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Université de Tunis
ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES
ET TECHNIQUES DE TUNIS
Département de Génie Electrique
‫تونس‬ ‫جامعة‬
‫ال‬
‫والتقنيات‬ ‫للعلوم‬ ‫العليا‬ ‫مدرسة‬
‫بتونس‬
‫ا‬ ‫قسم‬
‫الكهربا‬ ‫لهندسة‬
‫ئية‬
P.F.E.N° :A.I.I.20/05
PROJET DE FIN D'ETUDES
Maîtrise : Sciences et Techniques
Spécialité : Automatique et informatique industriel
Sujet:
Réalisé par: Mohamed MESSAOUDI
Mekki RAGGAD
Encadré par: Mr Anis SELLAMI
Mr Jalel ZRIDA
Soutenu le: 04-05-2005
Composition du Jury: Mr H. JAAFER
Mr L. GARGOURI
Mr A. SELLAMI
Mr J. ZRIDA
Année 2004-2005
Synthèse et mise en œuvre d’une carte
d’interface pour codeur incrémental
Remerciements
C’est avec un grand plaisir que nous réservons cette page en signe
de gratitude et de profonde reconnaissance à tous ceux qui nous
ont aidé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail.
Nous remercions particulièrement nos encadreurs Anis
SELLAMI & Jalel ZRIDA pour leur précieuse assistance, leur
disponibilité et l'intérêt que nous a manifesté pour ce travail.
Nous espérons qu’ils trouvent ici le témoignage de notre profonde
gratitude.
Nous remercions également les membres du jury qui ont pris la
peine de juger ce modeste travail. Qu’ils trouvent ici l’expression
de notre profond respect et des nos vifs remerciements!
Nous remercions vivement tous les enseignants qui ont participé
pour la formation qu’ils ont eu le soin de nous apporter le long de
notre cursus universitaire.
Enfin, nous espérons que ce travail sera à la hauteur de la
confiance qu’ils nous ont donnée.
Dédicace
Je dédie ce travail
Ames très chers parents ;
Aucun acte ou expression ne pourra exprimer mes sentiments envers
vous.
Ames frères et mes sœurs ;
Aucun mot ne pourra exprimer ma gratitude envers vous mes très
chères frères et sœurs.
Pour tout l’amour et le soutien que vous m’avez offert, je vous dis
MERCI.
Ames chers frères RIDHA, ABDESSALEM et SAMI ;
Amon chers oncle Moncef ben Massoud et sa famille;
Amon frère Amor ben Tillil, Mohamed Youssef et ma sœur Faten;
Atoute ma famille ;
Atous mes chers amis ;
Atous ceux qui m’aiment ☺. …
Mohamed 
Dédicace
Je dédie ce travail
Amon père pour son affectation et ses sacrifices.
A ma très chère mère que ce travail soit un témoignage de ma gratitude
et ma reconnaissance pour l’amour qu’elle me donne.
Que Dieu les protège et leurs procure bonne santé et longue vie.
Ames frères et mes sœurs pour leurs soutiens et leurs encouragements.
Ama petite sœur INSAF.
A mes grands parents.
Atous mes amis qui croient à notre bonne et sincère amitié.
…
Mekki 
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -1-
Table de matières
I
INTRODUCTION GENERALE.......................................................................................3
Chapitre I : Généralités sur les codeurs rotatifs...................................................................4
I.1. Introduction du codeur........................................................................................4
I.2 Le codeur absolu ................................................................................................5
I.3 Codeur incrémental ............................................................................................6
I.4 L’intérêt d’utilisation de codeur incrémental.......................................................8
I.5 L’exploitation de codeur incrémental..................................................................9
I.5.1. Traitement de signaux.....................................................................................9
I.5.2. Le choix de codeur........................................................................................11
I.6 Quelques exemples d’utilisation de ce codeur...................................................11
I.7 Les caractéristiques de codeur à utiliser ............................................................13
I.7.1 Les caractéristiques physiques ......................................................................13
I.7.2. Les caractéristiques techniques .....................................................................13
CHAPITRE II : Carte d’interface.....................................................................................14
II.1. Introduction......................................................................................................14
II.2. Limiteur de tension...........................................................................................14
II.3. Détecteur de fronts ...........................................................................................15
II.3.2. Détection de front montant............................................................................16
II.3.2. Détection de front descendant .......................................................................17
II.4. sommateur des impulsions................................................................................18
II.5. Diviseur de fréquence.......................................................................................19
II.6. Détecteur de sens..............................................................................................20
II.7. Le compteur des impulsions .............................................................................21
II.8. L’afficheur de nombre d’impulsion...................................................................23
II.9. L’amplificateur d’amplitude des signaux ..........................................................24
II.10. Conclusion....................................................................................................24
CHAPITRE III : L'utilisation de l'automate......................................................................26
Programmable CPU 216 ..................................................................................................26
III.1. Introduction..................................................................................................26
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -2-
III.2. Les différents types de compteurs .................................................................26
III.2.1. Le compteur incrémental CTU......................................................................26
III.2.2. Le compteur décrémental CTD .....................................................................27
III.2.3. Le compteur incrémental/décrémental...........................................................28
III.2.4. Les compteurs rapides ..................................................................................30
III.3. Les différents modes du compteur rapide......................................................32
III.3.1. Les modes 0,1 et 2........................................................................................32
III.3.2. Les modes 3, 4 et 5 .......................................................................................32
III.3.3. Les modes 6, 7 et 8 .......................................................................................33
III.3.4. Les modes 9, 10 et 11 ...................................................................................33
III.4. Choix du mode de compteur rapide...............................................................34
III.4.1. Choix des modes 3, 4 et 5 .............................................................................34
III.4.2. Choix des modes 10 de HSC1.......................................................................34
III.5. Le raccordement de codeur à l’automate.......................................................34
III.5.1. Les entrées utilisées ......................................................................................34
III.5.2. Le câblage en différant modes.......................................................................35
III.6. Programmation.............................................................................................36
III.6.1. Mot d’accès aux compteurs rapides...............................................................36
III.6.2. L’octet de commande de HSC1.....................................................................36
III.6.3. La valeur en cours et la valeur prédéfinie.....................................................37
III.6.4. L’octet d’état du compteur HSC1..................................................................38
III.6.5. Interruption...................................................................................................39
III.6.6. Initialisation, modes 9, 10 ou 11 ...................................................................39
III.6.7. Programme...................................................................................................41
III.7. CONCLUSION ............................................................................................44
Conclusion Générale........................................................................................................45
Bibliographies..................................................................................................................46
Annexes...........................................................................................................................47
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -3-
INTRODUCTION GENERALE
Dans le cadre d’amélioration des connaissances des étudiants de l’Ecole
Supérieure de Sciences et Techniques de Tunis concernant les codeurs
incrémentaux, nous proposons une étude pratique autour de la manipulation du
codeur incrémental. En effet, notre projet est intitulé « synthèse et mise en œuvre
d’une carte d’interface pour codeur incrémental » dont les taches sont :
- réalisation d’une carte d’interface pour l’acquisition des signaux
numériques issus du codeur incrémental.
- programmation sur l’automate programmable CPU 216.
Ce travail sera utile pour déterminer la position angulaire, la vitesse et le sens
de rotation d’un moteur à courant contenu équipé par un codeur incrémental.
Notre travail suit une présentation, ou l’aspect pratique et l’aspect théorique
sont liés, subdivisés en trois chapitres :
- Un premier intitulé « Généralité sur les codeurs rotatifs » décrira les
différents types des codeurs incrémentaux ainsi que leurs intérêts.
- Un deuxième chapitre nommé «carte d’interface pour la mesure de
position » présentera les blocs de carte réalisée.
- L’utilisation de l’automate programmable CPU 216 sera décrite dans le
troisième chapitre.
- En fin, nous clôturons note rapport pour une conclusion générale ou nous
résumons les différentes taches qui nous avons effectués .De même, nous
présenterons les éventuelles perspectives de ce travail.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -4-
Chapitre I : Généralités sur les codeurs rotatifs
I.1. Introduction du codeur
La mesure des déplacements, des positions et des vitesses de machines
rotatives est un problème régulièrement rencontré dans l'industrie: robots,
cisailles, machines-outils, bobineuses, .... Les systèmes de détection tout ou rien
conventionnels (détecteurs inductifs ou capacitifs, interrupteurs de position,
capteurs photoélectriques, ...) apportent souvent une solution suffisante dans la
plupart des applications mais à partir du moment où il est important d'effectuer un
nombre important de mesures de positions, ces systèmes arrivent très rapidement
à saturation (au bout du rouleau).
Il est important de résoudre tous ces problèmes à l'aide de capteurs dont le
positionnement n'est plus maîtrisé par le capteur physique proprement dit mais
bien par le système de traitement numérique qui leur est associé.
Un codeur optique fréquemment utilisé dans les systèmes de contrôle moderne
est une solution très performante pour résoudre ce type de problème.
Il existe deux types de codeurs rotatifs :
- le codeur absolu.
- le codeur incrémental.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -5-
I.2 Le codeur absolu
Le codeur absolu est un capteur qui assure la conversion d’un déplacement
linéaire ou rotatif à un signal digital programmé sous forme d’un code binaire
(GRAY, BCD ou autre) de longueur « n » correspondant à 1/2n
éme de tour, pour
chaque position angulaire de l’axe.
Ce codeur se compose d’un disque en matériau incassable possédant ‘n’
piste, chaque piste est divisé en alternances de secteurs réfléchissants et
absorbants.
Pour la lecture de code de différents postions, on trouve un coupleur
photoélectrique par piste compose d’une diode électroluminescente qui donne un
faisceau lumineux. Par étendu, ce faisceau sera détecté par une diode réceptrice
se trouvant dans l’autre côté de piste, au moment de passage d’un secteur
absorbant, le rôle du disque est d’agir comme un interrupteur de faisceau, alors
que le nombre de pistes fixe le nombre de positions discrètes pouvant être
définies : 1 piste=2 positions, 2 pistes=4 positions, 3 pistes=8 positions…n
pistes=2 exp n positions.
La piste intérieure est composée d’une moitié opaque et d’une moitié
transparente. La lecture de cette piste, bit de poids le plus fort, MSB (Most
Significant Bit), permet de déterminer dans quel demi-tour on se situe. La piste
suivante est divisée en quatre quarts alternativement opaques et transparents. La
lecture de cette piste combinée avec la lecture de la piste précédente permet alors
de déterminer dans quel quart de tour (¼) on se situe. Les pistes suivantes
permettent successivement de déterminer dans quel huitième de tour (1/8),
seizième de tour (1/16), … etc.… on se situe. La piste extérieure donne la
précision finale et est appelée LSB (Least Signifiant Bit) (bit de poids le plus
faible). Cette piste comporte 2 puissances « n » points (2n) correspondant à la
résolution du codeur.
Il existe 2 gammes de codeurs absolus :
- le codeur absolu simple tour qui donne une position absolue dans chaque tour.
- Le codeur absolu multi tours, qui, comme le précédent, donne une position
absolue dans chaque tour et permet grâce à un système supplémentaire d’axes
secondaires d’indiquer le nombre de tours.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -6-
Figure 1 : Les signaux de codeur absolu Figure 2 : schéma de codeur absolu
I.3 Codeur incrémental
Le codeur incrémental est un capteur de position angulaire ou linéaire, il
est composé d’un disque strié par une ou deux pistes extérieures (les voies A et
B) et une piste intérieure (le voie ‘’Top zéro’’) qui comporte un seul zone
transparent. Les pistes extérieures sont divisées en ‘n’ zones transparentes et
opaques alternativement places, autour de la circonférence de disque, plus qu’on
augmente le nombre de zones, plus il y a de précision. Pour la lecture de chaque
piste, on trouve une diode électroluminescente (émetteur) à côté de disque et une
photodiode (récepteur) de l’autre côté. Lors de rotation de disque, Un faisceau
lumineux émis par l’émetteur sera détecté par le récepteur chaque fois qu’une
zone transparent passe entre les deux diodes et les signaux délivrés se présent,
sous la forme de deux successions des impulsions (deux signaux carré) distinctes
déphasées de 90°.
