diagramme type de representation...

CHAINES D’INFORMATION ET D’ENERGIE – I1.2 SI1

Cours

CHAPITRE 11 : ANALYSE ARCHITECTURALE DES SYSTEMES

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Icam Paris Sénart I1 Sciences Industrielles

1. RAPPEL : LES DIAGRAMMES SysML

On a vu en début d’année que les systèmes complexes pouvaient être décrits à l’aide de diagrammes

issus du langage SysML. On se rappellera :

DIAGRAMME TYPE DE REPRESENTATION RÔLE

Diagramme des exigences

Il traduit par des

fonctionnalités ou des

conditions ce qui doit être (ou

devrait être) satisfait par le

système.

Diagramme des cas d’utilisation

Il représente les services

attendus par le système d’un

point de vue de l’acteur, donc

d’un point de vue extérieur au

système.

Diagramme de contexte

Son rôle est de répertorier les

éléments faisant partie de

l’environnement du système.

Diagramme de séquence (SD)

Il décrit graphiquement

l’interaction entre les acteurs

et le système.

Diagramme de définition de blocs (BDD)

Il décrit la structure en

montrant les sous-ensembles

(nommés blocs) qui le

constituent et les relations qui

les lient.

Ces diagrammes ont pour objectif de positionner le système global dans son environnement, et de

commencer avec le BDD à définir une décomposition en sous-système.

Pour répondre à sa fonction globale d’un système complexe, les sous-systèmes sont reliés entre eux par

des flux (information, énergie, matière) que le Diagramme de Bloc Interne (IBD) va permettre de

décrire.


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2. ORGANISATION FONCTIONNELLE DES SYSTEMES INDUSTRIELS

a. Décomposition d’un système automatisé Un système automatisé peut être décomposé en 3

parties : → La Partie Relation (PR) qui comporte le pupitre

de dialogue homme-machine équipé des organes

de commande permettant la mise en/hors

énergie de l’installation, la sélection des modes

de marche, etc. ainsi que des signalisations

diverses telles que voyants, afficheurs, écrans

vidéo, sonneries, etc.

→ La Partie Commande (PC) est le centre de

décision du système. Elle donne des ordres à la

partie opérative par l’intermédiaire des pré-

actionneurs et reçoit des informations de la

partie opérative, fournies par les capteurs.

→ La Partie Opérative (PO) agit sur les effecteurs

par l’intermédiaire des actionneurs.

b. Définition des flux

La fonction principale des systèmes industriels pluritechniques complexes est d’apporter une valeur

ajoutée à un flux de matière, de données et/ou d’énergie.

Pour chacun de ces trois types de flux, un ensemble de procédés élémentaires de stockage, de transport

et/ou de traitement est mis en œuvre pour apporter la valeur ajoutée au(x) flux entrant(s).

On peut distinguer au sein de ces systèmes deux parties, l’une agissant sur les flux de données, appelée

CHAÎNE D’INFORMATION, l’autre agissant sur les flux de matières et d’énergies, appelée CHAÎNE D’ENERGIE.

La chaîne d’information ou partie commande élabore les ordres, transfère, stocke, transforme les

informations, puis pilote le fonctionnement du système. La chaîne d’énergie ou partie opérative

transforme et adapte l’énergie, transmet les efforts et agit sur la matière d’œuvre. Chacune des deux

chaînes peut être décomposée.


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c. Chaîne d’information La chaîne d’information permet :

→ D’acquérir des informations

o Sur l’état d’un produit ou de l’un de ses éléments (en particulier de la chaîne d’énergie) ;

o Issues d’interface homme/machine ou élaborés par d’autres chaînes d’information ;

o Sur un processus géré par d’autres systèmes (consultation de base de données, partage

de ressources…).

→ De traiter ces informations

→ De communiquer les informations générées par le système de traitement pour réaliser

l’assignation des ordres destinés à la chaîne d’énergie et/ou pour élaborer des messages

destinés aux interfaces homme/machine (ou à d’autres chaînes d’information).

Constituants de la chaîne d’information d’un système automatisé :

Capteur

Son rôle est de prélever une

grandeur physique et d’en

produire une image

exploitable par la partie

commande.


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Interface Homme/Machine

Son rôle est de traduire la

consigne d’un utilisateur en

une image exploitable par la

partie commande.

L’information envoyée par le capteur ou l’interface H/M peut être :

→ Logique (0 ou 1), c’est le cas des détecteurs ou boutons poussoirs.

→ Analogique (elle peut prendre une infinité de valeur), c’est le cas des capteurs d’effort ou

potentiomètres.

→ Numérique (elle ne peut prendre qu’un nombre limité de valeurs distinctes), c’est le cas de codeurs.

Partie commande

Son rôle est, à l’aide du

programme implanté, de

traiter les informations en

provenance des capteurs et

de l’interface H/M afin

d’émettre les ordres destinés

aux préactionneurs des

différentes chaînes d’énergie.

Elle envoie aussi des

signalisations à l’interface

M/H qui seront traduis en

signaux lumineux et/ou

sonores à destination de

l’opérateur.


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Interface M/H Son rôle est de permettre à

l’opérateur d’être informé sur

l’état du système.

d. Chaîne d’énergie La chaîne d’énergie, associé à sa commande, assure la réalisation d’une fonction de service dont les

caractéristiques sont spécifiées dans le cahier des charges. Elle est constituée des fonctions génériques :

alimenter, distribuer, convertir, transmettre et adapter, qui contribuent à la réalisation d’une action.

L’action à réaliser impose un flux d’énergie que le système doit transmettre et gérer par sa commande.

Les performances dépendent des caractéristiques des divers constituants de la chaîne d’énergie.


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Constituants de la chaîne d’énergie d’un système automatisé :

Préactionneur

Son rôle est de distribuer,

sur ordre de la partie

commande, l’énergie utile

aux actionneurs.

→ Si l’actionneur qui suit dans la chaîne fonctionnelle est électrique, le préactionneur sera aussi électrique

(relais, contacteur, variateur, hacheur, carte de puissance, etc.).

Si l’actionneur est pneumatique, le préactionneur sera pneumatique (distributeur).

→ Certains préactionneurs sont dits « tout ou rien », c’est-à-dire qu’ils jouent le rôle d’interrupteur de la

chaîne d’énergie.

Les autres préactionneurs laissent passer seulement une partie de l’énergie source, c’est-à-dire qu’ils

régulent le débit d’énergie, on parle alors de « préactionneur proportionnel ».

Actionneur

Son rôle est de transformer

l’énergie distribuée en

énergie mécanique (de

translation ou de rotation).


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Transmetteur

Son rôle est d’adapter et de

transmettre l’énergie

mécanique délivrée par

l’actionneur pour la rendre

utilisable par l’effecteur.

Effecteur

Son rôle est d’effectuer la

transformation de la

matière d’œuvre afin de lui

apporter sa valeur ajoutée.

3. LE DIAGRAMME DE BLOC INTERNE

a. Objectif Il décrit l’organisation interne d’un bloc (ou d’un ensemble de bloc) en montrant de façon détaillée les liens entre leurs constituants (liens internes) et avec les autres blocs (liens externes).


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Le diagramme est une vue statique du système. Il permet de décrire son architecture matérielle, et il se

base sur le Diagramme de Définition de Bloc (BDD) pour présenter l’assemblage final des blocs qui

composent le bloc principal.

b. Les ports Un bloc peut avoir plusieurs ports qui spécifient des points d’interaction différents.

Les ports peuvent être de deux natures :

→ STANDARD : ce type de port autorise la description de services logiques entre les blocs, au

moyen d’interface regroupant des opérations. Ils sont simplement représentés par des carrés.

→ FLUX (flow port) : ce type de autorise la circulation de flux physiques entre les blocs. Les flux

peuvent être : de l’information, de l’énergie ou de la matière. Ils sont représentés par des carrés, la direction étant simplement indiquée par une flèche à l’intérieur du carré.

Les flow port sont soit ATOMIQUES (un seul flux), soit COMPOSITES (agrégation de flux de natures

différentes).

TRAITEMENT DE

L’INFORMATION – I1.2 SI1

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CHAPITRE 12 : LES AUTOMATES

PROGRAMMABLES

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1. HISTORIQUE

Les automates programmables industriels sont apparus à la fin des années soixante, à la demande de

l’industrie automobile américaine (Général Motors), qui réclamait plus d’adaptabilité de leurs systèmes

de commandes.

Avant : utilisation de relais électromagnétiques et de systèmes pneumatiques pour la réalisation des

parties commandes ⟹ ��â��é�.

Inconvénients : cher, pas de flexibilité, pas de communication possible.

Solution : utilisation de systèmes à base de microprocesseurs permettant une modification aisée des

systèmes automatisés ⟹ ��é�.

Les ordinateurs de l’époque étant chers et non adaptés aux contraintes du monde industriel, les

automates devaient permettre de répondre aux attentes de l’industrie.

Contraintes du monde industriel :

Influences externes Personnel Matériel

� Poussières

� Température

� Humidité

� Vibrations

� Parasites

électromagnétiques

� Etc.

� Mise en œuvre du matériel aisée

(pas de langage de

programmation complexe)

� Dépannage possible par des

techniciens de formation

électromécanique

� Possibilité de modifier le système

en cours de fonctionnement.

� Evolutif

� Modulaire

� Implantation aisée

L’AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL (API) est un appareil électronique programmable, adapté à

l’environnement industriel, qui réalise des fonctions d’automatisme pour assurer la commande de

préactionneurs et d’actionneurs à partir d’informations logique, analogique ou numérique.

2. DOMAINES D’EMPLOI DES AUTOMATES

On utilise les API dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage,

emballage, etc.) ou des chaînes de production (automobile, agroalimentaire, etc.) ou il peut également

assurer des fonctions de régulation des processus (métallurgie, chimie, etc.).

Il est de plus en plus utilisé dans le domaine du bâtiment (tertiaire et industriel) pour le contrôle du

chauffage, de l’éclairage, de la sécurité ou des alarmes.

3. NATURE DES INFORMATIONS TRAITEES PAR L’AUTOMATE

Les informations peuvent être de type :

� TOUT OU RIEN (TOR) : l’information ne peut prendre que deux

états (vrai/faux, 0 ou 1). C’est le type d’information délivrée par un

détecteur, un bouton poussoir…

� ANALOGIQUE : l’information est continue et peut prendre une

valeur comprise dans une plage bien déterminée. C’est le type

d’information délivrée par un capteur (pression, température, etc.)

TRAITEMENT DE


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PROGRAMMABLES

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� NUMERIQUE : l’information est contenue dans des mots codés sous forme binaire ou

hexadécimale. C’est le type d’information délivrée par un ordinateur ou un module intelligent.

4. ASPECT EXTERIEUR

Les automates peuvent être de type COMPACT ou MODULAIRE.

Les automates COMPACTS intègrent le processeur, l’alimentation, les

entrées et les sorties. Ces automates, de fonctionnement simple, sont

généralement destinés à la commande de petits automatismes.

Sur les automates MODULAIRES, le processeur,

l’alimentation et les interfaces entrées/sorties

résident dans des unités séparées (modules) et

sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant le

« fond de panier » (bus + connecteurs).

Ces automates sont intégrés dans les

automatismes complexes où puissance, capacité

de traitement et flexibilité sont nécessaires.

5. STRUCTURE INTERNE

Le MODULE D’ALIMENTATION assure la distribution d’énergie aux différents modules.

L’UNITE CENTRALE réalise toutes les fonctions logiques, arithmétiques et de traitement numérique

(transfert, comptage, temporisation, etc.) à l’aide de microprocesseur.

TRAITEMENT DE


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CHAPITRE 12

Icam Paris Sénart I1

Le BUS INTERNE permet la communication de l’ensemble des blocs de l’automate et des éventuelles

extensions.

Les MEMOIRES permettent de stocker le système d’exploitation (ROM ou PROM), le programme

(EEPROM) et les données système lors du fonctionnement (RAM). Cette dernière est généralement

secourue par pile ou batterie. On peut, en règle générale, augmenter

adjonction de barrettes mémoires.

L’INTERFACE D’ENTREE permet de recevoir les informations du SAP ou du pupitre et de mettre en forme

(filtrage, etc.) ce signal.

L’INTERFACE DE SORTIE permet de commande les divers préactionneurs e

SAP.

6. TRAITEMENT DU PROGRAMME AUTOMATE

Tous les automates fonctionnent selon le même mode opératoire

Ces quatre opérations sont effectuées continuellement par l’automate (fonctionnement cyclique), c’est

ce que l’on appelle la SCRUTATION.

7. PROGRAMMATION

Il existe plusieurs langages de programmation, qui diffère selon le fabricant

programmation offrent généralement la conversion d’un langage à l’autre. Il y a

TRAITEMENT INTERNE

•L'automate effectue des opérations de contrôle et met à jour certains paramètres systèmes.

LECTURE DES ENTREES

•L'automate lit les entrées (de façon synchrone) et les recopie dans la mémoire image des entrées.

EXECUTION DU PROG.

•L'automate exécute le programme instruction par instruction et écrit les sorties dans la mémoire image des sorties.

ECRITURE DES SORTIES

•L'automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans la mémoire image des sorties.


