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But
CAPTEUR
ACTIONNEUR
- Proportionnel
- Asservi
TRAITEMENT ANALOGIQUE
- asservissement
- régulation
Prise en compte des grandeurs physiques analogiquesintervenant dans le système
Faire évoluer le système
Gérer l’évolution
But
Capteur, TDI, Superviseur
Actionneur
- Proportionnel
- Asservi
Traitement analogique
- Asservissement
- Régulation
Prendre en compte des grandeurs analogiques intervenant dans le système
Faire évoluer le système
Gérer l’évolution
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
Changer la nature de la grandeur
Fournir un signal utilisable
Corps d’épreuve ou
étage d’entrée
Signal de sortie (tension ou courant)
Transducteurou
étage de sortie
U ou I
Domaine d’utilisation
Grandeur mesurée
Grandeur mesurée
(mesurande)
Pour permettre l’évolution du système en fonction de la grandeur analogique traitée,deux principes sont utilisés dans la commande des actionneurs analogiques,
Les Actionneurs
Pneumatique Electrique
Les Actionneurs
ACTIONNEUR :Partie commande
comparateur
consigneEff
PO
Commande Proportionnelle
+-
Signal de retour virtuel
« BOUCLE OUVERTE »Le signal de retour n’existe pas réellement
Les Actionneurs
comparateur
ACTIONNEUR :Partie commande
Effconsigne
PO
Commande Continue
+-
Signal de retour
CAPTEUR
« BOUCLE FERMEE »Le signal de retour est pris sur la grandeur réelle a asservir
on utilise pour cela un capteur
La Conversion
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 convertirle signal analogique en valeur numérique codée.
Le traitement du signal comporte plusieurs phases:
- L’échantillonnage
TRAITEMENT DU SIGNAL
La Conversion
Ye
t0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
Y1
Y2 Y3Y4
Echantillonnage
On prélève la valeur instantanée du signal analogique a intervalles de temps réguliers.
Fe > 2 * F maxi du signal à contrôler
TRAITEMENT DU SIGNAL
Fréquence d’échantillonnage
= 1 / FeT
Période d’échantillonnage
La Conversion
YeH
t
On utilise un échantillonneur bloqueur , il met en mémoire les valeurs des échantillons successifs.
Echantillonnage
TRAITEMENT DU SIGNAL
0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
La Conversion
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 convertirle signal analogique en valeur numérique codée.
Le traitement du signal comporte plusieurs phases:
- L’échantillonnage
- La quantification
TRAITEMENT DU SIGNAL
La Conversion
t
qn
10q9q8q7q6q5q4q3q2q
q0
Quantification
Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états
TRAITEMENT DU SIGNAL
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
t
qn
10q9q8q7q6q5q4q3q2q
q0
Quantification
Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états
TRAITEMENT DU SIGNAL
Avec un convertisseur de 8 bits et un signal analog ique de 10V
q = 10 / (28-1) = 10 / (256-1) = 0,0392156 V = 0,039 V
résolution absolue (Quantum) q = Valeur maximum du signal à convertir / (2 n -1)
La Conversion
qn
10q9q8q7q6q5q4q3q2q
q0
10101001100001110110010101000011001000010000
code
Quantification
Le codage établit une correspondance entre le nombre de quanta d’un échantillon et sa valeur dans un code donné:
- Binaire pur,- Gray,- DCB.
TRAITEMENT DU SIGNAL
La ConversionQuantification
TRAITEMENT DU SIGNAL
Avec un convertisseur de 8 bits, 256 valeurs possib les (de 0 à 255)Avec un signal analogique de 10V, q = 0,039V
Valeur N° Valeur numérique Valeur analogique
1 0000 0000 0 V2 0000 0001 0,039 V3 0000 0010 0,078 V4 0000 0011 0,117 V
.
.
.
.
.
.
.
.
.255 1111 1110 9,961 V256 1111 1111 10 V
La ConversionCONVERTISSEURS
LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE (CAN )Le convertisseur analogique numérique transforme un signal continu en une valeur numérique traitable par une partie commande programmable.
Coupleurs d’entrée
Valeur analogique
Valeur numérique
La ConversionCONVERTISSEURS
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.
Coupleurs de sortie
Valeur analogiqueValeur numérique
La ConversionCONVERTISSEURS
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 précisionC’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.
