LE TRAITEMENT ANALOGIQUE

But

But CAPTEUR TRAITEMENT ANALOGIQUE ACTIONNEUR - asservissement Prise en compte des grandeurs physiques analogiques intervenant dans le système CAPTEUR TRAITEMENT ANALOGIQUE - asservissement - régulation Gérer l’évolution ACTIONNEUR - Proportionnel - Asservi Faire évoluer le système

Capteur, TDI, Superviseur But Prendre en compte des grandeurs analogiques intervenant dans le système Capteur, TDI, Superviseur Faire évoluer le système Gérer l’évolution Traitement analogique - Asservissement - Régulation Actionneur - Proportionnel - Asservi

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 P1 Signal de sortie (tension ou courant) Grandeur mesurée Corps d’épreuve ou étage d’entrée Transducteur ou étage de sortie Changer la nature de la grandeur Fournir un signal utilisable Signal de sortie (tension ou courant) Grandeur mesurée (mesurande) U ou I Domaine d’utilisation Grandeur mesurée

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

Le signal de retour n’existe pas réellement Les Actionneurs P2 « BOUCLE OUVERTE » Le signal de retour n’existe pas réellement comparateur PO consigne Partie commande ACTIONNEUR : + Eff - Signal de retour virtuel Commande Proportionnelle

Les Actionneurs comparateur PO P2 consigne + - Commande Continue « BOUCLE FERMEE » Le signal de retour est pris sur la grandeur réelle a asservir on utilise pour cela un capteur comparateur PO consigne Partie commande ACTIONNEUR : Eff + - CAPTEUR Signal de retour Commande Continue

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 P3 TRAITEMENT DU SIGNAL Echantillonnage On prélève la valeur instantanée du signal analogique a intervalles de temps réguliers. T Période d’échantillonnage Ye t 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T Y1 Y2 Y3 Y4 Fréquence d’échantillonnage = 1 / Fe Fe > 2 * F maxi du signal à contrôler

La Conversion P4 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

résolution absolue (Quantum) La Conversion P4 TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification qn 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 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.

résolution absolue (Quantum) La Conversion P4 TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification qn 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 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 P5 TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification qn 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 code 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 0000 0000 0 V 2 0000 0001 0,039 V 3 0000 0010 0,078 V 4 0000 0011 0,117 V . 255 1111 1110 9,961 V 256 1111 1111 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.

Unité Centrale numérique 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 Conversion analogique numérique CAN COUPLEUR DE SORTIE Conversion numérique analogique CNA Unité Centrale numérique A.P.I

Les Coupleurs P6 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 P7 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. BUS Démultiplexage

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

P8 Mise à L’échelle Coupleur de sortie ANA Elément de dialogue API €

Mise à L’échelle P8 API Coupleur de sortie ANA Valeur numérique Valeur analogique Coupleur de sortie ANA API Programme d’application incréments Signal électrique (Courant / Tension) Signal électrique (V ou mA) Incréments Carte Analogique de Sortie

Mise à L’échelle P8 Coupleur de sortie ANA Valeur analogique Signal électrique (V ou mA) Valeur physique (Fréquence-Vitesse) Préactionneur Signal électrique (Courant / Tension) Fréquence Valeur physique Vitesse

Mise à L’échelle P8 API Elément de dialogue Consigne Valeur numérique Programme d’application Valeur d’application incréments Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application

Mise à L’échelle (Y2-Y1) Y X P9 Courbe de transfert Y2 (X2-X1) Y = Incréments Courbe de transfert Y2 (Y2-Y1) (X2-X1) (X-X1) + Y1 Y = Mise à l’échelle Y Y1 X Valeur d’application X1 X2 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 P10 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 Coupleur de sortie ANA Valeur numérique Valeur analogique Coupleur de sortie ANA Incréments (0000 – 07FF) Signal électrique (0 - 10V) Carte Analogique Incréments Signal électrique

Exemple avec un CQM1 CPU 21 P10 Signal électrique Incréments Carte Analogique Incréments Signal électrique

Exemple avec un CQM1 CPU 21 Coupleur de sortie ANA Valeur analogique fN (50) Pré actionneur Signal électrique Grandeur physique Coupleur de sortie ANA Signal électrique (0 – 10V) fréquence (0 – 50Hz) Valeur physique Valeur physique Vitesse (0 – nN)

Exemple avec un CQM1 CPU 21 P10 Grandeur physique Signal électrique Carte Analogique Incréments Signal électrique Pré actionneur Signal électrique Grandeur physique fN (50)

Exemple avec un CQM1 CPU 21 API Elément de dialogue Consigne Valeur numérique Elément de dialogue API Programme d’application Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application 100 07FF Valeur d’application (0 – 100) Incréments (0000 – 07FF) Consigne (0 à 100%)

Exemple P10 07FF 100 Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application Carte Analogique Incréments Signal électrique Pré actionneur Signal électrique Grandeur physique fN (50) (2047)

Exemple (Y2-Y1) Y X P10 Y2 X Y = X2 Courbe de transfert Y2 (X2-X1) Y = 07FF 100 Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application incréments (2047) Y = X Y2 X2 X Valeur d’application Incréments Courbe de transfert Y2 (Y2-Y1) (X2-X1) (X-X1) + Y1 Y = Y Y1 X Valeur d’application X1 X2

Exemple Y = X Y2 X2 100 2047 = X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X Y = 20 X + 07FF 100 Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application (2047) X Y Y = X Y2 X2 100 2047 = X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X Y = 20 X + X 2 = 20,5 x Valeur maximum = 2050 > 2047

Exemple Y = X Y2 X2 100 2047 = X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X Y = 20 X + 07FF 100 Mise à l’échelle Incréments Valeur d’application (2047) X Y Y = X Y2 X2 100 2047 = X = 20,47 X = 20 X + 0,47 X Y = 20 X + 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 !

Valeur numérique « incréments » P11 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 P11 DM100 DM101 IR103 Incréments 07FF Valeur d’application DM100 Ecriture par TDI « consigne » DM101 Tableau des paramètres de mise à l’échelle IR103 Adresse de la voie du coupleur analogique

Mise à L’échelle P11 DM 101 0000 DM 102 0100 DM 103 07FF DM 104 07FF Incréments Valeur d’application DM 101 0000 DM 102 0100 DM 103 07FF DM 104 07FF DM 105 0000

Fin