AUTOMAT PROGRAMMABL T TMP RL udes des PC T2 1. Inroducion La srucure ype d une chaîne foncionnelle dans un sysème auomaisé es la suivane : Capeur A.P.I. Préacionneur Acionneur ffeceur! Appariion d un ffe consécuif à l événemen! événemen Temps de réponse TR Cee représenaion insise sur la relaion causale enre une informaion e son effe sur la parie opéraive. Deux élémens imporans déerminen les performances de cee chaîne La rapidié qui se mesure par le emps de réponse TR. La durée pendan laquelle l informaion es effecivemen disponible, c es à dire son emps de mainien TM 2. Foncionnemen Dynamique des consiuans programmables Les consiuans programmables ( A.P.I., Microprocesseurs...) doiven foncionner en emps réel afin de pouvoir assurer un emps de réponse accepable, an sur le plan des performances dynamiques que sur la plan de la sécurié. 2.1. Principes de raiemens Quare grands principes de base permeen de respecer le crière TMP RL : Traiemen combinaoire : Ce raiemen donne lieu aux réalisaions câblées Le emps de raiemen es foncion de l archiecure des circuis e des emps de commuaion des composans. Ce ype de soluion es uilisé pour des applicaions performanes dans le spaial, l aéronauique la roboique... à parir de circuis conçus spécialemen ( processeur de vision pour la roboique, commande de moeur auosynchrone...) Traiemen numérique sur inerrupion le processeur numérique programmable exécue un programme résiden en mémoire à l appariion d un événemen exérieur. Deux cas son à disinguer selon que l événemen es unique ou que plusieurs événemens peuven survenir «simulanémen» (c es à dire si un nouvel événemen peu survenir pendan la phase de raiemen du précéden) - si l événemen es unique le foncionnemen du processeur peu êre décri par le Grafce suivan : Tpsreel - Bernard GRAFF 1/8 11/10/00
udes des PC T2 1 Aendre!événemen 2 Traiemen de l événemen fin de raiemen 3 Affecaion des sories sories affecées - si plusieurs événemens peuven survenir il fau alors envisager : * soi une foncion de gesion des inerrupions (avec définiion de niveaux de priorié), * soi une srucure muliprocesseurs parallèles... Traiemen numérique cyclique asynchrone : c es le mode de foncionnemen de beaucoup d auomaes don le TX 17-20 Ce mode inègre rois conceps : acquisiion globale des enrées, cycle e asynchronisme : a) acquisiion globale des enrées Toues les enrées son lues sur les mémoires d enrées des différens modules ( TOR, mais aussi évenuellemen analogiques, numériques) e sockées en mémoire. Le raiemen s effecue ainsi à parir de ces valeurs, qui resen donc figées pendan le cycle de raiemen. b) raiemen cyclique Le cycle ype de raiemen compore 3 phases principales que l on peu décrire par le Grafce suivan : 1 Acquisiion globale des enrées (ou cruaion ou Mise à jour ) 2 enrées mise à jour Traiemen des enrées Calcul de l évoluion e des sories fin de raiemen 3 Affecaion des sories sories affecées Tpsreel - Bernard GRAFF 2/8 11/10/00
udes des PC T2 c) asynchronisme du raiemen L asynchronisme fai référence à l enchaînemen des cycles de raiemen : un nouveau cycle débue dès le précéden erminé, c es-à-dire qu à une affecaion des sories succède, sans emps d arrê l acquisiion de enrées pour le cycle suivan. On consae que le emps de cycle es variable. xécuion raiemen (n-1) xécuion raiemen xécuion raiemen (n+1) Cycle (n-1) Cycle n Cycle (n+1) Traiemen cyclique synchrone La différence fondamenale enre ce mode e le précéden réside dans le cadencemen des cycles à période consane Tc. Ce cadencemen es assuré par une horloge emps réel. Le emps de cycle Tc es fixé par des considéraions : - de aille mémoire dans les API (durée suffisane pour exécuer au moins le raiemen d un programme occupan la capacié mémoire maxi ); - de dynamique e de performances dans les CN : le emps de cycle es alors appelé période d échanillonnage, il doi êre compaible avec la dynamique de l asservissemen. La durée du raiemen n éan pas fixe, il en résule du emps libre en les