Généralement, on ajoute un circuit électrique intègre dans l’emballage de codeur,
pour amplifier les signaux détectés par le photoélectrique, avant d’être envoyer
vers un système de traitement.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -7-
Figure 3 : schémas de codeur incrémental
Il existe principalement deux types de codeurs incrémental :
* Les codeurs de base : 1 rangée striée A, et un "Top Zéro" Z.
* Les codeurs avancés : 2 rangées striées A et B, et un "Top Zéro" Z est
synchrone avec les signaux A et B, ces codeurs permettent de détecter les sens
de rotation.
La résolution ’n’ du codeur est le nombre d'impulsions que le codeur peut délivrer
en un tour, c'est-à-dire le nombre de fentes.
Figure 4 : schéma en coupe d’un codeur incrémental
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -8-
Tableau de blocs d’un codeur :
Axe codeur
MECANIQUE
disque gradué
OPTIQUE
Lecture et signaux
de sortie
ELECTRONIQUE
I.4 L’intérêt d’utilisation de codeur incrémental
En pratique, le choix entre les deux types de codeur est limité par des
objectifs de contrôle et d’économie. Dans une grande partie, la nécessité d’un
codeur absolu est plus importante, puisque ce dernier est insensible aux coupures
du réseau : la position du mobile est détenue dans un code qui est envoyé en
parallèle au système de traitement et tout déplacement hors tension d'alimentation
ne nécessite plus le recalage de la mécanique car le codeur absolu indique la
nouvelle position dès qu'il est remis sous tension. Ce codeur donne une
information de position absolue (pas besoin de référence). Mais, il est de
conception électrique et mécanique très complexe. Il délivre les informations de
position en parallèle ; son utilisation mobilisera donc un nombre important
d'entrées du système de traitement (A.P.I. par exemple). Et d’autre part, il est très
coûteux.
Malgré que le codeur incrémental soit sensible aux coupures du réseau et aux
parasites en ligne, un parasite peut être comptabilisé par le système de traitement
comme une impulsion délivrée par le codeur, rester ce codeur parmi les meilleurs
capteurs dans les systèmes de contrôle, à cause de sa simplicité en construction :
une disque et nombre limite de photodiodes et la souplesse de traitement de
signaux délivrés par ce codeur n’est qu’un simple comptage de deux séries des
impulsions pour donner des informations concernant la position et la vitesse de
l’axe de moteur.
Avec un bas prix, ce type de codeur permet d’avoir une précision énorme.
Pour montre l’importance de codeur incrémental par rapport au codeur absolu, on
fait le Comparaison suivant :
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -9-
Type du codeur Incrémental Absolu
Nombre de pistes 3 (A, B, Z) 9 (A, B, C, D, E, F, G, H, I)
Nombre de capteurs(E-R) 3 9
Connecteur 5 broches utiles 11 broches utiles
Nombre de points par tour 512 512
Information 1 tour Immédiate par Z Possible par décodage
des pistes A, B, C...
Information sens Facile à élaborer à partir
des signaux A et B
Possible
Information vitesse Comptage sur A ou B Comptage sur A
I.5 L’exploitation de codeur incrémental
I.5.1. Traitement de signaux
Pour exploiter les signaux délivrés par le codeur incrémental, on utilise un
compteur ou décompteur des impulsions qui permet de donner d’information
numérique proportionnelle au mouvement de l’axe de moteur tout en tenant
compte du sens de rotation. En effet, chaque impulsion de voie A traduit un angle
de déplacement à partir d’une position de référence cédée par le signal
d’initialisation de comptage « top zéro ». Egalement, les impulsions générées par
la voie A ou B, lorsqu'elles sont associées à une base de temps, permettent de
déterminer la vitesse de rotation d'un mobile tel qu'un moteur, alors que le nombre
de tour est déterminé par le comptage des impulsions de signal Top zéros.
L'utilisation d'un codeur incrémental nécessite une mise à zéro du compteur à sa
mise sous tension.
Le déphasage de 90° électriques des signaux A et B aide à déterminer le
sens de rotation :
• Dans un sens pendant les fronts descendants du signal A, le signal B est à 0.
• Dans l'autre sens pendant les fronts descendants du signal A, le signal B est à 1.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -10-
Figure 5 : les signaux A et B
La précision de l’angle de déplacement peut être interprété en considérant les
trois cas, ordonnés selon leurs degrés croissant de précision, présentés ci-
dessous :
• Le système de traitement n’utilise que les fronts montants de la voie A
(exploitation simple) dont la résolution est égale au nombre de points (n).
• Le système de traitement utilise les fronts descendants et montants de la
voie A (exploitation double) dont la résolution est multipliée par 2 (2 x n).
• Le système de traitement utilise les voies A et B (exploitation quadruple)
dont la résolution est multipliée par 4 (4 x n).
Figure 6 : La détermination de résolution
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -11-
I.5.2. Le choix de codeur
I.5.2.1. Calcul du nombre de points
Sans tenir compte des jeux et imprécisions mécaniques, le nombre de points est
calculé à l’aide des formules :
• Mouvement circulaire
Nombre de points = 360×1/Ps×Ra
Avec : Ps = précision souhaitée en degré.
Ra = rapport de réduction entre l’engrenage du mouvement entraînant le
codeur et le dernier engrenage entraînant le mobile.
• Mouvement de translation
Nombre de points = 1/Ps×Ra×P
Avec :
Ps = précision souhaitée en mm.
Ra= rapport de réduction entre l’engrenage du mouvement entraînant
le codeur et le dernier engrenage entraînant le mobile.
P = rapport de conversion du mouvement de rotation en mouvement de
translation.
I.5.2.2. Calcul de fréquence
Dans le cas d’une mouvement circulaire
F= 1/60×N×Ré
Avec : N= vitesse d’utilisation de l’axe entraînant (en tr/mn).
Ré = résolution souhaitée en période par tour (p/tr).
I.6 Quelques exemples d’utilisation de ce codeur
Le codeur est un transducteur destiné à toutes applications industrielles et
professionnelles, adaptés à être utilisés sur les contrôles de processus
industriels, robots, machines-outils, instruments de mesure, plotters,
diviseurs, antennes, télescopes, etc. nous citions quelques applications
d’utilisation :
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -12-
❖ Le codeur est branché à chaque axe de moteur de bras d’un robot
industriel pour détecter son angle et sa position.
❖ Il est exploité par un coupeur automatique pour détecter la position de
sectionnement mesurée d’un papier à longueur défini.
Figure7 : poste de coupeur automatique
❖ Il est utilisé dans une machine d’usinage à commande numérique pour
déterminer les positions et les distances de travail.
Figure 8: Machine d’usinage automatique
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -13-
I.7 Les caractéristiques de codeur à utiliser
Dans notre projet, nous avons utilisé un codeur incrémental de
caractéristiques suivantes :
I.7.1 Les caractéristiques physiques
La base de codeur en métal, les roulements et les arbres en acier inox offrent
une bonne étanchéité aux agents extérieurs (poussière, huile, humidité etc.), un
bon fonctionnement dans une plage étendue de température, une forte résolution
associée à une réponse élevée en fréquence et un notable précision. La source
de lumière LED à 100000 heures minimum de vie, la lecture par phototransistors
en configuration «push-pull», les composants hybrides, le dimensionnement
optimal des circuits et les nombreux contrôles de qualité à chaud et à froid leur
confèrent une grande fiabilité.
I.7.2. Les caractéristiques techniques
− Tension d’alimentation varie entre 5v et 30v.
− Tensions de signaux de sortie égalent à la tension d’alimentation.
− Le nombre de points par tour égale 500 points/tour.
− Le nombre de voie égale à 3 (les vois A, B et Top zéros).
− Le déphasage électrique entre les vois A et B égale 90°.
− La fréquence maximale égale 160 kHz.
− La vitesse maximale de rotation égale 7200 tr/mn.
− La résolution est 360/500=0.72°.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -14-
CHAPITRE II : Carte d’interface
II.1. Introduction
L’importance de comptage des impulsions délivrées par les deux voies de
codeur nécessite la réalisation d’une carte d’interface de mesure de position qui
permette de compter et d’afficher le nombre d’impulsions. Cette carte est
composée de six blocs principaux, un limiteur de tension, un détecteur de front, un
sommateur des impulsions, un diviseur de fréquence, un compteur/décompteur et
un afficheur. De plus on trouve un bloc secondeur qui permet d’amplifier
l’amplitude de signaux.
II.2. Limiteur de tension
Le codeur qui nous avons exploité délivre des signaux d’amplitude 12 v, alors
que le circuit «74123 » de notre carte fonctionne avec des signaux d’amplitude 5v.
Pour cette raison, nous sommes obligé de diminuer l’amplitude de ces signaux à
5v en utilisant un circuit intègre « LM 319 » qui répond bien à nos buts.
Le un circuit « LM 319 » est un comparateur de deux tensions.
Montage
Figure1 : limiteur de tension
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -15-
On a :
Si V+
- V –
> 0 alors Vs =+ Vsat
Si V+
- V –
< 0 alors Vs =+ Vsat
Si V+
- V –
= 0 alors il y a basculement
V –
= Ve
Diviseur de tension
V+
= R1/ (R1+R2)* Vs
R1=R2=1K
V+
=1/2* Vs donc si 1/2* Vs - Ve > 0 alors Vs = 5 v
si 1/2* Vs - Ve < 0 alors Vs = 0 v
Figure 2 : l’entrée et la sortie de limiteur de tension
II.3. Détecteur de fronts
Après avoir diminuer l’amplitude des fronts montants et descendants de
voie A du codeur, il faut les détecter, pour cela nous avons utilisé deux
monostables redéclenchables représentées par le circuit «74123 ».
Ce circuit permet de donner une impulsion à chaque front montant ou
descendant dont son largeur est déterminé en jouant sur les deux condensateurs
et les deux résistances extérieurs.
La fréquence maximale de codeur dans notre projet est égale à 10 KHz.
Donc la période est Tm =1/10 103
s.
Mais pour que tous les fronts seront détectés il faut diviser la période par 4 :
Ti = Tm/4.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -16-
- calcul de Cx et Rx :
Le circuit « 74123 » fonctionne avec deux résistances peuvent varies entre
5K et 50K et pas de limite pour Cx, D’où la nécessité de fixés la valeur de
deux condensateurs à 100 nF et de calculé le deux résistances.
On a:
Ti=K* Cx*Rx (1+0.7/ Rx).
Ti : largeur d’impulsion.
Rx: résistance externe.
Cx: condensateur externe.
K : constante pour « 74123 ».
or
Ti=4 10-4
s.
Ti=K* Cx*Rx (1+0.7/ Rx).
Ti=K* Cx (Rx +0.7).
Rx= Ti / K* Cx - 0.7.
Rx=15 K .
Le circuit de détection est composé de deux multivibrateurs, un pour détecter le
front montant de signal A et l’autre pour le front descendant.
II.3.2. Détection de front montant
• Schéma de montage :
Figure3 : Détecteur de front montant
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -17-
• Diagramme :
Figure 4 : l’entrée et la sortie de détecteur de front montant
II.3.2. Détection de front descendant
• Schéma de montage :
Figure 5 : Détecteur de front descendant
• Diagramme :
Figure 6 :l’entrée et la sortie de détecteur de front descendant
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -18-
Figure 7 : schéma de circuit intègre 74123
II.4. sommateur des impulsions
Dans le but d’augmenter la résolution du codeur, on se propose de faire la
sommation des impulsions. Celle ci peut s’effectuer de trois manières différentes :
l’utilisation d’une série d’impulsions de fronts montants ou descendants d’une
voie, la sommation de deux séries d’impulsions de fronts d’une seul voie et le
dernièr cas est la sommation de quatre séries d’impulsions de fronts montants et
descendants de deux voies A et B. Dans notre étude, nous avons choisi le
deuxième cas puisqu’il donne une meilleure précision que le premier cas tout en
étant moins complexe que le troisième cas.
Cette sommation est réalisée par le circuit intègre « 7432 » qui comporte quatre
fonctions logiques OU (OR). Nous avons utilisé les deux broches d’entrées 4, 5 et
la broche de sortie 6.
