Introduction aux systèmes automatisés

Transcription

1 MPSI Cours CI-1 Introduction aux systèmes automatisés I. Définition du besoin et exemple de réglage de portée. L assiette d un véhicule se modifie avec sa charge, le profil de la route ou les conditions de conduite (phase de freinage ou accélération). Cette modification entraîne une variation d inclinaison de l axe du faisceau lumineux produit par les phares du véhicule. Ceux ci peuvent alors éblouir d autres conducteurs ou mal éclairer la chaussée. On va étudier plusieurs solutions pour réaliser la fonction : orienter correctement le faisceau lumineux. Une solution non mécanisée, une mécanisée et une dernière automatisée La bête à cornes dessinée ci-contre est un outil permettant de déterminer la fonction principale du système technique. Figure I.1 : expression du besoin. Figure I.2 : deux positions de la voiture. II. Définition matière d œuvre et valeur ajoutée. On appelle système automatisé, un ensemble de dispositifs divers dont la finalité a pour but d apporter une VALEUR AJOUTEE à une MATIERE D OEUVRE (un produit) en l amenant d un état initial 0 vers un état final 1. Cette transformation s opère afin de satisfaire à un BESOIN dans un contexte donné. Représentation sous forme d un schéma-bloc : Pour le problème d orientation du phare, on peut représenter la fonction sous le schéma suivant : Dans ce cas, le phare est la matière d œuvre et la valeur ajoutée est la nouvelle orientation donnée au phare. Dans le cas général, il faut entendre matière d œuvre au sens large. Suivent quelques exemples de matière d œuvre : Lycée Claude Bernard Page 1

2 Produit : Energie : Information : Exemples de valeurs ajoutées : Modification de la matière d œuvre. Arrangement sans modification de la matière d œuvre. Mise en position ou transfert de la matière d œuvre. Prélèvement d information (capteurs). III. Structure d un système non mécanisé. Réglage manuelle de l orientation du phare. Sur certains modèles de voiture, la solution demande l intervention dans le bloc moteur directement sur le bloc d orientation et à l aide d une molette que l on fait tourner, on choisit l orientation du phare. Plus souvent sur les modèles actuels, un bouton de commande sur le tableau de bord actionne un câble qui oriente le bloc d orientation. Figure III.1 : système de réglage manuel. Lycée Claude Bernard Page 2

3 Le dispositif physique qui réalise la fonction est appelé PARTIE OPERATIVE. Cette partie assure la transformation de la matière d œuvre permettant d élaborer la valeur ajoutée recherchée. Rôle de l homme : Fournir l énergie mécanique nécessaire à l opération. Assurer la commande du dispositif. C est à dire vérifier l arrangement des différentes opérations pour obtenir la valeur ajoutée (ici l opérateur choisit lui-même l orientation du phare). Structure générale d un système non mécanisé : Figure III.2 : relations entre l utilisateur et la Partie Opérative. IV. Structure d un système mécanisé. Un système est dit mécanisé si l on réduit le rôle de l homme au fonctionnement de la P.O. L énergie fournie par des sources auxiliaires est dirigée vers des dispositifs appelés ACTIONNEURS (souvent l actionneur transforme l énergie). Exemples : Moteur électrique : Vérin hydraulique : Pompe hydraulique : Lycée Claude Bernard Page 3

4 Le fonctionnement d un actionneur nécessite un pré-actionneur. C est l élément qui pilote l actionneur. Pour un moteur électrique, il est nécessaire d avoir un interrupteur, un contacteur qui peut être accompagné d un variateur de vitesse. Pour un vérin hydraulique, il faut un distributeur qui «distribue» le fluide sous pression. Figure IV.1 : schéma de structure de la Partie Opérative. Sur beaucoup de modèles de voiture, on a implanté une commande sur le tableau de bord qui permet d agir sur un moteur électrique. Par l intermédiaire d un système vis-écrou qui transforme le mouvement de rotation du moteur en mouvement de translation d une bielle qui oriente le bloc d orientation. Figure IV.2 : Partie Opérative de l ensemble «Orientation d un phare». Détail du bloc formé du moteur électrique, du réducteur (formé de 2 système roue et vis sans fin) et du mécanisme de transformation de rotation en translation (vis-écrou) : Lycée Claude Bernard Page 4

5 Réglage manuel Vis-écrou Biellette de commande Roue et vis sans fin Figure IV.3 : perspective de l actionneur et transmetteur du bloc d orientation. Moteur électrique Figure IV.4 : transformation de la rotation de la roue 203 en translation de la biellette de commande 206. Lycée Claude Bernard Page 5

