L`AUTOMATISME – LE SIGNAL

L’AUTOMATISME – LE SIGNAL
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Sommaire :
1- Champ de l’automatisme – définitions
2- Correspondance entre phénomènes physiques et signaux
a. Capteur
b. Exemple de capteur TOR
c. Exemple de capteur analogique
3- Notion de signal
a. Signal Tout Ou Rien
b. Signal analogique
c. Signal numérique
4- Représentation sous forme de schéma blocs
a. Chaine d’énergie
b. Chaine d’information
5- Fonctionnement et traitement du signal d’un système automatique
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Cours d’Automatisme Informatique Industrielle M. GRACZYK
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Champ d'application de l'automatisme − vocabulaire
L'automatisme consiste en l'étude de la commande de systèmes industriels.
La première amélioration des conditions de travail a
été de remplacer l'énergie humaine fournie par l'ouvrier par
une machine (Partie Opérative P.O.)
L'opérateur commande la machine, et regarde le
résultat obtenu. Il adapte ses commandes en fonction du
déroulement du processus.
L'automatisme débute lorsque l'on
intercale entre l'opérateur et la P.O. une
P.C. (Partie Commande) qui prend
certaines décisions (gestion automatique
des cas les plus simples et les plus
courants).
La P.C. lit les informations sur la
P.O. par l'intermédiaire de capteurs, et
commande les actionneurs de la P.O.
Le but est de prendre en compte par la P.C. tout ce qui est répétitif et simple, en
laissant à l'opérateur les tâches nobles de réflexion. La P.C. doit nécessairement "tout
savoir" : toute information ou commande, même non traitée par elle, devrait passer par
elle.
Il reste néanmoins quelques phénomènes difficiles à mesurer, ou dont la mesure
coûte trop cher par rapport à la probabilité qu'ils se produisent, ou non prévus. Pour cela,
l'opérateur−contrôleur reste nécessaire.
Pour la suite, nous nous identifierons toujours à la partie commande.
Nous appellerons donc entrées :
-
les commandes (consignes) de l'opérateur ;
-
ainsi que les informations reçues des capteurs.
Nous appellerons sorties :
-
les ordres envoyées à la P.O.
-
ainsi que les informations transmises à l'opérateur (Messages).
On peut "classifier" les différents cas.
La première distinction qui a été faite, a été de séparer le :
-
Tout Ou Rien (TOR, allumé ou non, appuyé ou non, ouvert ou fermé...
représenté par 0 ou 1)
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-
de l'analogique (grandeurs représentées par une valeur réelle, comme
l'électronique par exemple). Désormais, le numérique (gestion de
l'analogique par une combinaison de composants TOR, donc
regroupement de zéros et de uns pour former des valeurs), tend à
englober tous les cas, en premier lieu par son coût plus faible, en second
lieu par les possibilités de programmation donc d'évolution.
Une autre distinction peut se faire entre :
2-
-
le combinatoire (les sorties dépendent uniquement de l'état actuel des
entrées)
-
et le séquentiel (les sorties dépendent des entrées et de l'historique,
c'est à dire de ce qui s'est passé auparavant). Le séquentiel en
numérique est souvent appelé automatique, en analogique plutôt
asservissement.
Correspondance entre phénomènes physiques et signaux
a) Capteur :
Pour connaitre l’état de la P.O., il doit y avoir une interface entre la P.C. et la
P.O. Ce sont les capteurs qui réalisent cette interface.
Un capteur émet un signal compréhensible par la Partie Commande à partir
d’une mesure physique sur la Partie Opérative.
Le capteur prélève une grandeur physique sur la P.O. et la transforme en signal
utilisable par la P.C. Pour cela le capteur est composé de 2 grandes parties :
- Le corps d’épreuve, qui est la partie qui subira les déformations liées à la
grandeur à mesurer ;
- L’élément sensible, qui est la partie du capteur qui transformera la
déformation du corps sensible en signal exploitable par la P.C.
capteur
grandeur
à mesurer
signal
corps d'épreuve
élément sensible
b) Exemple de capteur tout ou rien :
5V
tige de vérin
ressort
contact
0 ou 5V
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c) Exemple de capteur
tachymétrique :
de
vitesse
analogique
par
dynamo
N
Voltmètre gradué
arbre tournant
U
bobine
en tr/min
balais
S
aimant
3-
Représentation de l’information
a) Les signaux logiques :
Un signal logique est binaire. Cela veut dire qu’il n’a que 2 états possibles : 0 ou 1.