PROGRAMMABLES

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Sciences Industrielles

permet la communication de l’ensemble des blocs de l’automate et des éventuelles

permettent de stocker le système d’exploitation (ROM ou PROM), le programme


secourue par pile ou batterie. On peut, en règle générale, augmenter la capacité mémoire par

permet de recevoir les informations du SAP ou du pupitre et de mettre en forme

permet de commande les divers préactionneurs et éléments de signalisation du

TRAITEMENT DU PROGRAMME AUTOMATE

Tous les automates fonctionnent selon le même mode opératoire :


.

Il existe plusieurs langages de programmation, qui diffère selon le fabricant ; bien que les logiciels

programmation offrent généralement la conversion d’un langage à l’autre. Il y a :

→ La Liste d’instructions (IL : Instruction List

textuel très peu utilisé par les automaticiens (mais dont la

structure fait penser à une programmation informat

L'automate effectue des opérations de contrôle et met à jour certains paramètres

L'automate lit les entrées (de façon synchrone) et les recopie dans la mémoire image des

L'automate exécute le programme instruction par instruction et écrit les sorties dans la mémoire image des sorties.

L'automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans la mémoire image des sorties.


permet la communication de l’ensemble des blocs de l’automate et des éventuelles

permettent de stocker le système d’exploitation (ROM ou PROM), le programme


la capacité mémoire par

permet de recevoir les informations du SAP ou du pupitre et de mettre en forme

t éléments de signalisation du


; bien que les logiciels de

: Instruction List) : langage

textuel très peu utilisé par les automaticiens (mais dont la

structure fait penser à une programmation informatique).

L'automate effectue des opérations de contrôle et met à jour certains paramètres

L'automate lit les entrées (de façon synchrone) et les recopie dans la mémoire image des

L'automate exécute le programme instruction par instruction et écrit les sorties dans la

L'automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans

TRAITEMENT DE


Cours


PROGRAMMABLES

4/6


→ Le langage littéral structuré (ST : Structured Text) : langage

informatique, il est peu utilisé par les automaticiens.

→ Le langage à contacts (LD : Ladder Diagram) :

langage graphique développé pour les

électriciens. Il utilise les symboles tels que :

contacts, relais et blocs fonctionnels, et

s’organise en réseaux. C’est le langage le plus

utilisé.

→ Les Blocs Fonctionnels (FBD : Function

Bloc Diagram) : langage graphique où des

fonctions sont représentées par des rectangles

avec des entrées à gauche et les sorties à droite.

Les blocs sont programmés (bibliothèque) ou

programmables.

Il existe un graphisme issu du langage SysML qui va permettre d’organiser l’évolution des sorties en

fonction des entrées enregistrées : le diagramme Etats/Transitions.

8. SECURITE

Les systèmes automatisés sont, par nature, source de nombreux dangers (tensions utilisées,

déplacements mécaniques, jets de matière sous pression, etc.).

Placé au cœur du système automatisé, l’automate se doit d’être un élément fiable car :

- Un dysfonctionnement de celui-ci pourrait avoir de graves répercussions sur la sécurité des

personnes.

- Les coûts de réparation de l’outil de production sont généralement très élevés.

- Un arrêt de production peut avoir de lourdes conséquences sur le plan financier.

La défaillance d’un automate programmable pouvant avoir de graves répercussions en matière de

sécurité, les normes interdisent la gestion des arrêts d’urgence par l’automate ; celle-ci doit être

réalisée en technologie câblée.

9. LES AUTOMATES ET LA COMMUNICATION

Avec le développement des systèmes automatisés et de l’électronique, la recherche de la baisse des

coûts et la nécessité actuelle de pouvoir gérer au mieux la production, c’est-à-dire :

→ De recevoir les données liées à une application le plus rapidement possible ;

→ De consulter, contrôler ou de modifier les paramètres d’une application à distance ;

Sont apparues de nouvelles technologies de câblage et de communication entre les divers constituants

des automatismes.

TRAITEMENT DE


Cours


PROGRAMMABLES

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a. Les bus de terrain Pour diminuer les coûts de câblage des entrées/sorties des automates (systèmes étendues), sont

apparus les BUS DE TERRAINS. L’utilisation de blocs d’entrées/sorties déportés a permis tout d’abord de

répondre à cette exigence.

Avant :

Les capteurs/préactionneurs distants

impliquaient de grandes longueurs de

câbles.

1ère

évolution :

Les interfaces d’entrées/sorties sont

déportées au plus près des capteurs.

Avec l’avènement des ASIC (circuit intégré

propre à une application), les capteurs,

détecteurs, etc. sont devenus

« intelligents » et ont permis de se

connecter directement au bus (médium).

Aujourd’hui :

Les capteurs et les préactionneurs

« intelligents » (IHM, variateurs,

distributeurs, etc.) permettent la

connexion directe au bus.

Pour assurer le « multiplexage »

(technique qui consiste à faire

passer plusieurs informations à

travers un seul support de

transmission), ont été développés

plusieurs protocoles de

communication et des standards

sont apparus (normalisés ou

standard).

TRAITEMENT DE


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PROGRAMMABLES

6/6


Avantages des bus de terrain :

→ Réduction des coûts de câblage et possibilité de réutiliser le matériel existant ;

→ Réduction des coûts de maintenance ;

→ Possibilités de communication.

Inconvénients des bus de terrain :

→ Taille du réseau limitée ;

→ Adaptabilité aux applications à temps critique ;

→ Coût global.

b. Les réseaux de terrain Les RESEAUX DE TERRAIN ont permis dans un premier temps de gérer des entrées/sorties

décentralisées puis la périphérie d’automatisme.

Avantages :

- Installation locale ou distante du produit plus facile ;

- Extension possible des applications ;

- Transferts de données vers des hôtes répartis pour le traitement et la supervision automatiques

du produit ;

- Gestion, diagnostics et réparation à distance de l’équipement.

Inconvénients :

- Prise en compte de l’information en temps réel (en cours d’évolution) ;

- Sécurité des informations ;

- Choix du réseau ;

- Coût d’investissement.

Pyramide CIM (Computer Integrated Manufacturing) :

La nécessité de communication entre cellules (communication entre automates) a permis de voir

apparaître de nombreuses normes de communication (Profibus, Fip, etc.).

Le déterminisme nécessaire pour certaines applications conduit à l’utilisation de réseaux

Maître/Esclave. Au niveau de l’entreprise, le temps n’est plus critique et la norme Ethernet a pu se

développer rapidement, permettant ainsi la visualisation et la commande des process via le réseau

Internet.

TRAITEMENT DE


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CHAPITRE 13 : TRAITEMENT

LOGIQUE

1/6


1. REPRESENTATIONS ANALOGIQUE & NUMERIQUE

Pour suivre l’évolution d’un dispositif industriel, la manipulation des grandeurs physiques est

primordiale ; il est par conséquent nécessaire de les représenter correctement. Il existe deux manières

de les représenter : la manière ANALOGIQUE et la manière NUMERIQUE.

Une quantité ANALOGIQUE possède des valeurs continues, alors qu’une quantité NUMERIQUE

renferme une série de valeurs discrètes.

a. Système analogique

Exemple de système électronique analogique :

Le diagramme illustre que les ondes sonores sont recueillies par un microphone et converties en un

signal de faible tension appelé signal audio. Ce signal est amplifié et dirigé vers un haut parleur. Le haut

parleur transforme le signal audio amplifié en ondes sonores d’intensité largement supérieure à celles

captées par le microphone.

b. Système utilisant le numérique et l’analogique

TRAITEMENT DE


Cours


LOGIQUE

2/6


Exemple de système électronique numérique et analogique :

Le lecteur de disque compact est un exemple de système dans lequel on utilise à la fois circuits

numériques et analogiques. La musique est stockée sous forme numérique sur le CD. Un système

optique capte les données numériques à partir du disque en rotation, pour les transférer vers le

CONVERTISSEUR NUMERIQUE-ANALOGIQUE (CNA) qui transforme les données numériques en un

signal analogique, avant qu’il soit amplifié et dirigé vers le haut parleur.

Un procédé inverse, impliquant l’utilisation d’un CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE (CAN) est

employé pour enregistrer la musique sur un CD.

c. Critiques du numérique

Avantages :

- Les systèmes numériques sont plus faciles à concevoir : les valeurs de la tension et du courant

n’ont pas à être rigoureusement exactes. Il suffit qu’elles soient dans les limites d’un intervalle.

Ils sont pour la même raison moins affectés par les perturbations.

- La technologie permet un plus fort degré d’intégration que les circuits analogiques.

- Le stockage de l’information est facile.

Inconvénient :

L’inconvénient majeur est que la plupart des grandeurs que l’on souhaite commander, surveiller ou

régler, sont analogiques. Pour les exploiter, il faut donc mettre en œuvre 3 phases :

1. Traduire les signaux analogiques du monde réel en signaux numériques ;

2. Traiter l’information numérique ;

3. Convertir les sorties numériques en une forme analogique adaptée au monde réel.

2. CODAGE

a. Historique

L’histoire des nombres et des systèmes de numérotation se confond avec l’histoire de la civilisation. Des

systèmes plus ou moins complexes ont été mis au point.

TRAITEMENT DE


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LOGIQUE

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Datation Géographie Numérotation

Entre 10 000 et

5 000 avant J.C. Moyen-Orient

L’homme sédentarisé invente les commerces et dénombre les

troupeaux et récoltes avec des jetons d’argile.

3 000 ans avant

J.C. Egypte

Invention de l’une des premières NUMEROTATIONS ADDITIVES.

Un système de numérotation est dit ADDITIF, lorsqu’il utilise des

signes qui représentent chacune une valeur et lorsque, pour connaître

la valeur du nombre ainsi représenté, il faut additionner les valeurs des

différents signes.

Antiquité Empire romain

1 800 avant J.C. Babylone

La numérotation n’a que 3 symbles. Selon leurs positions, les symboles

peuvent représenter des unités, ou des groupes de 60 unités, ou de

60 × 60 unités. C’est un système de NUMEROTATION A POSITION, de

base 60.

Un système de numérotation à position nécessite un symbole

particulier pour signifier un emplacement vide. C’est ce que l’on

appelle le ZERO.

TRAITEMENT DE


Cours


LOGIQUE

4/6


Aujourd’hui Monde

Le système de numérotation utilisé aujourd’hui est un système à

position de base 10, avec des symboles appelés CHIFFRE, c’est un

système de position pur.

C’est à l’Inde que l’on doit notre système de numérotation ; les arabes

ayant introduit ce système en Europe lors de l’occupation du sud de

l’Espagne.

b. Définitions

On appelle ALPHABET un ensemble fini de SYMBOLES (ou chiffres), par exemple :

- Alphabet binaire (0, 1), un chiffre binaire est appelé BIT ;

- Alphabet octal (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) ;

- Alphabet décimal (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9) ;

- Alphabet hexadécimal (0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F).

On appelle MOT construit sur un alphabet, tout élément composé d’uns suite de chiffres. Avec un

alphabet comportant � symboles, on peut construire �� mots de � chiffres.

Exemple : 191 dans l’alphabet décimal ; 11001 dans l’alphabet binaire.

Avec un alphabet binaire, on peut construire 4 mots de longueur 2 : 00, 01, 10, 11.

Un mot binaire de 8 bits s’appelle OCTET ou BYTE.

c. Systèmes de numérotation en base �

Système décimal :

Il est dit à poids positionnels, en ce sens que la valeur du chiffre dépend de sa position (RANG) dans le

nombre.

Exemple : 124 = 1 × 10� + 2 × 10� + 4 × 10�

Avec ce système, on peut compter avec un mot de � lettres 10� nombres différents.

Système binaire :

Le système binaire est aussi à poids positionnels, puisque chaque chiffre binaire est affecté d’un poids,

exprimé comme une puissance de 2.

Exemple (conversion binaire-décimal) :

1101 = 1 × 2� + 1 × 2� + 0 × 2� + 1 × 2� = 8 + 4 + 0 + 1 = 13

Avec un mot de � bits, il est possible d’obtenir 2� valeurs, et le nombre le plus grand que l’on peut

représenter est 2� − 1.

Système hexadécimal :

Possédant seize symboles (0 à F), il permet une représentation et une écriture condensée des nombres

binaires. Il est très utilisé dans la programmation de microcontrôleurs, où il n’est pas pratique de

manipuler des adresses de 32 bits en utilisant une succession de 0 et de 1.

Exemple (conversion hexadécimal-binaire) :

TRAITEMENT DE


Cours


LOGIQUE

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1100��

1010��

0101��

0111��

Système octal :

Le système de numérotation octal est le système de numérotation de base 8, et utilise les chiffres de 0 à

7. Il est quelquefois utilisé en calcul à la place de l’hexadécimal. Il possède le double avantage de ne pas

requérir de symbole supplémentaire pour ses chiffres et d’être une puissance de deux pour pouvoir

grouper les chiffres.

Exemple (conversion octal-binaire) :

100��

101��

001��

010��

111��

d. Code Gray

La caractéristique majeure du code Gray, du nom de son inventeur Frank Gray en 1947, est qu’il permet

de passer d’un nombre au suivant en ne changeant qu’un seul bit. Il est également appelé le CODE

BINAIRE REFLECHI.

Construction du code Gray :

Il suffit de connaître les 2 premiers nombres pour construire les suivants, il est construit par symétrie.

Pour construire le 2 et le 3, on place le chiffre 1 sur le deuxième bit, et le bit de poids faible est le

symétrique des 2 premiers nombres.

Pour les 4 suivants : on place le chiffre 1 sur le troisième bit, et les bits de poids faibles sont les

symétriques des bits des 4 premiers nombres, etc.

