Etude et Modélisation des Systèmes : Cours

ETUDE ET MODELISATION DES SYSTEMES
-Généralités-
1- DEFINITIONS :
Un système : est un ensemble d'éléments, en interaction dynamique, organisés en fonction
d'un but.
Exemple : le système nerveux, le système solaire, un système technique,...
Un système industriel : est un ensemble technique conçu par l’homme pour répondre à un
besoin. Il assure une fonction globale. Il agit sur des matières d’oeuvre pour les faire passer
d’un état initial à un état final, créant ainsi une valeur ajoutée.
Un cahier des charges fonctionnelle (c.d.c.f.) est un document qu’un client présente au
concepteur- réalisateur du produit et dans lequel il exprime son besoin. Ce c.d.c.f. diffère selon
la nature même du client qui le présente, ainsi ce dernier peut y signaler d’autre détails tels
que l’énergie disponible, le lieu où le produit sera utilisé, l’encombrement…etc.
Le concepteur doit respecter ce cahier des charges, mais doit aussi tenir compte de beaucoup
d’autres critères (sécurité,économie du marché, esthétique, encombrement…etc.)
Frontières d’un système et son interaction
avec son environnement de travail
Matière d’oeuvre sortante = matière d’oeuvre entrante+Valeur ajoutée.
La valeur ajoutée à la matière d’œuvre entrante, peut être : le changement de l’état, le
changement de position, le changement de forme…etc.
Fonction principale : la fonction principale du système est l’obtention de la valeur ajoutée,
elle est exprimée sous forme de finalité.
Exemple : pour le système « machine à laver », la fonction principale sera par exemple : laver le linge.
Performance : les exigences d’une fonction sont parfois exprimées en terme de performances
ou qualités. Ce sont les critères d’appréciation de la fonction. Ces critères sont exprimés avec
leurs niveaux d’exigence et de flexibilité.
Exemple : système « Récepteur radio » :
Fonction
Critère d’appréciation
Niveau d’exigence
flexibilité
Recevoir onde
électromagnétique
Fréquences extrêmes de
l’onde reçue
Entre 88MHz
et 108MHz
2MHz
Adapter l’énergie
électrique
Tensions d’entrée
et de sortie
Ue=220 v
Us= 12 v
0
2- CLASSIFICATION DES SYSTEMES:
On peut classer les systèmes selon le domaine d’application, la nature de la matière d’œuvre,
la nature du flux et les critères technico-économiques ;
SYSTEME
(Produit)
Matière d’œuvre entrante
(Entrée principale)
Matière d’œuvre sortante
(Sortie principale)
Energies
Consignes d’utilisation
Déchets, pertes,
résidus
Informations,
Signaux, messages

2.1. Nature de la matière d’oeuvre :
La matière d’œuvre traitée par un système technique peut être de type :
Matière : objet, pièce, solide, liquide, gaz…
Energie : énergie électrique, énergie mécanique de rotation, énergie mécanique de
translation, énergie hydraulique (liquide sous pression), énergie pneumatique (air
comprimé), énergie solaire, énergie chimique…
Information : la nature de informations peut être : logique (TOR :tout ou rien),
analogique, numérique (une valeur chiffrée)
2.2. Nature du flux :
Selon le type du système technique étudié, on peut s’intéresser à trois types de flux
flux matériel : flux de la matière d’œuvre depuis l’entrée jusqu’à la sortie du système.
flux énergétique : flux d’énergie depuis l’entrée jusqu’à la sortie du système
La chaîne d’énergie comprend les fonctions: alimenter, distribuer, convertir et transmettre.
flux informationnel : flux des informations circulées depuis l’entrée jusqu’à la sortie.
La chaîne d’information comprend les fonctions : acquérir, traiter, communiquer
2.3. Critères technico-économiques :
La classification selon le critère technico-économique comprend :
systèmes en production unitaire : ces systèmes sont souvent de coûts élevés, et sont produit à
la demande ou pour des client particuliers,
systèmes produits en moyenne et grande série : ces systèmes sont souvent de coûts faible à
très faible, car le coût total incluant les moyens humains, matériels, étude,…etc, est étalé sur
plusieurs entités produites.
3- STRUCTURE D’UN SYSTEME AUTOMATISE :
D’une façon générale, on peut représenter la structure fonctionnelle d’un système automatisé
comme un ensemble de deux parties liées par des informations de part et d’autre :
Structure fonctionnelle d’un système automatisé
Consigne: information qui circule de l’utilisateur vers la partie commande, les messages ou
informations des sorties circulent quand a elles depuis la partie commande vers l’utilisateur ;
On appelle pupitre : l’élément permettant de réaliser ce dialogue entre P.C et utilisateur (c’est
une interface homme/machine (H/M)), il est souvent sous forme d’un tableau avec des boutons
de commandes et de réglages.
PARTIE
COMMANDE
PARTIE
OPERATIVE
Consignes
Ordres
Comptes rendus
Matière
d’œuvre
entrante
Visualisations
(messages,
informations)
Déchets
Pertes
Énergie
Énergie
Visualisations
(messages,
informations)
Matière
d’œuvre
sortante

