2. 2
Les systèmes automatisés
Structure
P
u
p i
t
r e
Partie
commande
Partie
opérative
Machine
Automate
Relations
informationnelles
S y s t è m e a u t o m a t i s é
Relations
informationnelles
Matière d’œuvre
à l’état entrant
Matière d’œuvre
à l’état sortant
Ordres
Comptes
rendus
Partie commande
Ensemble des moyens de traitement de
l’information qui assurent le pilotage et la
coordination des tâches
Partie opérative
Ensemble des moyens technique qui permettent
d’apporter la valeur ajoutée aux matières
d’œuvre
Relations entre l’opérateur et la partie commande
Un échange d’informations doit s’instaurer entre la partie commande du système et l’opérateur.
Les consignes : informations qui circulent de l’opérateur vers la partie commande ;
Les messages : informations qui circulent de la partie commande vers l’opérateur, ils informent
l’opérateur sur l’état de fonctionnement et permettent les interventions pour le réglage et la maintenance..
Relations entre la partie commande et la partie opérative
La partie commande est le « cerveau » la partie opérative est la « machine » ;.
La partie commande doit fournir à la partie opérative des ordres d’exécution des taches opératives;
La partie opérative doit fournir en retour des informations sur son état à la partie commande.
3. 3
Les systèmes automatisés
Structure
Les informations qui circulent de
la partie commande vers
l’opérateur
Relations entre l’opérateur et la partie commande :
Un échange d’informations entre la partie commande du
système et l’opérateur.
Les consignes : informations qui circulent de
l’opérateur vers la partie commande ;
La partie commande le «cerveau» La partie opérative la « machine »
Relations entre la partie commande et la partie opérative.
La partie opérative doit fournir en retour des
informations sur son état à la partie commande.
La partie commande doit
fournir à la partie opérative
des ordres d’exécution des
taches opératives;
4. 4
Les systèmes automatisés
SADT d’un système automatisé
A 0 FAIRE sur la matière d’œuvre
Pré actionneurs
A 3
COMMANDER
la puissance
W
R
Énergie perdue
Capteurs
A 5
ACQUERIR
les informations
W R
Informations d’état
Compte rendu
A 2
TRAITER
les informations
Automate
programmable
W
Informations d’état
DIALOGUER
COMMUNIQUER
W
Pupitre de
commande
C
E
A 1
Actionneurs
+ Effecteurs
A 4
AGIR
sur la matière
R
M O
M O + V A
6. Chaîne d’énergie : chargée d'apporter en bonne quantité et sous la forme adaptée, avec un minimum
de pertes, au bon endroit et au bon moment, l'énergie nécessaire à l'action voulue. Elle présente une
architecture nécessitant une alimentation en énergie, puis une distribution et conversion avant de la
transmission. 6
Les systèmes automatisés
Chaîne d'information : Acquérir, traiter, communiquer sont les trois maillons de la chaîne
d'information, chargée de piloter avec maximum d'efficacité la chaîne d'énergie, à partir de
grandeurs physiques acquises et de consignes données par l'utilisateur.
Chaîne Fonctionnelle « Schéma bloc »
La chaîne fonctionnelle est l’ensemble des constituants nécessaires pour réaliser une fonction de
service. Elle se caractérise par un agencement en forme de chaîne allant du capteur à l’effecteur.
7. 7
Communiquer: Cette fonction assure l’interface
l’utilisateur et/ou d’autres systèmes.
Transmettre: Cette fonction est remplie
par l’ensemble des organes mécaniques
de transmission de mouvement et d’effort
Les systèmes automatisés
Chaîne Fonctionnelle « Schéma bloc »
Acquérir: Fonction qui permet de prélever
des informations à l’aide de capteurs.
Traiter: C’est la partie commande composée
d’un automate ou d’un microcontrôleur.
Alimenter : Mise en
forme de l’énergie
externe en énergie
compatible pour
créer une action.
Distribuer: Distribution de l’énergie
à l’actionneur réalisée par un
distributeur ou un contacteur.