Le code Gray est un code non pondéré et ne convient pas aux calculs arithmétiques, en ce sens qu’il n’y

a pas de poids spécifiques qui correspondent aux positions des bits.

Conversion binaire-Gray :

- Le bit de poids le plus fort du code Gray, situé à l’extrême gauche, est le même que celui du

code binaire.

- En vous déplaçant de gauche à droite, additionnez chaque paire de bits adjacente du code

binaire pour obtenir le bit suivant du code Gray. Rejetez les retenus.

TRAITEMENT DE


Cours


LOGIQUE

6/6


Conversion Gray-binaire :

- Le bit de poids le plus fort du code binaire, situé à l’extrême gauche, est identique au bit

correspondant du code Gray.

- Additionnez chaque nouveau bit de code binaire créé, au bit de code Gray situé immédiatement

à droite. Rejetez les retenues.

Application pour les codeurs :

Les codeurs sont des capteurs de positionnement rotatif. Trois anneaux conducteurs concentriques sont

segmentés en huit secteurs. Chaque secteur de chaque anneau est fixé à une tension de niveau HAUT

ou de niveau BAS afin de représenter le 0 (secteur clair) et le 1 (secteur foncé).

Les anneaux tournant avec l’arbre établissent des contacts électriques avec 3 capteurs à position fixe sur

lesquels sont connectés des lignes de sortie. A mesure que l’arbre tourne, les 8 secteurs se déplacent sur

les trois capteurs en produisant une sortie binaire de 3 bits correspondant à la position de l’arbre.

Etant donné qu’il est pratiquement impossible d’avoir un alignement mécanique des 3 capteurs sur le

codeur, si un capteur est légèrement en avance sur les autres durant sa transition d’un secteur à un

autre, il ne faut pas qu’il y ait une information erronée.

Le code Gray est employé pour éliminer ce problème lié au codage binaire naturel. Le code Gray assure

le changement d’un seul bit entre les secteurs adjacents. Il n’y a donc pas d’erreur possible, même si les

capteurs ne sont pas parfaitement alignés.

TRAITEMENT DE


Cours

CHAPITRE 14 : LOGIQUE

COMBINATOIRE

1/8


1. STRUCTURE INFORMATIONNELLE

a. Définitions

Les grandeurs acquises sont généralement de différentes natures. Le traitement logique de ces

grandeurs nécessite au préalable un CODAGE. Ensuite les grandeurs logiques sont manipulées sous

formes d’états binaires, nécessitant l’utilisation de l’ALGEBRE DE BOOLE.

Le système étant isolé, on peut définit les ENTREES et SORTIES de la partie commande : c’est la

STRUCTURE INFORMATIONNELLE du système, qui permet de DIALOGUE entre la partie opérative et la

partie commande.

Terminologique (norme NFZ-61-001) :

DONNEE : fait, notion ou instruction représentés sous forme conventionnelle convenant à une

communication, une interprétation ou un traitement, par l’homme ou automatiquement.

INFORMATION : signification que l’homme donne à une donnée, à l’aide d’une convention employée

pour la représenter.

SIGNAL : grandeur, fonction du temps, caractérisant un phénomène physique, et représentant des

données.

b. Les différentes natures de données et de traitement

La partie commande est en relation à caractère informationnelle avec sa partie opérative, et le milieu

extérieur. Les données qui sont créées, stockées ou gérées sont classées en trois catégories : données

logiques, analogiques ou numériques. Le traitement et la gestion de ces données peuvent être faits en

LOGIQUE COMBINATOIRE ou en LOGIQUE SEQUENTIELLE.

2. SYSTEME A LOGIQUE COMBINATOIRE

Un circuit LOGIQUE COMBINATOIRE est un dispositif établissant une relation causale entre les ETATS

BINAIRES de ses grandeurs d’entrée, et ceux de ses sorties, sans prendre en compte « l’histoire » du

système.

Le traitement de tels systèmes s’appuie sur un outil mathématique nommé algèbre binaire ou encore

algèbre de Boole. La notion de VARIABLES ou de FONCTIONS BOOLEENNES se concrétise parfaitement

avec un grand nombre d’éléments technologiques : interrupteur fermé ou ouvert, semi-conducteur

bloqué ou saturé, piston de vérin sorti ou rentré, etc.

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

2/8


3. ALGEBRE DE BOOLE – OPERATEURS LOGIQUES

a. Algèbre de Boole et algèbre binaire

Un ensemble �� possède une structure d’algèbre de Boole si on a défini dans cet ensemble les

éléments suivants :

- Une relation d’équivalence, notée « = » ;

- Deux lois de composition interne, notées « + » et « . » (addition et multiplication booléenne) ;

- Une opération unaire : loi qui associe à tout élément � de �, son complément �� (lu « � barre »),

cette loi est appelée COMPLEMENTATION.

Un ALGEBRE BINAIRE est un algèbre de Boole dont les éléments, appelés variables binaires, peuvent

prendre deux valeurs notées 0 et 1.

b. Contacts et circuits électriques

Contact à fermeture :

Normalement ouvert au repos, fermé lorsqu’il est

actionné. On désigne ce type de contact par �, �, �, ….

Contact à ouverture :

Normalement fermé au repos, ouvert lorsqu’il est actionné. On

désigne ce type de contact par ��, ��, �̅, …

Ces deux types de contact sont des variables d’entrée pour un circuit logique.

c. Etat d’un circuit

On définit un circuit PASSANT (ou FERME) lorsqu’un courant peut circuler dans le circuit. Inversement,

un circuit sera NON PASSANT (ou OUVERT) lorsque le courant ne peut pas circuler dans le circuit. On

note alors deux états des contacts ou des récepteurs : l’état 0 et l’état 1.

Pour un contact : absence ou présence d’action physique sur le contact.

Pour le récepteur : récepteur alimenté ou non (lampe allumée, relais enclenché ou non…).

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

3/8


d. Les opérateurs logiques de base

Les fonctions logiques vont permettre d’établir les relations entre les variables d’entrée, et les variables

de sorties. Ces relations pourront prendre la forme d’équations, ou encore de logigrammes. Pour

chaque fonction élémentaire, on définit plusieurs représentations : électrique (schéma développé),

algébrique (équation), arithmétique (table de vérité) et graphique (symbole logique).

Opérateur OUI :

Opérateur NON :

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

4/8


Opérateur ET :

Opérateur OU :

e. Propriétés des opérations logiques – Théorèmes

Relatif à … Fonction OU (+) Fonction ET (.)

Elément neutre « 0 » � + 0 = � �. 0 = 0

Elément neutre « 1 » � + 1 = 1 �. 1 = �

Idempotence � + � = � �. � = �

Complémentation � + �� = 1 �. �� = 0

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

5/8


Propriétés fondamentales :

Commutativité :

�. � = �. �

� + � = � + �

Associativité :

�. ��. �� = ��. ��. � = �. �. �

� + �� + �� = �� + �� + � = � + � + �

Distributivité :

� + ��. �� = �� + ��. �� + ��

�. �� + �� = ��. �� + ��. ��

Théorèmes de De Morgan :

1) Le complément d’une somme logique est égal au produit logique des termes complémentés

de cette somme. Le théorème s’applique quel que soit le nombre de termes de la somme.

� + �� = ��. ��

2) Le complément d’un produit logique est égal à la somme logique des termes complémentés

de cette somme. Le théorème s’applique quel que soit le nombre de termes du produit.

�. �� = �� + ��

f. Autres opérateurs

Opérateur NAND (ou NON ET) :

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

6/8


Opérateur NOR (ou NON OU) :

Opérateur OU EXCLUSIF :

4. FONCTIONS DE VARIABLES LOGIQUES – TABLE DE VERITE

Une fonction de � variables logiques est une combinaison de ces � variables binaires et des éléments 0

et 1. Définir dans une structure d’algèbre de Boole, elle s’exprime à l’aide des lois de l’algèbre binaire.

a. Table de vérité

On peut établir la TABLE DE VERITE de la fonction logique, c’est un

tableau qui représente l’état de la variable de sortie en fonction de

l’état des différentes variables en entrée.

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

7/8


La fonction logique sera réalisée par le CIRCUIT LOGIQUE, lui-même réalisé dans une technologie

donnée (informatique, circuit imprimé électronique, pneumatique, etc.).

b. Logigramme

Le LOGIGRAMME est un outil graphique, permettant de représenter une fonction logique combinatoire.

C’est le schéma d’une association d’opérateurs logiques, décrivant la fonction logique à représenter. On

le construit en partant des variables d’entrées, et en allant vers la variable de sortie.

NB. : une équation logique combinatoire pouvant prendre plusieurs formes, un logigramme pour une

fonction donnée ne sera pas unique.

Exemple :

On donne l’équation : � = ��. � + �. �.

L’un des logigrammes de cette fonction sera :

c. Systèmes complets d’opérateurs logiques élémentaires

On appelle système complet d’opérateurs, un ensemble d’opérateurs à partir duquel peut être

construite toute fonction logique, on parle alors de BASE des opérateurs logiques. Une BASE

ELEMENTAIRE est celle qui permet de réaliser les fonctions élémentaires de l’algèbre de Boole.

→ L’ensemble {ET, OU, NON} est une base d’opérateurs élémentaires.

→ L’ensemble {ET, NON} est une base d’opérateurs élémentaires. A partir des théorèmes de De

Morgan, on peut écrire : � + � = ��. ��.

→ L’ensemble {OU, NON} est une base d’opérateurs élémentaires. A partir des théorèmes de De

Morgan, on peut écrire : �. � = �� + ��.

Il est possible d’écrire les trois opérateurs de base ET, OU, NON à partir de l’opérateur NOR, ou de

l’opérateur NAND.

Ces deux opérateurs forment chacun une base élémentaire. On pourra décrire chaque fonction à partir

de l’un ou de l’autre, ce qui est très intéressant dans certaines technologies où ces opérateurs existent

en tant que tels.

TRAITEMENT DE


Cours


COMBINATOIRE

8/8


Opérateurs ET, OU, NON en logique NOR :

Opérateurs ET, OU, NON en logique NAND :

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

1/7


Il existe des systèmes pour lesquels les variables de sorties dépendent non seulement de l’état de

l’entrée, mais aussi de l’ordre chronologique ou de leur position dans le temps. Ces systèmes font appel

à des mémoires, et on parle de LOGIQUE SEQUENTIELLE.

1. REPRESENTATIONS EN LOGIQUE SEQUENTIELLE

a. Chronogramme

Le chronogramme est un diagramme cartésien, comportant en abscisse la variable temps, et en

ordonnée, la fonction à représenter. L’échelle de temps n’est pas forcément uniforme. On indique

plutôt des temps �� lors de l’apparition d’un nouvel évènement.

b. Diagramme de Gantt

Le diagramme de Gantt est une variante du chronogramme avec la représentation temporelle de

plusieurs variables et fonctions. L’état BAS (valeur 0) des variables est facultatif.

2. LES BASCULES

L’élément de mémorisation le plus important est la bascule, constituée d’un ensemble de portes

logiques. Même si en soi une porte logique ne retient pas de données, il est possible d’en raccorder

quelques unes ensemble, afin d’obtenir le stockage d’information.

Le symbole générique d’une bascule est :

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

2/7


a. Vocabulaire

LATCH : le traitement de l’information se fait sur un niveau logique (haut ou bas)

FLIP-FLOP : le traitement de l’information se fait sur un front montant ou descendant, avec l’utilisation

d’une horloge, par exemple.

SET : mise au niveau logique haut (1 ou + alimentation).

RESET : mise au niveau logique bas (0 ou masse de l’alimentation).

b. Bascule RS

La bascule RS est la plus élémentaire des bascules.

Réalisation avec des portes NON OU :

S R � ��

0 0 ��

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 1 1

Chronogramme :

On voit que S active la sortie Q, et R la sortie complémentaire. Il se présente en plus deux cas

particuliers :

- Quand les deux entrées sont à 1, les deux sorties le sont également, or les deux sorties sont

complémentaires. Ce cas qui existe technologiquement n’est pas souhaitable, il faudra modifier

le fonctionnement pour lever cette ambiguïté.

- Quand les deux entrées sont à 0, on observe une mémorisation des états antérieurs, c’est une

MEMOIRE ELEMENTAIRE.

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

3/7


Réalisation avec des portes NON ET :

S R � ��

0 0 ��

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 1 1

Chronogramme :

L’inconvénient d’avoir les entrées R et S complémentées peut être modifié en ajoutant deux portes NON

ET :

Amélioration du fonctionnement :

On a constaté que le cas indésirable était le cas où R=S=1, puisque rien n’empêche d’appuyer

simultanément sur Set et Reset. Pour palier à ce problème, on définit deux modes de marche :

→ Marche prioritaire

S R � ��

0 0 ��

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 1 0

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

4/7


→ Arrêt prioritaire

S R � ��

0 0 ��

0 1 0 1

1 0 1 0

1 1 0 1

Bascule RS synchrone :

On peut utiliser une horloge pour contrôler une bascule RS, dans ce cas on travaille sur un front montant

ou sur un front descendant, c’est ce qu’on appelle une bascule SYNCHRONE.

Chronogramme :

Application de la bascule RS :

Les bascules RS Latchs sont les éléments de base pour les mémoires. Mais on les utilise aussi beaucoup

pour palier aux rebonds mécaniques des contacts électriques qui ont tendance à rebondir quand on les

ferme.