Exemple :
état logique
électricité
pression
0
0V
0 bar
1
24 V
8 bars
Remarque :
Même si le signal n‘est pas parfaitement binaire, le récepteur fait comme si s’était le
cas.
signal réel
seuil du
récepteur
signal pour le récepteur
b) Les signaux numériques :
Un signal numérique donne une valeur variable sous forme de combinaisons de
signaux binaires.
La transmission des signaux numériques peut se faire de 2 façons :
- en parallèle :
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Il y a autant de fils que de signaux binaires à envoyer
Exemple : envoi du nombre 5 sur 4 bits.
en binaire 5 s’écrit 0101 (Nous verrons cela ultérieurement)
5
poids du bit
8
4
2
1
- en série :
Le signal numérique est envoyé sur un seul fil.________________________
Exemple : envoi du nombre 5 sur 4 bits.
mot
poids du bit
1
2
4
8
Remarque : Les mots sont limités par des signaux de début et de fin de mot.
c) Les signaux analogiques :
Un signal analogique est un signal pouvant évoluer de façon continue entre 2 limites.
Exemple :
24V
temps
0V
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4-
Représentation d’un système automatisé sous formes de schémas blocs
Un système automatisé est composé de plusieurs éléments qui exécutent un
ensemble de tâches programmées sans que l’intervention de l’homme ne soit nécessaire.
La partie opérative est mécanisée et la partie commande est souvent assurée par un
automate.
Un système automatisé peut se décomposer en 2 chaines :
- Une chaine d’énergie qui agit sur la matière d’œuvre (la transforme) en utilisant
l’énergie à sa disposition ;
- Une chaine d’information qui prend les décisions pour piloter la chaine d’énergie.
a- Chaîne d'information :
C'est la partie du système automatique qui capte l'information et la transmet à la
partie intelligente du système pour être traitée. On peut découper cette chaîne en
plusieurs blocs fonctionnels.
La fonction :
Acquérir : Fonction qui permet de prélever des informations par des capteurs
Traiter : C’est la partie commande assurée par la partie intelligente du système
(automate, …)
Communiquer : Cette fonction assure l’interface avec l’environnement de la PC
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b-La chaîne d’énergie:
Définition :
Dans un système automatisé, on appelle une chaîne d’énergie l’ensemble des
procédés qui vont alimenter les actionneurs (moteurs, vérins, lampe…). On peut découper
cette chaîne en plusieurs blocs fonctionnels.
La fonction:
Alimenter : Mise en forme de l’énergie externe en énergie compatible avec la chaîne
d’action.
Distribuer : Distribution de l’énergie à l’actionneur réalisée par un distributeur, un
contacteur, ou un variateur
Convertir : L’organe de conversion d’énergie appelé actionneur peut être un vérin,
un moteur…
Transmettre : Cette fonction est remplie par l’ensemble des organes mécaniques de
transmission de mouvement et d’effort : engrenages, accouplement, embrayage…..
5-
Fonctionnement et traitement du signal d’un système automatique :
La partie intelligente du système doit être programmée par le concepteur du
système. Pour cela, il utilise des techniques dites d’algorithmie littérales ou, de plus en
plus, graphiques :
Algorithme: (nom du mathématicien arabe Al-Kharezmi) Un algorithme, c’est une
suite d’instructions ou de règles à appliquer dans un ordre déterminé pour arriver, une fois
exécutée correctement, à un résultat donné. L’écriture de cette suite est indépendante
des particularités de tel ou tel langage de programmation.
Organigramme : Un organigramme ou algorigramme permet de représenter
l’algorithme de façon graphique avec des rectangles (étapes ou actions à réaliser) et des
losanges (tests ou conditions à vérifier).
Programme : Un programme est la conversion de l’algorithme ou organigramme de
fonctionnement dans le langage du logiciel informatique pour le pilotage du système
automatique.
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