Figure 8 : un quart de circuit 7432 (ou)
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -19-
Figure 9 : chronogramme d’entré/sortie de sommateur
II.5. Diviseur de fréquence
Les signaux sortants de sommateur ont des faibles périodes, donc il est
difficile de visualiser le comptage. Pour cela, nous avons augmenté leurs périodes
en ajoutant un diviseur de fréquence après le sommateur. Ce diviseur de
fréquence basée sur le circuit intègre « 7493 », qu’est en principe un compteur
décimal.
Nous avons effectué des essais sur ce circuit pour obtenir un diviseur de
fréquence de rapport ½ si on utilise la sortie QA (la broche 12), un rapport ¼ si on
exploite la sortie QB (broche 9), un rapport de 1/8 si on choisie la sortie QC (broche
8) et un rapport de 1/16 si on connecte la sortie QD (broche 11).
Figure 10 : diviseur de fréquence
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -20-
Dans notre projet, le nombre d’impulsions peut attendre 1000 impulsions par
tour donc un rapport de 1/4 est nécessaire pour ne pas dépasser la capacité de
comptage.
Chronogramme
Figure 11 : signaux entre/sortie de diviseur de fréquence
II.6. Détecteur de sens
Pour savoir le sens de rotation de moteur, nous avons exploité le déphasage
de 90° entre les deux signaux du codeur en utilisant le circuit intégré 7474 qui
comporte deux bascules D. Nous avons branché le voie A du codeur à la broche
D1 (patte 2), la voie B à la broche C1 (patte 3) et les broches S et R
(respectivement les pattes 4 et 1) sont reliées aux +Vcc alors que la sortie est
donnée par la broche Q (patte 5).
Les deux sens sont détermines comme suite :
➢ le sens (1), pendant le front montant du signal A, le signal B est à 0.
➢ Le sens (2), pendant le front montant du signal A, le signal B est à 1.
Figure 12 : Schéma de circuit intègre « 7474 »
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -21-
Chronogramme
Figure 13 : Sens 1
Figure 14 : Sens 2
II.7. Le compteur des impulsions
Le système de comptage est basé sur trois circuits intègres 74190, il joue le
rôle d’un compteur de 12 bits qui permet de compter (212
-1) positions pour un tour
de moteur. Alors que dans notre carte et après l’étage de diviseur de fréquence,
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Projet de Fin d’Etudes -22-
nous avons besoin d’un compteur de 250 impulsions, en associant les circuits
74190 en série pour sortir le résultat sur douze bits.
Dans ce qui suit nous allons présenter l’analyse et l’exploitation de circuit 74190,
en effet, les entrées de ce circuit sont A, B, C et D, permettant de donner le
premier nombre de comptage ou décomptage, sont liés à la masse afin d’initialiser
le compteur à zéro après chaque tour.
Les quatre bits de sortie seront donnés par les broches QA, QB, QC et QD, à
connecter à l’afficheur.
La broche LOAD branché au « top zéro » (après le passage de ce dernier par un
inverseur porte non) fonctionne au niveau bas et force les sorties de suivre les
entrées (QA → A, QB → B, QC → C et QD → D).
Le signal, à compter ou décompter, connecté à la borne CLK du premier circuit,
alors que le bit de sens de rotation a relié au borne D/U puisqu’il permet de mettre
le compteur au mode comptage ou décomptage ainsi que la broche de blocage
CTEN est relié à la masse.
La broche max/min permet de donner une impulsion de niveau haut lorsque le
comptage atteint sa valeur maximale ou lorsque le décomptage abouti à sa valeur
minimale.
La broche RCO est une sortie qui fournisse une impulsion au niveau bas pour
chaque changement de comptage en comptage ou inversement. Cette broche
permet de mettre les trois circuits intégrés en séries si l’on branche à celle de
CLK du circuit qu’il la suit. Alors que le signal sortant de la bascule D (sens de
rotation) et le « top zéro » sont affectés parallèlement aux trois circuits.
Figure 15 : Compteur/décompteur
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -23-
II.8. L’afficheur de nombre d’impulsion
Pour visualiser les valeurs des impulsions données par le compteur nous
avons introduit un bloc d’affichage.
Généralement pour utiliser un afficheur sept segments, il est nécessaire de
disposer d’un décodeur qui change le code BCD en un code de contrôle de
l’afficheur, cet afficheur est composé de sept diodes électroluminescentes pour
exposer un chiffre. Il existe deux types des afficheurs a anode ou cathode
commune, ceci pour l’unité leurs nombres de pattes.
Les différents diodes ont leurs anodes (ou bien cathodes) reliées en un seul point.
Les autres pattes servent à la commande d’allumage des différents segments
ainsi que du point décimal.
Pour notre module d’affichage on utilise trois afficheurs sept segments de type
anode commune au but d’exposer trois chiffres. Donc l’afficheur allume un
segment désiré quand un niveau bas est appliquer à sa cathode.
Nous avons utilisé le circuit 7447comme décodeur de bits donnés par les
compteurs.
Figure 15 : afficheur 7 segments
Figure 16 : décodeur à anode commun
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -24-
II.9. L’amplificateur d’amplitude des signaux
Pour exploiter les signaux du bloc sommation d’impulsions et le bloc détecteur
de sens par l’automate CPU 216, nous avons ajouté un bloc d’amplification
représenté par un « optocouplers » TIL111 qui amplifie les amplitudes de ces
signaux d’un valeur égale à 5V à un valeur égale 24V.
II.10. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons présenté les différents blocs de notre carte qui
compte et affiche le nombre d’impulsions délivré par le codeur.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -25-
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -26-
CHAPITRE III : L'utilisation de l'automate
Programmable CPU 216
III.1. Introduction
Parmi les moyens du comptage des impulsions de codeur incrémental, on
trouve l’utilisation du logicielle de programmation STEP7 Micro Win et l’automate
programmable CPU216.
III.2. Les différents types de compteurs
III.2.1. Le compteur incrémental CTU
III.2.1.1. Définition
Le compteur incrémental incrémente, en cas de front montant, à partir de la
valeur en cours de l'entrée incrémentation CU.
Cette valeur en cours de compteur incrémental correspond à la valeur de
comptage en vigueur, il existe aussi une autre valeur prédéfinie PV qui est
donnée par l'utilisateur qui sera comparer à la valeur en cours à chaque
exécution de comptage, si la valeur en cours est inférieur à la valeur prédéfinie le
bit de compteur (bit c) est désactivé ; égale à zéro, mais si elle est supérieure ou
égale à la valeur prédéfinie le bit de compteur est activé dévient égale à1.
Le compteur est remis à zéro lorsque la remise à zéro (R) est activée ou que
l'opération "mettre à 0" est exécutée, ce dernier met à zéro le bit de compteur et
la valeur en cours.
Ce compteur s'arrête lorsqu'il atteint la valeur maximale qui est égale à 32 767.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -27-
III.2.1.2. Schéma de compteur incrémental
Figure1 : compteur incrémental
Cxxx : de 0 à 255.
CU : l’entrée d’incrémentation.
R : l’entrée de remise à zéro.
PV : l’entrée de valeur prédéfinie.
III.2.1.2. Chronogramme
Figure 2 : fonctionnement de compteur incrémental
III.2.2. Le compteur décrémental CTD
III.2.2.1. Définition
De même il y a un compteur décrémental qu’a le même fonctionnement qu’un
compteur incrémental sauf que ce compteur décrémente en partant de la valeur
en cours de chaque front montant de l’entrée de décrémentation CD.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -28-
III.2.2.2. Schéma compteur décrémental
Figure 3 : compteur décrémental
CD : l’entrée de décrémentation.
R : l’entrée de remise à zéro.
PV : l’entrée de valeur prédéfinie.
III.2.2.3. Chronogramme
Figure 4 : fonctionnement de compteur décrémental
III.2.3. Le compteur incrémental/décrémental
III.2.3.1. Définition
Le compteur incrémental/décrémental exécute l’opération d’incrémentation
en cas de front montant à l’entée d’incrémentation CU, il décrémente aussi en cas
en cas de front montant mais à l’entée décrémentation CD, lorsqu’il atteint la
valeur maximale (32 767) le front montant suivant à l’entée d’incrémentation fait
prendre à la valeur en cours la valeur minimale (-32 768). Lorsque cette dernière
valeur est atteinte, le front montant décrémentation fait prendre à la valeur
maximale.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -29-
III.2.3.2. Schéma de compteur incrémental/décrémental
Figure 5 : compteur incrémental/décrémental
CU : l’entée d’incrémentation.
CD : l’entrée de décrémentation.
R : l’entrée de remise à zéro.
PV : l’entrée de valeur prédéfinie.
III.2.3.3. Chronogramme
Figure 6 : fonctionnement de compteur incrémental/décrémental
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -30-
III.2.4. Les compteurs rapides
III.2.4.1. Définition
Les compteurs rapides comptent les événements rapides, sont indiqués
HSC et il existe trois types des compteurs rapides :
- HSC0 est un compteur logiciel incrémental/décrémental qui fonctionne avec
une entrée d’horloge unique, sa fréquence de comptage maximale égale 2
kHz.
- HSC1 et HSC2 sont des compteurs matériels universels, chaque un a des
entrées réservées aux horloges, à la commande du sens de comptage, à la
mise à zéro et au démarrage. La fréquence de HSC1 et HSC2 dépend de
type de CPU (20 Hz pour CPU 216).
Figure 7 : compteur rapide
HSC : 0 à 2.
MODE : 0 pour HSC0.
0 à 11 pour HSC1 et HSC2.
N : le numéro de compteur rapide : 0 à 2.
III.2.4.2. Domaine d’utilisation de compteur rapide
La majorité des compteurs rapides sont utilisés essentiellement pour les
dispositifs de comptage, où un arbre en rotation menue d’un codeur angulaire
incrémental. Les horloges et l’impulsion de remise à zéro du codeur incrémental
les entrées du compteur rapide.
Le compteur est défini de telle façon qu’une interruption est générée si la valeur
en cours est égalé à la valeur prédéfinie ainsi que si une remise à zéro a lieu.
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Projet de Fin d’Etudes -31-
III.2.4.3. Le chronogramme de fonctionnement des
compteurs rapides
Chaque compteur rapide fonctionne selon sa catégorie :
✓ Fonctionnement avec mise à zéro et sans démarrage
Si l’interruption de mise à 0 est générée la valeur de comptage en cours égale à
zéro.
✓ Fonctionnement avec mise à zéro et avec démarrage
Si le démarrage et la remise à zéro sont à niveau haut, la valeur de
comptage en cours prend la valeur zéro, mais si le deux sont au niveau bas ou de
deux niveaux différents la valeur de comptage en cours comprit entre +2 147 483
647 et –2 147 483 648.
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Projet de Fin d’Etudes -32-
III.3. Les différents modes du compteur rapide
Le compteur rapide HSC0 à un seul mode qui est le mode zéro, et HSC1
et HSC2 peuvent être configurés par parmi douze modes de fonctionnement.
III.3.1. Les modes 0,1 et 2
Ces quatre modes fonctionnent de la même façon, le schéma suivant
présente leur diagramme de fonctionnement.
Figure 8 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 0,1et 2
L’incrémentation commence lors de la rencontre du premier front montant
et la commande interne de sens de comptage égale à 1 (1 : incrémentation), il
s’inverse à partir du premier front montant où la commande interne de sens de
comptage égale à 0 (0 : décrémentation).
III.3.2. Les modes 3, 4 et 5
Les modes 3, 4 et 5 fonctionnent par une seule horloge (trains d’impulsion)
et une commande externe de sens de comptage.
Diagramme de fonctionnement
Figure 9 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 3,4et 5
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -33-
III.3.3. Les modes 6, 7 et 8
Les modes 6, 7 et 8 fonctionnent par deux horloges une horloge
d’incrémentation et l’autre de décrémentation.
Figure 10 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 6,7et 8
III.3.4. Les modes 9, 10 et 11
Ces modes fonctionnent avec deux entrées d’horloges A et B en quadrature
de phase ; en mode 9 on utilise seulement les phases A et B, par contre au mode
10 on ajoute la remise à zéro, mais le démarrage est utilisé seulement dans le
mode 11.
Les modes 9, 10 et 11 sont utilisés en deux types de fréquences.