Convertir : L’organe de conversion
d’énergie appelé actionneur
12. 12
Les systèmes automatisés
Les pré actionneurs
Son rôle est de distribuer l’énergie utile aux actionneurs
sur ordre de la partie commande
Les actionneurs
Son rôle est de convertir une énergie d’entrée transmise
par le pré actionneur en une énergie de sortie adaptée à
l’exécution de la tâche opérative par l’effecteur
Chaîne d’énergie
13. 13
Actionneur
Énergie de commande
Énergie d’entrée Énergie de sotie convertie
Pré actionneur
Ordres
(énergie informationnelle)
Énergie de puissance
distribuée (vers l’actionneur)
Énergie de
puissance stockée
Chaîne d’énergie
Les systèmes automatisés
Les pré actionneurs
Son rôle est de distribuer l’énergie utile aux actionneurs
sur ordre de la partie commande
DISTIBUER
L’ENERGIE
DE PUISSANCE
Pré actionneurs usuels
Les actionneurs
Son rôle est de convertir une énergie d’entrée transmise
par le pré actionneur en une énergie de sortie adaptée à
l’exécution de la tâche opérative par l’effecteur
CONVERTIR
L’ENERGIE
Classification
Les distributeurs : principe du (TOR) des vérins
pneumatiques et hydrauliques
Les contacteurs : principe du Tout ou rien (TOR) des
moteurs électriques ;
Les actionneurs STATIQUES dont l’énergie convertie
est sans mobilité (résistance, lampe, …)
Les actionneurs DYNAMIQUES dont l’énergie
convertie est mécanique, ce qui permet des mobilités en
translation ou en rotation (vérin, moteur)
14. 14
Produit : matière
d’œuvre
Effecteur
Énergie de
commande
Produit traité (MO + VA)
Réglage
Transmetteur de puissance
Énergie de commande
Énergie exploitable
par l’effecteur
Énergie de sortie
de l’actionneur
Les systèmes automatisés
Les transmetteurs de puissance
Permettent de rendre exploitable, par l’effecteur
l’énergie de sortie de l’actionneur.
Les fonctions de service assurées
Les effecteurs
Son rôle est d’apporter une valeur ajoutée à la matière
d’œuvre en utilisant les mobilités et les énergies qui lui
sont communiquées par le transmetteur de puissance
Les fonctions de service assurées
TRAITER
DIRECTEMENT
LE PRODUIT
RENDRE L’ENERGIE
FOURNIE PAR
L’ACTIONNEUR
EXPLOITABLE PAR
L’EFFECTEUR
Lier en rotation en modifiant le rapport de vitesse
(réducteur, système poulie-courroie,…) ;
Guider (roulement, …) ;
Transformer un mouvement (système vis-écrou,
cames, excentrique,…).
Déplacer (exemple : tapie roulant,…) ;
Prendre (exemple : pince de robot, ventouse, …) ;
Usiner (exemple : outil de coupe,…) .
Chaîne d’énergie
19. 19
Les systèmes automatisés
Le capteur
Élément de prélèvement et de codage d’informations
d’un système. Il convertit une grandeur physique
(position, vitesse, température, pression, force, …) en
une information exploitable par la partie commande
Information codée
Vers la partie commande
Capteur
Présence
Énergie informationnelle
CONVERTIR
UNE INFOMATION
Information
physique
Types de signaux transmis par un capteur
État 0 ou1
A partir d’une information binaire, (présence OUI 1 ou
NON 0). c’est le cas des capteurs TOUT ou RIEN (TOR)
0
1
t
Signal
Logique
Capteur incrémental dont la rotation, sur un ou plusieurs pas,
se traduit par une suite d’impulsions prise en compte par une
interface (automate)
0
t
Signal
Numérique
Le signal est une grandeur physique proportionnelle à
l’information (grandeur thermique, électrique, force,…)
0
15µA
t
Signal
Analogique
Chaîne d’information
20. Le lavage effectif de la voiture est réalisé par les brosses (effecteurs) qui
frottent sur la carrosserie pendant que l’eau et les produits sont pulvérisés
grâce à des buses (non représentées). 20
Les systèmes automatisés
Application 1 : Système Station de lavage automatique
A partir des ces informations, la partie commande (un automate programmable industriel) informe
l’utilisateur du déroulement du programme (par un afficheur et des voyants) et donne ses ordres à la
partie opérative pour organiser la succession des opérations de lavage.
L’utilisateur gare sa voiture à l’emplacement prévu et demande le lavage de sa
voiture en entrant un jeton ou une carte sur le pupitre (Consignes).
Le système possède de nombreux capteurs qui détectent la présence de la
voiture (sans laquelle le système ne doit pas démarrer), les formes extérieures
de la voiture (pour ne pas l’endommager), la position des éléments de la partie
opérative, etc. Tous ces capteurs transmettent les comptes-rendus.
