GJ C

LE TRAITEMENTANALOGIQUE

But

GJ C

But

CAPTEUR

ACTIONNEUR

- Proportionnel

- Asservi

TRAITEMENT ANALOGIQUE

- asservissement

- régulation

Prise en compte des grandeurs physiques analogiquesintervenant dans le système

Faire évoluer le système

Gérer l’évolution

But

Capteur, TDI, Superviseur

Actionneur

- Proportionnel

- Asservi

Traitement analogique

- Asservissement

- Régulation

Prendre en compte des grandeurs analogiques intervenant dans le système

Faire évoluer le système

Gérer l’évolution

Les Capteurs

GJ C

Les Capteurs

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

Les Capteurs

Changer la nature de la grandeur

Fournir un signal utilisable

Corps d’épreuve ou

étage d’entrée

Signal de sortie (tension ou courant)

Transducteurou

étage de sortie

U ou I

Domaine d’utilisation

Grandeur mesurée

Grandeur mesurée

(mesurande)

Les Actionneurs

GJ C

Pour permettre l’évolution du système en fonction de la grandeur analogique traitée,deux principes sont utilisés dans la commande des actionneurs analogiques,

Les Actionneurs

Pneumatique Electrique

Les Actionneurs

ACTIONNEUR :Partie commande

comparateur

consigneEff

PO

Commande Proportionnelle

+-

Signal de retour virtuel

« BOUCLE OUVERTE »Le signal de retour n’existe pas réellement

Les Actionneurs

comparateur

ACTIONNEUR :Partie commande

Effconsigne

PO

Commande Continue

+-

Signal de retour

CAPTEUR

« BOUCLE FERMEE »Le signal de retour est pris sur la grandeur réelle a asservir

on utilise pour cela un capteur

La Conversion

GJ C

La Conversion

Pour prélever les grandeurs physiques analogiques, on utilise des capteurs dont le rôle est de traduire une grandeur physique en un signal électrique analogique.Pour exploiter ce signal par des systèmes numériques il nécessaire de convertirle signal analogique en valeur numérique codée.

Le traitement du signal comporte plusieurs phases:

- L’échantillonnage

TRAITEMENT DU SIGNAL

La Conversion

Ye

t0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T

Y1

Y2 Y3Y4

Echantillonnage

On prélève la valeur instantanée du signal analogique a intervalles de temps réguliers.

Fe > 2 * F maxi du signal à contrôler

TRAITEMENT DU SIGNAL

Fréquence d’échantillonnage

= 1 / FeT

Période d’échantillonnage

La Conversion

YeH

t

On utilise un échantillonneur bloqueur , il met en mémoire les valeurs des échantillons successifs.

Echantillonnage

TRAITEMENT DU SIGNAL

0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T

La Conversion

Pour prélever certaines grandeurs physiques, on utilise des capteurs dont le rôle est de traduire une grandeur physique en un signal électrique analogique.Pour exploiter ce signal par des systèmes numériques il nécessaire de convertirle signal analogique en valeur numérique codée.

Le traitement du signal comporte plusieurs phases:

- L’échantillonnage

- La quantification

TRAITEMENT DU SIGNAL

La Conversion

t

qn

10q9q8q7q6q5q4q3q2q

q0

Quantification

Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états

TRAITEMENT DU SIGNAL

résolution absolue (Quantum) q = Valeur maximum du signal à convertir / (2 n -1)

La résolution absolue ( le Quantum) définie la plus petite valeur que le convertisseur peut coder.

La Conversion

t

qn

10q9q8q7q6q5q4q3q2q

q0

Quantification

Elle transforme la valeur de ces échantillons en nombre binaire. Avec un convertisseur de n bits, on distingue 2n états

TRAITEMENT DU SIGNAL

Avec un convertisseur de 8 bits et un signal analog ique de 10V

q = 10 / (28-1) = 10 / (256-1) = 0,0392156 V = 0,039 V

résolution absolue (Quantum) q = Valeur maximum du signal à convertir / (2 n -1)

La Conversion

qn

10q9q8q7q6q5q4q3q2q

q0

10101001100001110110010101000011001000010000

code

Quantification

Le codage établit une correspondance entre le nombre de quanta d’un échantillon et sa valeur dans un code donné:

- Binaire pur,- Gray,- DCB.

