Automatisme 2 Partie I

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TRANSMISSION DE DONNEES
INTRODUCTION
Pour agir efficacement sur un processus physique, chimique ou biologique, naturel ou
industriel, il importe, au préalable, de bien le connaître: la chaîne d'acquisition fournit au
décideur (homme ou machine) les informations permettant d'orienter son action et de valider
ses décisions. Encore faut-il que les informations acquises soient suffisantes et dignes de foi.
D'un monde réel complexe où s'enchevêtrent de multiples phénomènes, la chaîne d'acquisition
permet d'extraire les informations simples et nécessaires à une représentation valable et utile.
Ces informations caractérisent les grandeurs physiques qui sont les paramètres agissants des
modèles représentatifs de la réalité: température, pression, débit, force, etc. Connaître une
grandeur, c'est, pour le physicien ou l'ingénieur, lui affecter une valeur numérique ou une
succession de valeurs numériques significatives qui résultent d'opérations de mesure: la
chaîne d'acquisition est donc une chaîne de mesure. La grandeur objet de mesure ou
mesurande est caractérisée par son intensité et par son évolution temporelle; ce sont ces
informations que pour chaque mesurande la chaîne d'acquisition doit pouvoir délivrer sous la
forme de signaux électriques représentatifs et exploitables.
Les difficultés que présente l'acquisition de données ont deux causes principales:
- l'imbrication dans la réalité de multiples grandeurs qui rend souvent difficile l'isolement et la
saisie du seul mesurande recherché;
- les imperfections des dispositifs constitutifs de la chaîne qui entraînent une détérioration des
signaux et donc de l'information.
C'est à ces deux niveaux que doit se porter l'attention du concepteur pour limiter l'imprécision
des mesures et éviter les risques d'erreur.
Le capteur est la source première du signal électrique et donc de l'information traitée; le signal
qu'il délivre doit être l'image électrique du mesurande qu'il traduit et donc contenir toute
l'information recherchée. Or, du seul fait de son installation, un capteur est susceptible de
modifier la valeur du mesurande qu'il est censé traduire et, de plus, les autres grandeurs
physiques de son environnement risquent d'altérer sa réponse.
Les dispositifs dont l'association au capteur constitue la chaîne d'acquisition (amplificateur,
filtre, échantillonneur-bloqueur, convertisseur analogique-numérique) ont pour fonction de
traiter le signal de façon à le rendre approprié à l'exploitation prévue. Cependant, les
caractéristiques métrologiques de ces dispositifs ont des limitations dont il faut tenir compte
pour éviter une détérioration du signal et donc une perte d'information : dérives thermiques et
temporelles; bruit de fond, sensibilité aux perturbations électromagnétiques, non linéarité,
bande passante limitée ou temps de réponse fini. Concevoir une chaîne d'acquisition, c'est
choisir les dispositifs et leur montage de façon que leurs limitations soient compatibles avec la
sauvegarde de l'information liée au signal.
La généralisation du rôle des ordinateurs dans le contrôle-commande des processus industriels
et en particulier, leur association aux chaînes d'acquisition n'a pas supprimé les problèmes
précédents: elle donne, cependant, des moyens nouveaux, automatisés et rapides pour en tenir
compte et les corriger, déchargeant ainsi l'opérateur des tâches fastidieuses de réglage, de
compensation, d'annulation, etc. En outre, l'ordinateur est capable de remplir, en aval de la