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

5/7


c. Bascule D

La bascule RS oblige à gérer deux entrées S et R, et il existe le cas où ces deux entrées peuvent être

égales. Pour remédier à ce problème, on n’utilise une bascule à une seule entrée : la bascule D, D

comme Data.

D � ��

0 0 1

1 1 0

Bascule D synchrone :

La bascule D synchrone recopie l’entrée (D) sur la sortie (Q) à chaque front montant ou descendant.

Chronogramme :

TRAITEMENT DE


Cours


SEQUENTIELLE

6/7


Bascule D synchrone à verrouillage :

La sortie Q recopie la valeur de la donnée D, lorsque C est à 1. Lorsque C est à 0, la valeur en Q est

mémorisée, la bascule est verrouillée.

Chronogramme :

d. Bascule JK synchrone

Le problème des bascules RS reste le cas où S=R=1 si on ne modifie pas la structure. Une solution

consiste à exploiter les sorties de la bascule RS en les réinjectant sur les entrées. Les repères J et K

viennent du fait qu’à un moment de l’étude les entrées seront fixées à un potentiel et l’horloge sera la

seule variable.

TRAITEMENT DE


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SEQUENTIELLE

7/7


Clock J K ��

↑ 0 0 ��

↑ 0 1 0 1

↑ 1 0 1 0

↑ 1 1 ��

Chronogramme :

Si on laisse les entrées J=K=1 à chaque front montant de l’horloge, la sortie change d’état. On a créé un

diviseur de fréquence par 2 (ou modulo 2). C’est cette particularité qui est à l’origine de tous les

compteurs.

TRAITEMENT DE


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CHAPITRE 16 : PROGRAMMATION

D’AUTOMATE

1/13


1. RAPPELS

Comme il a été vu dans les chapitres précédents, il existe plusieurs langages de programmation :

→ La liste d’instructions ou Instruction List (IL)

→ Le langage littéral structuré ou Structured Text (ST)

→ Le langage à contacts ou Ladder Diagram (LD)

→ Les blocs fonctionnels ou Function Bloc Diagram (FBD)

Le lien successif entre les éléments appartenant à l’environnement est le système sont déjà décrit en

partie dans le diagramme de séquence du langage SysML.

Le rôle de la programmation dans un système automatisé est de commander à la partie opérative

l’enchaînement des mouvements des actionneurs, en enclenchant successivement les préactionneurs

correspondant.

La question qui reste posée est : sous quelle forme peut-on représenter le changement d’état des

actionneurs ? Un nouveau diagramme SysML va permettre cette représentation : le diagramme d’Etats.

2. LES DIFFERENTS POINTS DE VUE

a. Notion de point de vue

La dimension « POINT DE VUE » caractérise la situation de l’observateur décrivant le système

automatisé :

- Point de vue « PROCEDE », description faite par un observateur se situant à l’extérieur du SAP.

- Point de vue « PARTIE OPERATIVE », description faite par un observateur se situant à l’intérieur du

SAP, mais à l’extérieur de la partie

commande.

- Point de vue « PARTIE

COMMANDE », description faite

par un observateur se situant à

l’intérieur de la partie commande.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

2/13


b. Point de vue « procédé »

Le diagramme d’état point de vue « procédé » décrit la gamme d’opérations pour obtenir la valeur

ajoutée, à partir d’informations sur l’état du produit et des opérations. Aucun effecteur, actionneur ou

capteur n’est supposé connu. Ce point de vue est utilisé au stade de la conception ou, lors de la

description d’un système existant, pour faire comprendre le procédé d’obtention du produit.

c. Point de vue « partie opérative »

Ce point de vue est établi à partir d’une connaissance mécanique minimale des constituants de la partie

opérative. Il exprime sous forme littérale ou symbolique, le séquencement des actions à effectuer par la

partie opérative.

Pour l’établir, il faut « se mettre à la place » de la partie opérative, et :

- Lister les actions que « je dois effectuer » ;

- Lister les comptes-rendus que « je dois renvoyer ».

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

3/13


d. Point de vue « partie commande »

Ce point de vue décrit successivement tous les ordres que l’équipement de commande doit émettre

pour obtenir les actions et visualisations (messages) désirées, en fonction des informations de compte-

rendu de la partie opérative ou des consignes de l’opérateur.

Pour l’établir, il est d’abord nécessaire d’avoir précisément défini :

- Les capteurs ;

- Les actionneurs ;

- Les pré-actionneurs.

Il faut ensuite établir les spécifications suivantes :

- Relations entre évènements captés et informations émises par les capteurs ;

- Relations entre actions et ordres à émettre en direction des pré-actionneurs.

Enfin, il faut « se mettre à la place » de la partie commande, et :

- Lister les ordres que « je dois envoyer aux pré-actionneurs » ;

- Lister les informations que « je reçois des capteurs ».

TRAITEMENT DE


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D’AUTOMATE

4/13


3. LE DIAGRAMME D’ETATS - SysML

a. Objectif

Le diagramme d’Etats est un diagramme comportemental.

Il sert à représenter les différents états d’un objet quelconque en fonction de son état courant et des

évènements qui lui arrivent.

Il représente le comportement d’un programme.

On y retrouve des informations du diagramme de séquence ; le recoupage des informations permet

d’offrir un autre point de vue.

b. Etats

Un ETAT représente un moment spécifique du comportement d’un objet.

Il représente une situation durant la vie d’un système pendant laquelle il satisfait une certaine condition

et exécute une certaine activité. Il a une durée finie.

Effets et activités d’un état :

→ ENTRY indique un effet (action ponctuelle) réalisé à chaque entrée dans l’état.

→ DO indique les activités durables, réalisées pendant l’état.

→ EXIT indique un effet réalisé à chaque sortie de l’état.

Un PSEUDO ETAT INITIAL est représenté par un rond plein.

Un PSEUDO ETAT FINAL est représenté par un rond plein dans un cercle.

c. Transitions

Une TRANSITION, représentée par une flèche, constitue un changement d’état allant d’un état source à

un état cible. Un état est actif lorsqu’une transition y mène, et devient inactif lorsqu’une transition le

quitte.

TRAITEMENT DE


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D’AUTOMATE

5/13


Une CONDITION ne peut être que vrai ou fausse. La transition est réalisée.

Un EVENEMENT est une occurrence qui peut déclencher une réaction.

Une TRANSITION est réalisée lorsque la condition est vraie et que l’évènement a eu lieu.

Nature des transitions :

→ NORMALE : le changement d’état se produit lorsque la condition est vraie (condition entre

crochets).

Il peut aussi de produire sur un évènement (sans crochet).

→ DE COMPLETION : le passage d’un état à l’autre se produit lorsque toutes les activités sont

terminées, sans condition, ni évènement.

→ REFLEXIVE ou PROPRE : interne à l’état. Une condition et/ou un évènement provoque un effet

sans provoquer de changement d’état.

Bifurcation

Unification

Transition

normale

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

6/13


4. LE GRAFCET

a. But

L’AFCET (Association Française pour la Cybernétique Economique et Technique) et l’ADEPA (Agence

nationale pour le DEveloppement de la Production Automatisée) ont mis au point et développé une

représentation graphique qui traduit, sans ambiguïté, l’évolution du cycle d’un automatisme industriel.

Ce diagramme fonctionnel, le GRAFCET (GRAphe Fonctionnel de Commande des Etapes et Transitions)

permet de décrire les comportements attendus du système automatisé en imposant une démarche

rigoureuse, évitant ainsi les incohérences dans le fonctionnement.

Aujourd’hui, le GRAFCET est un outil de représentation très utilisé (Schneider Electric, Siemens…) dans

les automates programmables industriels. Il tend cependant à laisser la place au diagramme d’états

transitions du langage SysML.

Les programmes implantés en Instruction List, en Structured Text, en Ladder ou en Function Bloc

Diagram sont pour la plupart, encore aujourd’hui, issus d’une lecture des évènements séquentiels par le

GRAFCET.

b. Définition

Le GRAFCET est un outil permettant de décrire des systèmes séquentiels. Il représente le déroulement

chronologique des actions sous forme d’un diagramme fonctionnel en utilisant un formalisme précis.

Il est défini par :

ETAPE

Une ETAPE représente une situation stable de l’automatisme. Une étape est soit active soit inactive. On

peut associer à chaque étape� une variable ��, image de son activité.

Exemple : �2 = 0 lorsque l’étape 2 est inactive, et �2 = 1 lorsque l’étape 2 est active.

ETAPE INITIALE

C’est une étape active au début du fonctionnement. Elle se représente par un double carré.

TRANSITION

Une TRANSITION indique une possibilité d’évolution d’activité entre deux ou plusieurs étapes. Cette

évolution s’accomplit par le franchissement de la transition.

LIAISONS ORIENTEES

Elles relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes. Le sens général d’évolution est du

haut vers le bas. Dans le cas contraire, des flèches doivent être ajoutées pour préciser le sens de

l’évolution.

RECEPTIVITE

La RECEPTIVITE associée à une transition est une fonction logique :

- Des entrées (capteurs, commande opérateur)

- Des activités des étapes

- Des variables auxiliaires

ACTION

L’ACTION indique, dans un rectangle, comment agir sur la variable de sortie.

TRAITEMENT DE


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7/13


c. Les règles d’évolution

Règle n°1 : situation initiale

Les étapes initiales sont celles qui sont actives au début du fonctionnement.

Les étapes initiales, représentées par un double carré, sont souvent des étapes

d’attente (pas d’action associée) pour ne pas effectuer une action dangereuse à la

reprise, par exemple après une panne de secteur.

Règle n°2 : franchissement d’une transition

Une transition est soit validée, soit non

validée. Elle est validée lorsque toutes les

étapes immédiatement précédentes sont

actives. Elle ne peut être franchie que

lorsqu’elle est validée et que sa réceptivité est

vraie. Elle est alors obligatoirement franchie.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

8/13


Règles n°3 : évolution des étapes actives

Le franchissement d’une transition entraîne l’activation de toutes les étapes immédiatement suivantes

et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.

Règle n°4 : transitions simultanées

Plusieurs transitions simultanément

franchissables sont simultanément

franchies. La durée limite dépend du

« temps de réponse » nécessaire à

l’application.

TRAITEMENT DE


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D’AUTOMATE

9/13


Règle n°5 : activation et désactivation

simultanées

Si une étape doit être à la fois activée et

désactivée, elle reste active (cette règle permet

de lever toute ambiguïté de fonctionnement).

Règle de syntaxe :

L’alternance étape-transition et transition-étape doit toujours être respectée quelle que soit la

séquence parcourue.

En conséquence :

- Deux étapes ou deux transitions ne doivent jamais être reliées par une liaison orientée.

- Une liaison orientée relie nécessairement une étape à une transition ou une transition à une

étape.

d. Les réceptivités

Type de réceptivité Définition Exemple

Réceptivité associée

aux transitions

Une proposition logique, appelée

RECEPTIVITE, qui peut être vraie

ou fausse est toujours associée à

chaque transition.

Réceptivité toujours

vraie

Une réceptivité toujours vraie

peut-être associée à une

transition. Le franchissement de

la transition n’est conditionné

que par l’activité de l’étape

précédente.

Réceptivité particulière

dans le temps

Pour prendre en compte le temps

dans les réceptivités, il suffit

d’indiquer, dans l’ordre, après le

repère : l’étape origine, et la

durée.

�1/�12/20 signifie que 20 secondes

s’écouleront après l’activation de l’étape 12

pour que la réceptivité soit vraie.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

10/13


Réceptivité prenant en

compte des

évènements

On appelle FRONT MONTANT de

la valeur binaire a, la variable,

notée a↑, qui prend la valeur 1 à

l’instant du passage de 0 à 1 de la

variable a.

On appelle FRONT DESCENDANT

de la valeur binaire a, la variable,

notée a↓, qui prend la valeur 1 à

l’instant du passage de 1 à 0 de la

variable a.


compte la valeur

booléenne d’un

prédicat

Un PREDICAT est une expression

contenant une ou plusieurs

variables, susceptible de devenir

une proposition vraie ou fausse.


compte l’état d’une

étape

Il est possible de prendre en

compte l’état logique Xi d’une

étape i pour faire évoluer un

GRAFCET. Cette utilisation

permet de synchroniser les

évolutions de plusieurs GRAFCETS

connexes.

e. Les actions associées

Type d’action Définition Exemple

Action

inconditionnelle

L’action est exécutée dès que

l’étape est active, sans autre

condition particulière

(fonctionnement classique).

Action conditionnelle

L’action est exécutée si l’étape

est active et si la condition est

vérifiée ou égale à 1.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

11/13


Action retardée

Dès que l’étape est active,

l’action est exécutée après un

délai obtenu par une

temporisation.

Action prolongée

L’action démarre dès que

l’étape est activée et s’arrête

après un délai obtenu par une

temporisation.

Action limitée dans le

temps

L’action démarre dès que

l’étape est active, sa durée,

limitée dans le temps est plus

courte que celle de l’étape.

