Fiche de révision : Technologie des systèmes automatisés

📋 Plan du Cours

1. Fonctions et architecture des systèmes automatisés
2. Actionneurs électriques et pneumatiques
3. Pré-actionneurs et distribution d’énergie
4. Capteurs logiques et détecteurs
5. Capteurs analogiques et numériques
6. Structure et rôle de l’API
7. Adressage des entrées et sorties
8. Mémentos et formats de variables

📖 1. Fonctions et architecture des systèmes automatisés

🔑 Notions clés & Définitions

• Système automatisé de production : Système qui apporte une valeur ajoutée à un produit sans intervention humaine.

📝 Points essentiels

• L’automatisation vise à éliminer les tâches répétitives, sans intérêt ou dangereuses, à accroître la productivité et à diminuer le coût unitaire des produits afin d’augmenter leur compétitivité.

• Les flux d’un système automatisé sont l’énergie, utilisée par la partie opérative, et l’information, traitée par la partie commande.

💡 Astuce mémo

L’énergie agit dans la partie opérative ; l’information est traitée par la partie commande.

📖 2. Actionneurs électriques et pneumatiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Actionneur : Composant qui produit un phénomène physique, tel qu’un mouvement, une lumière ou un son, et assure la fonction « Convertir » de la chaîne d’énergie.

★ À maîtriser

• Un moteur à courant continu se règle facilement en vitesse et en couple, et son sens de rotation s’inverse en inversant la polarité d’alimentation.

• Un moteur pas à pas permet un contrôle précis de la position angulaire sans autre composant et est commandé par un train d’impulsions électriques.

📌 Un vérin pneumatique double effet reçoit l’air comprimé alternativement dans ses deux chambres, tandis qu’un vérin simple effet ne fournit l’effort que dans un sens et revient par un ressort.

Compléments

• Un moteur brushless fonctionne en courant continu sans balais, et une commande électronique assure la commutation du courant dans ses bobines.

• Le moteur asynchrone est couramment utilisé dans l’industrie pour des puissances pouvant atteindre 365 kW et est alimenté en 220 V monophasé ou en 380 V triphasé.

• Le ressort d’un vérin simple effet réduit sa course, et sa position initiale peut être tige rentrée ou tige sortie selon l’emplacement du ressort.

• Dans la convention de commande des vérins, A+ signifie que le vérin A est sorti et A− qu’il est rentré.

• Les moteurs pneumatiques sont notamment utilisés dans les environnements explosifs.

💡 Astuce mémo

Le VDE est alimenté des deux côtés ; le VSE revient grâce à son ressort.

📖 3. Pré-actionneurs et distribution d’énergie

🔑 Notions clés & Définitions

• Pré-actionneur : Composant qui distribue, sur ordre de la partie commande, l’énergie utile aux actionneurs.
• Fusible : Appareil qui ouvre un circuit par fusion d’un élément calibré lorsque le courant dépasse une valeur précise pendant un temps donné.

★ À maîtriser

• Un relais électromagnétique commute grâce au champ produit par sa bobine, tandis qu’un relais statique commute sans pièce mobile à l’aide de semi-conducteurs.

• Un sectionneur isole électriquement un circuit pour la maintenance ou la modification, mais ne possède aucun pouvoir de coupure et ne doit pas être manœuvré en charge.

• Un relais thermique commute en cas de surcharge prolongée, mais ne possède pas de pouvoir de coupure.

• Dans un système pneumatique, des distributeurs pneumatiques acheminent l’air comprimé vers l’une ou l’autre chambre du vérin selon la position de leur tiroir.

Compléments

• Un contacteur est un relais électromagnétique adapté aux fortes puissances utilisées dans l’industrie.

• Dans un circuit de commande d’un moteur asynchrone, le sectionneur met le circuit sous tension, le contacteur démarre le moteur sur ordre, les fusibles fondent en cas de surintensité brusque ou de court-circuit, et le relais thermique signale une surcharge prolongée à l’API.

• Un variateur de fréquence contrôle la vitesse d’un moteur à courant alternatif en régulant la fréquence d’alimentation.

💡 Astuce mémo

Le sectionneur isole sans couper en charge ; le fusible ouvre par fusion en cas de surintensité.

📖 4. Capteurs logiques et détecteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur TOR : Capteur qui fournit un signal logique à deux valeurs, 0 ou 1, et indique généralement la présence ou l’absence d’un élément.

★ À maîtriser

📌 Un capteur normalement ouvert fournit 0 au repos et passe à 1 lorsqu’il est stimulé, tandis qu’un capteur normalement fermé fournit 1 au repos et passe à 0 lorsqu’il est stimulé.

📌 Un détecteur inductif détecte les objets métalliques en mesurant la perturbation de son champ électromagnétique alternatif, tandis qu’un détecteur capacitif réagit à la variation de capacité provoquée par un objet proche.

