Chapitre V : Liaison Serie 1. Boucle de courant 1) But de la boucle: La boucle de courant est un moyen de transmission permettant de transmettre un signal analogique sur une grande distance sans perte ou modification de ce signal. 2) Comment est réalisé la boucle : Pour réaliser la boucle, il faut au moins 4 éléments : l'émetteur, l'alimentation de la boucle, les fils de la boucle et le récepteur. Ces 4 éléments sont connectés ensemble pour former une boucle 2.1) L’émetteur : L'émetteur est composé d'un capteur qui va mesurer les grandeurs physiques comme la température, la pression... et d'un émetteur de courant 4-20 mA. L'émetteur convertit la valeur mesurée par le capteur en un courant compris dans l'intervalle 4-20 mA. 2.2) L'alimentation : L'émetteur doit être alimenté pour fonctionner ceci est réalisé à l'aide des deux fils de la boucle. Le courant de 0 à 4 mA de la boucle sert pour l'alimentation du circuit émetteur (l'émetteur doit donc consommer moins de 4 mA). La plupart des émetteurs sont alimentés en 24 V mais certain de bonne qualité n'ont besoin que de 12V. 2.3) Les fils de la boucle : Deux fils relient tous les composants ensemble. Il y a quatre conditions pour le choix de ces fils : Il faut qu'ils aient une très faible résistance, une bonne protection contre la foudre, ne pas subir d'impulsion de tension induite par un moteur électrique ou un relais et avoir également une seule mise à la masse. 2.4) Le récepteur : On a toujours au moins un récepteur dans la boucle. Il peut être un afficheur digital, une table d'enregistrement. 3) Installation et test de la boucle : Pour installer la boucle, il suffit de relier en série l'émetteur, l'alimentation et le récepteur avec le fil.. On devrait lire un courant d'une valeur comprise entre 4 et 20 mA dépendant de la sortie de l'émetteur. 2. Protocole XON-XOFF Ce protocole ne nécessite qu'une liaison sur 3 fils. Le reste de la négociation entre l'émetteur et le récepteur pour échanger des données ce fait par logiciel. Ce protocole est basé sur les caractères XON (ASCI 11H) et XOFF (ASCI 13H). Le récepteur gère un buffer. Lorsque son buffer est plein à 80 % le récepteur envoie le caractère XOFF. L'émetteur lorsqu'il reçoit le caractère XOFF doit immédiatement suspendre son émission. Lorsque l'émetteur a vidé sont buffer à 50% il envoie un caractère XON à l'émetteur. A la réception de XON l'émetteur peut reprendre son émission. Liaison RS232 La transmission est entourée d'un bit de départ (Start) et d'arrêt (Stop). Le contrôle utilise un bit de parité (qui n'est pas obligatoire). Il vaut 1 lorsque le nombre de bits à 1 dans le message est impaire (type de parité EVEN) et 0 si le nombre de bits de l'octet de données est paire. Par contre, en parité ODD, il est à 0 lorsque le nombre de 1 dans le message est impaire et inversement. Start Bit D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 Parité Stop bit En RS232, la valeur 0 correspond à une tension entre - 5 à - 15V. La valeur 1 correspond à une tension de + 5 V à + 15 Volts. Les PC actuels utilisent ce mode de transmission mais avec des tensions de 0 à 5 volts. Les connecteurs sont parfaitement identiques. RX: Broche de réception des données. TX: Broche d'émission des données. RTS: sortie active bas, sortie de l'ordinateur indiquant au périphérique que l'ordinateur est prêt à transmettre (et inversement) DTR: actif bas, sortie indiquant au périphérique que l'ordinateur est prêt à communiquer. CTS: sortie actif bas, entrée, signalant à l'ordinateur que le périphérique est prêt à transmettre. DSR: entrée à l'ordinateur indiquant que le périphérique est prêt à communiquer. Au départ, seul trois fils sont nécessaires: RX et TX pour la transmission des données et une masse. 3. Transmission analogique par boucle de courant 4-20 mA La boucle de courant est un circuit de transmission de l’information d’un capteur sous forme de courant. Sa particularité vient du fait que l’alimentation, le conditionneur, le capteur et tout autre élément électrique lié au capteur sont tous branchés en série dans une maille (boucle) unique. Figure 1 : régulation de la température d’un four industriel. Figure 2 : exemple d’une boucle de courant 1) Ecrire la loi des mailles appliquée à ce système (figure 2). 2) Ecrire vC en fonction de vA, RR, RLM et i. 3) Sachant que RR et RLM valent 250W chacune, déterminer les valeurs mini et maxi de vC pour respecter le standard d’une boucle de courant 4-20 mA Cette plage de tension convient-elle au capteur de température si son constructeur indique qu’elle doit être comprise entre 12V et 30V ? 4) Quelle serait la longueur maximum de la liaison bifilaire au capteur si la résistance linéique du fil est de 0,62W/m ? 4. Transmission analogique en tension Cet exercice vous permettra de comprendre l’intérêt d’une transmission en courant par rapport à une transmission en tension. figure 3 : principe de la transmission en tension 1. Montrer que VR (1 2RL ) Vm RR Utiliser l’approximation : 1 1 x si x << 1 1 x 2. Exprimer en pourcentage la différence de tension e entre VR et Vm par rapport à Vm. 3. Application numérique Vm = 5 V ; RR = 10 kW ; résistance linéique du fil = 0,62 W.m-1. Calculer VR et e pour des distances de transmission de 10 m, 100 m et 1 km. 4. Conclure en comparant les deux types de transmission. 5. Avantages de la boucle de courant - Transmission sur des longueurs supérieures à 1 km. Le capteur fonctionne en générateur de courant continu => le courant est constant le long d’un câble => Le courant mesuré au niveau du récepteur ne dépend pas de la longueur de la ligne. (Exercice avec transmission en tension) - Très bonne immunité aux bruits : les tensions parasites (f.e.m induites ou thermoélectriques) ne contribuent pratiquement pas au courant de boucle du fait de la grande impédance interne du générateur de courant qui est en série avec la ligne. - Seulement 2 fils pour l ’alimentation du capteur et le codage de l ’information. - Possibilité d ’avoir plusieurs récepteurs. - Mise en œuvre très facile (Une résistance + Voltmètre ou un mA) - Détection de panne du capteur intégrée (lorsque Ib< 4mA ou Ib > 20mA) - Standard dans l ’industrie