Action mémorisée

L’action se déroule sur

plusieurs étapes. Le début et la

fin de l’action sont définis et

indiqués sur deux étapes

différentes.

f. Structures de base

Séquence unique :

Un automatisme est représenté par un GRAFCET à séquence

unique lorsqu’il peut être décrit par un ensemble cohérent

de plusieurs étapes formant une suite dont le déroulement

s’effectue toujours dans le même ordre. Chaque étape est

suivie d’une seule transition et chaque transition n’est

validée que par une seule étape.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

12/13


Sélection d’une séquence ou aiguillage :

Une machine a souvent plusieurs cycles de fonctionnement, sélectionnés par des informations fournies,

soit par l’opérateur (commutateurs, claviers, etc…), soit par la machine elle-même (capteurs de position,

détecteurs, etc…).

L’aiguillage représente une alternative d’évolution vers plusieurs étapes, à partir d’une situation

donnée. Les réceptivités associées aux transitions d’un aiguillage doivent être exclusives (elles ne

doivent pas être vraies simultanément).

Divergence en OU

Commentaire :

Si l’étape 1 est active et la réceptivité a est vraie,

alors il y a activation de l’étape 2 et désactivation

de l’étape 1. L’étape 3 reste inchangée.

Convergence en OU

Après l’évolution dans une branche, il y a une

convergence en OU. Le nombre de branches peut-

être supérieur à 2. La convergence de toutes les

branches ne se fait pas obligatoirement au même

endroit.

Reprise et saut de séquence :

La REPRISE DE SEQUENCE est représentée par une boucle d’étapes, réalisée en

général à partir d’un aiguillage en fin de séquence.

Le SAUT DE SEQUENCE, réalisée à l’aide d’un aiguillage, permet d’éviter une

séquence.

Séquences simultanées ou parallélisme de séquences :

C’est un ensemble de séquences pouvant évoluer indépendamment, à partir du franchissement d’une

transition activant simultanément plusieurs étapes.

TRAITEMENT DE


Cours


D’AUTOMATE

13/13


Divergence en ET

Commentaire :

Si l’étape 1 est active et la réceptivité a est vraie,

alors il y a activation des étapes 2 et 3 et

désactivation de l’étape 1.

Convergence en ET

Après l’évolution dans une branche, il y a une

convergence en ET. Le nombre de branches peut-

être supérieur à 2. La convergence de toutes les

branches ne se fait pas obligatoirement au même

endroit.

Macro-étape :

Une macro-étape Mi est la représentation symbolique (par un seul carré) d’un ensemble

unique d’étapes et de transitions. Cet ensemble est appelé EXPANSION de la macro-

étape. L’expansion commence par une seule étape d’entrée Ei et se termine par une seule

étape de sortie Si. Elle est utilisée pour simplifier la représentation, pour la rendre plus

lisible ou pour insister sur certaines structures sans se perdre dans les détails.

g. Comptage

Il est souvent nécessaire de compter un nombre de

cycle, de pièces ou d’évènements dans un GRAFCET.

Un cycle de comptage comprend en général :

- Une initialisation de la variable de comptage

- Une incrémentation (ou décrémentation) de

cette variable

- Des réceptivités qui testent la valeur de la

variable de comptage

TRAITEMENT DE


Cours

CHAPITRE 17 : ARCHITECTURE

RESEAU

1/15


1. QU’EST-CE QU’UN RESEAU ?

a. Définition d’un réseau Un RESEAU est un ensemble d’objets interconnectés les uns avec les

autres. Il permet de faire circuler des éléments entre chacun de ces

objets selon des règles bien définies.

Exemples de réseau :

→ Réseau de transport : transport de personnes (train, bus, etc.)

→ Réseau téléphonique : transport de voix entre téléphones

→ Réseau de neurones : cellules reliées entre elles

→ Réseau informatique : ensemble d’ordinateurs reliés entre eux pour échanger des données

numériques (des 0 ou des 1)

Pour décrire un réseau, il faut répondre aux questions suivantes :

� Que transporte le réseau ?

o En informatique : des informations (octets sous forme de fichiers).

� Qui assure le transport ?

o En informatique : support physique (cuivre, fibre optique, onde radio).

� Comment le transporte-il ?

o En informatique : en utilisant des protocoles de communication.

b. Topologie d’un réseau informatique Un réseau informatique est constitué d’ordinateurs reliés entre eux grâce à du matériel (câblage, cartes

réseau, ainsi que d’autres équipements permettant d’assurer la bonne circulation des données).

L’arrangement physique de ces éléments est appelé TOPOLOGIE PHYSIQUE. Il en existe trois :

→ Topologie en BUS

→ Topologie en ETOILE

→ Topologie en ANNEAU

Topologie en bus :

Tous les ordinateurs sont reliés à une même ligne de

transmission par l’intermédiaire de câbles, généralement

coaxiaux.

Le mot « bus » désigne la ligne physique qui relie les machines

du réseau.

Avantages & inconvénients :

- Facile à mettre en œuvre ;

- Fonctionne facilement ;

- Vulnérable aux pannes : une connexion défectueuse entraîne la panne de l’ensemble du réseau.

Topologie en étoile :

Les ordinateurs du réseau sont reliés à un système

matériel appelé SWITCH ou COMMUTATEUR.

TRAITEMENT DE


Cours


RESEAU

2/15


Un câble à paires torsadées droit est utilisé pour la

connexion entre l’ordinateur et le switch.

Avantages :

→ Moins vulnérable, car on peut retirer une des

connexions du commutateur sans pour autant

paralyser le reste du réseau.

Topologie en anneau :

Les ordinateurs communiquent chacun à leur tour. Chacun d’entre eux va

« avoir la parole » successivement.

Ils sont reliés à un REPARTITEUR (appelé MAU,

Multistation Access Unit) qui va donner

successivement « la parole » à chacun des

ordinateurs.

c. Type de réseaux On distingue différents types de réseaux (privés) selon :

→ Taille (en termes de nombre de machines) ;

→ Vitesse de transfert des données ;

→ Etendue géographique.

Les réseaux PRIVES sont des réseaux appartenant

à une même organisation.

On peut compter cinq catégories de réseaux :

� Les BUS :

o Inférieurs à 1 mètre,

o Ils interconnectent les processeurs, les mémoires, les entrées-sorties d’un calculateur

ou d’un multiprocesseur.

� Les STRUCTURES D’INTERCONNEXION :

o Quelques mètres,

o Ils permettent d’interconnecter plusieurs calculateurs dans une même pièce pour

former des réseaux fermés à très haut débit,

o Débit de plusieurs centaines de Mbit/s.

� Les PAN (Personal Area Network) :

o Quelques mètres,

o Ils interconnectent les équipements personnels : GSM, portables, tablettes, etc.

TRAITEMENT DE


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RESEAU

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� Les RESEAUX LOCAUX (LAN) :

o Plusieurs centaines de mètres,

o Ils interconnectent les équipements informatiques d’une même entreprise, d’une même

université (2 à 1000 machines, de 4m² à 400m²)

o Topologie : bus, étoile, anneau

o Vitesse de transmission : 10 mbps à 1000 mbps.

� Les RESAUX METROPOLITAINS (MAN) :

o Interconnexion de plusieurs sites dans une ville (>1000 machines, de 1 à 100 km²),

o Topologie : bus, étoile en général,

o Vitesse de transmission : > 1000 mbps entre LAN.

� Les RESEAUX ETENDUS (WAN) :

o Ils interconnectent des réseaux à l’échelle d’un pays (>1 000 000 machines, sur toute la

surface de la Terre),

o Ils sont soit terrestres, soit satellitaires,

o Topologie : bus, étoile en général,

o Vitesse de transmission : de 56 kbps à 100 mbps.

d. Architecture Client/Serveur Chaque machine du réseau (client) contacte une

autre machine (serveur) qui lui fournit les

informations, les fichiers, les services dont elle a

besoin.

e. Architecture Poste à Poste (peer2peer) Chaque ordinateur dans un tel réseau est un peu serveur et un peu client. Cela signifie que chacun des

ordinateurs du réseau est libre de partager ses ressources.

Exemple : le PC2 peut partager son imprimante avec les

autres stations ; le PC3 peut aussi fournir, aux autres

stations, des fichiers ou une connexion Internet.

2. PERFORMANCES D’UN RESEAU

Les données informatiques sont représentées par des suites de nombres. Ces nombres sont écrits en

binaire.

a. Unités Un symbole binaire est appelé un BIT.

Une suite de 8 bits est appelée un OCTET.

TRAITEMENT DE


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On retrouve le plus souvent les unités suivantes :

Unité Symbole Valeur (bits)

Kilobit

Mégabit

Gigabit

Térabit

Kb

Mb

Gb

Tb

10� = 1000

10� = 1000000

10� = 1000000000

10� = 1000000000000

b. Débit Le DEBIT d’un réseau mesure la quantité d’information que le réseau peut transmettre par unité de

temps :

é� � =�� é′ ��

��

L’unité est, par conséquent, le bit par seconde, noté �/�. Les réseaux actuels ayant un débit assez élevé,

on utilise plus souvent les méga-bits par secondes, notés ��/�.

Le DEBIT NOMINAL d’un réseau est la quantité théorique maximale d’information pouvant être

transmise par unité de temps.

Le DEBIT UTILE est la quantité d’information effectivement transmise par unité de temps.

Le TAUX D’UTILISATION du réseau est donc le rapport du débit utile au débit nominal :

��′�� =é� ��

é� ��

Le taux d’utilisation est inférieur à 100%. Ceci est dû entre autres aux pertes sur la voie de

communication, et à l’intervalle de temps laissé entre l’envoi de deux messages.

c. Délais Le DELAI TOTAL D’ACHEMINEMENT d’un message se compose de deux parties :

→ Le DELAI DE TRANSMISSION est le temps mis pour transmettre la quantité d’information du

message.

é�� =�� é′ ��

é� ��

→ Le DELAI DE PROPAGATION est le temps mis pour que le signal se propage sur le matériel. Les

équipements traversés peuvent introduire des retards.

é�� = ��

! ��+ ��

On a donc :

é�� = é�� + é��

TRAITEMENT DE


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3. QU’EST-CE QU’UN PROTOCOLE ?

a. Définition d’un protocole Les hommes ont imaginés de mettre en réseau les ordinateurs pour communiquer, échanger des

données.

Il a donc fallu mettre au point des liaisons physiques entre les ordinateurs pour que l’information puisse

circuler, mais aussi un langage de communication pour qu’il puisse y avoir un réel échange, on a décidé

de nommer ces langages : PROTOCOLE.

Il en existe plusieurs, exactement comme il existe plusieurs langues sur la Terre.

Un PROTOCOLE est un ensemble de règles et de procédures à respecter pour émettre et recevoir des

données sur un réseau.

b. Techniques de transport Les techniques de transports des données numériques sont appelées TRANSFERT DE PAQUETS :

1. L’information est découpée en fragments, appelés PAQUETS ou DATAGRAMMES

2. Ces paquets sont transportés entre deux extrémités du réseau

3. Ces paquets sont réassemblés pour récupérer l’information

4. PROTOCOLE TCP/IP

a. Protocole TCP : Transmission Control Protocol TCP est un protocole orienté connexion, c’est-à-dire qu’il permet à deux machines qui communiquent

de contrôler l’état de la transmission.

Les caractéristiques principales du protocole TCP sont les suivantes :

� TCP permet de remettre en ordre les datagrammes en provenance du protocole IP

� TCP permet de vérifier le flot de données afin d’éviter une saturation du réseau

� TCP permet de formater les données en segments de longueur variable afin de les remettre au

protocole IP

� TCP permet de multiplexer les données, c’est-à-dire de faire circuler simultanément des

informations provenant de sources distinctes sur une même ligne

� TCP permet enfin l’initialisation et la fin d’une communication de manière courtoise

b. Protocole IP : Internet Protocol C’est un des protocoles les plus importants d’Internet (ou des réseaux locaux), car il permet

l’élaboration et le transport des paquets de données, sans toutefois en assurer la « livraison ».

Chaque datagramme internet, considéré comme une entité indépendante, possède un en-tête propre

qui contient l’ensemble des informations nécessaires à son acheminement vers sa destination.

La longueur théorique maximale d’un datagramme IP est de 65535 octets. En pratique la taille maximale

du datagramme est limitée par la longueur maximale des trames transportées sur le réseau physique

(le nombre de pages d’un courrier que l’on peut envoyer va dépendre de la taille de l’enveloppe).

TRAITEMENT DE


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Pour adapter la longueur des datagrammes à la longueur maximale des trames physiques véhiculées sur

les différents réseaux, le protocole internet implémente un mécanisme de fragmentation (découpage)

et de réassemblage.

Les adresses transportées dans l’en-tête de chaque datagramme sont exploitées par les équipements

d’interconnexion pour réaliser le routage (choix du meilleur chemin entre la source et la destination).

Le protocole Internet possède donc les caractéristiques suivantes :

- Non fiables : car la livraison des datagrammes n’est pas garantie.

- Non connecté : car chaque paquet est traité séparément.

- Faisant de son mieux : car aucun paquet ne sera détruit s’il n’existe pas de ressource disponible

pour lui. Un mécanisme de destruction est toutefois mis en place pour éviter la saturation des

réseaux par le système des points de vie.

c. Adresses IP Le protocole IP détermine le destinataire du message grâce à 3 champs :

� Le champ adresse IP : adresse de la machine.

� Le champ masque de sous-réseau : un MASQUE DE SOUS-RESEAU permet au protocole IP de

déterminer la partie de l’adresse IP qui concerne le réseau.

� Le champ PASSERELLE PAR DEFAUT : il permet au protocole IP de savoir à quelle machine

remettre le datagramme si jamais la machine de destination n’est pas sur le réseau local.