Figure 11 : Diagramme de fonctionnement avec fréquence simple
pour les modes 9,10 et 11
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Projet de Fin d’Etudes -34-
Figure 12 : Diagramme de fonctionnement avec fréquence quadruple
pour les modes les modes 9,10 et 11
III.4. Choix du mode de compteur rapide
Le compteur incrémental / décrémental ne peut pas compter les
événements rapides qui ne peuvent pas être gérés aux temps de cycle de CPU.
Pour cela on va utiliser le compteur rapide qui compte ces événements.
III.4.1. Choix des modes 3, 4 et 5
Dans notre carte d’interface, la sortie de circuit (74123) est de la forme d’un
train d’impulsion que nous avons utilisé comme une horloge. De plus, la sortie de
bascule D (circuit 7474) qui donne le sens de rotation de moteur donc on peut.
Comme commande externe du sens de comptage, dans ces conditions on choisit
les modes 3, 4 et 5 HSC1 et HSC2.
III.4.2. Choix des modes 10 de HSC1
Puisque, le codeur incrémental nous délivre trois signaux ; la phase A, la phase B
et la remise à zéro donc on va utiliser le mode 10 en fréquence simple ou en
fréquence quadruple.
III.5. Le raccordement de codeur à l’automate
III.5.1. Les entrées utilisées
Compteur rapide Les entrées utilisées
HSC0 I0.0
HSC1 I0.6, I0.7, I1.0, I1.1
HSC2 I1.2, I1.3, I1.4, I1.5
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Projet de Fin d’Etudes -35-
III.5.2. Le câblage en différant modes
HSC1
MODE I0.6 I0.7 I1.0 I1.1
0 Horloge
1 Horloge Mise à zéro
2 Horloge Mise à zéro Démarrage
3 Horloge Sens de comptage
4 Horloge Sens de comptage Mise à zéro
5 Horloge Sens de comptage Mise à zéro Démarrage
6 Horloge
(incrémentation)
Horloge
(décrémentation)
7 Horloge
(incrémentation)
Horloge
(décrémentation)
Mise à zéro
8 Horloge
(incrémentation)
Horloge
(décrémentation) Mise à zéro Démarrage
9 Horloge phase A Horloge phase B
10 Horloge phase A Horloge phase B Mise à zéro
11 Horloge phase A Horloge phase B Mise à zéro Démarrage
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -36-
III.6. Programmation
III.6.1. Mot d’accès aux compteurs rapides
Les compteurs rapides sont conçus pour compter les événements plus
rapidement que la CPU ne peut les échantillonner. Ils ont une valeur de comptage
(ou valeur en cours) entière signée de 32 bits. Pour y accéder, on indique
l’adresse du compteur rapide, comprenant l’identificateur de zone HC et le numéro
du compteur (HC0, par exemple). On ne peut accéder qu’en lecture à la valeur en
cours des compteurs rapides et qu’en format de double mot (32 bits).
Format : HC [numéro du compteur rapide] HC1
Octet de poids fort HC1 Octet de poids
faible
Octet 3 Octet 2 Octet 1 Octet 0
Figure 13 : Accès aux valeurs en cours des compteurs rapides
III.6.2. L’octet de commande de HSC1
Le compteur rapide HSC1 a un octet de commande (SMB47) divisé en deux
parties. La première partie comporte trois bits réservés à la configuration d’état
actif pour les entrées de mise à zéro et de démarrage et pour sélectionner la
fréquence de comptage simple ou quadruple. La deuxième partie comporte cinq
bits permettant de programmer les paramètres dynamiques du compteur.
SM47.7 SM47.6 SM47.5 SM47.4 SM47.3 SM47.2 SM47.1 SM47.0
Figure 14 : Octet de commande SMB47
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -37-
HSC1 Description Utilisation
SM47.0 Bit de commande du niveau d’activité pour la mise à zéro :
0 = haut, 1 = bas.
Non utilisé
après
exécution de
HDEF.
SM47.1 Bit de commande du niveau d’activité pour le démarrage :
0 = haut, 1 = bas.
SM47.2 Sélection de la vitesse de comptage pour compteurs en
quadrature de phase :
0 = fréquence quadruple, 1 = fréquence simple.
SM47.3 Bit de commande du sens de comptage :
0 = décrémentation, 1 = incrémentation.
liée à
l’exécution de
l’opération
HDEF.
SM47.4 Ecrire sens de comptage dans le compteur rapide :
0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour du sens de
comptage.
SM47.5 Ecrire nouvelle valeur prédéfinie dans le compteur rapide :
0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour de la valeur
prédéfinie.
SM47.6 Ecrire nouvelle valeur en cours dans le compteur rapide :
0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour de la valeur en
cours.
SM47.7 Valider le compteur rapide : 0 = inhiber, 1 = valider
Tableau 1 : Bits de commande pour HSC1
III.6.3. La valeur en cours et la valeur prédéfinie
Chaque valeur en cours et valeur prédéfinie de compteur rapide HSC1 sont
composées de 32 bits. Pour charger de nouvelles valeurs au compteur, il faut
définir l’octet de commande et les doubles mots de mémentos spéciaux contenant
les deux valeurs en cours et prédéfinie en conséquence, puis on exécute
l’opération HSC.
Il est possible de lire les deux valeurs à l’aide du type de données HC (valeur en
cours de compteur rapide) suivi du numéro du compteur, par exemple HC1.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -38-
HSC1 Description
SM48 Octet de poids fort de la nouvelle valeur en cours de 32 bits.
SM49 Second octet de poids fort de la nouvelle valeur en cours de 32 bits.
SM50 Second octet de poids faible de la nouvelle valeur en cours de 32 bits.
SM51 Octet de poids faible de la nouvelle valeur en cours de 32 bits.
Tableau 2 : Valeur en cours pour HSC1
HSC1 Description
SM52 Octet de poids fort de la nouvelle valeur prédéfinie de 32 bits.
SM53 Second octet de poids fort de la nouvelle valeur prédéfinie de 32 bits.
SM54 Second octet de poids faible de la nouvelle valeur prédéfinie de 32
bits.
SM55 Octet de poids faible de la nouvelle valeur prédéfinie de 32bits.
Tableau 3 : Valeur prédéfinie pour HSC1
III.6.4. L’octet d’état du compteur HSC1
Pour découvrir le sens de comptage en cours, le compteur rapide HSC1
présente un octet d’état qu’indique si la valeur en cours est égale à la valeur
prédéfinie ou si elle lui est supérieure.
HSC1 Description
SM46.0 Inutilisé.
SM46.1 Inutilisé.
SM46.2 Inutilisé.
SM46.3 Inutilisé.
SM46.4 Inutilisé.
SM46.5 Bit d’état « Sens de comptage en cours » :
0 = décrémentation, 1 = incrémentation.
SM46.6 Bit d’état « Valeur en cours égale à valeur prédéfinie » :
0 = différente, 1 = égale.
SM46.7 Bit d’état « Valeur en cours supérieure à valeur prédéfinie » :
0 = inférieure ou égale, 1 = supérieure.
Tableau 3 : Octet d’état
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -39-
III.6.5. Interruption
Il existe trois conditions d’interruption pour HSC1 lorsque:
- le sens de comptage est modifié.
- la valeur en cours égale la valeur prédéfinie.
- la mise à zéro externe est activée.
III.6.6. Initialisation, modes 9, 10 ou 11
La procédure suivante décrit comment initialiser HSC1 comme compteur en
quadrature de phase A/B (modes 9, 10 ou 11).
1. Appelez, à l’aide du mémento « Premier cycle », un sous-programme où
l’initialisation est exécutée.
2. Dans le sous-programme d’initialisation, chargez dans SMB47 les valeurs
correspondant au fonctionnement désiré.
➢ Exemple (vitesse de comptage simple) :
Règle l’activité d’entrée de mise à zéro au niveau haut : SM47.0=0.
Règle l’activité d’entrée de démarrage au niveau haut : SM47.1=0.
Vitesse de comptage simple : SM47.2=1.
Définit l’incrémentation comme sens de comptage initial : SM47.3=1.
Mise à jour de sens de comptage : SM47.4=1.
Mise à jour de la valeur prédéfinie : SM47.5=1.
Mise à jour de la valeur en cours : SM47.6=1.
Valider le compteur rapide : SM47.7=1.
SMB47
1 1 1 1 1 1 0 0
F C
SMB47 = 16#FC
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Projet de Fin d’Etudes -40-
➢ Exemple (vitesse de comptage quadruple) :
Règle l’activité d’entrée de mise à zéro au niveau haut : SM47.0=0.
Règle l’activité d’entrée de démarrage au niveau haut : SM47.1=0.
Vitesse de comptage simple : SM47.2=0.
Définit l’incrémentation comme sens de comptage initial : SM47.3=1.
Mise à jour de sens de comptage : SM47.4=1.
Mise à jour de la valeur prédéfinie : SM47.5=1.
Mise à jour de la valeur en cours : SM47.6=1.
Valider le compteur rapide : SM47.7=1.
SMB47
1 1 1 1 1 0 0 0
F 8
SMB47=16#F8
3. Exécutez l’opération HDEF avec l’entrée HSC à 1 et l’entrée MODE aux
valeurs suivantes : 9, 10 ou bien 11.
4. Chargez la valeur en cours désirée – 0 pour l’effacer – dans SMD48 (double
mot).
5. Chargez la valeur prédéfinie désirée dans SMD52 (double mot).
6. Détection si la valeur en cours est égale à la valeur prédéfinie, avec un
programme d’interruption en associant l’événement 13 (Valeur en cours égale à
valeur prédéfinie).
7. Détection de changement de sens de comptage, avec un programme
d’interruption en associant l’événement 14 (Sens de comptage modifié).
8. Détection de mise à zéro externe, programmez une interruption en associant
l’événement d’interruption 15 (Mise à zéro externe).
9. Exécuter l’opération ENI (Valider tous les événements d’interruption) afin de
valider les interruptions pour HSC1.
10. Exécuter l’opération HSC afin que le S7-200 programme le compteur
HSC1.
11. Quittez le sous-programme.
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Projet de Fin d’Etudes -41-
III.6.7. Programme
III.6.7.1. Programme 1
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Projet de Fin d’Etudes -42-
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -43-
III.6.7.2. Programme 2
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Projet de Fin d’Etudes -44-
III.7. CONCLUSION
A partir de l’analyse de compteur rapide (HSC) intégré dans les opérations
de logiciel STEP7 Micro Win, nous avons pu réaliser un programme, pour
l’automate programmable CPU216, qui compte les impulsions de codeur
incrémental.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -45-
Conclusion Générale
Notre travail a consisté à réaliser une carte d’interface pour la mesure
de la position de moteur à courant contenu menu d’un codeur incrémental. Afin
d’élaborer cette carte nous avons suivis une méthodologie organisée en trois
étapes. En premier lieu, nous avons effectué une recherche concernant les
codeurs incrémentaux pour mieux comprendre comment les exploiter, leurs
avantages par rapport aux autres capteurs, et l’importance d’utilisation des
signaux générés par leurs voies. En second lieu, nous avons réalisé une carte
d’interface composée d’un limiteur de tension, détecteur des fronts, diviseur de
fréquence, compteur, détecteur de sens et affichage. Finalement, on a fait
recours au compteur rapide intégré dans le logiciel STEP7 pour programmer
l’automate programmable CPU 216.
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -46-
Bibliographies
[1] J.C. Chauveau, G.Chevalier « Mémotech électronique composants »
3ème
édition. Juillet 94
[2] Lamari Kawthar & Boukhari Zohayer « Commande de la position angulaire
d’un bras de tri ». (Projet de fin d’étude 97/98 I.S.E.T Nabeul).
E.S.S.T.T A.U 2004-2005
Projet de Fin d’Etudes -47-
Annexes
Résumé
Ce mémoire s’attachera à réaliser une carte d’interface pour un codeur
incrémental couplé à l’arbre d’un moteur à courant contenu.
Ce travail est organisé en trois parties, la première représente une recherche
sur les différents codeurs rotatifs, la seconde est la réalisation de la carte
d’interface pour la mesure de la position, et finalement la troisième est la
programmation sur STEP 7 de l’automate programmable CPU 216.
