Introduction

Etudes des PC TS2
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AUTOMATE PROGRAMMABLE ET TEMPS REEL
1. Introduction
La structure type d’une chaîne fonctionnelle dans un système automatisé est la suivante :
! Apparition d’un Effet consécutif à l’événement !
événement
Cette représentation insiste sur la relation causale entre une information et son effet sur la partie
opérative.
Deux éléments importants déterminent les performances de cette chaîne
• La rapidité qui se mesure par le temps de réponse TR.
• La durée pendant laquelle l’information est effectivement disponible, c’est à dire son temps de
maintien TM
2. Fonctionnement Dynamique des constituants programmables
Les constituants programmables ( A.P.I., Microprocesseurs....) doivent fonctionner en temps réel afin
de pouvoir assurer un temps de réponse acceptable, tant sur le plan des performances dynamiques que
sur la plan de la sécurité.
2.1. Principes de traitements
Quatre grands principes de base permettent de respecter le critère TEMPS REEL :
• Traitement combinatoire :
Ce traitement donne lieu aux réalisations câblées
Le temps de traitement est fonction de l’architecture des circuits et des temps de commutation des
composants.
Ce type de solution est utilisé pour des applications performantes dans le spatial, l’aéronautique la
robotique ... à partir de circuits conçus spécialement ( processeur de vision pour la robotique,
commande de moteur autosynchrone ....)
• Traitement numérique sur interruption
le processeur numérique programmable exécute un programme résident en mémoire à l’apparition
d’un événement extérieur.
Deux cas sont à distinguer selon que l’événement est unique ou que plusieurs événements peuvent
survenir « simultanément » (c’est à dire si un nouvel événement peut survenir pendant la phase de
traitement du précédent)
- si l’événement est unique le fonctionnement du processeur peut être décrit par le Grafcet suivant :
CapteurA.P.I. Préactionneur Effecteur
Actionneur
Temps de réponse TR

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- si plusieurs événements peuvent survenir il faut alors envisager :
* soit une fonction de gestion des interruptions (avec définition de niveaux de priorité),
* soit une structure multiprocesseurs parallèles....
• Traitement numérique cyclique asynchrone :
c’est le mode de fonctionnement de beaucoup d’automates dont le TSX 17-20
Ce mode intègre trois concepts : acquisition globale des entrées, cycle et asynchronisme :
a) acquisition globale des entrées
Toutes les entrées sont lues sur les mémoires d’entrées des différents modules ( TOR, mais
aussi éventuellement analogiques, numériques) et stockées en mémoire. Le traitement
s’effectue ainsi à partir de ces valeurs, qui restent donc figées pendant le cycle de traitement.
b) traitement cyclique
Le cycle type de traitement comporte 3 phases principales que l’on peut décrire par le
Grafcet suivant :
Attendre
!événement
1
Traitement de l’événement
fin de traitement
2
Affectation
des sorties
sorties affectées
3
Acquisition globale des entrées
(ou Scrutation ou Mise à jour )
entrées mise à jour
1
Traitement des entrées
Calcul de l’évolution et des sorties
fin de traitement
2
Affectation
des sorties
sorties affectées
3

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c) asynchronisme du traitement
L’asynchronisme fait référence à l’enchaînement des cycles de traitement : un nouveau cycle
débute dès le précédent terminé, c’est-à-dire qu’à une affectation des sorties succède, sans temps
d’arrêt l’acquisition de entrées pour le cycle suivant.
On constate que le temps de cycle est variable.
• Traitement cyclique synchrone
La différence fondamentale entre ce mode et le précédent réside dans le cadencement des cycles à
période constante Tc. Ce cadencement est assuré par une horloge temps réel.
Le temps de cycle Tc est fixé par des considérations :
- de taille mémoire dans les API (durée suffisante pour exécuter au moins le traitement d’un
programme occupant la capacité mémoire maxi );
- de dynamique et de performances dans les CN : le temps de cycle est alors appelé période
d’échantillonnage, il doit être compatible avec la dynamique de l’asservissement.
La durée du traitement n’étant pas fixe, il en résulte du temps libre en les traitements successifs (TL
sur le schéma) utilisé pour des auto-tests du fonctionnement interne.
2.2. Mode de traitement et temps de réponse
Le temps de réponse de la P.C. à un événement correspond à la durée séparant l’instant où cet
événement est apparu sur le circuit d’entrée et l’instant où l’évolution correspondante des sorties est
effective.
En logique câblée le temps de réponse ne dépend que de la complexité des circuits (le nombre de
commutation de composants sur le chemin de sortie) et de sa technologie.
En logique programmée, le temps de réponse est fonction du principe de traitement, de la taille du
programme à exécuter et de la technologie du processeur (nombre de bits, fréquence de l’horloge
interne)
Minimum avec un traitement par interruption, il est maximum (pour une même durée de traitement
TT) avec un traitement cyclique synchrone.
Cycle (n+1)Cycle nCycle (n-1)
Exécution
traitement Exécution
traitement (n+1)
Exécution
traitement (n-1)
S
S
S
EE
E
Cycle (n-1)
Exécution
traitement (n-1)
S
E
Exécution
traitement n
S
E
Exécution
traitement
(
n+1
)
S
E
Cycle n C
y
cle
(
n+1
)
Durée Tc Durée Tc Durée Tc
TL
TL
TL

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En conclusion (tableau à compléter)
Mode de traitement sur interruption cyclique asynchrone cyclique synchrone
maxi
temps de réponse moyen
mini
3. Temps de maintien et temps de réponse
3.1. Comportement d’un constituant
Chaque constituant de la chaîne du capteur à l’effecteur introduit un retard que l’on représente ainsi :
(*) : L’entrée Ei est apparue trop tard pour être acquise au cycle (n-1)
TR1
Traitement
de
S
E
!Ei
!Sj
TR3
Exécution
traitement (n-1)
EExécution
traitement n
S
E
S
Tc
!Sj
Acquisition de Ei
Tc
Sur
Interruption
Cyclique
as
y
nchrone
(*)
TR2
Exécution
traitement
Exécution
traitement
(
n-1
)
S
S
Exécution
traitement (n+1)
S
E
E
E
!Sj
Acquisition de Ei
Cyclique
s
y
nchrone
(*)
(*)
t
S
Td
Tm
Tm : Retard à la montée
Td : Retard à la descente
t
E
E = Entrée S =Sortie
i

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Temps de maintien du signal
vu du Trait.
3.2. Comportement d’une chaîne de commande (schéma à compléter)
t
SO
SO Temps de maintien du signal
d’entrée
TM
S
Elément
générateur
t
SD
SD Détecteur
t
EP
EP
Liaison
t
SI TMT Interface d’entrée
P.C.
tProcesseur
t
SIS Interface de
Sortie PC
t
SP Préactionneur
SA Actionneur
Traitement
TR = Tem
p
s de ré
p
onse Début de l’effet sur la PO