Format des adresses internet :

Les ordinateurs communiquent entre eux grâce au protocole TCP/IP qui utilise des numéros de 32 bits,

que l’on écrit sous forme de 4 numéros allant de 0 à 255 (4 fois 8 bits)

On les note donc sous la forme xxx.xxx.xxx.xxx, où chaque xxx représente un entier de 0 à 255.

Ces numéros servent aux ordinateurs du réseau pour se reconnaître, ainsi il ne doit pas exister deux

ordinateurs sur le même réseau ayant la même adresse IP.

Exemple : 192.168.0.1 ou 62.12.25.230 sont deux adresses IP différentes.

On distingue en fait deux parties dans l’adresse IP :

→ Une partie des nombres à gauche désigne le réseau, on l’appelle net-ID

→ Les nombres de droite désignent les ordinateurs de ce réseau, on l’appelle host-ID

Exemples :

Internet est représenté ci-dessus par deux petits réseaux.

TRAITEMENT DE


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Réseau de gauche : 194.28.12.

Il contient alors les ordinateurs suivants : 194.28.12.1 à 194.28.12.4.

Réseau de droite : 178.12.77.

Il contient les ordinateurs suivants : 178.12.77.1 à 178.12.77.6

Imaginons un gros réseau noté 58.24, les ordinateurs reliés à lui auront des adresses IP allant de

58.24.0.1 à 58.24.255.254.

Il s’agit donc d’attribuer les numéros de telle façon qu’il y ait une organisation dans la hiérarchie des

ordinateurs et des serveurs. Ainsi, plus le nombre de bits réservé au réseau est petit, plus celui-ci peut

contenir d’ordinateurs.

Exemples :

Réseau noté 102. :

L’adresse IP sera comprise entre 102.0.0.1 à 102.255.255.254,

soit 256 × 256 × 256 − 2 = 16777214possibilités.

Réseau noté 194.26. :

L’adresse IP sera comprise entre 194.26.0.1 à 194.26.255.254,

soit 256 × 256 − 2 = 65534possibilités.

C’est la notion de CLASSE.

Adresses particulières :

Si host-ID est constitué uniquement de 0, alors l’adresse IP correspond à l’adresse du réseau.

Exemple : 192.200.0.0 est l’adresse du réseau 192.200.

Si host-ID est constitué uniquement de 255 alors l’adresse IP correspond à TOUTES les machines du

réseau.

Exemple : 10.255.255.255 est l’adresse de toutes les machines du réseau 10.

Les classes :

Les adresses IP sont donc réparties en CLASSES, c’est-à-dire selon le nombre d’octets qui représente le

réseau.

Classe A : le réseau est représenté par 8 bits.

Classe B : le réseau est représenté par 16 bits.

Classe C : le réseau est représenté par 24 bits.

C’est l’adresse IP, mais aussi le masque de sous-réseau qui va définir la classe.

TRAITEMENT DE


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Classe Adresse IP Adresses réseaux Adresse IP disponible Masque sous

réseau par défaut

Classe A +,

-é./01. +. +. +3456789:0;/17

De 1.0.0.0 à 126.0.0.0 soit

126 réseaux disponibles.

(restriction : le réseau

0.x.x.x est interdit)

De X.0.0.1 à

X.255.255.254 soit

16 777 214 IP

disponible.

255.0.0.0

Classe B +. +<-é./01

. +. +<6789:0;/17

De 128.0.0.0 à 191.255.0.0

soit 16 384 réseaux

possibles.

De X.Y.0.1 à

X.Y.255.254 soit

65 534 IP disponible.

255.255.0.0

Classe C +. +. +345-é./01

. +,6789:0;/17

De 192.0.0.0 à

223.255.255.0 soit

2 097 152 réseaux

disponibles.

De X.Y.Z.1 à X.Y.Z.254

soit 254 IP disponible. 255.255.255.0

Les sous-réseaux :

Une adresse IP est toujours associée à un MASQUE SOUS-RESEAU, c’est grâce à celui-ci que l’on pourra

extraire de l’adresse IP, le numéro de la machine et le sous-réseau auquel elle appartient.

Lorsqu’il n’y a pas de sous-réseaux, les masques sont les masques sous-réseaux par défaut présentés ci-

dessus.

Pour déterminer l’identifiant réseau d’une adresse IP, on effectue l’opération logique suivante :

Adresse réseau = (Adresse IP) ET (masque)

Exemple :

L’adresse IP 192.52.150.12, adresse de classe C a donc pour masque 255.255.255.0, son identifiant

réseau sera donc :

195.52.150.12 en binaire s’écrit : 1100 0011.0011 0100.1001 0110.0000 1100

255.255.255.0 en binaire s’écrit : 1111 1111.1111 1111.1111 1111.0000 0000

On effectue un ET logique et on obtient : 1100 0011.0011 0100.1001 0110.0000 0000

On convertit ce résultat en décimal : 195.52.150.0

L’adresse IP 195.52.150.12 a donc pour IDENTIFIANT (ou adresse) réseau 195.52.150.0.

5. BUS I²C

a. Origines Le BUS I²C (INTER INTEGRATED CIRCUIT) a été développé au début des années 80 par Philips

semiconductors pour permettre de relier facilement à un microprocesseur les différents circuits d’un

téléviseur moderne.

Le souci des concepteurs du bus I²C était de transmettre des informations à un grand nombre de

récepteurs en réduisant le câblage. La réduction du câblage présente un certain nombre d’avantages :

→ Diminution de la main d’œuvre et des risques de mal-façon

→ Réduction du coût de la matière première

→ Allègement de l’appareil et réduction de ses dimensions

TRAITEMENT DE


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En contre partie, il a fallu développer des composants spécifiques capables de communiquer grâce au

bus I²C.

b. Principe d’une communication par bus Un bus est un ensemble de conducteurs portant des informations à plusieurs composants. Chaque

composant est connecté en dérivation sur le bus. Cette disposition entraîne les contraintes suivantes :

→ Chaque récepteur doit être capable de reconnaître que l’émetteur s’adresse à lui

→ Le court-circuit entre les broches similaires de deux composants différents doit être impossible

→ La création d’un protocole précis

La communication par bus I²C met en œuvre deux types de composants :

- Le MAITRE qui est à l’initiative de tout transfert

- L’ESCLAVE qui répond aux demandes du maître

Chaque type de composant peut émettre ou recevoir des informations. Il ne peut y avoir qu’un seul

émetteur et qu’un seul récepteur actif à un instant donné.

c. Schéma fonctionnel d’un composant I²C Le cœur du composant réalise la fonction principale, c’est-à-dire la

raison d’être du composant.

La gestion du bus s’occupe de la communication entre le maître et

le cœur du composant. C’est la fonction qui connaît le protocole

I²C. Il s’agit de :

→ Reconnaître le début et la fin d’une transmission

d’informations

→ Reconnaître que le maître s’adresse ou non au composant

→ D’extraire l’information utile et de la transmettre au cœur

→ De réaliser l’opération inverse en cas de lecture

Chaque composant branché sur l’I²C doit posséder une adresse unique, c’est le rôle du dispositif de

définition de l’adresse.

d. Principe de définition de l’adresse du composant La définition complète de l’adresse se fait en trois parties :

- Une partie interne figée par construction, qui correspond au type du composant, elle ne dépend

pas du constructeur (F3, F2, F1, F0)

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- Une partie externe laissée à la disposition de l’utilisateur (A2, A1, A0)

- La définition du sens de l’échange : écriture (=0) ou lecture (=1) (Sens)

Le protocole I²C accepte plusieurs composants identiques sur le même bus, la différenciation se fait par

les valeurs A2, A1 et A0.

Les composants de type différent sont reconnus, en premier lieu, par la partie fixe de leur adresse.

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e. Protocole I²C La transmission des informations se fait de manière SERIE, c’est-à-dire que les octets constituant le

message sont décomposés en leurs chiffres binaires. A un instant donné, le bus ne véhicule qu’un et un

seul chiffre binaire.

La transmission de type série nécessite deux informations :

� QUOI, c’est le chiffre binaire dont on parle ci-dessus

� QUAND, c’est-à-dire à quel instant le récepteur doit lire l’information ; ou à quel instant

l’émetteur doit déposer l’information

Pour satisfaire ces deux contraintes, le protocole I²C utilise un bus de trois fils :

→ Un signal de donnée SDA (quoi)

→ Un signal d’horloge SCL (quand)

→ Un signal de référence électrique (masse)

Ceci permet de réaliser des équipements ayant des fonctionnalités très puissantes et conservant un

circuit imprimé très simple, par rapport à un schéma classique.

Les données sont transmises en série à 100Kbits/s en mode standard et jusqu’à 400Kbits/s en mode

rapide ; ce qui ouvre la porte de cette technologie à toutes les applications où la vitesse n’est pas

primordiale.

De nombreux fabricants ayant adopté le système, la variété des circuits disponibles d’un port I²C est

énorme : ports d’E/S bidirectionnels, convertisseurs A/N et N/A, mémoires (RAM, EPROM, EEPROM,

etc.), circuits audios (égaliseur, contrôle de volume, etc.) et autres drivers (LED, LCD, etc.).

Le nombre de composants qu’il est ainsi possible de relier est essentiellement limité par la charge

capacitive des lignes SDA et SCL : 400 picofarad (capacité électrique en électronique).

SCL est toujours imposée par le maître que ce soit en écriture ou en lecture.

L’émetteur donne ses informations par SDA. Le récepteur lit chaque chiffre binaire à un instant précis.

Pendant le niveau bas de SCL, les données peuvent changer, c’est interdit pendant le niveau haut.

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6. BUS CAN

a. Description Le bus CAN (Controller Area Network) est né du besoin de trouver une solution de communication série

dans les véhicules automobiles, qui ont tendance à intégrer de plus en plus de commandes

électroniques. Jusqu’à présent, tous les organes de commandes des véhicules échangeaient les données

par l’intermédiaire de lignes dédiées. L’augmentation du nombre d’organe embarqué a contraint les

équipementiers à développer une nouvelle architecture à base de bus réseaux.

Avec le bus CAN, les stations ayant les mêmes droits (organes de commande, capteurs ou actionneurs)

sont reliées par un bus série. Le protocole CAN de base leur permet d’échanger 2048 variables. La

transmission physique s’effectue soit par paire torsadée, ou par liaison infrarouge, hertzienne ou fibre

optique.

A la différence du faisceau de câbles, le réseau détecte et corrige, grâce à son protocole, les erreurs de

transmissions induites par les radiations électromagnétiques. L’organisation en réseau apporte aussi

une configuration aisée du système et la possibilité d’établir un diagnostic central. Elle permet à

chaque station de communiquer avec les autres sans charger le calculateur des organes de commande.

b. Principe de fonctionnement Du type multi-maître, orienté messages courts, le bus CAN est bien adapté à la scrutation de variables

émises par des stations déportées.

Le protocole est basé sur le principe de diffusion générale : lors d’une transmission, aucune station n’est

adressée en particulier, mais le contenu de chaque message est explicité par une identification reçu de

façon univoque par tous les abonnés. Grâce à cet identificateur, les stations, qui sont en permanence à

l’écoute du réseau, reconnaissent et traitent les messages qui les concernent ; elles ignorent

simplement les autres.

L’identificateur indique aussi la priorité du message, qui détermine l’assignation du bus lorsque

plusieurs stations émettrices sont en concurrence.

Chaque message peut contenir jusqu’à 8 octets de données, ce qui correspond par exemple à l’état de

64 capteurs. L’adressage par le contenu assure une grande flexibilité de configuration. Il est possible

d’ajouter des stations réceptrices à un réseau CAN sans modifier la configuration des autres stations.

TRAITEMENT DE


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c. Principe de l’arbitrage Afin d’être traitées en temps réel, les données doivent être transmises rapidement. Cela suppose non

seulement une voie physique de transmission atteignant jusqu’à 1Mbit/s ; mais encore exige une

assignation rapide du bus dans les cas de conflits, lorsque plusieurs stations souhaitent transmettre

simultanément des messages.

L’urgence des informations échangées sur le bus peut être très diverses : une valeur variant rapidement,

comme l’état d’un capteur ou l’asservissement d’un moteur, doit être transmis plus souvent avec un

retard moindre, que d’autres valeurs comme la température du moteur, qui évolue lentement.

Sur le réseau CAN, l’identificateur de chaque message (mot de 11 bits) détermine sa priorité. Elles sont

attribuées lors de l’analyse conceptuelle du réseau, au moyen de valeur binaire, et ne peuvent donner

lieu à aucune modification dynamique.

Le procédé d’attribution du bus est basé sur le principe de l’arbitrage bit à bit, selon lequel les nœuds

en compétition, émettant simultanément sur le bus, comparent bit à bit l’identificateur de leur

message avec celui des messages concurrents. Les stations de priorité moins élevées perdront la

compétition face à celle qui a la priorité la plus élevé.

Les stations sont câblées sur le bus par le principe du OU câblé ; en cas de conflit, c’est-à-dire émission

simultanée, la valeur 0 écrase la valeur 1. On appelle donc l’état dominant, l’état logique 0, et l’état

récessif, l’état logique 1. Lors de l’arbitrage bit à bit, dès qu’une station émettrice se trouve en état

récessif et détecte un état dominant, elle perd la compétition et arrête d’émettre. Tous les perdants

deviennent automatiquement des récepteurs du message, et ne tentent à nouveau d’émettre que

lorsque le bus se libère.

