GJ C LE TRAITEMENT ANALOGIQUE

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1 GJ C LE TRAITEMENT ANALOGIQUE

2 GJ C But

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

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

5 GJ C Les Capteurs

6 Les Capteurs Le rôle principal du capteur est de transformer la grandeur analogique à mesurer en un signal compréhensible par le système de commande.

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

8 GJ C Les Actionneurs

9 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

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

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

12 GJ C La Conversion

13 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

14 La Conversion TRAITEMENT DU SIGNAL Echantillonnage On prélève la valeur instantanée du signal analogique a intervalles de temps réguliers. Ye Période d échantillonnage Y1 Y2 Y3 Y4 T = 1 / F e 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T t Fréquence d échantillonnage F e > 2 * F maxi du signal à contrôler

15 La Conversion TRAITEMENT DU SIGNAL Echantillonnage YeH 0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T t On utilise un échantillonneur bloqueur, il met en mémoire les valeurs des échantillons successifs.

16 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

17 La Conversion qn TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 0 t Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2 n 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.

18 La Conversion qn TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 0 t Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2 n 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 / (2 8-1) = 10 / (256-1) = 0, V = 0,039 V

19 La Conversion TRAITEMENT DU SIGNAL Quantification qn 10q 9q 8q 7q 6q 5q 4q 3q 2q q 0 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.

20 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 V ,039 V ,078 V ,117 V ,961 V V

21 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

22 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

23 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.

24 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

25 Les Coupleurs LE COUPLEUR D ENTREE Il transforme le signal continu du capteur en une valeur numérique traitable par l Unité Centrale de l Automate. BUS

26 Les Coupleurs 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

27 Les Coupleurs Caractéristiques principales: Paramétrage 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 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.

28 Les Coupleurs

29 Les Coupleurs Coupleur Analogique 4 entrées / 4 sorties

30 Coupleur Analogique 4 entrées / 4 sorties Les Coupleurs

31 Les Coupleurs

32 Les Coupleurs

33 Les Coupleurs

34 Les Coupleurs

35 Les Coupleurs

36 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.

37 Mise à L échelle Elément de dialogue API Coupleur de sortie ANA Pré actionneur opérateur actionneur

38 Mise à L échelle API Elément de dialogue Coupleur de sortie ANA

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

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

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

42 Mise à L échelle Incréments Y2 Courbe de transfert Mise à l échelle Y Y1 Y = (Y2-Y1) (X2-X1) (X-X1) + Y1 X1 X X2 Valeur d application 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

43 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!

44 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).

45 Exemple avec un CQM1 CPU 21 Valeur numérique Valeur analogique Coupleur de sortie ANA Incréments ( FF) Signal électrique (0-10V) Signal électrique Incréments Carte Analogique

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

47 Exemple avec un CQM1 CPU 21 Valeur analogique Grandeur physique f N (50) Coupleur de sortie ANA Signal électrique (0 10V) fréquence (0 50Hz) Pré actionneur Signal électrique Valeur physique Vitesse (0 n N )

48 Exemple avec un CQM1 CPU 21 Signal électrique Grandeur physique f N (50) Incréments Signal électrique Carte Analogique Pré actionneur

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

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

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

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

53 Exemple Y Incréments 07FF (2047) Valeur d application 100 X Mise à l échelle Y = Y2 X2 X 2047 = X 100 = 20,47 X = 20 X + 0,47 X Y = 20 X + X 3 = 20,33 X Valeur maximum = 2033 < 2047 OK!

54 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!

55 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

56 Mise à L échelle Incréments 07FF Valeur d application 100 Mise à l échelle DM100 Ecriture par TDI «consigne» DM101 IR103 Tableau des paramètres de mise à l échelle Adresse de la voie du coupleur analogique

57 Mise à L échelle Incréments 07FF Valeur d application 100 Mise à l échelle DM 101 DM 102 DM 103 DM 104 DM FF 07FF 0000

58 Fin