COURS D’AUTOMATIQUE www.magoe.net CM: 10h; TD: 20h; TP: 30h M. Mazoughou Goépogui massaleidamagoe2014@gmail.com 669 35 43 10 / 655 34 42 38 / 624 05 56 40

SOMMAIRE I. Généralité II. Architecture III. Les capteurs IV. Les actionneurs V. L’API

GÉNÉRALITÉ 4. Avantages et inconvénients 2. Classification 1. Définition 2. Classification 3. Domaines d’application 4. Avantages et inconvénients

I.1. Définition de l’automatique Une branche de la technique et de la technologie qui s’occupe de l’étude et de la fabrication des systèmes pour lesquels l’homme n’intervient quasiment pas, sauf pour donner des ordres ou consignes.

I.1. Objectif de l’automatique Remplacer l'homme dans la plupart des tâches (tâches répétitives, pénibles, dangereuses, trop précises, trop rapides) qu'il réalise dans tous les domaines intervention humaine.

I.1. Rôle des systèmes automatiques Les systèmes automatiques permettent: de réaliser des opérations trop complexes ou délicates ne pouvant être confiés à l'homme; de se substituer à l'opérateur pour des tâches répétitives

I.1. Rôle des systèmes automatiques d'accroître la précision d'améliorer la stabilité d'un système et sa rapidité.

I.1. fonctions des systèmes automatiques Ces dernières années, l’automatique s’est considérablement modernisée, surtout depuis l’avènement des calculateurs numériques. Les systèmes automatiques conduits par calculateurs assurent la quasi-totalité des tâches :

I.1. fonctions des systèmes automatiques ils collectent et traitent les informations issues des capteurs qui fournissent l'ensemble des variables d'entrée.

I.1. fonctions des systèmes automatiques ces variables d'entrée constituent les données sur lesquelles des calculs numériques seront effectués. Ils correspondent à la résolution numérique de systèmes d'équations qui constituent le "modèle mathématique"

I.1. fonctions des systèmes automatiques le résultat de ce traitement fourni en binaire est converti en variables continues et est injecté dans le processus, afin de modifier son évolution dans un sens désiré.

I.1. Définitions: Entrée permanente Entrée d'un système dont l'expression, en fonction du temps, est du type constante, linéaire, parabolique ou périodique

I.1. Définitions: Régime permanent Il est atteint par un système quand, soumis à une entrée permanente, sa sortie est du même type que l'entrée c'est-à-dire constante, linéaire, parabolique ou périodique.

I.1. Définitions: Régime transitoire Il correspond au fonctionnement du système quand il passe d'un type de régime permanent à un autre.

I.1. Définitions: Régime transitoire L'aptitude du servomécanisme à revenir au régime permanent sera caractérisée par ses performances dynamiques.

I.2. Classification Les systèmes automatisés discontinus (numérique) Selon la nature du signal Les systèmes automatisés continus (analogique) Les systèmes automatisés discontinus (numérique) 2. Séquentielle 1. Combinatoire SAC (Automate Programmable) SAP

I.2. Classification

I.2. Classification Selon la structure Système ouvert Système bouclé

Système ouvert

Notion d'asservissement L'objectif d'un système automatisé est de remplacer l'homme dans une tâche donnée. Pour établir la structure d'un système automatisé, commençon par étudier le fonctionnement d'un système dans lequel l'homme est la " partie commande ".

Notion d'asservissement Si l’on veut qu’un asservissement remplace l'homme dans une tâches, il devra avoir un comportement et des organes analogues à ceux d'un être humain. C'est- à-dire qu'il devra être capable d'apprécier, de comparer et d'agir.

Notion d'asservissement Organes de sens Cerveau Membres Apprécier Comparer Agir

Notion d'asservissement Capteurs Unité de commande Actionneurs Apprécier Comparer Agir

Notion d'asservissement Processus à contrôler Consigne Comparer Agir Apprécier

Système bouclé ou asservi

Système bouclé ou asservi

Performances d'un système asservi En régime permanent : la grandeur de sortie doit être aussi voisine que possible de la valeur désirée. En réalité, il subsiste toujours une légère erreur. Cette erreur est appelée :

Performances d'un système asservi erreur statique ou écart permanent quand la grandeur d'entrée est une constante ; pour un système idéal, elle doit être nulle. erreur de traînage quand la grandeur d'entrée est une fonction linéaire du temps.

Performances d'un système asservi En régime transitoire : le système évoluant entre deux régimes permanents, le temps mis par le système pour aller de l'un à l'autre et la façon dont il parvient à l'état final, sont très importants.

Performances d'un système asservi Le temps de réponse est le temps au bout duquel la sortie du système a atteint, à ±5 % (ou ± 2 % selon la précision voulue), sa valeur de régime permanent et y reste

Performances d'un système asservi

Performances d'un système asservi L'amortissement : la sortie du système dépasse généralement la valeur qu'elle doit avoir dans le régime permanent final et elle oscille quelques instants autour de cette valeur.