La partie opérative est alimentée en énergie électrique grâce à un opérateur
d’électricité et l’énergie est distribuée aux moteurs et aux pompes
(actionneurs) par l’intermédiaire de contacteurs (préactionneurs).
22. Dès le démarrage et jusqu’à la vitesse de 15 km/h, le système d’aide au pédalage fournit 50 % de la
puissance nécessaire au déplacement du vélo. À partir de 15 km/h, le pourcentage d’apport de puissance
diminue pour s’annuler à 24 km/h. 22
Présentation :
Les systèmes automatisés
Application 2 : Système d’aide au pédalage
Les vélos équipés de ce système ne sont pas des vélos
électriques, car sans la puissance musculaire développée par
le cycliste, il n’y a pas d’assistance électrique
Le système, de notre étude équipe, un vélo dit à assistance
électrique. Il est appelé système d’aide au pédalage.
Conditions de fonctionnement automatisé :
Lorsque le pédalage devient difficile (Démarrage, pente, vent de face.), une batterie apporte la puissance
d’aide nécessaire au cycliste. Cette puissance d’aide dépend du couple de pédalage et de la vitesse du
vélo relevés par des capteurs appropriés qui délivrent au calculateur les informations nécessaires.
24. 24
A 0
Partie commande
Info Eau + lubrifiant
W
Info
A 1
A 2
Niveau A0
A-0
Travaux dirigés N°6
Système : Cadreuse d’armature pour béton armé
Le système à étudier permet de produire automatiquement différents modèles de cadres métalliques
en fer rond (de diamètre 6 à 10 mm) utilisés pour armer les poutres et les poteaux en béton
25. 25
Travaux dirigés N°6
Système : Cadreuse d’armature pour béton armé
Bac assurant le stockage des
cadres réalisés.
Dévidoir à axe vertical
recevant le rouleau de fer rond
Dérouleuse
permettant d’avancer le fer rond à vite
sse réglable selon la nécessité
Redresseuse
permettant de redresser le
fer rond
Plieuse permettant de
façonner le fer rond sous
la forme désirée;
Module de coupe
permettant de couper le
fer rond une fois que
l’opération de pliage est
terminée;
26. 26
A 2
Redresseuse Module de mesure
A 21 A 22
A 24
A 23
A 25
Niveau A2
Travaux dirigés N°6
Système : Cadreuse d’armature pour béton armé
27. 27
A 252
Levier porte-couteau
Eau + lubrifiant
A 2522
A 2521
Niveau A252
A 251
Réducteur
A 2512
A 2511
Niveau A251
Travaux dirigés N°6
Système : Cadreuse d’armature pour béton armé
28. 28
Chaque zone de tonte est délimitée par une file électrique périphérique tendue à
même le sol et alimenté par un boitier électronique (commutateur de périmètre)
la mise en service du commutateur de périmètre permet l'établissement d'un
champ magnétique reconnaissable par la tondeuse robot
Travaux dirigés N°7
Système : TONDEUSE ROBOT RL 500
Mise en situation:
La tondeuse robot RL 500 permet la tonte en autonomie complète d'une pelouse
dont la surface maximum de la zone de tonte peut avoisiner 250m².
Après initialisation lors de la
première mise en service, la
tondeuse robot commence par
tondre la périphérie de la zone de
tonte avant de tondre de manière
aléatoire le reste de la zone
délimitée
Les zones de tonte interdites (parterre de fleurs, piscine, bassins, etc...) sont également délimitées par un
champ magnétique; les obstacles pleins (arbres, murs, etc...) sont eux directement évités par la tondeuse
robot (détecteurs dans les pare-chocs).
29. 29
Les deux roues motrices arrières sont toutes les deux
motorisées de manière indépendante ce qui permet de
faire tourner la tondeuse sur elle même en faisant tourner
les deux moteurs dans un sens différent (système "char")
Travaux dirigés N°7
Système : TONDEUSE ROBOT RL 500
Fonctionnement de la partie opérative:
La coupe est assurée par 3 lames motorisées de
manière indépendante ce qui permet d'obtenir une
largeur de tonte de 56 cm.
