LE TRAITEMENT ANALOGIQUE

GJ C
LE TRAITEMENT
ANALOGIQUE
GJ C
But
But
CAPTEUR
Prise en compte des grandeurs
physiques analogiques
intervenant dans le système
TRAITEMENT ANALOGIQUE
- asservissement
Gérer l’évolution
- régulation
ACTIONNEUR
- Proportionnel
- Asservi
Faire évoluer le système
But
Prendre en compte des grandeurs
analogiques intervenant dans le système
Gérer l’évolution
Capteur, TDI, Superviseur
Traitement analogique
- Asservissement
- Régulation
Faire évoluer le système
Actionneur
- Proportionnel
- Asservi
GJ C
Les Capteurs
Les Capteurs
Le rôle principal du capteur est de transformer la grandeur analogique à mesurer
en un signal compréhensible par le système de commande.
Les Capteurs
Corps d’épreuve
ou
étage d’entrée
Changer la
nature de
la grandeur
Grandeur mesurée
Transducteur
ou
étage de sortie
Fournir un
signal
utilisable
Signal de sortie
(tension ou courant)
U ou I
(mesurande)
Grandeur mesurée
Domaine d’utilisation
GJ C
Les Actionneurs
Les Actionneurs
Pour permettre l’évolution du système en fonction de la grandeur analogique traitée,
deux principes sont utilisés dans la commande des actionneurs analogiques,
Pneumatique
Electrique
Les Actionneurs
« BOUCLE OUVERTE »
Le signal de retour n’existe pas réellement
comparateur
PO
consigne
+
-
Partie
commande
ACTIONNEUR :
Signal de retour virtuel
Commande Proportionnelle
Eff
Les Actionneurs
« BOUCLE FERMEE »
Le signal de retour est pris sur la grandeur réelle a asservir
on utilise pour cela un capteur
comparateur
PO
consigne
+-
ACTIONNEUR :
Partie
commande
CAPTEUR
Signal de retour
Commande Continue
Eff
GJ C
La Conversion
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Pour prélever les grandeurs physiques analogiques, on utilise des capteurs dont
le rôle est de traduire une grandeur physique en un signal électrique analogique.
Pour exploiter ce signal par des systèmes numériques il nécessaire de convertir
le signal analogique en valeur numérique codée.
Le traitement du signal comporte plusieurs phases:
- L’échantillonnage
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Echantillonnage
On prélève la valeur instantanée du signal analogique a intervalles de temps réguliers.
Période
d’échantillonnage
Ye
Y2 Y3
Y1
Y4
T = 1 / Fe
t
0
T
2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
Fréquence
d’échantillonnage
Fe > 2 * F maxi du signal à contrôler
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Echantillonnage
YeH
t
0
T
2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
On utilise un échantillonneur bloqueur, il met en mémoire les valeurs des échantillons
successifs.
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Pour prélever certaines grandeurs physiques, on utilise des capteurs dont le
rôle est de traduire une grandeur physique en un signal électrique analogique.
Pour exploiter ce signal par des systèmes numériques il nécessaire de convertir
le signal analogique en valeur numérique codée.
Le traitement du signal comporte plusieurs phases:
- L’échantillonnage
- La quantification
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Quantification
qn
10q
9q
8q
7q
6q
5q
4q
3q
2q
q
0
t
Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire.
Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états
résolution absolue
(Quantum)
q = Valeur maximum du signal à convertir / (2 n -1)
La résolution absolue (le Quantum) définie la plus petite valeur que le
convertisseur peut coder.
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Quantification
qn
10q
9q
8q
7q
6q
5q
4q
3q
2q
q
0
t
Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire.
Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états
résolution absolue
(Quantum)
q = Valeur maximum du signal à convertir / (2 n -1)
Avec un convertisseur de 8 bits et un signal analogique de 10V
q = 10 / (28-1) = 10 / (256-1) = 0,0392156 V = 0,039 V
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Quantification
qn
10q
9q
8q
7q
6q
5q
4q
3q
2q
q
0
code
1010
1001
1000
0111
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
Le codage établit une correspondance entre le nombre de quanta d’un échantillon et sa
valeur dans un code donné:
- Binaire pur,
- Gray,
- DCB.