raiemens successifs (TL sur le schéma) uilisé pour des auo-ess du foncionnemen inerne. xécuion raiemen (n-1) xécuion raiemen n xécuion raiemen (n+1) TL TL TL Cycle (n-1) Cycle n Cycle (n+1) Durée Tc Durée Tc Durée Tc 2.2. Mode de raiemen e emps de réponse Le emps de réponse de la P.C. à un événemen correspond à la durée séparan l insan où ce événemen es apparu sur le circui d enrée e l insan où l évoluion correspondane des sories es effecive. n logique câblée le emps de réponse ne dépend que de la complexié des circuis (le nombre de commuaion de composans sur le chemin de sorie) e de sa echnologie. n logique programmée, le emps de réponse es foncion du principe de raiemen, de la aille du programme à exécuer e de la echnologie du processeur (nombre de bis, fréquence de l horloge inerne) Minimum avec un raiemen par inerrupion, il es maximum (pour une même durée de raiemen TT) avec un raiemen cyclique synchrone. Tpsreel - Bernard GRAFF 3/8 11/10/00
udes des PC T2 ur Inerrupion!i Traiemen de Cyclique asynchrone TR1!j xécuion raiemen (n-1) xécuion raiemen xécuion raiemen (n+1) Cyclique synchrone (*) (*) xécuion raiemen (n-1) Acquisiion de i TR2!j xécuion raiemen n (*) TR3 Acquisiion de i!j Tc Tc (*) : L enrée i es apparue rop ard pour êre acquise au cycle (n-1) n conclusion (ableau à compléer) Mode de raiemen sur inerrupion cyclique asynchrone cyclique synchrone maxi emps de réponse moyen mini 3. Temps de mainien e emps de réponse 3.1. Comporemen d un consiuan Chaque consiuan de la chaîne du capeur à l effeceur inrodui un reard que l on représene ainsi : = nrée =orie i Tm Td Tm : Reard à la monée Td : Reard à la descene Tpsreel - Bernard GRAFF 4/8 11/10/00
udes des PC T2 O 3.2. Comporemen d une chaîne de commande (schéma à compléer) TM Temps de mainien du signal d enrée lémen généraeur O D Déeceur D P Liaison P I TMT Temps de mainien du signal vu du Trai. Inerface d enrée P.C. Traiemen Processeur I Inerface de orie PC P Préacionneur A Acionneur TR = Temps de réponse Débu de l effe sur la PO Tpsreel - Bernard GRAFF 5/8 11/10/00
udes des PC T2 3.3. Temps de mainien vu du Traiemen TMT Le diagramme de la page précédene monre que la chaîne d acquisiion du signal modifie la durée de mainien TM. La durée TMT es donnée par la relaion suivane : TMT = TM - (TDm-TDd) - (TLm-TLd) - (TIm-TId) Pour que l informaion puisse êre acquise, puis raiée, lorsque le raiemen es de ype cyclique, il fau évidemmen que le signal soi resé mainenu au momen ou le cycle commence. Cee condiion s exprime par : TMT Tc 3.4. Temps de réponse global (hors mécanique) Le même diagramme perme de définir le emps de réponse global de la chaîne jusqu au débu de l effe mais sans prendre en compe l effe lui-même. TR = TDm + TLm + TIm + Racq + Tc + TIm + TPAm + Tam Le emps de réponse global compore donc rois composanes : une composane «maériel», foncion des caracérisiques echnologiques des composans consécuifs de la chaîne, égale à la somme des emps de monée ; une composane «logicielle», foncion du mode de raiemen e du volume de raiemen, (égale au emps de cycle Tc avec un raiemen cyclique) une composane aléaoire, Racq, foncion du reard à l acquisiion de l événemen de changemen d éa sur l inerface d enrée. Praiquemen nulle en mode câblé ou un raiemen par inerrupion elle peu aeindre un emps de cycle en raiemen cyclique. 4. Problèmes inhérens au raiemen emps réel 4.1. Le chien de garde Un problème imporan du raiemen emps réel es le risque d appariion de boucles inempesives dans le raiemen. Ces boucles allongen la durée d un raiemen au-delà de la limie admissible pour le bon foncionnemen de l applicaion ; pour évier cela, les API son équipés d une foncion Chien de Garde qui compore : une surveillance de la durée du raiemen au moyen d une emporisaion lancée à chaque débu de raiemen un seuil de durée admissible enan compe du volume maxi du programme, de la rapidié du processeur ( exemple : 150 ms pour le TX 17-20 e le TX 07 ) une procédure d acion ; le plus souven une mise à zéro de oues les sories e une signalisaion exerne du défau. 4.2. Les enrées événemenielles : Cerains événemens ayan un TMT (voir 3.3) rop faible il es possible d uiliser des enrées à filrage diminuée ou enrées événemenielles 4.3. La âche rapide Associée à une enrée événemenielle, le consruceur garani un emps de réponse inférieur à 2 ms pour cee âche rapide qui es lancée, avec inerrupion du programme en cours, dès l appariion d un changemen d éa sur cee enrée. Tpsreel - Bernard GRAFF 6/8 11/10/00
