Lycée des Métiers Marcel Barbanceys Activité de cours

Lycée des Métiers Marcel Barbanceys
Activité de cours
Nom :
LYCEE des METIERS
MARCEL BARBANCEYS
Prénom :
Activité de Cours
SYSTEMES AUTOMATISES
Savoirs Associés: S 51, S 52, S 53, S 56, S 57, S 58, S 59
ARCHITECTURE D’UN SYSTEME AUTOMATISE
1 Composants et frontière du système
Un système automatisé permet de réaliser des opérations ou séquences
d’opérations sur une matière d’œuvre.
Actionneur 1
Capteur A
Capteur B
Calculateur
Actionneur 3
Capteur C
Acquisition
Actionneur 2
Traitement et Commande
Partie Commande
Partie Opérative
Ou
Partie puissance
Un système automatisé est constitué de deux principales parties :

La partie commande : elle inclus les capteurs et le calculateur. Elle permet
l’acquisition et le traitement de signaux afin de commander la partie opérative.

La partie puissance ou opérative : la fonction de cette partie est de
transformer les signaux de commandes en action sur la matière d’œuvre, elle
est aussi nommée partie puissance. Elle est constituée des pré-actionneurs
et des actionneurs.
N. ROIATTI
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2 Classification des systèmes automatisés
Il est possible de classifier les systèmes automatisés selon plusieurs critères :
 Technologie du calculateur

Systèmes analogiques, la logique de commande est basée sur des calculs
analogiques, c'est-à-dire des opérations sur des grandeurs analogiques
(tension, intensité…) Exemple : boîtier de gestions de sécurité sur machines
de parcs et jardins, système de correction d’assiette sur moissonneuses.
Remarque : Ces systèmes analogiques sont remplacés par des systèmes
numériques, plus fiables et avec des performances nettement supérieures.

Systèmes numériques, la logique de commande est basée sur des
opérations numériques, les signaux analogiques sont convertis en signaux
numériques (binaire, hexadécimal) afin que le microcontrôleur
(microprocesseur) puisse effectuer des opération logiques sur ces données.
Remarque : les systèmes numériques sont plus puissants et plus adaptatifs que
les systèmes analogiques, en ce sens, il caractérisent la majorité des systèmes
actuels.
3 Eléments constitutifs des systèmes automatisés
 Les capteurs réalisent la transformation de grandeurs physiques en grandeurs
électriques :
Energie
électrique
Grandeur physique
à mesurer
(P, F, , T, q)
Valeurs de
consignes
et réglages
Transformer une grandeur
physique en grandeur
électrique directement
exploitable par le calculateur
A-0
Grandeur Electrique
(U, R)
Pertes
calorifiques
CAPTEUR
Ils peuvent être de différentes technologies :






Capteurs résistifs : thermistances, magnéto résistifs, jauge de contrainte…,
Capteurs magnétiques : inductifs, LVDT,
Capteurs effet Hall : simple ou double plaquette de Hall,
Capteurs piezo électriques,
Capteurs capacitifs,
Capteurs optiques.
N. ROIATTI
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Voici quelques visualisations de ces capteurs :
 Le calculateur réalise différentes fonctions, parmis lesquelles :