6 Figure IV.5 : schéma de structure de la Partie Opérative pour le réglage d orientation d un phare. V. Structure d un système automatisé. Un système automatisé comporte : Une Partie Opérative (P.O.) procédant au traitement de la matière d œuvre pour obtenir la valeur ajoutée (organe de puissance). Une Partie Commande (P.C.) coordonnant la succession des actions sur la P.O. avec pour finalité d obtenir la valeur ajoutée. Elle commande la P.O. par l émission d ordre (sortie de la partie commande) en fonction d informations disponibles, de consignes...(entrées de la partie commande). Les ordres partent de la P.C. vers la P.O. et les informations issues des capteurs vont de la P.O. vers la P.C. Les échanges d informations entre la P.C. et la P.O. peuvent être des informations continues ou des informations séquentielles. Lycée Claude Bernard Page 6

7 Figure V.1 : structure d un système automatisé. Figure V.2 : structure détaillée d un système automatisé Certaines voitures comme la Mégane sont équipées de système de correction de portée. Ce système fait appel à des capteurs d assiette reliés aux essieux avant et arrière du véhicule. Les données sont traitées électroniquement par un calculateur et transmises aux actionneurs situés derrière les projecteurs. La position du projecteur est ajustée en maintenant un angle de faisceau optimal évitant tout éblouissement et fournissant le meilleur éclairage de la route. On dit alors que la hauteur des phares est alors régulée. Figure V.3 : Renault Mégane avec correction automatique de portée. Lycée Claude Bernard Page 7

8 Eléments constitutifs du correcteur de portée : Capteurs d assiette : Système d orientation : Capteur d orientation Calculateur : codeurs optiques permettant de mesurer le débattement des suspensions. blocs d orientation + moto-réducteur + système vis écrou Le moto-réducteur est un ensemble constitué d un moteur et d un réducteur qui diminue la vitesse de rotation. Le système vis écrou permet de transformer un mouvement de rotation en mouvement de translation. Le bloc d orientation supporte les différentes lampes du phare (codes, clignotants...). Il peut pivoter par rapport au support lié à la carrosserie autour d un axe horizontal (axe de rotation indiqué sur la figure ci-dessous). Le bloc est protégé par une vitre liée à la carrosserie. Ce mouvement est motorisé grâce au moto-réducteur + système vis écrou. Il existe aussi une possibilité de réglage manuel en sortie d usine ou en cas de défaillance du système électrique. Capteur mesurant la position du bloc d orientation. à partir des données des capteurs d assiette, le calculateur pilote le moto-réducteur. L ensemble système d orientation est identique à la solution mécanisé. Information vers le calculateur Bouton de commande du conducteur Calculateur Ordre vers le moteur Bloc d orientation : moteur, réducteur, bielle Phare Capteurs d assiette implantés sur les essieux Information sur l orientation du phare Figure V.4 : Implantation régulateur de portée sur la Renault Mégane II. Pour des systèmes plus complexes et des commandes séquentielles, la Partie Commande est réalisé par un automate programmable. Ce système gère les entrées sorties grâce à un programme préétabli. Exemples de Partie Commande réalisée avec un automate programmable : Lycée Claude Bernard Page 8

9 Automate programmable. Interface H/M. Figure V.5 : armoire de commande. Figure V.6 : automate programmable. Figure V.8 : poste de caractérisation des OLEDs (écran souple) testé au CEA. P.C. P.O. Figure V.7 : poste automatisé de mélange DECMA-LAX pour cuisine industrielle. P.O. P.C. et interface H/M. Exemple d OLED VI. Structure détaillée d un système automatisé. La structure d une chaîne fonctionnelle d un système automatisé (système qui réalise une fonction élémentaire sur la matière d œuvre) se modélise selon le schéma suivant : Lycée Claude Bernard Page 9

10 Figure VI.1 : structure d un système automatisé avec la chaîne d énergie et chaîne d information. Figure VI.2 : structure du système asservi de correction de portée. Lycée Claude Bernard Page 10

11 Tableau des relations Fonctions, familles, constituants. Chaîne d énergie Fonction Famille Constituants ALIMENTER Prise réseau Compresseur Batterie, piles.. DISTRIBUER Pré-actionneurs Distributeurs Contacteurs transistor CONVERTIR Actionneurs Moteurs Vérins hydrauliques Muscles artificiels Adaptateurs TRANSMETTRE Réducteurs à engrenage Système poulie-courroie Système pignon-chaîne Transformateurs Système vis-écrou Système pignon crémaillère Système à barres articulées Lycée Claude Bernard Page 11

12 Transmetteurs Accouplements permanents Freins Embrayages AGIR Effecteurs Pince de robot Ventouse Tapis roulant Chaîne d information Fonction Famille Constituants ACQUERIR Capteurs Capteurs de température Anémomètre Codeur Capteur de position inductif Cellule photosensible Détecteur de fin de course TRAITER Calculateurs Automate Microcontrôleur Ordinateur COMMUNIQUER Interfaces Liaison série Bus API Ethernet Lycée Claude Bernard Page 12