TRAITEMENT DU SIGNAL

La ConversionQuantification

TRAITEMENT DU SIGNAL

Avec un convertisseur de 8 bits, 256 valeurs possib les (de 0 à 255)Avec un signal analogique de 10V, q = 0,039V

Valeur N° Valeur numérique Valeur analogique

1 0000 0000 0 V2 0000 0001 0,039 V3 0000 0010 0,078 V4 0000 0011 0,117 V

.

.

.

.

.

.

.

.

.255 1111 1110 9,961 V256 1111 1111 10 V

La ConversionCONVERTISSEURS

LE CONVERTISSEUR ANALOGIQUE NUMERIQUE (CAN )Le convertisseur analogique numérique transforme un signal continu en une valeur numérique traitable par une partie commande programmable.

Coupleurs d’entrée

Valeur analogique

Valeur numérique

La ConversionCONVERTISSEURS

LE CONVERTISSEUR NUMERIQUE ANALOGIQUE (CNA)Le convertisseur numérique analogique transforme une valeur numérique en un signal continu utilisable par un pré actionneur ou un actionneur.

Coupleurs de sortie

Valeur analogiqueValeur numérique

La ConversionCONVERTISSEURS

Erreur de linéarité : Cette erreur représente l’écart entre la courbe de transfert idéale et la courbe de transfert réelle. Elle s’exprime en % de la pleine échelle.

La précisionC’est l’écart existant entre la tension obtenue en sortie et celle prévue par la théorie. Elle est généralement donnée en % de la pleine échelle.

La conversion engendre un certain nombre d’erreurs dont les plus sensibles sont :

Les Coupleurs

COUPLEUR D’ENTREE

Conversion analogique numérique

CAN

COUPLEUR DE SORTIE

Conversion numérique analogique

CNA

Unité Centrale numériqueA.P.I

GRANDEUR ELECTRIQUE

Courant ou Tension àvariation continue

Leur rôle est d’interfacer la partie commande avec la partie opérative via :- Les capteurs analogiques pour les coupleurs d’entrées,- Les pré actionneurs à commandes analogiques pour les coupleurs de sorties.

LE COUPLEUR D’ENTREE

Il transforme le signal continu du capteur en une valeur numérique traitable par l’Unité Centrale de l’Automate.

Les Coupleurs

BUS

LE COUPLEUR DE SORTIE

Il transforme la valeur numérique, résultat du traitement de l’Unité Centrale en un signalcontinûment variable utilisable par un actionneur ou pré-actionneur.

Les Coupleurs

BUS

Dém

ultiplexage

Caractéristiques principales:

La plage de travail : 4-20 mA, ± 10V, 0-10V…Le nombre de voiesLe filtrage (matériel ou logiciel)La définition de conversion (8,12,16 bits)Les valeurs numériques maximum

Paramétrage

Le paramétrage se fait généralement au moment de l’installation dans le rack automate, soit :

- par des switches de réglages sur la carte,- par programmation à partir de l’atelier logiciel du constructeur.

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Coupleur Analogique4 entrées / 4 sorties

Les Coupleurs

Coupleur Analogique4 entrées / 4 sorties

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Les Coupleurs

Mise à L’échelle

La mise a l’échelle d’une valeur analogique consiste a appliquer à la valeur numérique,convertie par le coupleur, un coefficient (sous forme d’expression linéaire) pour réaliser le traitement de la donnée dans l’unité utilisée par l’application.Ce calcul est généralement fait à partir d’une instruction automate. Le travail du programmeur consiste essentiellement a fournir les données d’entrées nécessaires.