La transformation et la mise en forme des signaux, c’est le rôle de l’interface
d’entrée,
Les calculs et commandes, c’est le rôle du microcalculateur,
L’amplification des signaux de commande, c’est le rôle de l’étage de sortie.
 L’interface d’entrée
C'est la partie de l'interface par laquelle transitent les informations provenant des
capteurs de la machine. Les signaux issus de ces capteurs y sont mis en forme et
purifiés, afin de pouvoir être traités par le microcalculateur. Cette partie de l'interface assure donc la conversion analogique  logique
grâce à des Cl logiques.
Les Circuits lntégrés contenus dans le calculateur étant très sensibles aux parasites
et aux surtensions, l'alimentation passe par un régulateur de tension muni de ses
condensateurs de filtrages.
 Le microcalculateur,
C'est la partie du calculateur qui effectue le traitement des données issues de
l'interface d'entrée. Un quartz (horloge) fixe la fréquence de fonctionnement des
divers éléments de ce microcalculateur, c'est à dire :
 le microprocesseur
 la mémoire morte
 les mémoires vives
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Le microprocesseur
II constitue l'unité de travail du système. Il ne peut traiter que des
données numériques
, celles ci sont issues de l'interface d'entrée.
Il travaille dès qu'il est alimenté, il ne peut effectuer qu'une seule opération à
la fois, mais sa fréquence de travail est très élevée. Pour opérer, il doit consulter une
banque de données, en l'occurrence une mémoire morte contenant sous forme
numérique toutes les données constructeur nécessaires au bon fonctionnement de la
machine.
C'est également une unité de commande qui gère le déroulement des opérations et
commande le fonctionnement des actionneurs
.
Si une donnée erronée, panne capteur par exemple, parvient au microprocesseur,
cette donnée n'étant pas inscrite dans la ROM (Read Only Memory), le
microprocesseur va adopter une valeur moyenne, c’est le mode dégradé
. Le
fonctionnement de la machine est assuré, mais une anomalie a eu lieu, ce qui peut
provoquer l'allumage du voyant de panne électronique.
Les mémoires mortes
Au départ, ces mémoires mortes étaient des ROM dont le contenu était inscrit
définitivement, toute modification de la cartographie entraînait le remplacement du
calculateur
.
Actuellement, l'utilisation des EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read
Only Memory) permet de modifier la cartographie sans dépose du calculateur , ceci
étant rendu possible grâce à l'utilisation des CD ROM et des valises constructeurs.
Une mémoire annexe du type EEPROM permet de conserver les anomalies de
fonctionnement jusqu'à leur effacement. Cet effacement ne peut se faire qu'à l'aide
d'un code électrique : valise diagnostic ou démarrages successifs sans réapparition
de l'anomalie.
Les mémoires vives
Elles se chargent pendant le fonctionnement de la machine
, leur contenu
évolue sans arrêt : évolution de la température, de la vitesse, de la distance
parcourue...
Elles perdent une grande partie de leur contenu à la coupure du contact pour pouvoir
se recharger avec de nouveaux paramètres au redémarrage du système.
 l’étage de sortie
Les signaux de commande issus du microprocesseur sont de très faible puissance.
Les actionneurs réclament pour fonctionner une puissance relativement importante
ce qui nécessite un étage de puissance
(transistors & thyristors).
La dissipation calorique impose que les composants soient fixés sur des radiateurs.
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 Les pré-actionneurs et actionneurs
Ils constituent la partie opérative du système, ils transforment les commandes
électriques du calculateur en action sur la matière d’œuvre.
Un pré actionneur sera utilisé si la puissance nécessaire à effectuer l’action est
impossible à obtenir directement à partir de l’étage de puissance du calculateur.
Par exemple, une electro-vanne montée dans un circuit sous 18 bars commandée
par le calculateur vient piloter un servo-distributeur afin de commander le
remplissage d’une chambre de vérin sous 200 bars.
Les pré-actionneurs peuvent être :
 Des relais,
 Des électrovannes,
 Des moteurs pas à pas,
 …
Les actionneurs peuvent être :
 Des moteurs électriques ou hydrauliques,
 Des vérins électriques ou hydrauliques,
 Des électro-injecteurs,
 …
Vérin hydraulique
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Electro-vannes et Bloc hydraulique
Electro-injecteur Common Rail
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SYSTEMES REGULES et ASSERVIS
1 Structure d’un système asservis
 Commande en boucle ouverte:
Ceci est une commande en boucle ouverte, qui ne permet pas de régler précisément
le niveau de sortie et corriger l’effet des perturbations.
Il faut que l’opérateur agisse au travers du système de réglage sur le débit d’entrée à
l’aide de la vanne afin de conserver la consigne de niveau H compte tenu du débit de
fuite.
 Commande en boucle fermée:
Le système fait apparaître une boucle de régulation, réalisée par le capteur de
niveau, l’unité de commande compare la consigne H=100cm, à la valeur H de niveau
dans la cuve et commande le système de réglage afin d’adapter le débit d’entrée et
compenser la perturbation crée par la fuite.
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2 Structure générale d’un système en boucle fermée
Un système asservi est un système à boucle fermée, ou chaîne de contre réaction
que l'on peut décrire par le schéma fonctionnel suivant:
Xc : consigne
ΔX : écart de régulation
U : signal de commande
Y : variable de sortie ou variable à régler
Z : perturbation
Xm : grandeur électrique à la sortie du capteur
Le comparateur détermine à partir de la valeur de consigne Xc et de la valeur Xm
image de l’état de la variable de sortie Y, la valeur de l’écart de régulation ΔX.
Cet écart de régulation ΔX est communiqué au régulateur qui va commander l’action
sur le process afin de corriger l’écart du à la perturbation Z.
3 Qualité d’un système asservis
On distingue deux caractéristiques essentielles, mais contradictoires, la stabilité et
la précision. Si l’on augmente la précision, on va réduire la stabilité car le système
sera en permanence en train de corriger, il peut en résulter une sur oscillation
néfaste pour le système, inversement, un système trop stable peut devenir sur
amortis et interdire une réponse rapide.
Dépassement
Consigne
Système sur oscillant
Temps de correction
Système sur amortis
Asservissement optimal
T
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4 Différentes régulations
 Régulation analogique
La grandeur physique ou électrique Yc image de la variable de sortie Ys, est une
grandeur analogique, courant, tension, pression…
 Régulation numérique
ΔX
UR
UC
Yc
CNA : Convertisseur Numérique Analogique
CAN : Convertisseur Analogique Numérique
La grandeur physique ou électrique Yc image de la variable de sortie Ys, est une
grandeur analogique, courant, tension, pression… Cette grandeur est transformée en
grandeur numérique par l’intermédiaire d’un Convertisseur Analogique Numérique.
Inversement, l’écart ΔX Numérique donné par le comparateur, est converti en un
signal UC grâce à un Convertisseur Numérique Analogique afin de commander
l’actionneur.
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5 Mise en situation
 Synoptique structurel :
Voici un système automatisé de pont avant suspendu faisant apparaître une boucle
de régulation du niveau de l’essieu avant.
Nomenclature :
A : pompe à cylindrée
variable
B : bloc principal
C : distributeur de relevage
D : calculateur
E : capteur de niveau
F: accumulateurs de pression
G : bielle
H : vérins de mise à niveau
I : bloc de commande
J : accumulateur de pression
P : pression
R : retour
LS : signal Load Sensing
 Schéma de la Boucle de régulation
A partir du schéma synoptique et de la structure d’une boucle fermée, il est possible
de réaliser le schéma du de la boucle de régulation de mise à niveau du pont avant
suspendu.
Hauteur Ys
Consigne
Ecart
+
-
Calculateur
Uc
P, q
Bloc
Hydraulique
Capteur
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Vérins
F, L
Pont
Yc
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