École Supérieure des Sciences et Techniques de
Tunis
PROJET FIN D’ETUDE
Élaboré par :
Mohamed MASSAOUDI & Mekki RAGGAD
Synthèse et Mise en Oeuvre D’une
Carte D’interface pour Codeur
incrémental
Encadré par :
Mr: Anis SELLAMI & Mr: Jalel ZRIDA
PLAN
Objectifs visés
Généralités sur les codeurs rotatifs
Réalisation de la carte d’interface
Programmation de l’automate CPU 216
Conclusion & Perspectives
1/29
4 Juin 2005
Objectifs Visés
2/29
4 Juin 2005
Réalisation d’une carte d’interface pour l’acquisition
des signaux numériques issus du codeur incrémental.
Programmation de l’automate CPU 216.
codeur absolu
Généralités sur les codeurs rotatifs
3/29
4 Juin 2005
• Les types des codeurs rotatifs:
Codeur incrémental
Généralités sur les codeurs rotatifs
4/29
4 Juin 2005
• Définition du codeur incrémental
disque
diode électro-
luminisante Photodiode
arbre
Signaux de voies
(a,b,top zéro)
Généralités sur les codeurs rotatifs
5/29
4 Juin 2005
• Les signaux de sortie
Généralités sur les codeurs rotatifs
6/29
4 Juin 2005
•Exploitions du codeur
 Détermination de la vitesse
 Détermination de la position
 Détermination de sens
Généralités sur les codeurs rotatifs
7/29
4 Juin 2005
 Détermination de la résolution
Généralités sur les codeurs rotatifs
8/29
4 Juin 2005
• Caractéristiques du codeur utilisé
Tension d’alimentation varie entre 5v et 30v.
Tensions de signaux de sortie égalent à la tension d’alimentation.
La résolution est 360/500=0.72°.
Le nombre de points par tour égale 500 points/tour.
Le nombre de voie égale à 3 (les vois A, B et Top zéros).
Le déphasage électrique entre les vois A et B égale 90°.
La vitesse maximale de rotation égale 7200 tr/mn.
La fréquence maximale égale 160 kHz.
Réalisation de la carte d’interface
9/29
4 Juin 2005
Limiteur de
tension
Détecteur de
fronts.
Le compteur
d’impulsions
décodeur
Détecteur de
sens
Afficheur
Amplificateur
Sommateur
d’impulsions
Diviseur de
fréquence
Amplificateur
Réalisation de la carte d’interface
10/29
4 Juin 2005
• Limiteur de tension
Montage Diagramme
Réalisation de la carte d’interface
11/29
4 Juin 2005
•Détecteur de fronts
fronts montants
Montage Diagramme
Réalisation de la carte d’interface
12/29
4 Juin 2005
•Détecteur de fronts
fronts descendants
Montage Diagramme
Réalisation de la carte d’interface
13/29
4 Juin 2005
•Sommatuer de tension
Montage
Diagramme
Réalisation de la carte d’interface
14/29
4 Juin 2005
•Diviseur de fréquence
Montage
Diagramme
Réalisation de la carte d’interface
15/29
4 Juin 2005
•Détecteur de sens
Montage
Diagramme
sens 1
Réalisation de la carte d’interface
16/29
4 Juin 2005
•Détecteur de sens
Montage
Diagramme
sens 2
Réalisation de la carte d’interface
17/29
4 Juin 2005
• Compteur
Qc
Q
Top zéro
GND
74190
A
15
B
1
C
10
D
9
CLK
14
G
4
D/U
5
LOAD
11
QA
3
QB
2
QC
6
QD
7
RCO
13
MX/MN
12
74190
A
15
B
1
C
10
D
9
CLK
14
G
4
D/U
5
LOAD
11
QA
3
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2
QC
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RCO
13
MX/MN
12
74190
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15
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CLK
14
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4
D/U
5
LOAD
11
QA
3
QB
2
QC
6
QD
7
RCO
13
MX/MN
12
Réalisation de la carte d’interface
18/29
4 Juin 2005
• Décodeur et L’afficheur
Montage de décodeur
Réalisation de la carte d’interface
19/29
4 Juin 2005
• L’amplificateur
Ve
24 V
Vs
TIL111
R
R
GND
GND
GND
Schéma de la carte réalisée
20/29
4 Juin 2005
L’automate CPU 216
21/29
4 Juin 2005
• Compteur incrémental/décrémental
l’entée d’incrémentation
l’entrée de décrémentation
l’entrée de remise à zéro
l’entrée de valeur prédéfinie
• Compteur rapide
0 à 2
0 à 11
0 à 2
L’automate CPU 216
• fonctionnement de compteur rapide
Avec mise à zéro et sans démarrage
Avec mise à zéro et sans démarrage
22/29
L’automate CPU 216
• Les différents modes du compteur HSC1
Modes 0, 1 et 2
Modes 3, 4 et 5
23/29
L’automate CPU 216
• Les différents modes du compteur HSC1
Modes 6, 7 et 8
Modes 9, 10 et 11 avec fréquence simple
24/29
L’automate CPU 216
• Programmation
Mot d’accès aux compteurs rapides
Octet 3 Octet 1
Octet 2 Octet 0
Fo Fa
HC1
Octet de commande
SM47.7 SM47.5
SM47.6 SM47.4 SM47.3 SM47.1
SM47.2 SM47.0
Niveau d’activité pour la mise à zéro
Niveau d’activité pour la démarrage
La vitesse de comptage
Commande de sens de comptage
Écriture de sens de comptage
Écriture de la nouvelle valeur prédéfinie
Écriture de la nouvelle valeur en cours
Validation du compteur rapide
25/29
L’automate CPU 216
 Octet d’état
SM46.7 SM46.5
SM46.6 SM46.4 SM46.3 SM46.1
SM46.2 SM46.0
Sens de comptage en cours
Valeur en cours égale valeur prédéfinie
Valeur en cours supérieur valeur prédéfinie
inutilisés
26/29
L’automate CPU 216
Transférer l’octet de commande
Configuration de HSC1 pour fréquence simple
Programmation de HSC1
Accès rapide à la valeur en cours
27/29
28/29
Jeudi 2 Juin 2005
L’automate CPU 216
Accès indirecte à la valeur en cours
Conclusion & Perspectives
Nous avons réalisé une carte d’interface pour mesurer
la position angulaire d’une arbre d’un moteur à courant
contenu équipé d’un codeur incrémental.
Programmation de l’automate CPU 216.
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  • 1. Université de Tunis ECOLE SUPERIEURE DES SCIENCES ET TECHNIQUES DE TUNIS Département de Génie Electrique ‫تونس‬ ‫جامعة‬ ‫ال‬ ‫والتقنيات‬ ‫للعلوم‬ ‫العليا‬ ‫مدرسة‬ ‫بتونس‬ ‫ا‬ ‫قسم‬ ‫الكهربا‬ ‫لهندسة‬ ‫ئية‬ P.F.E.N° :A.I.I.20/05 PROJET DE FIN D'ETUDES Maîtrise : Sciences et Techniques Spécialité : Automatique et informatique industriel Sujet: Réalisé par: Mohamed MESSAOUDI Mekki RAGGAD Encadré par: Mr Anis SELLAMI Mr Jalel ZRIDA Soutenu le: 04-05-2005 Composition du Jury: Mr H. JAAFER Mr L. GARGOURI Mr A. SELLAMI Mr J. ZRIDA Année 2004-2005 Synthèse et mise en œuvre d’une carte d’interface pour codeur incrémental
  • 2.
  • 3. Remerciements C’est avec un grand plaisir que nous réservons cette page en signe de gratitude et de profonde reconnaissance à tous ceux qui nous ont aidé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail. Nous remercions particulièrement nos encadreurs Anis SELLAMI & Jalel ZRIDA pour leur précieuse assistance, leur disponibilité et l'intérêt que nous a manifesté pour ce travail. Nous espérons qu’ils trouvent ici le témoignage de notre profonde gratitude. Nous remercions également les membres du jury qui ont pris la peine de juger ce modeste travail. Qu’ils trouvent ici l’expression de notre profond respect et des nos vifs remerciements! Nous remercions vivement tous les enseignants qui ont participé pour la formation qu’ils ont eu le soin de nous apporter le long de notre cursus universitaire. Enfin, nous espérons que ce travail sera à la hauteur de la confiance qu’ils nous ont donnée.
  • 4. Dédicace Je dédie ce travail Ames très chers parents ; Aucun acte ou expression ne pourra exprimer mes sentiments envers vous. Ames frères et mes sœurs ; Aucun mot ne pourra exprimer ma gratitude envers vous mes très chères frères et sœurs. Pour tout l’amour et le soutien que vous m’avez offert, je vous dis MERCI. Ames chers frères RIDHA, ABDESSALEM et SAMI ; Amon chers oncle Moncef ben Massoud et sa famille; Amon frère Amor ben Tillil, Mohamed Youssef et ma sœur Faten; Atoute ma famille ; Atous mes chers amis ; Atous ceux qui m’aiment ☺. … Mohamed 
  • 5. Dédicace Je dédie ce travail Amon père pour son affectation et ses sacrifices. A ma très chère mère que ce travail soit un témoignage de ma gratitude et ma reconnaissance pour l’amour qu’elle me donne. Que Dieu les protège et leurs procure bonne santé et longue vie. Ames frères et mes sœurs pour leurs soutiens et leurs encouragements. Ama petite sœur INSAF. A mes grands parents. Atous mes amis qui croient à notre bonne et sincère amitié. … Mekki 
  • 6. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -1- Table de matières I INTRODUCTION GENERALE.......................................................................................3 Chapitre I : Généralités sur les codeurs rotatifs...................................................................4 I.1. Introduction du codeur........................................................................................4 I.2 Le codeur absolu ................................................................................................5 I.3 Codeur incrémental ............................................................................................6 I.4 L’intérêt d’utilisation de codeur incrémental.......................................................8 I.5 L’exploitation de codeur incrémental..................................................................9 I.5.1. Traitement de signaux.....................................................................................9 I.5.2. Le choix de codeur........................................................................................11 I.6 Quelques exemples d’utilisation de ce codeur...................................................11 I.7 Les caractéristiques de codeur à utiliser ............................................................13 I.7.1 Les caractéristiques physiques ......................................................................13 I.7.2. Les caractéristiques techniques .....................................................................13 CHAPITRE II : Carte d’interface.....................................................................................14 II.1. Introduction......................................................................................................14 II.2. Limiteur de tension...........................................................................................14 II.3. Détecteur de fronts ...........................................................................................15 II.3.2. Détection de front montant............................................................................16 II.3.2. Détection de front descendant .......................................................................17 II.4. sommateur des impulsions................................................................................18 II.5. Diviseur de fréquence.......................................................................................19 II.6. Détecteur de sens..............................................................................................20 II.7. Le compteur des impulsions .............................................................................21 II.8. L’afficheur de nombre d’impulsion...................................................................23 II.9. L’amplificateur d’amplitude des signaux ..........................................................24 II.10. Conclusion....................................................................................................24 CHAPITRE III : L'utilisation de l'automate......................................................................26 Programmable CPU 216 ..................................................................................................26 III.1. Introduction..................................................................................................26
  • 7. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -2- III.2. Les différents types de compteurs .................................................................26 III.2.1. Le compteur incrémental CTU......................................................................26 III.2.2. Le compteur décrémental CTD .....................................................................27 III.2.3. Le compteur incrémental/décrémental...........................................................28 III.2.4. Les compteurs rapides ..................................................................................30 III.3. Les différents modes du compteur rapide......................................................32 III.3.1. Les modes 0,1 et 2........................................................................................32 III.3.2. Les modes 3, 4 et 5 .......................................................................................32 III.3.3. Les modes 6, 7 et 8 .......................................................................................33 III.3.4. Les modes 9, 10 et 11 ...................................................................................33 III.4. Choix du mode de compteur rapide...............................................................34 III.4.1. Choix des modes 3, 4 et 5 .............................................................................34 III.4.2. Choix des modes 10 de HSC1.......................................................................34 III.5. Le raccordement de codeur à l’automate.......................................................34 III.5.1. Les entrées utilisées ......................................................................................34 III.5.2. Le câblage en différant modes.......................................................................35 III.6. Programmation.............................................................................................36 III.6.1. Mot d’accès aux compteurs rapides...............................................................36 III.6.2. L’octet de commande de HSC1.....................................................................36 III.6.3. La valeur en cours et la valeur prédéfinie.....................................................37 III.6.4. L’octet d’état du compteur HSC1..................................................................38 III.6.5. Interruption...................................................................................................39 III.6.6. Initialisation, modes 9, 10 ou 11 ...................................................................39 III.6.7. Programme...................................................................................................41 III.7. CONCLUSION ............................................................................................44 Conclusion Générale........................................................................................................45 Bibliographies..................................................................................................................46 Annexes...........................................................................................................................47
  • 8. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -3- INTRODUCTION GENERALE Dans le cadre d’amélioration des connaissances des étudiants de l’Ecole Supérieure de Sciences et Techniques de Tunis concernant les codeurs incrémentaux, nous proposons une étude pratique autour de la manipulation du codeur incrémental. En effet, notre projet est intitulé « synthèse et mise en œuvre d’une carte d’interface pour codeur incrémental » dont les taches sont : - réalisation d’une carte d’interface pour l’acquisition des signaux numériques issus du codeur incrémental. - programmation sur l’automate programmable CPU 216. Ce travail sera utile pour déterminer la position angulaire, la vitesse et le sens de rotation d’un moteur à courant contenu équipé par un codeur incrémental. Notre travail suit une présentation, ou l’aspect pratique et l’aspect théorique sont liés, subdivisés en trois chapitres : - Un premier intitulé « Généralité sur les codeurs rotatifs » décrira les différents types des codeurs incrémentaux ainsi que leurs intérêts. - Un deuxième chapitre nommé «carte d’interface pour la mesure de position » présentera les blocs de carte réalisée. - L’utilisation de l’automate programmable CPU 216 sera décrite dans le troisième chapitre. - En fin, nous clôturons note rapport pour une conclusion générale ou nous résumons les différentes taches qui nous avons effectués .De même, nous présenterons les éventuelles perspectives de ce travail.