La Conversion
TRAITEMENT DU SIGNAL
Quantification
Avec un convertisseur de 8 bits, 256 valeurs possibles (de 0 à 255)
Avec un signal analogique de 10V, q = 0,039V
Valeur N°
Valeur numérique
Valeur analogique
1
2
3
4
0000 0000
0000 0001
0000 0010
0000 0011
.
.
.
.
.
.
.
.
.
1111 1110
1111 1111
0V
0,039 V
0,078 V
0,117 V
255
256
9,961 V
10 V
La Conversion
CONVERTISSEURS
LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE (CAN )
Le convertisseur analogique numérique transforme un signal continu en une valeur
numérique traitable par une partie commande programmable.
Valeur numérique
Valeur analogique
Coupleurs d’entrée
La Conversion
CONVERTISSEURS
LE CONVERTISSEUR NUMERIQUE ANALOGIQUE (CNA)
Le convertisseur numérique analogique transforme une valeur numérique en un
signal continu utilisable par un pré actionneur ou un actionneur.
Valeur analogique
Valeur numérique
Coupleurs de sortie
La Conversion
CONVERTISSEURS
La conversion engendre un certain nombre d’erreurs dont les plus sensibles sont :
Erreur de linéarité :
Cette erreur représente l’écart entre la courbe de transfert idéale et la courbe de
transfert réelle. Elle s’exprime en % de la pleine échelle.
La précision
C’est l’écart existant entre la tension obtenue en sortie et celle prévue par la
théorie. Elle est généralement donnée en % de la pleine échelle.
Les Coupleurs
Leur rôle est d’interfacer la partie commande avec la partie opérative via :
- Les capteurs analogiques pour les coupleurs d’entrées,
- Les pré actionneurs à commandes analogiques pour les coupleurs de sorties.
GRANDEUR ELECTRIQUE
Courant ou Tension à
variation continue
COUPLEUR D’ENTREE
COUPLEUR DE SORTIE
Conversion analogique
numérique
CAN
Conversion numérique
analogique
CNA
Unité Centrale numérique
A.P.I
Les Coupleurs
LE COUPLEUR D’ENTREE
Il transforme le signal continu du capteur en une valeur numérique traitable par
l’Unité Centrale de l’Automate.
BUS
Les Coupleurs
LE COUPLEUR DE SORTIE
Il transforme la valeur numérique, résultat du traitement de l’Unité Centrale en un signal
continûment variable utilisable par un actionneur ou pré-actionneur.
Démultiplexage
BUS
Les Coupleurs
Caractéristiques principales:
La plage de travail : 4-20 mA, ± 10V, 0-10V…
Le nombre de voies
Le filtrage (matériel ou logiciel)
La définition de conversion (8,12,16 bits)
Les valeurs numériques maximum
Paramétrage
Le paramétrage se fait généralement au moment de l’installation dans le rack automate,
soit :
- par des switches de réglages sur la carte,
- par programmation à partir de l’atelier logiciel du constructeur.
Les Coupleurs
Les Coupleurs
Coupleur Analogique
4 entrées / 4 sorties
Les Coupleurs
Coupleur Analogique
4 entrées / 4 sorties
Les Coupleurs
Les Coupleurs
Les Coupleurs
Les Coupleurs
Les Coupleurs
Mise à L’échelle
La mise a l’échelle d’une valeur analogique consiste a appliquer à la valeur numérique,
convertie par le coupleur, un coefficient (sous forme d’expression linéaire) pour réaliser
le traitement de la donnée dans l’unité utilisée par l’application.
Ce calcul est généralement fait à partir d’une instruction automate.
Le travail du programmeur consiste essentiellement a fournir les données d’entrées
nécessaires.