La position en hauteur de la roue par rapport au
châssis de la tondeuse est réglable de manière à
obtenir différentes hauteurs de tonte
La tondeuse robot est munie de deux roues motrices arrières et d'une
roue "folle" à l'avant tournant librement sur elle même de type "jokey"
30. 30
Travaux dirigés N°7
Analyse fonctionnelle externe
Système : TONDEUSE ROBOT RL 500
Tondeuse robot RL 500
-------------------------------------
---------------- ------------------
Tondeuse robot RL 500
A-0
Actigramme niveau A-0 de la tondeuse robot RL 500
Graphe (bête à cornes)
31. 31
Travaux dirigés N°7
Diagramme Pieuvre de la tondeuse Robot RL 500
Système : TONDEUSE ROBOT RL 500
Tondeuse robot RL 500
Arbres et massifs
----------
------------------------
--
Utilisateur
------
FC 5
-------
FC 4
FC 6
---------------------
FC 3
Espace
-------
Energie
FP 2
FP 1 : ------------------------------------------------------------
FP 2 : S'adapter à la configuration du terrain
FC 1 : -----------------------------------------------------------
FC 2 : s'orienter
FC 3 : ----------------------------------------------------------
FC 4 : Ne pas être perturbé par des champs magnétiques extérieurs
FC 5: -----------------------------------------------------------
FC 6 : Etre esthétique
34. 34
Travaux dirigés N°7
Système : TONDEUSE ROBOT RL 500
Transmission de puissance aux roues motrices:
La chaîne cinématique de transmission de puissance aux deux
roues motrices forme un sous-ensemble indépendant monté
dans un berceau
A 2
A 21
A 22
A 23
--------------------
--------------------------------------------------------------------
Cette configuration permet un démontage facile du sous-
ensemble « berceau » complet de la coque permettant ainsi
une accessibilité et une interchangeabilité maximum. Chaque
roue motrice est indépendante et possède sa propre chaîne
cinématique de transmission de puissance
Niveau A 2
35. Un chariot transversal actionné par un moteur asynchrone triphasé M2 avec sa commande pour varier la
vitesse de rotation. Un système de transmission de mouvement et un capteur de position (Codeur
incrémental) 35
Le manipulateur intervient avant l’étape de
stockage, il permet de saisir le tube de la
palette, de le déplacer et de le retourner pour
être contrôlé puis convoyé vers le site de
stockage.
Travaux dirigés N°8
Système : MANIPULATEUR DE TUBES EN BÉTON
Mise en situation:
Dans les usines modernes de fabrication de
tubes en béton, tout le processus de production
est automatisé, de la préparation initiale
jusqu’au stockage des tubes.
Constituants :
36. Un automate programmable industriel (API). 36
Travaux dirigés N°8
Système : MANIPULATEUR DE TUBES EN BÉTON
Un chariot longitudinal actionné par un
moteur asynchrone triphasé M1 avec
sa commande pour varier la vitesse de
rotation. Un système de transmission
de mouvement et un capteur de
vitesse DT (Dynamo tachymétrique) ;
Constituants :
Un ciseau de levage, qui permet de
faire descendre le tube, actionné par
un vérin hydraulique V1 ;
Une pince de serrage pour
serrer/desserrer le tube, actionnée par
deux vérins hydrauliques V2 et V3 ;
Deux plateaux rotatifs pour pivoter le tube. L’un des deux est actionné par deux vérins hydrauliques de
pivotement V4 et V5 et est appelé plateau rotatif moteur ;
Des capteurs de présence de tube, des capteurs de positions et de fin de course pour limiter les
mouvements ;
37. 37
Travaux dirigés N°8
Système : MANIPULATEUR DE TUBES EN BÉTON
FAST du manipulateur de tubes en béton.
Vue 3D du plateau rotatif moteur
38. 38
Analyse fonctionnelle externe
Manipulateur de tubes
-------------------------------------
---------------- ------------------
Manipulateur de tubes
A-0
Actigramme niveau A-0 du manipulateur de tubes
Graphe (bête à cornes)
Travaux dirigés N°8
Système : MANIPULATEUR DE TUBES EN BÉTON
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Travaux dirigés N°8
Système : MANIPULATEUR DE TUBES EN BÉTON
Diagramme Pieuvre du manipulateur de tubes en béton.
FP 1 : ---------------------------------------------------------------------------------------
FC 1 : Utiliser l'énergie hydraulique
FC 2 : S'intégrer à l'environnement industriel
FC 3 : Faciliter la tâche de maintenance
FC 4 : Respecter les normes de sécurité
FC 5 : ---------------------------------------------------------------------------------------
FC 6 : ---------------------------------------------------------------------------------------