  • 9. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -4- Chapitre I : Généralités sur les codeurs rotatifs I.1. Introduction du codeur La mesure des déplacements, des positions et des vitesses de machines rotatives est un problème régulièrement rencontré dans l'industrie: robots, cisailles, machines-outils, bobineuses, .... Les systèmes de détection tout ou rien conventionnels (détecteurs inductifs ou capacitifs, interrupteurs de position, capteurs photoélectriques, ...) apportent souvent une solution suffisante dans la plupart des applications mais à partir du moment où il est important d'effectuer un nombre important de mesures de positions, ces systèmes arrivent très rapidement à saturation (au bout du rouleau). Il est important de résoudre tous ces problèmes à l'aide de capteurs dont le positionnement n'est plus maîtrisé par le capteur physique proprement dit mais bien par le système de traitement numérique qui leur est associé. Un codeur optique fréquemment utilisé dans les systèmes de contrôle moderne est une solution très performante pour résoudre ce type de problème. Il existe deux types de codeurs rotatifs : - le codeur absolu. - le codeur incrémental.
  • 10. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -5- I.2 Le codeur absolu Le codeur absolu est un capteur qui assure la conversion d’un déplacement linéaire ou rotatif à un signal digital programmé sous forme d’un code binaire (GRAY, BCD ou autre) de longueur « n » correspondant à 1/2n éme de tour, pour chaque position angulaire de l’axe. Ce codeur se compose d’un disque en matériau incassable possédant ‘n’ piste, chaque piste est divisé en alternances de secteurs réfléchissants et absorbants. Pour la lecture de code de différents postions, on trouve un coupleur photoélectrique par piste compose d’une diode électroluminescente qui donne un faisceau lumineux. Par étendu, ce faisceau sera détecté par une diode réceptrice se trouvant dans l’autre côté de piste, au moment de passage d’un secteur absorbant, le rôle du disque est d’agir comme un interrupteur de faisceau, alors que le nombre de pistes fixe le nombre de positions discrètes pouvant être définies : 1 piste=2 positions, 2 pistes=4 positions, 3 pistes=8 positions…n pistes=2 exp n positions. La piste intérieure est composée d’une moitié opaque et d’une moitié transparente. La lecture de cette piste, bit de poids le plus fort, MSB (Most Significant Bit), permet de déterminer dans quel demi-tour on se situe. La piste suivante est divisée en quatre quarts alternativement opaques et transparents. La lecture de cette piste combinée avec la lecture de la piste précédente permet alors de déterminer dans quel quart de tour (¼) on se situe. Les pistes suivantes permettent successivement de déterminer dans quel huitième de tour (1/8), seizième de tour (1/16), … etc.… on se situe. La piste extérieure donne la précision finale et est appelée LSB (Least Signifiant Bit) (bit de poids le plus faible). Cette piste comporte 2 puissances « n » points (2n) correspondant à la résolution du codeur. Il existe 2 gammes de codeurs absolus : - le codeur absolu simple tour qui donne une position absolue dans chaque tour. - Le codeur absolu multi tours, qui, comme le précédent, donne une position absolue dans chaque tour et permet grâce à un système supplémentaire d’axes secondaires d’indiquer le nombre de tours.
  • 11. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -6- Figure 1 : Les signaux de codeur absolu Figure 2 : schéma de codeur absolu I.3 Codeur incrémental Le codeur incrémental est un capteur de position angulaire ou linéaire, il est composé d’un disque strié par une ou deux pistes extérieures (les voies A et B) et une piste intérieure (le voie ‘’Top zéro’’) qui comporte un seul zone transparent. Les pistes extérieures sont divisées en ‘n’ zones transparentes et opaques alternativement places, autour de la circonférence de disque, plus qu’on augmente le nombre de zones, plus il y a de précision. Pour la lecture de chaque piste, on trouve une diode électroluminescente (émetteur) à côté de disque et une photodiode (récepteur) de l’autre côté. Lors de rotation de disque, Un faisceau lumineux émis par l’émetteur sera détecté par le récepteur chaque fois qu’une zone transparent passe entre les deux diodes et les signaux délivrés se présent, sous la forme de deux successions des impulsions (deux signaux carré) distinctes déphasées de 90°. Généralement, on ajoute un circuit électrique intègre dans l’emballage de codeur, pour amplifier les signaux détectés par le photoélectrique, avant d’être envoyer vers un système de traitement.
  • 12. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -7- Figure 3 : schémas de codeur incrémental Il existe principalement deux types de codeurs incrémental : * Les codeurs de base : 1 rangée striée A, et un "Top Zéro" Z. * Les codeurs avancés : 2 rangées striées A et B, et un "Top Zéro" Z est synchrone avec les signaux A et B, ces codeurs permettent de détecter les sens de rotation. La résolution ’n’ du codeur est le nombre d'impulsions que le codeur peut délivrer en un tour, c'est-à-dire le nombre de fentes. Figure 4 : schéma en coupe d’un codeur incrémental
  • 13. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -8- Tableau de blocs d’un codeur : Axe codeur MECANIQUE disque gradué OPTIQUE Lecture et signaux de sortie ELECTRONIQUE I.4 L’intérêt d’utilisation de codeur incrémental En pratique, le choix entre les deux types de codeur est limité par des objectifs de contrôle et d’économie. Dans une grande partie, la nécessité d’un codeur absolu est plus importante, puisque ce dernier est insensible aux coupures du réseau : la position du mobile est détenue dans un code qui est envoyé en parallèle au système de traitement et tout déplacement hors tension d'alimentation ne nécessite plus le recalage de la mécanique car le codeur absolu indique la nouvelle position dès qu'il est remis sous tension. Ce codeur donne une information de position absolue (pas besoin de référence). Mais, il est de conception électrique et mécanique très complexe. Il délivre les informations de position en parallèle ; son utilisation mobilisera donc un nombre important d'entrées du système de traitement (A.P.I. par exemple). Et d’autre part, il est très coûteux. Malgré que le codeur incrémental soit sensible aux coupures du réseau et aux parasites en ligne, un parasite peut être comptabilisé par le système de traitement comme une impulsion délivrée par le codeur, rester ce codeur parmi les meilleurs capteurs dans les systèmes de contrôle, à cause de sa simplicité en construction : une disque et nombre limite de photodiodes et la souplesse de traitement de signaux délivrés par ce codeur n’est qu’un simple comptage de deux séries des impulsions pour donner des informations concernant la position et la vitesse de l’axe de moteur. Avec un bas prix, ce type de codeur permet d’avoir une précision énorme. Pour montre l’importance de codeur incrémental par rapport au codeur absolu, on fait le Comparaison suivant :
  • 14. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -9- Type du codeur Incrémental Absolu Nombre de pistes 3 (A, B, Z) 9 (A, B, C, D, E, F, G, H, I) Nombre de capteurs(E-R) 3 9 Connecteur 5 broches utiles 11 broches utiles Nombre de points par tour 512 512 Information 1 tour Immédiate par Z Possible par décodage des pistes A, B, C... Information sens Facile à élaborer à partir des signaux A et B Possible Information vitesse Comptage sur A ou B Comptage sur A I.5 L’exploitation de codeur incrémental I.5.1. Traitement de signaux Pour exploiter les signaux délivrés par le codeur incrémental, on utilise un compteur ou décompteur des impulsions qui permet de donner d’information numérique proportionnelle au mouvement de l’axe de moteur tout en tenant compte du sens de rotation. En effet, chaque impulsion de voie A traduit un angle de déplacement à partir d’une position de référence cédée par le signal d’initialisation de comptage « top zéro ». Egalement, les impulsions générées par la voie A ou B, lorsqu'elles sont associées à une base de temps, permettent de déterminer la vitesse de rotation d'un mobile tel qu'un moteur, alors que le nombre de tour est déterminé par le comptage des impulsions de signal Top zéros. L'utilisation d'un codeur incrémental nécessite une mise à zéro du compteur à sa mise sous tension. Le déphasage de 90° électriques des signaux A et B aide à déterminer le sens de rotation : • Dans un sens pendant les fronts descendants du signal A, le signal B est à 0. • Dans l'autre sens pendant les fronts descendants du signal A, le signal B est à 1.
  • 15. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -10- Figure 5 : les signaux A et B La précision de l’angle de déplacement peut être interprété en considérant les trois cas, ordonnés selon leurs degrés croissant de précision, présentés ci- dessous : • Le système de traitement n’utilise que les fronts montants de la voie A (exploitation simple) dont la résolution est égale au nombre de points (n). • Le système de traitement utilise les fronts descendants et montants de la voie A (exploitation double) dont la résolution est multipliée par 2 (2 x n). • Le système de traitement utilise les voies A et B (exploitation quadruple) dont la résolution est multipliée par 4 (4 x n). Figure 6 : La détermination de résolution
  • 16. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -11- I.5.2. Le choix de codeur I.5.2.1. Calcul du nombre de points Sans tenir compte des jeux et imprécisions mécaniques, le nombre de points est calculé à l’aide des formules : • Mouvement circulaire Nombre de points = 360×1/Ps×Ra Avec : Ps = précision souhaitée en degré. Ra = rapport de réduction entre l’engrenage du mouvement entraînant le codeur et le dernier engrenage entraînant le mobile. • Mouvement de translation Nombre de points = 1/Ps×Ra×P Avec : Ps = précision souhaitée en mm. Ra= rapport de réduction entre l’engrenage du mouvement entraînant le codeur et le dernier engrenage entraînant le mobile. P = rapport de conversion du mouvement de rotation en mouvement de translation. I.5.2.2. Calcul de fréquence Dans le cas d’une mouvement circulaire F= 1/60×N×Ré Avec : N= vitesse d’utilisation de l’axe entraînant (en tr/mn). Ré = résolution souhaitée en période par tour (p/tr). I.6 Quelques exemples d’utilisation de ce codeur Le codeur est un transducteur destiné à toutes applications industrielles et professionnelles, adaptés à être utilisés sur les contrôles de processus industriels, robots, machines-outils, instruments de mesure, plotters, diviseurs, antennes, télescopes, etc. nous citions quelques applications d’utilisation :
  • 17. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -12- ❖ Le codeur est branché à chaque axe de moteur de bras d’un robot industriel pour détecter son angle et sa position. ❖ Il est exploité par un coupeur automatique pour détecter la position de sectionnement mesurée d’un papier à longueur défini. Figure7 : poste de coupeur automatique ❖ Il est utilisé dans une machine d’usinage à commande numérique pour déterminer les positions et les distances de travail. Figure 8: Machine d’usinage automatique
  • 18. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -13- I.7 Les caractéristiques de codeur à utiliser Dans notre projet, nous avons utilisé un codeur incrémental de caractéristiques suivantes : I.7.1 Les caractéristiques physiques La base de codeur en métal, les roulements et les arbres en acier inox offrent une bonne étanchéité aux agents extérieurs (poussière, huile, humidité etc.), un bon fonctionnement dans une plage étendue de température, une forte résolution associée à une réponse élevée en fréquence et un notable précision. La source de lumière LED à 100000 heures minimum de vie, la lecture par phototransistors en configuration «push-pull», les composants hybrides, le dimensionnement optimal des circuits et les nombreux contrôles de qualité à chaud et à froid leur confèrent une grande fiabilité. I.7.2. Les caractéristiques techniques − Tension d’alimentation varie entre 5v et 30v. − Tensions de signaux de sortie égalent à la tension d’alimentation. − Le nombre de points par tour égale 500 points/tour. − Le nombre de voie égale à 3 (les vois A, B et Top zéros). − Le déphasage électrique entre les vois A et B égale 90°. − La fréquence maximale égale 160 kHz. − La vitesse maximale de rotation égale 7200 tr/mn. − La résolution est 360/500=0.72°.