5. Applicaion N 1: Opimisaion d une chaîne de sécurié udes des PC T2 5.1. Présenaion On se propose suie à un acciden survenu en exploiaion, de modifier une insallaion exisane de navee de ransfer à grande viesse, en l équipan d une chaîne de freinage ani-collision. Un niveau de sécurié rès élevé ayan éé exigé, il a éé reenu une commande redondane pour l arrê de sécurié, obenu en doublan la chaîne de sécurié de premier niveau : déeceur conaceur par une seconde chaîne passan par l auomae programmable embarqué. C es cee seconde chaîne que nous analyserons : V max = 2,5 Navee avec API embarqué Buée réracable Déeceur Déeceu I Processeur API I Conaceur Moeur frein à manque de couran Navee Déeceur R1 R2 R3 R4 R5 f Une analyse préalable a permis de faire les choix suivans 1. foncion déecion Deux déeceurs rapides on éé reenus : déeceur inducif : R1 1,8 ms déeceur mécanique : R1 8 ms 2. foncion raiemen L auomae exisan es un auomae bi-processeur possédan : un processeur rapide, sur enrée événemenielle, de emps de cycle maxi Tc 1 = 2 ms l uilisaion de ce processeur rapide nécessie une care d enrées rapides (+ 5000 F ) un processeur sandard, de emps de cycle de 1,5 ms / Kmo de programme. Le raiemen es de ype asynchrone; le programme acuel occupe 7 Kmos. Deux ypes de modules d enrées son disponibles : module d enrées rapides de emps d acquisiion : R2 0,5 ms module sandard avec emporisaion ani-rebonds : R2 8 ms Module de sories : R4 1 ms 3. foncion commande (conaceur + variaeur ) Le emps maximum d annulaion du couran, R5, es de 30 ms. Ce emps inègre la reombée du conaceur, le verrouillage du variaeur e le emps de descene du couran. 4. foncion freinage Le freinage de sécurié es assuré par un frein à manque de couran inégré au moeur. les caracérisiques de la chaîne cinémaique son les suivanes : momen du couple de freinage ramené sur l arbre moeur : Cf = 20 m.n Tpsreel - Bernard GRAFF 7/8 11/10/00
udes des PC T2 inerie équivalene de la chaîne cinémaique, ramenée sur l arbre moeur : Je = 5.10-2 Kg. m 2 viesse maxi navee : Vmax = 2,5 m/s ( obenue pour une fréquence de roaion de l arbre moeur de 1420 r/mn ) 5. foncion ani-collision La concepion du buoir réracable ani-collision assuran la course uile de rerai perme d esimer le surcoû en foncion de la course à 400F par 100 mm On se propose d effecuer le choix des consiuans complémenaires en vue d assurer la sécurié au coû minimal 6. Applicaion N 2 : Disposiif de déecion Une chaîne d acquisiion es consiuée : un disque rainuré un déeceur phoo-élecrique un A.P.I. avec module d enrée TOR rapide meeur phooélecrique Récepeur vers API R=40mm On adme les élémens suivans 1. On néglige la phase où le faisceau n es pas enièremen découver. 2. Pour le déeceur phoo-élecrique : emps de monée 0,5 ms maxi emps de descene 0,3 ms maxi 3. pour l auomae programmable : emps de changemen d éa sur le module d / rapide 0,5 ms maxi ; processeur sandard à emps de cycle fixe : aille mémoire : 8 Ko ; aille du programme : ~ 6 Ko ; emps de scruaion 1,5 ms pour 1 Kmo 4. On néglige les emps de ransfer des signaux 5. Le disque ourne à 1200 r/mn Quesions : valuer le emps minimum de mainien du signal pour pouvoir êre raié par l auomae. n déduire l angle d ouverure mini de la rainure e sa longueur Le emps de freinage (commuaion + arrê moeur) es de 100 ms ; évaluer l angle d arrê (si l on adme accéléraion = consane sur 10 ms de freinage). Tpsreel - Bernard GRAFF 8/8 11/10/00