Fonctions logiques combinatoires en automatisme industriel
Introduction
Les opérations combinatoires binaires en automatisme industriel constituent l’une des bases indispensables pour comprendre le fonctionnement et la programmation des automates programmables industriels.
Un système automatisé reçoit des informations provenant de différents éléments tels que :
des boutons-poussoirs ;
des capteurs ;
des détecteurs ;
des fins de course ;
des dispositifs de sécurité.
Ces informations sont généralement traitées sous forme binaire, c’est-à-dire avec seulement deux états logiques :
0 : état faux ou inactif ;
1 : état vrai ou actif.
À partir de ces états, l’automate réalise différentes opérations logiques, notamment :
la fonction ET – AND ;
la fonction OU – OR ;
la fonction OU exclusif – XOR.
Pour bien comprendre ces fonctions, il est également nécessaire de connaître les contacts NO et NF, le rôle des capteurs et la différence entre une interrogation à 1 et une interrogation à 0 dans un programme Ladder.
1. Qu’est-ce qu’une opération combinatoire binaire ?
Une opération combinatoire est une opération logique dans laquelle l’état d’une sortie dépend directement de la combinaison des états présents aux entrées.
Prenons deux entrées logiques :
A = 0 ou 1
B = 0 ou 1
La sortie Q peut également prendre deux états :
Q = 0 ou 1
L’automate applique alors une fonction logique pour déterminer la valeur de Q.
Par exemple :
Q = A ET B
Dans une logique combinatoire, la sortie dépend uniquement de l’état actuel des entrées.
Ces opérations permettent de créer des conditions de fonctionnement telles que :
démarrer un moteur lorsque plusieurs conditions sont réunies ;
allumer une lampe lorsqu’au moins un détecteur est actif ;
autoriser le fonctionnement d’une machine ;
détecter une différence entre deux signaux ;
commander un actionneur selon plusieurs capteurs.
2. La fonction logique ET – AND
La fonction ET, appelée AND en anglais, impose que toutes les conditions soient vraies simultanément pour obtenir une sortie active.
On écrit :
Q = A ET B
Table de vérité de la fonction ET
| A | B | Q = A ET B |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 |
La sortie Q est donc égale à 1 uniquement lorsque A et B sont toutes les deux égales à 1.
Exemple industriel
Supposons qu’un moteur puisse fonctionner uniquement lorsque :
un bouton de marche est actionné ;
un capteur de sécurité autorise le fonctionnement.
Nous pouvons écrire :
Moteur = Bouton Marche ET Capteur de sécurité
Si l’une des deux conditions n’est pas satisfaite, le moteur ne fonctionne pas.
Fonction ET en langage Ladder
Dans un programme Ladder, la fonction ET est généralement représentée par deux conditions placées en série :
|----| |----| |----------------( Q )
A B
Pour activer la sortie Q, les deux conditions A et B doivent être vraies.
À retenir
Contacts en série = fonction logique ET
3. La fonction logique OU – OR
La fonction OU, appelée OR en anglais, signifie qu’il suffit qu’au moins une condition soit vraie pour que la sortie soit active.
On écrit :
Q = A OU B
Table de vérité de la fonction OU
| A | B | Q = A OU B |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 |
La sortie Q est donc active lorsque :
A est active ;
B est active ;
ou A et B sont actives simultanément.
Exemple industriel
Une lampe peut être commandée depuis deux boutons différents.
On écrit :
Lampe = Bouton 1 OU Bouton 2
La lampe s’allume lorsqu’un des deux boutons est actionné.
Fonction OU en langage Ladder
Dans un programme Ladder, la fonction OU est représentée par des branches en parallèle :
A
|----| |----+
| |
|----| |----+----------------( Q )
B
À retenir
Contacts en parallèle = fonction logique OU
4. La fonction OU exclusif – XOR
La fonction OU exclusif, appelée XOR, est différente de la fonction OU classique.
La sortie est active uniquement lorsque une seule des deux entrées est active.