  • 19. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -14- CHAPITRE II : Carte d’interface II.1. Introduction L’importance de comptage des impulsions délivrées par les deux voies de codeur nécessite la réalisation d’une carte d’interface de mesure de position qui permette de compter et d’afficher le nombre d’impulsions. Cette carte est composée de six blocs principaux, un limiteur de tension, un détecteur de front, un sommateur des impulsions, un diviseur de fréquence, un compteur/décompteur et un afficheur. De plus on trouve un bloc secondeur qui permet d’amplifier l’amplitude de signaux. II.2. Limiteur de tension Le codeur qui nous avons exploité délivre des signaux d’amplitude 12 v, alors que le circuit «74123 » de notre carte fonctionne avec des signaux d’amplitude 5v. Pour cette raison, nous sommes obligé de diminuer l’amplitude de ces signaux à 5v en utilisant un circuit intègre « LM 319 » qui répond bien à nos buts. Le un circuit « LM 319 » est un comparateur de deux tensions. Montage Figure1 : limiteur de tension
  • 20. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -15- On a : Si V+ - V – > 0 alors Vs =+ Vsat Si V+ - V – < 0 alors Vs =+ Vsat Si V+ - V – = 0 alors il y a basculement V – = Ve Diviseur de tension V+ = R1/ (R1+R2)* Vs R1=R2=1K V+ =1/2* Vs donc si 1/2* Vs - Ve > 0 alors Vs = 5 v si 1/2* Vs - Ve < 0 alors Vs = 0 v Figure 2 : l’entrée et la sortie de limiteur de tension II.3. Détecteur de fronts Après avoir diminuer l’amplitude des fronts montants et descendants de voie A du codeur, il faut les détecter, pour cela nous avons utilisé deux monostables redéclenchables représentées par le circuit «74123 ». Ce circuit permet de donner une impulsion à chaque front montant ou descendant dont son largeur est déterminé en jouant sur les deux condensateurs et les deux résistances extérieurs. La fréquence maximale de codeur dans notre projet est égale à 10 KHz. Donc la période est Tm =1/10 103 s. Mais pour que tous les fronts seront détectés il faut diviser la période par 4 : Ti = Tm/4.
  • 21. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -16- - calcul de Cx et Rx : Le circuit « 74123 » fonctionne avec deux résistances peuvent varies entre 5K et 50K et pas de limite pour Cx, D’où la nécessité de fixés la valeur de deux condensateurs à 100 nF et de calculé le deux résistances. On a: Ti=K* Cx*Rx (1+0.7/ Rx). Ti : largeur d’impulsion. Rx: résistance externe. Cx: condensateur externe. K : constante pour « 74123 ». or Ti=4 10-4 s. Ti=K* Cx*Rx (1+0.7/ Rx). Ti=K* Cx (Rx +0.7). Rx= Ti / K* Cx - 0.7. Rx=15 K . Le circuit de détection est composé de deux multivibrateurs, un pour détecter le front montant de signal A et l’autre pour le front descendant. II.3.2. Détection de front montant • Schéma de montage : Figure3 : Détecteur de front montant
  • 22. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -17- • Diagramme : Figure 4 : l’entrée et la sortie de détecteur de front montant II.3.2. Détection de front descendant • Schéma de montage : Figure 5 : Détecteur de front descendant • Diagramme : Figure 6 :l’entrée et la sortie de détecteur de front descendant
  • 23. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -18- Figure 7 : schéma de circuit intègre 74123 II.4. sommateur des impulsions Dans le but d’augmenter la résolution du codeur, on se propose de faire la sommation des impulsions. Celle ci peut s’effectuer de trois manières différentes : l’utilisation d’une série d’impulsions de fronts montants ou descendants d’une voie, la sommation de deux séries d’impulsions de fronts d’une seul voie et le dernièr cas est la sommation de quatre séries d’impulsions de fronts montants et descendants de deux voies A et B. Dans notre étude, nous avons choisi le deuxième cas puisqu’il donne une meilleure précision que le premier cas tout en étant moins complexe que le troisième cas. Cette sommation est réalisée par le circuit intègre « 7432 » qui comporte quatre fonctions logiques OU (OR). Nous avons utilisé les deux broches d’entrées 4, 5 et la broche de sortie 6. Figure 8 : un quart de circuit 7432 (ou)
  • 24. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -19- Figure 9 : chronogramme d’entré/sortie de sommateur II.5. Diviseur de fréquence Les signaux sortants de sommateur ont des faibles périodes, donc il est difficile de visualiser le comptage. Pour cela, nous avons augmenté leurs périodes en ajoutant un diviseur de fréquence après le sommateur. Ce diviseur de fréquence basée sur le circuit intègre « 7493 », qu’est en principe un compteur décimal. Nous avons effectué des essais sur ce circuit pour obtenir un diviseur de fréquence de rapport ½ si on utilise la sortie QA (la broche 12), un rapport ¼ si on exploite la sortie QB (broche 9), un rapport de 1/8 si on choisie la sortie QC (broche 8) et un rapport de 1/16 si on connecte la sortie QD (broche 11). Figure 10 : diviseur de fréquence
  • 25. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -20- Dans notre projet, le nombre d’impulsions peut attendre 1000 impulsions par tour donc un rapport de 1/4 est nécessaire pour ne pas dépasser la capacité de comptage. Chronogramme Figure 11 : signaux entre/sortie de diviseur de fréquence II.6. Détecteur de sens Pour savoir le sens de rotation de moteur, nous avons exploité le déphasage de 90° entre les deux signaux du codeur en utilisant le circuit intégré 7474 qui comporte deux bascules D. Nous avons branché le voie A du codeur à la broche D1 (patte 2), la voie B à la broche C1 (patte 3) et les broches S et R (respectivement les pattes 4 et 1) sont reliées aux +Vcc alors que la sortie est donnée par la broche Q (patte 5). Les deux sens sont détermines comme suite : ➢ le sens (1), pendant le front montant du signal A, le signal B est à 0. ➢ Le sens (2), pendant le front montant du signal A, le signal B est à 1. Figure 12 : Schéma de circuit intègre « 7474 »
  • 26. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -21- Chronogramme Figure 13 : Sens 1 Figure 14 : Sens 2 II.7. Le compteur des impulsions Le système de comptage est basé sur trois circuits intègres 74190, il joue le rôle d’un compteur de 12 bits qui permet de compter (212 -1) positions pour un tour de moteur. Alors que dans notre carte et après l’étage de diviseur de fréquence,
  • 27. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -22- nous avons besoin d’un compteur de 250 impulsions, en associant les circuits 74190 en série pour sortir le résultat sur douze bits. Dans ce qui suit nous allons présenter l’analyse et l’exploitation de circuit 74190, en effet, les entrées de ce circuit sont A, B, C et D, permettant de donner le premier nombre de comptage ou décomptage, sont liés à la masse afin d’initialiser le compteur à zéro après chaque tour. Les quatre bits de sortie seront donnés par les broches QA, QB, QC et QD, à connecter à l’afficheur. La broche LOAD branché au « top zéro » (après le passage de ce dernier par un inverseur porte non) fonctionne au niveau bas et force les sorties de suivre les entrées (QA → A, QB → B, QC → C et QD → D). Le signal, à compter ou décompter, connecté à la borne CLK du premier circuit, alors que le bit de sens de rotation a relié au borne D/U puisqu’il permet de mettre le compteur au mode comptage ou décomptage ainsi que la broche de blocage CTEN est relié à la masse. La broche max/min permet de donner une impulsion de niveau haut lorsque le comptage atteint sa valeur maximale ou lorsque le décomptage abouti à sa valeur minimale. La broche RCO est une sortie qui fournisse une impulsion au niveau bas pour chaque changement de comptage en comptage ou inversement. Cette broche permet de mettre les trois circuits intégrés en séries si l’on branche à celle de CLK du circuit qu’il la suit. Alors que le signal sortant de la bascule D (sens de rotation) et le « top zéro » sont affectés parallèlement aux trois circuits. Figure 15 : Compteur/décompteur
  • 28. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -23- II.8. L’afficheur de nombre d’impulsion Pour visualiser les valeurs des impulsions données par le compteur nous avons introduit un bloc d’affichage. Généralement pour utiliser un afficheur sept segments, il est nécessaire de disposer d’un décodeur qui change le code BCD en un code de contrôle de l’afficheur, cet afficheur est composé de sept diodes électroluminescentes pour exposer un chiffre. Il existe deux types des afficheurs a anode ou cathode commune, ceci pour l’unité leurs nombres de pattes. Les différents diodes ont leurs anodes (ou bien cathodes) reliées en un seul point. Les autres pattes servent à la commande d’allumage des différents segments ainsi que du point décimal. Pour notre module d’affichage on utilise trois afficheurs sept segments de type anode commune au but d’exposer trois chiffres. Donc l’afficheur allume un segment désiré quand un niveau bas est appliquer à sa cathode. Nous avons utilisé le circuit 7447comme décodeur de bits donnés par les compteurs. Figure 15 : afficheur 7 segments Figure 16 : décodeur à anode commun
  • 29. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -24- II.9. L’amplificateur d’amplitude des signaux Pour exploiter les signaux du bloc sommation d’impulsions et le bloc détecteur de sens par l’automate CPU 216, nous avons ajouté un bloc d’amplification représenté par un « optocouplers » TIL111 qui amplifie les amplitudes de ces signaux d’un valeur égale à 5V à un valeur égale 24V. II.10. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté les différents blocs de notre carte qui compte et affiche le nombre d’impulsions délivré par le codeur.
  • 30. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -25-
  • 31. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -26- CHAPITRE III : L'utilisation de l'automate Programmable CPU 216 III.1. Introduction Parmi les moyens du comptage des impulsions de codeur incrémental, on trouve l’utilisation du logicielle de programmation STEP7 Micro Win et l’automate programmable CPU216. III.2. Les différents types de compteurs III.2.1. Le compteur incrémental CTU III.2.1.1. Définition Le compteur incrémental incrémente, en cas de front montant, à partir de la valeur en cours de l'entrée incrémentation CU. Cette valeur en cours de compteur incrémental correspond à la valeur de comptage en vigueur, il existe aussi une autre valeur prédéfinie PV qui est donnée par l'utilisateur qui sera comparer à la valeur en cours à chaque exécution de comptage, si la valeur en cours est inférieur à la valeur prédéfinie le bit de compteur (bit c) est désactivé ; égale à zéro, mais si elle est supérieure ou égale à la valeur prédéfinie le bit de compteur est activé dévient égale à1. Le compteur est remis à zéro lorsque la remise à zéro (R) est activée ou que l'opération "mettre à 0" est exécutée, ce dernier met à zéro le bit de compteur et la valeur en cours. Ce compteur s'arrête lorsqu'il atteint la valeur maximale qui est égale à 32 767.