7. ETHERNET

a. Communication dans les réseaux locaux Un RESEAU LOCAL est un réseau dans lequel toutes les machines sont connectées et peuvent échanger

des TRAMES directement (elles sont sur le même support physique).

Les problèmes qui doivent être réglés à ce niveau de communication sont :

- Partage du medium : pour que toutes les machines puissent émettre (partage de canal)

- Gestion des accès concurrents : éviter que toutes les machines émettent en même temps

(collisions)

- Equité des accès : toutes les machines doivent pouvoir émettre sans trop attendre (temps de

latence)

Ces problèmes sont durs à traiter et souvent ne peuvent être traités tous en même temps. Chaque

technologie de réseau local essaye de résoudre ces problèmes le mieux possible. Le choix de mise en

place d’un réseau local dépend donc de l’importance qu’on accorde aux différents critères.

A chaque type de réseau physique, on associe un protocole MAC (Medium Access Control) qui sera

donc en charge de régler les problèmes de partage.

TRAITEMENT DE


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b. Partage de canal Il existe plusieurs techniques de partage de canal :

FDMA (Frequency Division Multiple Access) : Multiplexage en fréquence

Le canal est partagé en bandes de fréquences de façon à ce que plusieurs émetteurs puissent

partager le support physique. Ce type est très utilisé en optique par exemple (division selon la

longueur d’émission).

TDMA (Time Division Multiple Access) : Multiplexage temporel

Le canal est unique mais sont utilisation est découpée dans le temps. Une tranche de temps

(time slot) est allouée pour chaque machine. Si une machine ne veut pas émettre le slot est

perdu. Ce mode oblige les machines à être synchronisées (à avoir un temps global). Ce point est

une importante contrainte technique. Les points forts sont : la garantie de débit et l’absence de

collision.

CDMA (Code Division Multiple Access) : Multiplexage en utilisant des codes orthogonaux

Utilisé dans les réseaux sans fils et satellites. Un code unique est attribué à chaque utilisateur.

Ces codes sont construits de façon à ce que la réception simultanée de plusieurs messages

(provenant de plusieurs utilisateurs) n’empêche pas leur décodage sans erreur.

TDMA et FDMA : Multiplexage en temps et en fréquence.

Ce type de multiplexage est utilisé dans le GSM par exemple.

c. Gestion des accès simultanés La gestion des accès simultanés doit résoudre le problème des machines envoyant des messages en

même temps et sur le même canal (donc dans les cas où le partage de canal n’est pas total).

Une gestion assez répandue est la gestion ALEATOIRE. Chaque machine peut émettre quand elle veut,

au risque de faire une collision. Il n’y a pas de coordination à priori des machines. Tout est donc une

question de probabilité.

En cas de collision, il faut 2 choses :

→ S’en rendre compte ;

→ Mettre en place un mécanisme permettant de réémettre les informations en évitant de faire

une nouvelle collision, donc arriver à faire communiquer les machines en les décalant dans le

temps.

Un protocole MAC aléatoire a donc deux choses à spécifier :

� Comment détecter les collisions ?

� Comment réparer les collisions ?

d. Ethernet, un protocole MAC aléatoire Construit initialement en 1970, il est toujours utilisé.

Son concept repose sur 2 éléments :

- Ecouter avant de transmettre (Carrier Sense)

- Eviter les collisions avec les transmissions actives (Collision Detection)

En cas de collision, il faut stopper la transmission et attendre une période aléatoire et recommencer

l’émission.

e. Communication dans les réseaux Ethernet Les réseaux locaux de type Ethernet permettent d’avoir une communication directe entre les machines

qui sont physiquement reliées au réseau. Les trames Ethernet utilisent des adresses physiques inscrites

dans les cartes par les constructeurs pour s’identifier. Si on connaît l’adresse (aussi appelé adresse

MAC) d’une carte, il est possible de lui envoyer des données directement.

TRAITEMENT DE


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Les cartes réseaux écoutent les trames qui passent sur le réseau et remontent au système d’exploitation

les trames dont l’adresse de destination est celle de la carte, ou bien l’adresse de diffusion (broadcast).

Ce deuxième type d’adresse est utilisé pour envoyer un message à toutes les machines branchées sur le

réseau.

f. Trame Ethernet

Champs utilisés dans la trame Ethernet :

- PREAMBULE : utilisé pour la synchronisation de la réception de trame.

- DESTINATION : adresse Ethernet de destination.

- SOURCE : adresse Ethernet source de la trame.

- TYPE : type de données transportées.

- DONNEES : taille maximum 1500 octets. Les données sont complétées par des octets de

bourrage pour avoir une taille minimum de 46 octets.

- CRC : somme de contrôle sur la trame.

Les adresses Ethernet sont composées de 6 octets et sont habituellement notées en hexadécimal sous

la forme 12 : 34 : 56 : 78 : 9a : bc.

Les 3 premiers octets de l’adresse sont fixes pour un constructeur, et les 3 derniers servent à assurer

l’unicité des adresses physiquement inscrites dans les cartes Ethernet produites en série.

L’adresse de broadcast sur Ethernet est : ff : ff : ff : ff : ff : ff.

CHAÎNE D’ENERGIE – I1.2 SI1 Cours

CHAPITRE 18 : MODELISATION DES CONVERTISSEURS STATIQUES

1/14


1. PRINCIPES DE BASE DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE concerne le traitement de l’énergie électrique. Elle permet de

convertir cette énergie disponible sous une forme donnée (continue, alternative, basse ou haute

tension, etc.) en une autre.

La spécificité forte de ce domaine réside dans les rendements de conversion recherchés, ils doivent être

typiquement très proches de 100%, de telle sorte que les pertes ne doivent représenter qu’une fraction

minime de l’énergie convertie. Cela impose donc l’usage d’une électronique de commutation pour

laquelle les interrupteurs doivent représenter des pertes minimales en commutation et dans leurs états passants ou bloqués.

a. Intérêt de la commutation pour les échanges d’énergie L’électronique de puissance est une ELECTRONIQUE DE COMMUTATION : idéalement, un interrupteur ouvert ou fermé ne dissipe pas d’énergie. Ainsi, il est possible de transférer de l’énergie entre une source d’entrée et une charge de sortie en contrôlant son transfert. A chaque cycle de commutation, un

quantum d’énergie est donc transféré (ou stocké si un dispositif existe dans la structure) entre la source

d’entrée et la sortie.

b. Les sources statiques et dynamiques Les sources électriques existantes sont des GENERATEURS DE TENSION ou DE COURANT, CONTINUS ou ALTERNATIFS. Par définition et en REGIME STATIQUE, une source de tension idéale impose une tension

indépendamment du courant qui la parcourt ; une source de courant idéale impose un courant

indépendamment de la tension à ses bornes.

Par extension, on parle de SOURCES DYNAMIQUES DE TENSION ou DE COURANT des dipôles tels que

respectivement la tension et le courant ne peuvent varier instantanément à leurs bornes. Ce

comportement est observé pour un condensateur (source dynamique de tension) ou une inductance

(source dynamique de courant).

2. LES CONVERTISSEURS STATIQUES – GENERALITES

a. Définition Un CONVERTISSEUR STATIQUE est un système permettant d’adapter la source d’énergie électrique à un

récepteur donné.

Exemples :

� Une alimentation stabilisée transforme la tension alternative sinusoïdale du réseau EDF en

tension continue (famille des redresseurs).

� Un onduleur de secours transforme la tension continue des batteries en tension alternative pour

alimenter, par exemple, du matériel informatique (famille des onduleurs).

b. Origine des convertisseurs de puissance électrique Les premiers convertisseurs de puissance électrique ont été réalisés avec des machines électriques

couplées mécaniquement :

→ Une machine à courant alternatif d’une part couplée au réseau permettait de convertir

l’énergie électrique en énergie mécanique à vitesse fixe.

→ Une machine à courant continu d’autre part dont l’excitation commandée permettait de

disposer d’une tension continue variable en sortie.



2/14


Le développement des composants de puissance au milieu du 20ème

siècle (électronique de puissance) a

permis de développer des convertisseurs de puissance électrique dans machines tournantes.

La technologie des composants utilisés (semi-conducteurs) ne cesse d’évoluer : faible coût, puissances

commutées élevées, facilité de contrôle.

c. Familles de convertisseurs statiques Suivant le type de machine à commander, et suivant la nature de la source de puissance, on distingue

plusieurs familles de convertisseurs statiques :

d. Symbole et exemples de signaux issus des convertisseurs HACHEUR : continu →continu (rapport cyclique α réglable)

ONDULEUR : continu → alternatif (valeur moyenne nulle)



3/14


REDRESSEUR : alternatif → continu (valeur moyenne éventuellement réglable)

GRADATEUR : alternatif →alternatif

e. Réversibilité des convertisseurs

Un convertisseur statique d’énergie est dit REVERSIBLE lorsque l’énergie peut transiter dans les deux

sens (source vers récepteur ou récepteur vers source) de manière naturelle ou commandée.

Exemple :

Lors du freinage d’une voiture électrique, l’énergie mécanique est transformée en énergie électrique

(moteur → génératrice) qui sert à recharger les accumulateurs à travers le redresseur réversible

(redresseur commandé).

3. LES INTERRUPTEURS DE L’ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

a. Les interrupteurs idéals Un INTERRUPTEUR IDEAL est considéré comme un dipôle orienté en convention récepteur. Sa

caractéristique statique est composée des différents segments sur les axes du repère (�, �). L’étude se limitera aux interrupteurs à 2 ou 3 segments.

Interrupteur ouvert (position OFF : � = �) :



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Interrupteur fermé (position ON : = �) :

b. Les interrupteurs à semi-conducteurs

La diode idéale (interrupteur non commandé) :

La diode passe de l’état bloqué à l’état passant lorsque u ou i change de signe (positif). La diode passe de l’état passant à l’état bloqué lorsque u ou i change de signe (négatif).

La commutation est spontanée car elle ne dépend que de signe du courant ou de la tension du circuit

extérieur.

Le transistor bipolaire : Cet interrupteur peut être commandé à l’ouverture et à la fermeture, la commutation se fait par une

action électrique (injection d’un courant de base �).

Lorsque le transistor est saturé (interrupteur fermé) le courant �� et la tension �� ne doivent pas être

négatifs.

Le transistor est donc un interrupteur commandé unidirectionnel en tension et en courant.



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Les transistors MOS et IGBT : Ces transistors, plus performants, ont le même

comportement que le bipolaire à la différence qu’ils

se commandent avec une tension (le courant de

commande est très faible).

Le thyristor : Le thyristor est une diode commandée qui ne permet donc le passage du courant que dans un sens. De

plus il ne peut être commandé qu’à la fermeture. L’ouverture s’effectue lors de la disparition du courant

direct (voir diode).

Le thyristor se comporte donc comme une diode dont la mise en conduction

dans le sens passant sera autorisée par une impulsion de courant sur la gâchette

(retard α à l’amorçage réglable).

Prenons l’exemple du redressement commandé. On retarde

de α l’amorçage du thyristor pour régler la valeur moyenne.



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c. Règles d’association des sources et des interrupteurs Un convertisseur statique est constitué d’interrupteurs qui connectent séquentiellement une source

d’entrée à une charge (encore dénommée source de sortie compte tenu de sa réversibilité potentielle).

On constate aisément que toutes les associations de sources ne sont pas permises :

1. On ne peut mettre en parallèle deux sources de tension de valeurs différentes. La conséquence

en serait un courant de circulation infini.

2. On ne peut mettre en série deux sources de courant de valeurs différentes (tension infinie).

3. On ne peut court-circuiter une source de tension (courant infini de court-circuit).

4. On ne peut ouvrir une source de courant (tension infinie d’ouverture).

Il reste donc comme association permise deux sources de natures

différentes : une source de tension associée à une source de courant.

L’introduction d’interrupteurs permet donc le contrôle de l’échange

d’énergie entre ces deux sources. Le respect des règles énoncées

précédemment conduit donc à devoir utiliser deux interrupteurs :

- Le premier connecte les sources entre elles ;

- Le second assure le respect de la règle 4 vis-à-vis de la source de courant.

La structure de conversion la plus simple met donc en œuvre obligatoirement 2 interrupteurs dont les fonctionnements sont liés : leurs états sont nécessairement complémentaires.

Cette structure de base est nommée CELLULE DE COMMUTATION, elle est la brique élémentaire de tout

convertisseur statique.

Le fonctionnement de la cellule de commutation associée aux sources précédemment définies impose

que : �� + �� = � �� − �� = �

4. LA CONVERSION CONTINU-CONTINU

a. Généralités Un CONVERTISSEUR CONTINU-CONTINU permet d’obtenir une tension ondulée de valeur moyenne

réglable à partir d’une source de tension continue fixe.



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L’étude se limitera au hacheur série et au hacheur en pont dans lequel les interrupteurs (supposés

parfaits) sont en série avec la source de tension.

b. Le hacheur série sur charge résistive

Schéma : L’interrupteur � (de type transistor) est

commandé à la fréquence � (période � = �/�).

Durant la période �, l’interrupteur est fermé pour

une durée �.� (rapport cyclique � avec 0 ≤ � ≤1).