• Les détecteurs photoélectriques utilisent trois systèmes :
  • La réflexion directe, où le faisceau est renvoyé par l’objet.
  • Le barrage, où l’objet interrompt le faisceau entre l’émetteur et le récepteur.
  • Le reflex, où l’objet interrompt le faisceau entre l’émetteur-récepteur et le réflecteur.

Compléments

• Un détecteur électromécanique établit ou interrompt un contact électrique sous l’action mécanique sur sa partie mobile.

• Un détecteur capacitif peut détecter des liquides ou des solides à travers une paroi non métallique, notamment pour contrôler un niveau de remplissage.

• Un détecteur à ultrasons émet de courtes impulsions sonores à haute fréquence qui se réfléchissent sur un obstacle, reviennent en écho et permettent de déterminer la distance à partir du temps de retour.

• Un détecteur magnétique commute en présence du champ d’un aimant et peut détecter la fin de course d’un vérin à travers une paroi non sensible au champ magnétique.

💡 Astuce mémo

Inductif : métal seulement ; capacitif : solides ou liquides, même derrière une paroi non métallique.

📖 5. Capteurs analogiques et numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Capteur analogique : Capteur transmettant une information pouvant prendre une infinité de valeurs, généralement entre 0 et 10 V ou entre 4 et 20 mA, avec une sortie proportionnelle à sa grandeur d’entrée.
• Capteur numérique : Capteur transmettant une information prenant un nombre limité de valeurs ; il peut s’agir d’un capteur analogique dont la sortie est numérisée.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour un capteur piézoélectrique, la tension est proportionnelle à la force selon $U = kF$.

📌 Un codeur incrémental produit des impulsions dont le déphasage de 90° entre les pistes A et B permet de déterminer le sens de rotation, tandis qu’un codeur absolu fournit un code binaire correspondant à la position du mobile.

Compléments

• Dans un capteur résistif, la résistance varie en fonction de la grandeur physique mesurée, comme la luminosité, la température ou la position.

• La résolution d’un codeur incrémental à une piste correspond au nombre de divisions par tour, tandis que la résolution d’un codeur absolu à n pistes est de $2^n$ positions.

• Les codeurs optiques linéaires fonctionnent selon le même principe que les codeurs rotatifs, mais utilisent une bande à la place du disque et mesurent des mouvements rectilignes.

💡 Astuce mémo

L’incrémental compte des impulsions ; l’absolu donne un code de position.

📖 6. Structure et rôle de l’API

★ À maîtriser

• L’API traite les informations reçues des capteurs et envoie des ordres à la partie opérative par l’intermédiaire des pré-actionneurs ou des actionneurs.

• Chaque capteur est connecté à une entrée de l’API et chaque pré-actionneur est connecté à une sortie de l’API.

• Le CPU de l’API comprend le microprocesseur et la mémoire, interprète les signaux d’entrée, effectue les calculs et active les sorties selon le programme.

Compléments

• La mémoire de l’API stocke le programme, les informations d’entrée à traiter et les ordres destinés aux sorties.

• L’alimentation de l’API fournit la tension au microprocesseur et aux interfaces d’entrées-sorties et est généralement alimentée par une source externe qui transforme le 220 V alternatif en 24 V continu.

• L’interface de communication permet de relier plusieurs API ou des périphériques tels qu’une IHM.

📖 7. Adressage des entrées et sorties

★ À maîtriser

• Sur les automates Siemens présentés, les entrées sont désignées par I et les sorties par Q, et une adresse telle que %Q1.2 désigne le bit 2 de l’octet 1 d’une sortie.

Compléments

• Sur les API S7-1500 présentés, les octets 0 et 1 correspondent aux entrées de la première carte et les octets 2 et 3 à celles de la deuxième carte ; le même principe s’applique aux sorties.

• Les API présentés possèdent deux cartes de 16 entrées et 16 sorties, soit 32 entrées numériques et 32 sorties numériques au total.

📖 8. Mémentos et formats de variables

🔑 Notions clés & Définitions

• Mémento : Variable interne de l’API qui stocke des informations nécessaires à l’exécution du programme et dont l’adresse débute par %M.

★ À maîtriser

• Une variable de format B (Byte ou octet) est codée sur 8 bits, une variable W (Word ou mot) sur 16 bits et une variable D (Double mot) sur 32 bits.

• Les plages d’adressage des mémentos sont :

  • Bits internes : %M0.0 à %M99.7.
  • Mots simples : adresses paires de %MW100 à %MW198.
  • Mots doubles : adresses multiples de 4 à partir de %MD200.

Compléments

• Le nombre 13, codé en binaire 1101, peut être stocké dans une variable de format B à l’adresse %MB100.