On écrit :
Q = A XOR B
Table de vérité du OU exclusif
| A | B | Q = A XOR B |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 0 |
La sortie est donc égale à 1 lorsque les deux entrées ont des états différents.
On peut retenir :
A ≠ B → Q = 1
Différence entre OU et OU exclusif
Avec la fonction OU :
A = 1 et B = 1 → Q = 1
Avec la fonction OU exclusif :
A = 1 et B = 1 → Q = 0
Le OU exclusif signifie donc :
A ou B, mais pas les deux simultanément.
La fonction XOR peut également être écrite :
Q = (A ET NON B) OU (NON A ET B)
5. Qu’est-ce qu’un contact NO ?
Le terme NO signifie :
Normalement Ouvert
En anglais :
Normally Open
Un contact NO est ouvert dans son état normal.
Représentation simplifiée :
----| |----
Lorsqu’il est actionné, le contact se ferme.
Exemple avec un bouton-poussoir NO
Bouton non appuyé → contact ouvert
Bouton appuyé → contact fermé
Un bouton de marche est souvent utilisé comme exemple de contact normalement ouvert.
6. Qu’est-ce qu’un contact NF ?
Le terme NF signifie :
Normalement Fermé
On utilise également l’abréviation anglaise :
NC – Normally Closed
Dans son état normal, le contact est fermé.
Représentation simplifiée :
----|/|----
Lorsqu’il est actionné, le contact s’ouvre.
Exemple
Bouton non appuyé → contact fermé
Bouton appuyé → contact ouvert
Les contacts NF sont fréquemment rencontrés dans les fonctions d’arrêt et de sécurité.
Par exemple, un bouton d’arrêt peut utiliser un contact NF afin d’interrompre le circuit lorsqu’il est actionné.
7. Quel est le rôle des capteurs en automatisme industriel ?
Un capteur industriel est un dispositif permettant de détecter une grandeur ou un événement physique et de transmettre cette information au système de commande.
Un capteur peut détecter :
la présence d’un objet ;
une position ;
une distance ;
un niveau ;
une température ;
une pression ;
un mouvement.
La chaîne d’information peut être représentée ainsi :
Grandeur physique
↓
Capteur
↓
Signal électrique
↓
Entrée de l’API
↓
Traitement du programme
↓
Sortie de l’API
↓
Actionneur
Dans une application binaire, l’information transmise à l’automate est généralement interprétée sous forme de :
0 ou 1
Par exemple :
0 → signal inactif
1 → signal actif
8. Les principaux types de capteurs industriels
Dans les systèmes automatisés, plusieurs types de capteurs peuvent être utilisés.
Capteur inductif
Il permet principalement de détecter la présence d’un objet métallique sans contact mécanique.
Capteur capacitif
Il peut détecter différents types de matériaux selon son principe et son réglage.
Capteur photoélectrique
Il utilise un faisceau lumineux pour détecter la présence ou le passage d’un objet.
Fin de course
Il détecte généralement qu’un mécanisme a atteint une position déterminée.
Pressostat
Il détecte ou contrôle un niveau de pression.
Thermostat
Il permet de détecter ou contrôler une condition liée à la température.
Les capteurs peuvent fournir différents types de signaux selon leur technologie et leur câblage.
9. Contact physique NO/NF et symbole dans le programme : quelle différence ?
Cette distinction est essentielle en automatisme industriel.
Il ne faut pas confondre :
le contact physique NO ou NF
avec :
le symbole d’interrogation utilisé dans le programme de l’automate.
Le contact physique
Il appartient au matériel réel :
bouton-poussoir ;
capteur ;
relais ;
contacteur ;
fin de course.
Son fonctionnement peut être :
normalement ouvert ;
normalement fermé.
Le symbole dans le programme
Dans un programme Ladder, un symbole permet d’interroger l’état logique d’une variable.
On rencontre notamment :
l’interrogation à 1 ;
l’interrogation à 0.