Performances d'un système asservi

I.3. Domaines d’application Conditionnement sur palette après emballage. 

I.3. Domaines d’application L’industrie automobile

I.3. Domaines d’application L’industrie du bois

I.3. Domaines d’application Les machine-outil

I.3. Domaines d’application Contrôle de produits

I.4. Avantages et inconvénients L’augmentation de la production ; L’aptitude à convenir à tous les milieux de production ; La souplesse d’utilisation ; Une meilleure rentabilité ;

I.4. Avantages et inconvénients Une meilleure compétitivité ; Améliorer la flexibilité de production ; Adaptation à des environnements hostiles pour l'homme Augmenter la sécurité

I.4. Avantages et inconvénients Inconvenéant Le coût élevé du matériel La maintenance doit être structurée La suppression d’emplois

Questions Définition: automatique, info industrielle Classification des systèmes automatique? Applications de l’info industrielle Avantages et inconvénients de l’ info industrielle

CHAPITRE II UNITE DE COMMANDE: ARCHITECTURE

II.1. Principe de base des systemes asservis Le principe de base des systèmes asservis est la rétroaction ou ”feedback” : réagir en fonction du résultat, connaissant ce qui est demandé.

II.2. Caractéristiques des systemes asservis L’objet d’application de l’automatique est appelé système. Un système se caractérise par ses grandeurs d’entrée et de sortie. Les grandeurs d’entrée sont les grandeurs qui agissent sur le système.

II.3. Différents types de grandeurs Il en existe de deux types de grandeurs: Commandes : celles que l’on peut maîtriser ; Perturbations : celles que l’on ne peut pas maîtriser.

II.4. Boucle ouverte: définition Un système est en boucle ouverte lorsque la commande est élaborée sans l’aide de la connaissance des grandeurs de sortie : il n’y a pas de feedback.

II.4. Boucle ouverte: définition

II.2. Systemes asservis Dans le cas contraire, le système est dit en boucle fermée. La commande est alors fonction de la consigne (la valeur souhaitée en sortie) et de la sortie.

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis Automatique : une science et une technique qui permet de maîtriser le comportement d’un système (traduit par ses grandeurs de sortie), en agissant de manière adéquate sur ses grandeurs d’entrée.

II.2. Systemes asservis Exceptionnellement, le système de commande peut opérer en boucle ouverte à partir du seul signal de consigne.

II.2. Systemes asservis Mais la boucle fermée est capable de : Stabiliser un système instable en BO ; Compenser les perturbations externes ; Compenser les incertitudes internes au processus lui-même ;

II.2. Systemes asservis Un système de commande peut réaliser deux fonctions distinctes : L’asservissement c’est à dire la poursuite par la sortie d’une consigne variable dans le temps ;

II.2. Systemes asservis La régulation c’est à dire la compensation de l’effet de perturbations variables sur la sortie (la consigne restant fixe).

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis Le schéma fonctionnel d’un système est une représentation graphique des fonctions de chaque composant élémentaire constituant le système ainsi que le flux des signaux utiles.

II.2. Systemes asservis Un schéma fonctionnel est composé : D’arcs orientés qui représente le flux de signaux donnés regroupés dans un vecteur

II.2. Systemes asservis De blocs fonctionnels qui sont les symboles représentant l’opération mathématique appliquée à l’entrée du bloc et produisant sa sortie.

II.2. Systemes asservis De blocs sommateurs qui traduit une relation purement algébrique entre les signaux d’entrée et de sortie.

II.2. Systemes asservis Remarques. Un schéma fonctionnel n’est pas unique. Il est indépendant de la nature physique du système modélisé.

II.2. Systemes asservis Le schéma fonctionnel est très étroitement associé aux fonctions de transfert. Ainsi, une procédure systématique de tracé du schéma fonctionnel d’un système donné peut être proposée.

II.2. Systemes asservis Ecrire les équations de la physique associées à chaque élément constituant le système. Calculer la fonction de transfert associée à chaque élément en supposant les conditions initiales nulles.

II.2. Systemes asservis Identifier les relations inter-signaux et les relations signaux-blocs pour tracer le schéma fonctionnel.

II.2. Systemes asservis Exemple. Soit le circuit électrique RC.

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis La représentation d’état linéaire temps-variant suivante a pour équivalent le schéma fonctionnel de la figure ci-dessous.

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis On appelle fonction de transfert du système la transformée de Laplace G(s) de la réponse impulsionnelle qui est le rapport des transformées de Laplace de la sortie et de l’entré.

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis La fonction de transfert en boucle ouverte ou gain de boucle correspond au transfert si la boucle est ouverte en A. Elle est définie comme suit :

II.2. Systemes asservis La fonction de transfert en boucle fermée correspond au transfert ”global” de la boucle d’asservissement. Elle est définie comme suit :

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis Un cas particulier que l’on rencontre fréquemment est celui des systèmes bouclés à retour unitaire.