Chronogramme : Les chronogrammes montrent

l’allure de la tension � et du

courant � pour un rapport

cyclique αααα donné :

Calcul de !#$%&' et �#$%&' :

Le calcul se fait par la méthode des surfaces entre la courbe et l’axe du temps :

�()*+,- = ⟨�(⟩ = 0�123456é1�895 = �. �. :: 08�;⟨�(⟩ = �. � On a de même :

⟨�⟩ = �< . �

La valeur moyenne de �( est donc réglable de 0à �.

c. Le hacheur série sur charge inductive Schéma : Très souvent, le récepteur (charge) a un

caractère inductif (moteur à courant continu

par exemple). Le courant � ne pourra donc

varier brusquement et à l’ouverture de

l’interrupteur le courant ne devra pas être

interrompu sous peine de surtension (auto-

induction).

La diode = appelée « diode de roue libre »

permettra le passage du courant lorsque

l’interrupteur sera ouvert.


CHAPITRE 18

Icam Paris Sénart I1

Analyse des chronogrammes : Le caractère inductif de la charge ne change pas

l’allure de �( et on a toujours ⟨�(⟩ =Le courant i ondule autour de la valeur moyenne

⟨�⟩ = �< . �

L’inductance n’a donc pas d’influence sur la valeur

moyenne du courant.

L’analyse des chronogrammes sur une période

donne :

→ De 0 à �. : : H se ferme et le courant

augmente (exponentielle) à travers H

⇒dans cette phase, l’énergie provient de la source de tension E.

→ De �. : à ;: H s’ouvre et le courant

⇒c’est la phase de « roue libre

NB : l’ondulation du courant ∆� diminue lorsque L augmente (lissage).

d. Le hacheur en pont sur charge résistiveL’étude du hacheur en pont se limiter

Schéma : La commande des interrupteurs respecte l’ordre suivant

(0 ? � ? 1) :

→ De 0 à �. : : @� et @A fermés

@�et@B ouverts

→ De �. : à ; : @� et @A ouverts

@�et@B fermés

La source de tension E ne doit pas être en court

avoir @� et @B ou @� et

Chronogrammes :


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Le caractère inductif de la charge ne change pas ⟩ = �. �. :.

Le courant i ondule autour de la valeur moyenne :

L’inductance n’a donc pas d’influence sur la valeur

L’analyse des chronogrammes sur une période

: H se ferme et le courant

augmente (exponentielle) à travers H ;

dans cette phase, l’énergie provient de la source de tension E.

: H s’ouvre et le courant décroît à travers la diode = ;

roue libre » et l’énergie provient de l’inductance.

diminue lorsque L augmente (lissage).

Le hacheur en pont sur charge résistive L’étude du hacheur en pont se limitera à la charge résistive.

La commande des interrupteurs respecte l’ordre suivant

fermés

ouverts

ouverts

fermés

La source de tension E ne doit pas être en court-circuit, il est donc impératif de ne jamais

et @A fermés en même temps.

: MODELISATION DES


circuit, il est donc impératif de ne jamais



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Calcul de !#$%&' et �#$%&' :

Le calcul se fait par la méthode des surfaces entre la courbe et l’axe du temps :

�()*+,- = ⟨�(⟩ = 0�123456é1�895 = �. �. : + (−�(: − �. :)): 08�;⟨�(⟩ = �. (2� − 1) On a de même :

⟨�⟩ = �< . (2� − 1) La valeur moyenne de �( est donc réglable de –�à �.

Prenons un exemple avec � = 10� et deux valeurs de � :

Analyse des chronogrammes :

→ De 0 à �. : : @� et @A fermés

@�et@B ouverts

⇒on a donc �( = +� et � = + E

→ De �. : à ; : @� et @A ouverts

@�et@B fermés

⇒on a donc �( = −� et � = − E

Remarque : Les variations rapides de courant dans les interrupteurs (diodes et transistors) génèrent des

perturbations électromagnétiques. Il est donc préférable de placer le hacheur dans une carcasse

métallique reliée à la terre (blindage).



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e. Utilisation des hacheurs Alimentation et réglage de la vitesse d’un moteur à courant continu : En utilisant une source de tension fixe, le hacheur est très utilisé pour faire varier la vitesse des moteurs

à courant continu à excitation séparée :

Alimentation à découpage des ordinateurs : Les alimentations traditionnelles (alimentations linéaires) utilisent un transformateur encombrant ainsi

qu’un régulateur au rendement très moyen.

L’intérêt de l’alimentation à découpage est de ne pas utiliser de transformateur ni de régulateur linéaire.

Le principe de fonctionnement est simple : la tension du secteur est directement redressée puis

abaissée à l’aide d’un hacheur à inductance couplées (petit transformateur) pour assurer l’isolation

galvanique :

5. LA CONVERSION CONTINU-ALTERNATIF

a. Généralités Un CONVERTISSEUR CONTINU-ALTERNATIF permet d’obtenir une tension alternative (éventuellement

réglable en fréquence et en amplitude) à partir d’une source de tension continue.

L’étude se limitera à l’onduleur autonome en pont à commande symétrique dans lequel les

interrupteurs seront supposés parfaits avec une charge inductive.



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b. Onduleur en pont à commande symétrique Schéma : La commande des interrupteurs (transistors)

respecte l’ordre suivant :

→ De 0 à :/2 : :� et :A fermés

:�et:B ouverts

→ De :/2 à : : :� et :A ouverts

:�et:B fermés

Chronogrammes :

Analyse des chronogrammes pour � ≤ F ? : :

→ De 0 à ;� : :� et :A sont commandés

⇒�( = +�donc� augmente mais est encore négatif

⇒le courant passe donc par les diodes G� et GA

C’est la PHASE DE RECUPERATION (l’énergie est renvoyée vers la source).

→ De ;�à :/2 : :� et :A sont toujours commandés

⇒le courant � est devenu positif

⇒les transistors :� et :A sont conducteurs (G� et GA se bloquent)

C’est la PHASE D’ALIMENTATION (l’énergie est fournie par la source).

→ De :/2 à ;� : :� et :B sont commandés

⇒�( = −�donc�diminue mais est encore positif

⇒le courant passe donc par les diodes G� et GB

C’est la PHASE DE RECUPERATION (l’énergie est renvoyée vers la source).

→ De ;� à : : :� et :B sont toujours commandés

⇒le courant � est devenu négatif

⇒les transistors :� et :B sont conducteurs (G� et GB se bloquent)

C’est la PHASE D’ALIMENTATION (l’énergie est fourniepar la source).

Remarque : Les variations rapides de courant dans les interrupteurs (diodes et transistors) génèrent des

perturbations électromagnétiques et le fondamental est lui aussi perturbateur de l’environnement

électromagnétique.



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c. Utilisation des onduleurs Onduleur de secours pour le matériel informatique : L’onduleur de secours permet d’assurer la continuité de l’alimentation en cas de coupures sur le réseau.

Il permet aussi de filtrer les éventuels défauts de la tension du réseau (parasites ou surtensions).

La structure comprend un accumulateur avec dispositif de charge et un onduleur avec sortie filtrée :

Variation de vitesse des moteurs à courant alternatif : L’intérêt de l’onduleur est de pouvoir produire une tension alternative réglable en amplitude et en

fréquence.

La vitesse des moteurs synchrones et asynchrones est directement liée à la fréquence d’alimentation ;

un onduleur réglable en fréquence permettre donc de faire varier la vitesse de ces moteurs.

6. PUISSANCES DES CONVERTISSEURS

a. Définitions Considérons un convertisseur statique quelconque relié à un récepteur.

Nous adopterons la convention « générateur » pour le convertisseur, et donc la convention

« récepteur » pour le récepteur :

La PUISSANCE INSTANTANEE est, en régime continu, définie par le produit du courant et de la tension.

Cette puissance est variable dans le temps.

H(F) = (F) × �(F)

Avec 6(;) en Watt, �(;) en Volt et �(;) en Ampère.

Si 6 > 0, alors le convertisseur fournit de la puissance.



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La PUISSANCE ACTIVE P est la valeur moyenne de la puissance instantanée H(F). K = K#$%&' = ⟨(F) × �(F)⟩

Remarque : en régime sinusoïdal alternatif, on a : L = M�. cosQ.

La PUISSANCE APPARENTE S est définie par le produit :

! = R&�� × S&��

Avec

M,TT = U1:V �²(;)9;XY 5;�,TT = U1:V �²(;)9;X

Y

Dans de nombreux cas, la puissance apparente S présente une forte valeur par rapport à la valeur

moyenne P. Pour évaluer ce phénomène, on définit le FACTEUR DE PUISSANCE k (Z ? 1) :

[ = K! = ⟨(F) × �(F)⟩R&�� × S&��

Remarque :

Pour un mauvais facteur de puissance (k proche de 0), le courant I peut devenir très élevé.

En régime sinusoïdal, on a Z = cosQ.

b. Etude d’un exemple Considérons l’exemple d’un onduleur à commande décalée et déterminons, par le calcul, quelques

valeurs relatives aux puissances :

� Au vue de la courbe, on déduit facilement que M)*+,- = 0�et�)*+,- = 0\.

� Calcul de M,TT :

M,TT = M = U�� ]X� − ;Y^ + (−�)�. _: − ]X� + ;Y^`: = U2�² ]X� − ;Y^:

Soit

M = �U1 − 2;Y:

� Calcul de �,TT: Le courant paraît sinusoïdal alternatif donc :

�,TT = � = �)ab√2

� Puissance active :



14/14


Le calcul de la puissance active (puissance moyenne) est rarement possible car le courbe ne présente

pas de forme simple (carré, sinus…). La puissance active s’évalue graphiquement en déterminant la

valeur moyenne de 6(;).

� Facteur de puissance :

Le facteur de puissance se déduit des calculs précédents :

Z = Ld = LM. � = L)*+,-�.e1 − �.fgf . hijk√�

La valeur de k dépend de l’onduleur mais aussi de la charge.

CHAINES D’ENERGIE – I1.2 SI1

Cours

CHAPITRE 19 : PERFORMANCES D’UNE CHAÎNE D’ENERGIE

1/3


1. NOTION D’ENERGIE ET DE PUISSANCE

Pour lever la charge d’une hauteur h, c’est-à-dire amener le système de l’état initial à l’état final, il faut

fournir de l’ENERGIE. Durant toute l’opération, le moteur du palan délivrera une certaine puissance.

Le TRAVAIL ou l’ENERGIE, c’est ce qu’il faut fournir au système pour passer d’un état à un autre. Il

s’exprime en Joules (J). C’est l’image du volume d’eau nécessaire pour remplir le réservoir.

La PUISSANCE caractérise le débit d’énergie fourni à chaque instant. C’est la quantité de travail effectué

par unité de temps. Elle s’exprime en Watt (W). C’est l’image du débit d’eau, ouverture plus ou moins grande du robinet, durée plus ou moins longue de

remplissage.

�� =∆�∆�

Avec ��, la puissance moyenne, exprimée en �� = � ��/�� = �. ��.

∆, la quantité de travail réalisé pendant l’intervalle de temps ∆�.


Cours


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2. CAS D’UNE FORCE CONSTANTE

a. Travail d’une force constante Une force n’effectue un travail que lorsque son point d’application se déplace.

�1�2�� : vecteur déplacement

� = ��. � �!�� = "��". "� �!��". #$%&

Remarque :

• Le travail d’une force est une grandeur additive ; ainsi le calcul du travail d’une force lors d’un

déplacement non rectiligne se fait en sommant les travaux de la force le long d’éléments

rectilignes épousant au mieux la trajectoire non rectiligne.

• Le travail d’une force permet de transformer une forme d’énergie en une autre.

b. Puissance d’une force constante

� =�="'�". "�1�2��". cos +

�

On en déduit :

� = �. ,. #$% & Avec �, en �� ', en -�.� �

/, en 0è�2�42��

Remarque : Si � > 0, la puissance est MOTRICE (force motrice).

Si � < 0, la puissance est RESISTANTE ou RESISTIVE (force résistante).

La vitesse doit être une vitesse absolue (repère de référence lié à la Terre).

3. CAS D’UN COUPLE CONSTANT

a. Travail d’un couple constant

� = 8.&

Avec , en � ��

9, le couple en -�.� �.0è�2�

+, en 2�:��

b. Puissance d’un couple constant

� =�=(9. +)�

On en déduit :

� = 8.= Avec >, vitesse de rotation en 2�:��42�� .


Cours


3/3


4. NOTION DE RENDEMENT

Un mécanisme est une combinaison, un agencement de pièces, d’organes montés en vus d’un

fonctionnement déterminé.

L’actionneur transforme l’énergie d’alimentation (électrique, pneumatique, hydraulique…) en puissance

mécanique (moteur, vérin, électro-aimant…).

Les organes mécaniques transmettent une puissance, adaptent les paramètres cinématiques (réduire

une vitesse, augmenter un couple…), transforment ou amplifient un mouvement.

Le RENDEMENT caractérise la perte de puissance ou d’énergie dissipée (par les frottements, la chaleur,

etc.) dans tout élément d’un mécanisme.

? =�@

�A=�@�A

Remarque : On peut calculer le rendement global d’un mécanisme.

Soit les organes mécaniques A, B et C, de rendement respectif B�, BD et BE.

Soit �F, la puissance d’entrée

�G, la puissance de sortie

�1, �2, �3, les puissances intermédiaires

? =�@�A

=�@�!

×�!�

×� �A

= ?J × ?! × ?

Le rendement global d’un mécanisme est donc le produit des rendements des différents organes.

diagramme type de representation...

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