Il ne faut donc pas identifier automatiquement un symbole Ladder avec le type physique NO ou NF du dispositif raccordé à l’entrée.
10. Le symbole d’interrogation à 1
Le symbole suivant est généralement utilisé pour une interrogation à 1 :
----| |----
Il signifie logiquement :
« La variable interrogée est-elle égale à 1 ? »
Prenons une entrée appelée E0.0 :
----| |----
E0.0
Lorsque :
E0.0 = 1
la condition est vraie.
Lorsque :
E0.0 = 0
la condition est fausse.
Tableau de fonctionnement
| E0.0 | Résultat de l’interrogation à 1 |
|---|---|
| 0 | 0 |
| 1 | 1 |
L’interrogation à 1 est donc vraie lorsque la variable possède la valeur logique 1.
11. Le symbole d’interrogation à 0
Le symbole suivant est utilisé pour une interrogation à 0 :
----|/|----
Il signifie :
« La variable interrogée est-elle égale à 0 ? »
Prenons l’entrée E0.0 :
----|/|----
E0.0
Lorsque :
E0.0 = 0
la condition est vraie.
Lorsque :
E0.0 = 1
la condition est fausse.
Tableau de fonctionnement
| E0.0 | Résultat de l’interrogation à 0 |
|---|---|
| 0 | 1 |
| 1 | 0 |
L’interrogation à 0 représente donc une inversion logique de l’état de la variable.
12. Pourquoi ne faut-il pas confondre NO/NF avec interrogation à 1/0 ?
C’est une confusion fréquente chez les débutants en automatisme.
Il faut retenir que :
NO et NF décrivent le comportement électrique ou physique d’un dispositif.
Alors que :
Interrogation à 1 et interrogation à 0 décrivent la manière dont le programme teste une variable logique.
Prenons un exemple.
Un capteur peut être physiquement câblé avec un comportement NF et connecté à l’entrée E0.0 d’un automate.
Le programme peut ensuite utiliser :
----| |----
E0.0
pour vérifier si l’entrée E0.0 vaut 1.
Il peut également utiliser :
----|/|----
E0.0
pour vérifier si E0.0 vaut 0.
Le symbole utilisé dépend donc du fonctionnement logique recherché dans le programme.
La bonne méthode consiste toujours à analyser toute la chaîne :
État physique
↓
Capteur ou contact
↓
Signal électrique
↓
Entrée de l’automate
↓
Valeur logique 0 ou 1
↓
Interrogation dans le programme
↓
Résultat logique
13. Relation entre les fonctions ET et OU et le langage Ladder
Le langage Ladder, également appelé langage à contacts, permet de représenter graphiquement les équations logiques utilisées dans un automate programmable.
Fonction ET en Ladder
Deux conditions placées en série représentent une fonction ET :
|----| |----| |----------------( Q )
A B
Ce schéma correspond à :
Q = A ET B
Pour obtenir Q = 1, les deux conditions doivent être vraies.
Fonction OU en Ladder
Deux branches placées en parallèle représentent une fonction OU :
A
|----| |----+
| |
|----| |----+----------------( Q )
B
Ce schéma correspond à :
Q = A OU B
Une seule des deux conditions peut suffire pour activer la sortie.
14. Exemple pratique : commande d’un moteur avec un capteur
Prenons un système comportant :
un bouton de marche S1 ;
un capteur de présence B1 ;
un moteur M1.
On souhaite que le moteur fonctionne uniquement lorsque :
le bouton de marche est actif ;
le capteur détecte la condition nécessaire.
L’équation logique est :
M1 = S1 ET B1
En Ladder :
|----| |---------| |------------( M1 )
S1 B1
Analyse du fonctionnement
Si :
S1 = 0 et B1 = 0
alors :
M1 = 0
Si :
S1 = 1 et B1 = 0
alors :
M1 = 0
Si :
S1 = 0 et B1 = 1
alors :
M1 = 0
Enfin, si :
S1 = 1 et B1 = 1
alors :
M1 = 1
Nous retrouvons donc exactement la table de vérité de la fonction ET.