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis Un système est dit stable, si sa réponse impulsionnelle est le siège d'un régime amorti :

II.2. Systemes asservis

II.2. Systemes asservis

III. LES CAPTEURS

3.1. Définition.

3.1. Définition. Un capteur est un organe de prélèvement d'information qui élabore à partir d'une grandeur physique, une autre grandeur physique de nature différente (très souvent électrique).

À commande électronique 3.2. Classification. Selon la nature de la commande capteurs À commande mécanique À commande électronique Capteurs passifs Capteurs actifs

3.3. Les capteurs à commande mécanique. Dès qu’une grandeur physique est détectée (ou change d’état), ils délivrent en sortie un signal électrique ou une pression pneumatique.

3.3. Les capteurs à commande mécanique. Ils fonctionnent en Tout Ou Rien (TOR). Par exemple : Les capteurs à commande manuelle destinés à l’équipement des pupitres et des postes de commande comme des boutons poussoirs, les boutons à 2 ou 3 positions.

Les capteurs à commande manuelle

3.3. Les capteurs à commande mécanique. Les interrupteurs de position situés sur la partie opérative, ils détectent par contact la présence d’une partie mobile (par ex : la tige d’un vérin).

Les interrupteurs de position

3.4. Les capteurs actifs . Fonctionnant en générateur, un capteur actif assure la conversion en énergie électrique de la forme d'énergie propre à la grandeur physique à prélever

3.4. Les capteurs actifs . Les effets physiques les plus classiques sont : Effet thermoélectrique : Un circuit formé de deux conducteurs de nature chimique différente, dont les jonctions sont à des températures T1 et T2, est le siège d'une force électromotrice d'origine thermique.

Effet thermoélectrique

3.4. Les capteurs actifs . Effet piézo-électrique : L'application d'une contrainte mécanique à certains matériaux dits piézo-électriques (le quartz par exemple) d'une même charge électrique de signe différent sur les faces opposées.

Effet piézo-électrique

3.4. Les capteurs actifs . Effet d'induction électromagnétique : La variation du flux d'induction magnétique dans un circuit électrique induit une tension électrique (détection de passage d'un objet métallique).

Effet d'induction électromagnétique

Effet d'induction électromagnétique

3.4. Les capteurs actifs . Effet photo-électrique : La libération de charges électriques dans la matière sous l'influence d'un rayonnement lumineux ou plus généralement d'une onde électromagnétique.

Effet photo-électrique

3.4. Les capteurs actifs . Effet Hall : Un champ magnétique B et un courant électrique I créent dans le matériau une différence de potentiel UH.

Effet Hall

Effet Hall

3.4. Les capteurs actifs . Effet photovoltaïque : Des électrons et des trous sont libérés au voisinage d'une jonction PN illuminée, leur déplacement modifie la tension à ses bornes.

Effet photovoltaïque

3.4. Les capteurs actifs .

3.5. Les capteurs passifs . Il s'agit généralement d'impédance dont l'un des paramètres déterminants est sensible à la grandeur mesurée. La variation d'impédance résulte :

3.5. Les capteurs pactifs . Soit d'une variation de dimension du capteur, c'est le principe de fonctionnement d'un grand nombre de capteur de position (potentiomètre, inductance à noyaux mobile, condensateur à armature mobile).

3.5. Les capteurs pactifs .

3.5. Les capteurs pactifs . Soit d'une déformation résultant de force ou de grandeur s'y ramenant, pression accélération (armature de condensateur soumise à une différence de pression, jauge d'extensomètre liée à une structure déformable).

3.5. Les capteurs pactifs .

3.6. Exemples de capteurs. Capteur de force

3.6. Exemples de capteurs. Capteur de pression

3.6. Exemples de capteurs. Capteur d'accélération

3.6. Exemples de capteurs. Capteur de proximité

3.6. Exemples de capteurs. Capteur de proximité

3.6. Exemples de capteurs. Mesure de l'intensité d'un courant électrique sans "ouvrir " le circuit

3.6. Exemples de capteurs. Transmission de données

3.6. Exemples de capteurs. Transmission de données

3.6. Exemples de capteurs. Codes à barres

3.6. Exemples de capteurs. Thermomètre à thermocouple

3.6. Exemples de capteurs. Capteurs à sortie numérique directe

3.6. Exemples de capteurs. Capteurs à sortie numérique directe

3.6. Exemples de capteurs. Capteurs à sortie numérique directe

3.6. Exemples de capteurs. Capteurs à sortie numérique directe

III. L’UNITE CENTRALE D’UN SYSTÈME AUTOMATIQUE

SAA Comparateur SAC Porte logique SAS Bascule SAP Up / uc

Systèmes automatisés combinatoires

Systèmes automatisés combinatoires

Systèmes automatisés combinatoires

Systèmes automatisés séquentielles