�

Mise à L’échelle

Elément de dialogueAPI

Coupleur de sortie ANA

Pré actionneur

actionneuropérateur

�

APIE

lém

entd

e di

alog

ue

Mise à L’échelle

Cou

pleu

r de

sor

tie A

NA

API

Mise à L’échelle

Cou

pleu

r de

sor

tie A

NA

Signal électrique (V ou mA)

Incréments

Carte Analogiquede Sortie

incréments Signal électrique (Courant / Tension)

Valeur numérique Valeur analogique

Programme d’application

Mise à L’échelle

Cou

pleu

r de

sor

tie A

NA

Signal électrique (V ou mA)

Valeur physique (Fréquence-Vitesse)

Préactionneur

Signal électrique(Courant / Tension)

Vitesse

Valeur analogique

Fréquence

Valeur physique

Valeur physique

API

Elé

men

tde

dial

ogue

Mise à L’échelle

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

Programme d’application

Consigne

incréments

Valeur numérique

Valeur d’application

X

Y

X2X1

Y1

Y2

Y1:valeur basse de la valeur numérique (incréments)Y2:valeur haute de la valeur numérique (incréments)

X1:valeur basse de la consigne (variable d’applicat ion)X2:valeur haute de la consigne (variable d’applicat ion)

X: valeur de la consigne à convertirY: valeur numérique après la mise a l’échelle

Courbe de transfert

Valeur d’application

Incréments

(Y2-Y1)

(X2-X1)(X-X1) + Y1Y =

Mise à l’échelle

Mise à L’échelle

Mise à L’échelle

Certains automates ne possèdent pas les instructions de mise à l’échelle dans la bibliothèque mise à la disposition du programmeur.

Il faut dans ce cas développer un programme spécifique !

Exemple avec un CQM1 CPU 21

CQM1 DA

On utilise le coupleur de sortie analogique pour faire varier la vitesse d’un moteur (un seul sens de rotation).On utilisera la carte en (0 +10V).

Cou

pleu

r de

sor

tie A

NA

Incréments (0000 – 07FF) Signal électrique (0 - 10V)

Valeur numérique Valeur analogique

Carte Analogique

Incréments

Signal électrique

Exemple avec un CQM1 CPU 21

Carte Analogique

Incréments

Signal électrique

Exemple avec un CQM1 CPU 21

Cou

pleu

r de

sor

tie A

NA

Signal électrique(0 – 10V)

Vitesse(0 – nN)

Valeur analogique

Valeur physique

Exemple avec un CQM1 CPU 21

fN (50)

Pré actionneur

Signal électrique

Grandeur physique

Valeur physique

fréquence(0 – 50Hz)

Carte Analogique

Incréments

Signal électrique

Exemple avec un CQM1 CPU 21

Pré actionneur

Signal électrique

Grandeur physique

fN (50)

Consigne (0 à 100%)

API

Elé

men

tde

dial

ogue

Programme d’application

ConsigneValeur numérique

Exemple avec un CQM1 CPU 21

Incréments (0000 – 07FF)Valeur d’application

(0 – 100)

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application1000

07FF

07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

Exemple

Carte Analogique

Incréments

Signal électrique

(2047)

Pré actionneur

Signal électrique

Grandeur physique

fN (50)

07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

(2047)

Y = XY2X2

incréments

Valeur d’application

Exemple

X

Y

X

Y

X2X1

Y1

Y2

Courbe de transfert

Valeur d’application

Incréments

(Y2-Y1)

(X2-X1)(X-X1) + Y1Y =

1002047

= XY = XY2X2

Y = 20 X +X

2

= 20,47 X = 20 X + 0,47 X

Exemple

= 20,5 x

Valeur maximum = 2050 > 2047

07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

(2047)

X

Y

Y = 20 X +X

3

Exemple

= 20,33 X

Valeur maximum = 2033 < 2047 OK !

1002047

= XY = XY2X2

= 20,47 X = 20 X + 0,47 X

07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

(2047)

X

Y

Certains automates possèdent des instructions de mise à l’échelle dans la bibliothèque mise à la disposition du programmeur.

Il suffit pour lui de les utiliser convenablement !

Mise à L’échelle

SCL3 pour une carte de sortie analogique

SCL2 pour une carte d’entrée analogique

Mise à L’échelleValeur d’application

« consigne »

Valeur numérique « incréments »

Paramètres de la mise à

l’échelle

Mise à L’échelle07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

DM100

Ecriture par TDI« consigne »

IR103

Adresse de la voie du coupleur analogique

DM101

Tableau des paramètres de mise à l’échelle

Mise à L’échelle07FF

100

Mise à l’échelle

Incréments

Valeur d’application

DM 101DM 102

DM 103

DM 104

DM 105

00000100

07FF

07FF

0000

Fin