15. Exemple de fonction OU avec deux capteurs
Supposons qu’une alarme doive être activée lorsqu’un des deux capteurs détecte une anomalie.
Nous avons :
capteur B1 ;
capteur B2 ;
alarme H1.
L’équation logique devient :
H1 = B1 OU B2
En Ladder :
B1
|----| |----+
| |
|----| |----+----------------( H1 )
B2
L’alarme est activée si :
B1 est actif ;
B2 est actif ;
ou les deux sont actifs.
16. Exemple de fonction OU exclusif
Supposons que nous voulions activer une sortie uniquement lorsque deux capteurs ont des états différents.
Nous avons :
Q = A XOR B
La sortie Q est active dans deux situations :
A = 1 et B = 0
ou
A = 0 et B = 1
Mais elle reste inactive lorsque :
A = 0 et B = 0
ou
A = 1 et B = 1
Le XOR est donc particulièrement utile lorsqu’on souhaite détecter une différence logique entre deux états binaires.
17. Tableau récapitulatif
| Élément | Signification |
|---|---|
| 0 | État logique faux ou inactif |
| 1 | État logique vrai ou actif |
| ET / AND | Toutes les conditions doivent être vraies |
| OU / OR | Au moins une condition doit être vraie |
| OU exclusif / XOR | Une seule des deux entrées doit être vraie |
| NO | Normalement ouvert |
| NF / NC | Normalement fermé |
| Interrogation à 1 | Teste si une variable vaut 1 |
| Interrogation à 0 | Teste si une variable vaut 0 |
| Capteur | Transforme une information physique en signal exploitable |
| API / PLC | Traite les entrées et commande les sorties |
| Contacts en série | Réalisation d’une fonction ET |
| Contacts en parallèle | Réalisation d’une fonction OU |
18. Les points essentiels à retenir
Pour bien comprendre les opérations combinatoires binaires en automatisme, retenez les règles suivantes :
Fonction ET :
Toutes les conditions doivent être vraies.
Fonction OU :
Une seule condition vraie peut suffire.
Fonction OU exclusif :
Une seule des deux entrées doit être vraie, mais pas les deux simultanément.
Contact NO :
Il est ouvert dans son état normal.
Contact NF :
Il est fermé dans son état normal.
Interrogation à 1 :
Elle vérifie si une variable vaut 1.
Interrogation à 0 :
Elle vérifie si une variable vaut 0.
Et surtout :
Un contact physique NO ou NF ne doit pas être confondu avec une interrogation à 1 ou à 0 dans un programme Ladder.
Questions fréquentes – FAQ
Quelle est la différence entre ET et OU en automatisme ?
La fonction ET nécessite que toutes les conditions soient vraies pour activer la sortie. La fonction OU nécessite seulement qu’au moins une condition soit vraie.
Quelle est la différence entre OU et OU exclusif ?
Avec le OU classique, la sortie reste active lorsque les deux entrées sont actives. Avec le OU exclusif XOR, la sortie est inactive lorsque les deux entrées ont le même état.
Que signifie NO en automatisme ?
NO signifie Normalement Ouvert. Le contact est ouvert dans son état normal et se ferme lorsqu’il est actionné.
Que signifie NF en automatisme ?
NF signifie Normalement Fermé. Le contact est fermé dans son état normal et s’ouvre lorsqu’il est actionné.
Quelle est la différence entre un contact NF et une interrogation à 0 ?
Un contact NF décrit le comportement physique ou électrique d’un dispositif. Une interrogation à 0 est une instruction logique du programme qui vérifie si une variable possède la valeur 0.
Pourquoi utilise-t-on des capteurs dans un automate programmable ?
Les capteurs fournissent à l’automate des informations sur l’état réel d’une machine ou d’un processus. L’automate utilise ensuite ces informations pour prendre des décisions et commander les actionneurs.
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