La conversion engendre un certain nombre d’erreurs dont les plus sensibles sont :
Les Coupleurs
COUPLEUR D’ENTREE
Conversion analogique numérique
CAN
COUPLEUR DE SORTIE
Conversion numérique analogique
CNA
Unité Centrale numériqueA.P.I
GRANDEUR ELECTRIQUE
Courant ou Tension àvariation continue
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.
LE COUPLEUR D’ENTREE
Il transforme le signal continu du capteur en une valeur numérique traitable par l’Unité Centrale de l’Automate.
Les Coupleurs
BUS
LE COUPLEUR DE SORTIE
Il transforme la valeur numérique, résultat du traitement de l’Unité Centrale en un signalcontinûment variable utilisable par un actionneur ou pré-actionneur.
Les Coupleurs
BUS
Dém
ultiplexage
Caractéristiques principales:
La plage de travail : 4-20 mA, ± 10V, 0-10V…Le nombre de voiesLe 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
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.
API
Mise à L’échelle
Cou
pleu
r de
sor
tie A
NA
Signal électrique (V ou mA)
Incréments
Carte Analogiquede Sortie
incréments Signal électrique (Courant / Tension)
Valeur numérique Valeur analogique
Programme d’application
Mise à L’échelle
Cou
pleu
r de
sor
tie A
NA
Signal électrique (V ou mA)
Valeur physique (Fréquence-Vitesse)
Préactionneur
Signal électrique(Courant / Tension)
Vitesse
Valeur analogique
Fréquence
Valeur physique
Valeur physique
API
Elé
men
tde
dial
ogue
Mise à L’échelle
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
Programme d’application
Consigne
incréments
Valeur numérique
Valeur d’application
X
Y
X2X1
Y1
Y2
Y1:valeur basse de la valeur numérique (incréments)Y2:valeur haute de la valeur numérique (incréments)
X1:valeur basse de la consigne (variable d’applicat ion)X2:valeur haute de la consigne (variable d’applicat ion)
X: valeur de la consigne à convertirY: valeur numérique après la mise a l’échelle
Courbe de transfert
Valeur d’application
Incréments
(Y2-Y1)
(X2-X1)(X-X1) + Y1Y =
Mise à l’échelle
Mise à 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).
Cou
pleu
r de
sor
tie A
NA
Incréments (0000 – 07FF) Signal électrique (0 - 10V)
Valeur numérique Valeur analogique
Carte Analogique
Incréments
Signal électrique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Cou
pleu
r de
sor
tie A
NA
Signal électrique(0 – 10V)
Vitesse(0 – nN)
Valeur analogique
Valeur physique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
fN (50)
Pré actionneur
Signal électrique
Grandeur physique
Valeur physique
fréquence(0 – 50Hz)
Carte Analogique
Incréments
Signal électrique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Pré actionneur
Signal électrique
Grandeur physique
fN (50)
Consigne (0 à 100%)
API
Elé
men
tde
dial
ogue
Programme d’application
ConsigneValeur numérique
Exemple avec un CQM1 CPU 21
Incréments (0000 – 07FF)Valeur d’application
(0 – 100)
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application1000
07FF
07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
Exemple
Carte Analogique
Incréments
Signal électrique
(2047)
Pré actionneur
Signal électrique
Grandeur physique
fN (50)
07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
(2047)
Y = XY2X2
incréments
Valeur d’application
Exemple
X
Y
X
Y
X2X1
Y1
Y2
Courbe de transfert
Valeur d’application
Incréments
(Y2-Y1)
(X2-X1)(X-X1) + Y1Y =
1002047
= XY = XY2X2
Y = 20 X +X
2
= 20,47 X = 20 X + 0,47 X
Exemple
= 20,5 x
Valeur maximum = 2050 > 2047
07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
(2047)
X
Y
Y = 20 X +X
3
Exemple
= 20,33 X
Valeur maximum = 2033 < 2047 OK !
1002047
= XY = XY2X2
= 20,47 X = 20 X + 0,47 X
07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
(2047)
X
Y
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
SCL3 pour une carte de sortie analogique
SCL2 pour une carte d’entrée analogique
Mise à L’échelleValeur d’application
« consigne »
Valeur numérique « incréments »
Paramètres de la mise à
l’échelle
Mise à L’échelle07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
DM100
Ecriture par TDI« consigne »
IR103
Adresse de la voie du coupleur analogique
DM101
Tableau des paramètres de mise à l’échelle
Mise à L’échelle07FF
100
Mise à l’échelle
Incréments
Valeur d’application
DM 101DM 102
DM 103
DM 104
DM 105
00000100
07FF
07FF
0000