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chaîne, les fonctions complémentaires à l'acquisition que sont la mémorisation, l'affichage des
données, leur analyse et leur traitement en temps réel.
Le but est d'attirer l'attention sur les problèmes que pose l'adéquation à leur tâche des
divers dispositifs de la chaîne. Il n'y a pas, en général, de solution parfaite car les
contraintes techniques, environnementales, économiques imposent des compromis.
1. L’INFORMATION ET CE QUI LA PORTE
1.1. Concept d’information
Pour pouvoir prendre une décision d'évolution d'un système, comme le lancement d'une
tâche, l'exécution d'une action programmée, l'élaboration d'un résultat, etc., il est nécessaire de
disposer d'informations sur l'état du système et de son environnement.
Deux cas doivent être distingués selon la responsabilité de la décision :
 La décision relève de la responsabilité humaine : l'opérateur doit alors pouvoir
disposer d'informations sensorielles (visuelles, auditives, etc.) reçues directement ou par
l'intermédiaire de capteurs, qui transmettent ces informations sous forme visuelle (voyants,
indicateurs à aiguille, messages sur écrans et afficheurs, etc,) ou sonore (avertisseurs,
messages vocaux, etc.)
A partir de ces informations, l'homme prend des décisions qu'il traduit sous forme
d'actions ou de consignes pour le système.
 La décision relève de la partie commande : la partie commande doit alors disposer,
par l'intermédiaire de capteurs, d'informations sur l'état de la partie opérative ou de
l'environnement du système, sur les consignes émises par l'opérateur, sur les messages
éventuels communiqués par d'autres systèmes (informations d'entrée).
Le traitement de ces informations par la partie commande lui permet d'émettre les ordres de
fonctionnement, les signalisations à destination de l'opérateur, ou encore d'émettre des
messages vers d'autres parties commandes (informations de sortie).
L'information correspond donc à une relation entre un émetteur et un récepteur
(destinataire). Dans le domaine de l'automatique, on associe en général plutôt « l'information»
aux données d'entrée de la commande c'est-à-dire au destinataire.
Lorsque la partie commande adresse une information vers l'extérieur (préactionneurs,
pupitre), il s'agit d'un ordre ou d'un compte rendu. L'information source relève d'une typologie
à trois classes, selon le besoin ou l'usage qui en est fait :
- à un besoin élémentaire, correspondant à une proposition du type « vrai ou faux ». Il s'agit
d'une information logique;
- si le besoin correspond à une information plus complète et discriminante,comme une
quantité (de couches, de flacons remplis, etc.) ou un rang (ordre de rangement), il faut
exprimer un nombre. Cette information est numérique;
- enfin, à un besoin de suivi permanent répond une information continue (ou analogique,
par opposition à logique).
Figure 1

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1.2. Image informationnelle
Le besoin (le « pourquoi») et la nature (le « sur quoi») de l'information étant perçus, il
reste à définir une « image» exploitable (le « comment »).
En automatique, un signal (électrique, pneumatique, optique, sonore, etc.) est le vecteur
privilégié de l'information. Pour autant il ne faut pas confondre l'information avec ce qui la
porte (l'information avec le signal, le contenu avec le contenant, le fond avec la forme).
Il existe une transformation, une fonction de codage, entre l'information source et
l'information image.
Comme pour les informations sources, les informations images relèvent d'une typologie
à trois classes. Cependant la relation entre la nature de l'information source et celle de son
image n'est pas toujours directe. En effet, l'information source peut être représentée par une
image de nature différente selon le codage utilisé.
1.3. Information discrète
Une information discrète est composée d'unités distinctes portées par un signal (des
signaux) binaire (s) qui peut(vent) prendre seulement deux états, 0 ou 1. On a alors à faire à
une ou plusieurs variables binaires.
1.3.1 Information Tout Ou Rien. Si le codage retenu pour cette information est
obtenu par une seule variable portée par un signal pouvant prendre seulement
deux états, 0 ou 1, on a à faire à une information Tout Ou Rien (TOR).
1.3.2 Information numérique. L'information source est associée à un nombre
souvent décimal ( Q), et son image est portée par des signaux TOR.
L'information numérique discrète découle de la nécessité de discrimination d'une
même information à l'aide d'un nombre restreint de variables (signaux). Une
information numérique est le résultat d'un codage.
1.3.3 Codage des informations. Coder une information, c’est lui associer un symbole,
ou une combinaison de symboles, qui permet de la communiquer.Transcoder une
information, c’est passer d'un code à un autre.
Le mode de fonctionnement des systèmes automatisés est du type binaire; il faut donc
coder les informations avec des nombres binaires.
1.4. Information analogique
Une information analogique est portée par un signal qui varie de manière continue, en
relation avec l'évolution de la grandeur physique qui en est la source (voir figure 2).
Figure 2

