une seule électro-valve, tige rentrée au repos (position mono AR) b) vérin à distributeur monos table, à une seule électro-valve, tige sortie au repos (position mono AV) c) vérin à distributeur bi-stable, à deux électro-valves (position bi) d) vérin à distribUteur à 3 positions et deux électro-valves (centre fermé ou cuvert) commande classique de vérins hydrauliques (position hydre e) moteurs électriques (suppression des deux butées de fin de course et matérialisa tion d'un mouvement circulaire) - (position moteur). Mode d'utilisation - Le simulateur, selon l'invention, reconstitue seulement la partie puissance et capteurs de la machine. I1 doit étire associé soit à un automate programmable, soit à une logique câblée (électrique ou électronique). I1 peut entre utilisé pour une vérification en logique pneumatique avec un jeu d'interfaces. Exemple de réalisation en logique électronigue - Nous allons décrire ci-dessous un premier mode de réalisation selon l'invention.Il s'agit d'une version à logique électronique. L'appareil se présente sous forme d'un coffret regroupant plusieurs modules mouvement (suivant dessin annexé 1/5). L'appareil présenté comporte 3 modulesmouvement,ce qui permet de reconstituer, par exemple, le fonctionnement d'une machine à 3 vérins. Le nombre de modules-mouvement pourrait bien entendu être inférieur ou supérieur mais pour simuler une machine à grand nombre de mouvements il suffit de disposer d'un nombre suffisant de simulateurs. Chaque module-mouvement est capable rln rrrconstituer le fonctionnoment d'un actinnnnur et comprend - une série de 6 diodes électro-luminecnntes s'éclairant successivement de la première (1) vers la dernière (6) et inversement, matérialisant ainsi l'avance et le raril dhin actionneur. - une borne d'entrée "Avance" avec visualisation - une horne d'entrée "Recul" avec visualisation - deux bornes de sortie pour recueillir lns informations de fins de course - un commutateur permettant de sélectionner le type de mouvement à recnnstitunr. Le schéma électronique d'un module-mouvement -Figure sur le dessin annexé .'/r. Une horloye,commune à plusieurs modules mouvement, délivre des signaux a la fréquence de 1 Hertz environ. Ces impulsions sont comptées par un compteur-décompteur dont les informations de sorties sont décodées par un décodeur 1 parmi 10, lequel commande les diodes électro-luminescentes dont le nombre a été limité è 6. On trouve ensuite un hlec logique comprenant cinq circuits intégrés CM05 4011 soit vingt fonctions NON-ET à deux entrées. Ce bloc logique constitue l'originalité du simulateur selon l'invention. Il reçoit les informations suivantes a = entrée "avance" (borne entrée "avance") b = entrée "recul" (borne entrée "recul") c = fin de course arrière prélevée en sortie de décodeur sur la diode électro liminescente 1 d = fin de course avant prélevée en sortie de décodeur sur la diode électro-luminescentt 6f = sortie commutateur en position mono AR g = sortie commutateur en position hydr. e = sortie commutateur en position bi t = sortie commutateur en position moteur h = sortie commutateur en position mono AV Le bloc logique traite ces informations et contrôle le fonctionnement du compteur décompter suivant les équations logiques suivantes s Entrée compteur CE > (x + td) (y + tc) + xy Cntrée compteur-décompteur > x Variable secondaire x = n + y (xe + h) Vmriahle secondaire y = b + x (ye + f) Le schéma 2/5 montre une logique traitée en CMOS et fonctions NON-ET. On peut évidemment traiter le problème en NON-OU ou en ET-OU, en TTL ou en logique progammfe Cette logique permet de simuler les -types ie mouvements les plus divers ainsi qcre nous allons le décrire maintenant. Différents types de mouvements reproductibles par le simulateur selon l'invention L - Commutateur sur mono AR (cas d'un vérin hydraulique ou pneumatique avec distri- buteur monostable comportant une seule électro-valve, tige rentrée au repos), Seule l'entrée "avance" est utilisée. En l'absence de signal sur la borne d'entrée "avance", la diode 1 est éclairée indiquant que le vérin est en position arrière sur sa butée. La sortie fin de course arrière est à l'état 1. Si on alimente l'entrée "avance", les diodes s'éclairent successivement de 1 vers 6 jusqu'à ce que la diode 6 reste seule éclairée indiquant que le vérin est arrivé sur sa butée avant (le fin de course avant est alors à l'état l).Si on cesse d'alimenter l'entrée "avance", les diodes s'éclairent successivement de 6 vers 1, matérialisant le recul du vérin. II - Commutateur sur mono AV (cas d'un vérin hydraulique ou pneumatique avec distributeur monostable comportant une seule électro-valve,tige sortie au repos). Seule l'entrée "recul" est utilisée. En l'absence de signal sur la borne d'entrée "recul", la diode 6 est éclairée indiquant que le vérin est en position avant sur sa butée. La sortie fin de course avant est à létat 1. Si on alimente l'entrée "reculé, les diodes s'éclairent successivement de 6 vers 1, jusqu'à ce que la diode 1 reste seule éclairée indiquant que le vérin est arrivé sur la butée arrière. Si on cesse d'alimenter rentrée "recul" les diodes s'éclairent successivement