Partie opérative (partie commandée) :P.O.
C’est l’ensemble des dispositifs et éléments matériels (organes), et mécanismes permettant
d’apporter la valeur ajoutée sous des ordres de la partie commande..
Partie commande : P.C.
4- FRONTIERES P.C.-P.O. :
Les échanges d’informations que la entre P.C. échange avec la P.O. sont de deux types :
Emission d’ordres ou de signaux de commande vers les pré-actionneurs ou directement vers
les actionneurs de la P.O.
Réception des comptes rendus, par l’intermédiaire d’organes de saisie de l’information
appelés : capteurs.
Constituant matériels et fonctionnels d’un système automatisé
Effecteurs : Ce sont les organes qui agissent directement sur la matière d’oeuvre du système.
Généralement, ils nécessitent d’insérer entre eux et l’actionneur un ou plusieurs transmetteurs
de puissance. Exemples : pince, roue…
5- CHAINE D’INFORMATION ET CHAINE D’ENERGIE :
On utilise le schéma bloc suivant pour représenter les chaînes d’énergie et d’information.
Transmetteurs
Adaptateurs
Transmettre la
puissance
Effecteurs
Opérer directement
sur le produit
Unité centrale
Traiter les
informations
Module de sortie
de l’information
Communiquer, transmettre
les, informations (ordres)
Interfaces H/M, M/M
Pupitres
Acquérir les consignes et
d’autres informations
Adapter les
informations
Actionneurs
Convertir l’énergie
Pré actionneurs
Distribuer, gérer
l’énergie
Capteurs
Saisir, acquérir
l’information
Grandeur
physique,état…
(concernant le
produit) à acquérir
Frontière approchée de la P.O.
Frontière approchée de la P.C.
Informations destinées à d’autres
systèmes et à l’interfaces H/M
Consignes
Informations
issues d’autres
systèmes et
d’interfaces H/M
Grandeurs
physiques à
acquérir
Energie
d’entrée
ACQUERIR
TRAITER
ALIMENTER
TRANSMETTRE
CONVERTIR
DISTRIBUER
ACTION
COMMUNIQUER
Ordre
Matière
d’œuvre
entrante
Matière d’œuvre
sortante
Pertes
Déchets
Chaîne d’information
Chaîne d’énergie