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Une telle information est utile lorsque l'on souhaite contrôler le comportement d'un
système de manière continue en commande proportionnelle.
2. Acquisition de données
2.1. Rôle
Une chaîne d'acquisition recueille les informations nécessaires à la connaissance
et au contrôle d'un procédé; elle délivre ces informations sous une forme appropriée à leur
exploitation (figure 3).
Un procédé industriel regroupe divers éléments dont les interactions physiques ou (et)
chimiques concourent à un but de fabrication ou de transformation; le procédé est instrumenté
et piloté à cette fin. L’état d'un procédé est, à chaque instant, caractérisé par les valeurs d'un
certain nombre de grandeurs physiques ou (et) chimiques variables: ces valeurs sont les
informations que le système d'acquisition doit fournir.
L’assignation d'une valeur à une grandeur physique ou chimique est une opération de
mesure, la grandeur objet de la mesure étant appelée le mesurande.
Figure 3 . Place de la chaîne d'acquisition de données dans un ensemble
de mesure-contrôle de procédé.
2.2. Structure d’une chaîne d’acquisition de données
L’analyse, pour ses grandeurs fondamentales, de l'ensemble complexe d'interactions que
constitue un procédé s'obtient par une succession d'opérations instrumentales ayant chacune
sa fonction propre: la chaîne d'acquisition est formée par l'ensemble ordonné et coordonné des
divers dispositifs assurant ces fonctions (figure 4).
Dans sa structure de base, une chaîne d'acquisition doit pouvoir assurer, au moyen des
dispositifs appropriés, les fonctions suivantes:
- extraction de l'information concernant chacune des grandeurs physiques à connaître et
traduction en signal électrique au moyen de capteurs et conditionneurs;
- traitement analogique du signal destiné en particulier à en éviter la dégradation par le bruit et
les parasites: amplification, filtrage;
- sélection parmi l'ensemble des signaux disponibles du seul signal requis à l'aide du
multiplexeur;
- conversion du signal sous forme numérique adaptée au calculateur chargé de l'exploiter, au
moyen de l'échantillonneur-bloqueur et du convertisseur analogique numérique;

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- la coordination des opérations précédentes est assurée par un calculateur qui, en outre, peut
être chargé de divers traitements sur les signaux numériques qu'il a acquis, traitements
destinés à faciliter leur exploitation (linéarisation) ou corriger des défauts de l'appareillage
(dérives thermiques compensées après autozéro et autoétalonnage par exemple).
Figure 4 -Exemple de structure d'une chaîne d'acquisition.
Des conditions particulières d'emploi peuvent nécessiter l'adjonction de fonctions
supplémentaires comme, par exemple: la transmission à distance des signaux par ligne
bifilaire, après conversion tension-fréquence ou tension-courant, par émission hertzienne, en
général à modulation de fréquence ou d'impulsions, ou encore par fibre optique après
conversion du signal électrique en signal optique.
2.3. Les constituants
Les performances globales de la chaîne d'acquisition résultent des performances
individuelles des divers dispositifs qui la constituent. C'est pourquoi chacun de ces dispositifs
doit être choisi en fonction des conditions qui lui sont imposées. Cette sélection s'opère à
partir des caractéristiques métrologiques qui sont un ensemble de spécifications décrivant le
fonctionnement de chaque dispositif, et fournies par le constructeur.
2.3.1 Les capteurs
Les capteurs sont les premiers éléments d'une chaîne d'acquisition. À chaque mesurande
est associé un capteur dont le rôle est de traduire ce mesurande de valeur m en une grandeur
électrique s(m), fonction connue du mesurande, en sorte qu'à chaque valeur s de cette
grandeur électrique puisse être liée de façon univoque la valeur m du mesurande. Cette
grandeur électrique s(m) est à l'origine du signal électrique que traite le système d'acquisition.
Un capteur est donc un constituant d'interface entre l'environnement d'un système automatisé,
ou sa propre partie opérative, et sa partie commande. Il produit un signal exploitable par cette
dernière qui est généralement proportionnel à la grandeur physique qu'il surveille. Ce signal,
cette information, est soit analogique, soit numérique.