de 1 vers 6 matérialisant l'avance du vérin. lfl - Commutateur sur bi (cas d'un vérin hydraulique ou pneumatique, avec distributeur bi-stable comportant deux électro-valves). En l'absence d'information sur les entrées "avance"et "recul",le vérin peut êtze pré-positionné en tige rentrés (diode 1 éclairée) ou en tige sortie (diode 6 éclairée)en utilisant les positions mono AV ou mono AR du commutateur. Il suffit ensuite d'une information fugitive ou maintenue sur l'entrée "avance" pour provoquer l'éclairege successif des diodes de 1 vers 6 (avance) et, inversement,d'une information fugitive ou maintenue sur l'entrée "recul" pour provoquer l'éclairage successif des diodes de 6 vers 1 (recul). IV - Commutateur sur hvdr. ( cas d'un vérin pneumatique ou hydraulique avec distributeurs 3 positions et deux électro-valvesXpermsttant l'immobilisation du vérin pendant la course). Le vérin peut être pré-positionné comme il a été dit précédemment Si on alimente l'entrée "avance" les diodes s'éclairent de 1 vers 6 matérialisant l'avance du vérin.Si on cesse d'alimenter l'entrée pendant la course, l'immobilisation du vérin est matérialisée par une diode entre l-et 6 qui reste éclairée. Il faut alimenter l'entrée "recul" pour obtenir la visualisation du recul qui s'effectue dans les mêmes conditions. V - Commutateur sur moteur (cas d'un mouvement circulaire ou analogue, mouvements sans butées). Le fonctionnement est le même que précédemment mais le mouvement n'est plus limité par les diodes de 1 à 6. 5i on alimente l'entrée avance les diodes s'éclairent successivement de 1 vers 6 ; si on maintient ltentree alimentée,la diode 6 s'éteint, puis, au bout de quelques secondes, la diode 1 s'éclaire à nouveau indiquant que le mouvement est revenu à son point de départ sans retour en arrière. Les informations de fins de course sortent sur des contacts de relais, euxmêmes pilotés par transistors. On peut également envisager des sorties entièrement statiques. L'alimentation est assurée par une source de tension de douze volts, courent continu, extérieure ou intégrée. Les différents composants sont regroupés sur circuit imprimé. Exemple de réalisation électro-mécanipue Nous allons décrire ci-dessous un 2ème mode de réalisation selon l'invention. L'appareil se présente sous forme d'un coffret regroupant 3 modules-mouvement (dessin annexé 3/5). Chaque module-mouvement est capable de reconstituer le fonctionnement d'un actionneur et comprend t - une palette mobile commandée par un micro-moteur et tournant soit dans le sens horaire pour matérialiser le mouvement "avance", soit dans le sens inverse, pour meté- rialiser le mouvement "recul". - une borne d'entrée "Avance" avec visualisation - une borne d'entrée "Recul" avec visualisation - deux bornes de sortie pour recueillir les informations de fins de course. - deux voyants indiquant les états des fins de course - un commutateur permettant de sélectionner le type de mouvement à reconstituer. Le schéma électrique d'un module-mouvement figure sur le dessin annexé 4/5. La logique est traitée par deux relais électro-magnétiques monostables dont la tension bobine peut entre déterminée à la demande de l'utilisateur. Le dessin annexé 5/5 représente le micro-moteur de déplacement de la palette. On note la présence de quatre microrupteurs de fins de course par module. Deux microrupteurs sont raccordés en bornes de sortie pour fournir des informations de fins de course. Les deux autres servent à immobiliser le micro-moteur entre deux butées, pour reconstituer le fonctionnement des vérins. Les possibilités de simulation sont les mêmes que pour la version électronique précédemment décrite Pour les mouvements circulaires, le commutateur permet, en position moteur, d'éliminer les deux butées fictives et de faire effectuer à la palette une rotation complète. REVENDICATIONS 1 > Simulateur permettant de reconstituer les déplacements des vérins pneumatiques, I-ydrauliques ou des moteurs électriques d'une machine ou d'un équipement autnmatisi;. Asnocié à une logique ciblée ou programme, ce simulateur permet la virification des schémas et programmes d'automatisme séquentiel. Appareil caractérisé par le fait qu'il fonctionne sans air comprimé,que les déplacements sont visualisés et que l'on peut recueillir des informations de fins de course. 2) Simulateur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'anpareil comporte un dispositif de sélection permettant 3 l'utilisateur de clloisir le genrr d'actionneur à reconstituer (vérines ou moteurs) ainsi que le type da distributeur correspondant (distributeur monostable, bi-statle ou centre ferme) 3) Simulateur, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la visualisation des mouvements s'effectue par éclairage progressif d'une série de voyants. 4) Simulateur, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la visualisation des mouvements s'effectue par déplacement d'une pièce visible, entraidée par un micromoteur. 5) Simulateur,selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'appareil utilise une technologie tout électronique,conduisant à l'encombrement minimum et à une grande simplicite de réalisation.