Mise à L’échelle
API
Elément de dialogue
Coupleur de sortie ANA
Pré actionneur
opérateur
actionneur
API
Coupleur de sortie ANA
Elément de dialogue
Mise à L’échelle
Mise à L’échelle
Valeur analogique
API
Programme d’application
incréments
Coupleur de sortie ANA
Valeur numérique
Signal électrique (Courant / Tension)
Signal électrique (V ou mA)
Carte Analogique
de Sortie
Incréments
Mise à L’échelle
Coupleur de sortie ANA
Valeur analogique
Valeur physique (Fréquence-Vitesse)
Signal électrique
(Courant / Tension)
Préactionneur
Signal électrique (V ou mA)
Fréquence
Valeur
physique
Vitesse
Consigne
Mise à L’échelle
Valeur numérique
Elément de dialogue
API
Programme d’application
Valeur d’application
incréments
Incréments
Mise à l’échelle
Valeur d’application
Mise à L’échelle
Incréments
Courbe de transfert
Y2
Mise à l’échelle
Y
(Y2-Y1)
Y=
(X2-X1)
(X-X1) + Y1
Y1
X1
X
X2
Valeur d’application
Y1:valeur basse de la valeur numérique (incréments)
Y2:valeur haute de la valeur numérique (incréments)
X1:valeur basse de la consigne (variable d’application)
X2:valeur haute de la consigne (variable d’application)
X: valeur de la consigne à convertir
Y: valeur numérique après la mise a l’échelle
Mise à L’échelle
Certains automates ne possèdent pas les instructions de mise à l’échelle
dans la bibliothèque mise à la disposition du programmeur.
Il faut dans ce cas développer un programme spécifique !
Exemple avec un CQM1 CPU 21
CQM1 DA
On utilise le coupleur de sortie analogique pour faire varier la vitesse d’un moteur (un seul sens de rotation).
On utilisera la carte en (0 +10V).
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Valeur analogique
Incréments (0000 – 07FF)
Coupleur de sortie ANA
Valeur numérique
Signal électrique (0 - 10V)
Signal électrique
Incréments
Carte Analogique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Signal électrique
Incréments
Carte Analogique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Valeur analogique
Grandeur physique
Coupleur de sortie ANA
fN (50)
Valeur
physique
Signal électrique
(0 – 10V)
Signal électrique
Pré actionneur
fréquence
(0 – 50Hz)
Vitesse
(0 – nN)
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Grandeur physique
Signal électrique
fN (50)
Incréments
Signal électrique
Carte Analogique
Pré actionneur
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Consigne
Valeur numérique
Elément de dialogue
API
Programme d’application
Incréments
Valeur d’application
(0 – 100)
07FF
Incréments (0000 – 07FF)
Mise à l’échelle
0
Consigne (0 à 100%)
100
Valeur d’application
Exemple
Incréments
Signal électrique
Grandeur physique
07FF
(2047)
fN (50)
Valeur d’application
Incréments
Signal électrique
100
Mise à l’échelle
Carte Analogique
Pré actionneur
Exemple
Y
incréments
Incréments
07FF
(2047)
Y2
Y=
X2
X
Valeur d’application
100
Valeur d’application
Mise à l’échelle
Incréments
Courbe de transfert
Y2
Y
(Y2-Y1)
Y=
(X2-X1)
Y1
X1
X
X2
Valeur d’application
(X-X1) + Y1
X
Exemple
Y
Incréments
07FF
(2047)
Valeur d’application
100
X
Mise à l’échelle
Y2
Y=
X2
2047
X =
100
X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X
X
Y = 20 X +
2
= 20,5 x
Valeur maximum = 2050 > 2047
Exemple
Y
Incréments
07FF
(2047)
Valeur d’application
100
X
Mise à l’échelle
Y2
Y=
X2
2047
X =
100
X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X
X
Y = 20 X +
3
= 20,33 X
Valeur maximum = 2033 < 2047 OK !
Mise à L’échelle
Certains automates possèdent des instructions de mise à l’échelle dans la
bibliothèque mise à la disposition du programmeur.
Il suffit pour lui de les utiliser convenablement !
Mise à L’échelle
Valeur d’application
« consigne »
Valeur numérique
« incréments »
Paramètres
de la mise à
l’échelle
SCL3 pour une carte de sortie analogique
SCL2 pour une carte d’entrée analogique
Mise à L’échelle
Incréments
07FF
Valeur d’application
100
Mise à l’échelle
DM100
Ecriture par TDI
« consigne »
DM101
IR103
Tableau des
paramètres de
mise à l’échelle
Adresse de la voie du
coupleur analogique
Mise à L’échelle
Incréments
07FF
Valeur d’application
100
Mise à l’échelle
DM 101
DM 102
DM 103
DM 104
0000
0100
07FF
07FF
DM 105
0000
Fin