Une chaîne fonctionnelle est l'ensemble des constituants organisés en vue de l'obtention
d'une tâche opérative, c'est-à-dire d'une tâche qui agit directement sur la matière d'œuvre.
Exemples : Prendre un objet, déplacer une charge, chauffer une pièce, réguler température, ...
En S.I, on utilise une chaîne fonctionnelle composée d’une chaîne d’énergie et d’une chaîne d’information.
La chaîne d’énergie (voir ci-dessous : associée à sa commande, assure la réalisation d’une
fonction de service dont les caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges.
Repérable sur la plupart des produits et systèmes de notre environnement et des milieux
industriels, elle est constituée des fonctions génériques : alimenter,distribuer,convertir,
transmettre qui contribuent à la réalisation d’une action. Ces fonctions sont réalisées à l’aide
d’organes technologiques
La chaîne d’information (voir ci-dessous) : permet quand à elle de spécifier les étapes
parcourues par l’information de mesure d’état du système jusqu’à l’élaboration des ordres de
commande .Elle est associée à la chaîne d’énergie pour contribuer à réaliser une fonction.
Elle comprend les trois fonctions : acquérir, traiter et communiquer
ALIMENTER
TRANSMETTRE
CONVERTIR
DISTRIBUER
Source
d’énergie
Énergie
électrique,
hydraulique,
pneumatique
Energie
distribuée
Energie
mécanique
Energie
disponible
pour l’action
demandée par
le C.d.C.F.
Source d’énergie
-Prise réseau
-Raccord réseau
-Piles, batteries
-Accumulateurs
…
Pré actionneurs
-Ccontacteurs
-Relais statique
-Variateurs
-Distributeurs…
Actionneurs
-Moteurs asynchrones
-Moteurs à courant
continu
-Moteurs hydrauliques
-Moteurs pneumatiques
-Vérins….
Transmetteurs- adaptateurs
-Assemblages démontables
-Guidage en rotation
-Accouplements, embrayages
-Limiteurs de couple, freins
-Poulies-courroies
-Engrenages, réducteurs
-Systèmes vis-écrou
-Roue et chaîne …
Grandeurs
Physiques,
consignes
Images
informationnelles
utilisables
Ordres,
messages
Capteurs- détecteurs
-Capteurs TOR
-Capteurs analogiques
-Capteurs numériques
-Interfaces H/M
-Systèmes numériques
d’acquisition de
données
Matériel:
-Automates programmables
-Ordinateurs
-Microcontrôleur
-Modules logiques programmables
-Circuits de commande câblés
Logiciels:
-Logiciels langages LD, SFC, ST
-Editeur de modèles de commande avec
générateur de code
-Logiciel de développement rapide
-Commandes TOR
-Interfaces H/M
-Liaisons utilisant le mode
de transmission série
-Liaisons utilisant le mode
de transmission parallèle
-Réseaux éthernet
-Bus capteurs/actionneurs
ACQUERIR
COMMUNIQUER
TRAITER
Informations
traitées

6- LES ACTIONNEURS « FONCTION CONVERTIR L’ENERGIE »:
Les actionneurs sont des organes de la chaîne d’énergie. La fonction globale d’un actionneur est
de convertir l’énergie d’entrée en une énergie mécanique.
Les actionneurs sont de deux types : les moteurs (énergie mécanique de rotation) et les vérins
(énergie mécanique de translation)
Moteurs:
Moteur à courant continu.
Moteur à courant alternatif.
Moteur hydraulique.
Moteur pneumatique.
Moteur thermique
Turbine à vapeur
Vérins :
On trouve des vérins hydrauliques et des vérins pneumatiques.
Vérin simple effet : la sortie ou la rentrée de la tige du vérin se fait par pression, l’autre
position est obtenue par un ressort de rappel en absence de pression.
Vérin double effet : il contient deux orifices car la sortie et la rentrée de la tige du vérin se
font par pression.
CONVERTIR
L’ENERGIE
Energie
distribuée
Energie utilisable
(action)
Actionneur
Energie électrique
Energie Pneumatique
Energie hydraulique
Energie mécanique
de rotation
Energie mécanique
de translation
Moteur électrique
Moteur hydraulique
Corps du
moteur (stator)
Arbre ou axe du
moteur (rotor)
Corps
Tige
Piston
Chambre 2
Chambre 1
Tige du
vérin
Corps du
vérin
Orifice
Vérin double effet
Vérin simple effet
Vérin rotatif
Ventouse
Course du vérin=
distance parcourue
entre la position
sortie de la tige et
la position rentrée
de la tige
Préhenseur (pince)