  • 32. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -27- III.2.1.2. Schéma de compteur incrémental Figure1 : compteur incrémental Cxxx : de 0 à 255. CU : l’entrée d’incrémentation. R : l’entrée de remise à zéro. PV : l’entrée de valeur prédéfinie. III.2.1.2. Chronogramme Figure 2 : fonctionnement de compteur incrémental III.2.2. Le compteur décrémental CTD III.2.2.1. Définition De même il y a un compteur décrémental qu’a le même fonctionnement qu’un compteur incrémental sauf que ce compteur décrémente en partant de la valeur en cours de chaque front montant de l’entrée de décrémentation CD.
  • 33. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -28- III.2.2.2. Schéma compteur décrémental Figure 3 : compteur décrémental CD : l’entrée de décrémentation. R : l’entrée de remise à zéro. PV : l’entrée de valeur prédéfinie. III.2.2.3. Chronogramme Figure 4 : fonctionnement de compteur décrémental III.2.3. Le compteur incrémental/décrémental III.2.3.1. Définition Le compteur incrémental/décrémental exécute l’opération d’incrémentation en cas de front montant à l’entée d’incrémentation CU, il décrémente aussi en cas en cas de front montant mais à l’entée décrémentation CD, lorsqu’il atteint la valeur maximale (32 767) le front montant suivant à l’entée d’incrémentation fait prendre à la valeur en cours la valeur minimale (-32 768). Lorsque cette dernière valeur est atteinte, le front montant décrémentation fait prendre à la valeur maximale.
  • 34. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -29- III.2.3.2. Schéma de compteur incrémental/décrémental Figure 5 : compteur incrémental/décrémental CU : l’entée d’incrémentation. CD : l’entrée de décrémentation. R : l’entrée de remise à zéro. PV : l’entrée de valeur prédéfinie. III.2.3.3. Chronogramme Figure 6 : fonctionnement de compteur incrémental/décrémental
  • 35. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -30- III.2.4. Les compteurs rapides III.2.4.1. Définition Les compteurs rapides comptent les événements rapides, sont indiqués HSC et il existe trois types des compteurs rapides : - HSC0 est un compteur logiciel incrémental/décrémental qui fonctionne avec une entrée d’horloge unique, sa fréquence de comptage maximale égale 2 kHz. - HSC1 et HSC2 sont des compteurs matériels universels, chaque un a des entrées réservées aux horloges, à la commande du sens de comptage, à la mise à zéro et au démarrage. La fréquence de HSC1 et HSC2 dépend de type de CPU (20 Hz pour CPU 216). Figure 7 : compteur rapide HSC : 0 à 2. MODE : 0 pour HSC0. 0 à 11 pour HSC1 et HSC2. N : le numéro de compteur rapide : 0 à 2. III.2.4.2. Domaine d’utilisation de compteur rapide La majorité des compteurs rapides sont utilisés essentiellement pour les dispositifs de comptage, où un arbre en rotation menue d’un codeur angulaire incrémental. Les horloges et l’impulsion de remise à zéro du codeur incrémental les entrées du compteur rapide. Le compteur est défini de telle façon qu’une interruption est générée si la valeur en cours est égalé à la valeur prédéfinie ainsi que si une remise à zéro a lieu.
  • 36. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -31- III.2.4.3. Le chronogramme de fonctionnement des compteurs rapides Chaque compteur rapide fonctionne selon sa catégorie : ✓ Fonctionnement avec mise à zéro et sans démarrage Si l’interruption de mise à 0 est générée la valeur de comptage en cours égale à zéro. ✓ Fonctionnement avec mise à zéro et avec démarrage Si le démarrage et la remise à zéro sont à niveau haut, la valeur de comptage en cours prend la valeur zéro, mais si le deux sont au niveau bas ou de deux niveaux différents la valeur de comptage en cours comprit entre +2 147 483 647 et –2 147 483 648.
  • 37. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -32- III.3. Les différents modes du compteur rapide Le compteur rapide HSC0 à un seul mode qui est le mode zéro, et HSC1 et HSC2 peuvent être configurés par parmi douze modes de fonctionnement. III.3.1. Les modes 0,1 et 2 Ces quatre modes fonctionnent de la même façon, le schéma suivant présente leur diagramme de fonctionnement. Figure 8 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 0,1et 2 L’incrémentation commence lors de la rencontre du premier front montant et la commande interne de sens de comptage égale à 1 (1 : incrémentation), il s’inverse à partir du premier front montant où la commande interne de sens de comptage égale à 0 (0 : décrémentation). III.3.2. Les modes 3, 4 et 5 Les modes 3, 4 et 5 fonctionnent par une seule horloge (trains d’impulsion) et une commande externe de sens de comptage. Diagramme de fonctionnement Figure 9 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 3,4et 5
  • 38. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -33- III.3.3. Les modes 6, 7 et 8 Les modes 6, 7 et 8 fonctionnent par deux horloges une horloge d’incrémentation et l’autre de décrémentation. Figure 10 : Diagramme de fonctionnement pour les modes 6,7et 8 III.3.4. Les modes 9, 10 et 11 Ces modes fonctionnent avec deux entrées d’horloges A et B en quadrature de phase ; en mode 9 on utilise seulement les phases A et B, par contre au mode 10 on ajoute la remise à zéro, mais le démarrage est utilisé seulement dans le mode 11. Les modes 9, 10 et 11 sont utilisés en deux types de fréquences. Figure 11 : Diagramme de fonctionnement avec fréquence simple pour les modes 9,10 et 11
  • 39. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -34- Figure 12 : Diagramme de fonctionnement avec fréquence quadruple pour les modes les modes 9,10 et 11 III.4. Choix du mode de compteur rapide Le compteur incrémental / décrémental ne peut pas compter les événements rapides qui ne peuvent pas être gérés aux temps de cycle de CPU. Pour cela on va utiliser le compteur rapide qui compte ces événements. III.4.1. Choix des modes 3, 4 et 5 Dans notre carte d’interface, la sortie de circuit (74123) est de la forme d’un train d’impulsion que nous avons utilisé comme une horloge. De plus, la sortie de bascule D (circuit 7474) qui donne le sens de rotation de moteur donc on peut. Comme commande externe du sens de comptage, dans ces conditions on choisit les modes 3, 4 et 5 HSC1 et HSC2. III.4.2. Choix des modes 10 de HSC1 Puisque, le codeur incrémental nous délivre trois signaux ; la phase A, la phase B et la remise à zéro donc on va utiliser le mode 10 en fréquence simple ou en fréquence quadruple. III.5. Le raccordement de codeur à l’automate III.5.1. Les entrées utilisées Compteur rapide Les entrées utilisées HSC0 I0.0 HSC1 I0.6, I0.7, I1.0, I1.1 HSC2 I1.2, I1.3, I1.4, I1.5
  • 40. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -35- III.5.2. Le câblage en différant modes HSC1 MODE I0.6 I0.7 I1.0 I1.1 0 Horloge 1 Horloge Mise à zéro 2 Horloge Mise à zéro Démarrage 3 Horloge Sens de comptage 4 Horloge Sens de comptage Mise à zéro 5 Horloge Sens de comptage Mise à zéro Démarrage 6 Horloge (incrémentation) Horloge (décrémentation) 7 Horloge (incrémentation) Horloge (décrémentation) Mise à zéro 8 Horloge (incrémentation) Horloge (décrémentation) Mise à zéro Démarrage 9 Horloge phase A Horloge phase B 10 Horloge phase A Horloge phase B Mise à zéro 11 Horloge phase A Horloge phase B Mise à zéro Démarrage
  • 41. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -36- III.6. Programmation III.6.1. Mot d’accès aux compteurs rapides Les compteurs rapides sont conçus pour compter les événements plus rapidement que la CPU ne peut les échantillonner. Ils ont une valeur de comptage (ou valeur en cours) entière signée de 32 bits. Pour y accéder, on indique l’adresse du compteur rapide, comprenant l’identificateur de zone HC et le numéro du compteur (HC0, par exemple). On ne peut accéder qu’en lecture à la valeur en cours des compteurs rapides et qu’en format de double mot (32 bits). Format : HC [numéro du compteur rapide] HC1 Octet de poids fort HC1 Octet de poids faible Octet 3 Octet 2 Octet 1 Octet 0 Figure 13 : Accès aux valeurs en cours des compteurs rapides III.6.2. L’octet de commande de HSC1 Le compteur rapide HSC1 a un octet de commande (SMB47) divisé en deux parties. La première partie comporte trois bits réservés à la configuration d’état actif pour les entrées de mise à zéro et de démarrage et pour sélectionner la fréquence de comptage simple ou quadruple. La deuxième partie comporte cinq bits permettant de programmer les paramètres dynamiques du compteur. SM47.7 SM47.6 SM47.5 SM47.4 SM47.3 SM47.2 SM47.1 SM47.0 Figure 14 : Octet de commande SMB47
  • 42. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -37- HSC1 Description Utilisation SM47.0 Bit de commande du niveau d’activité pour la mise à zéro : 0 = haut, 1 = bas. Non utilisé après exécution de HDEF. SM47.1 Bit de commande du niveau d’activité pour le démarrage : 0 = haut, 1 = bas. SM47.2 Sélection de la vitesse de comptage pour compteurs en quadrature de phase : 0 = fréquence quadruple, 1 = fréquence simple. SM47.3 Bit de commande du sens de comptage : 0 = décrémentation, 1 = incrémentation. liée à l’exécution de l’opération HDEF. SM47.4 Ecrire sens de comptage dans le compteur rapide : 0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour du sens de comptage. SM47.5 Ecrire nouvelle valeur prédéfinie dans le compteur rapide : 0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour de la valeur prédéfinie. SM47.6 Ecrire nouvelle valeur en cours dans le compteur rapide : 0 = pas de mise à jour, 1 = mise à jour de la valeur en cours. SM47.7 Valider le compteur rapide : 0 = inhiber, 1 = valider Tableau 1 : Bits de commande pour HSC1 III.6.3. La valeur en cours et la valeur prédéfinie Chaque valeur en cours et valeur prédéfinie de compteur rapide HSC1 sont composées de 32 bits. Pour charger de nouvelles valeurs au compteur, il faut définir l’octet de commande et les doubles mots de mémentos spéciaux contenant les deux valeurs en cours et prédéfinie en conséquence, puis on exécute l’opération HSC. Il est possible de lire les deux valeurs à l’aide du type de données HC (valeur en cours de compteur rapide) suivi du numéro du compteur, par exemple HC1.
  • 43. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -38- HSC1 Description SM48 Octet de poids fort de la nouvelle valeur en cours de 32 bits. SM49 Second octet de poids fort de la nouvelle valeur en cours de 32 bits. SM50 Second octet de poids faible de la nouvelle valeur en cours de 32 bits. SM51 Octet de poids faible de la nouvelle valeur en cours de 32 bits. Tableau 2 : Valeur en cours pour HSC1 HSC1 Description SM52 Octet de poids fort de la nouvelle valeur prédéfinie de 32 bits. SM53 Second octet de poids fort de la nouvelle valeur prédéfinie de 32 bits. SM54 Second octet de poids faible de la nouvelle valeur prédéfinie de 32 bits. SM55 Octet de poids faible de la nouvelle valeur prédéfinie de 32bits. Tableau 3 : Valeur prédéfinie pour HSC1 III.6.4. L’octet d’état du compteur HSC1 Pour découvrir le sens de comptage en cours, le compteur rapide HSC1 présente un octet d’état qu’indique si la valeur en cours est égale à la valeur prédéfinie ou si elle lui est supérieure. HSC1 Description SM46.0 Inutilisé. SM46.1 Inutilisé. SM46.2 Inutilisé. SM46.3 Inutilisé. SM46.4 Inutilisé. SM46.5 Bit d’état « Sens de comptage en cours » : 0 = décrémentation, 1 = incrémentation. SM46.6 Bit d’état « Valeur en cours égale à valeur prédéfinie » : 0 = différente, 1 = égale. SM46.7 Bit d’état « Valeur en cours supérieure à valeur prédéfinie » : 0 = inférieure ou égale, 1 = supérieure. Tableau 3 : Octet d’état
  • 44. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -39- III.6.5. Interruption Il existe trois conditions d’interruption pour HSC1 lorsque: - le sens de comptage est modifié. - la valeur en cours égale la valeur prédéfinie. - la mise à zéro externe est activée. III.6.6. Initialisation, modes 9, 10 ou 11 La procédure suivante décrit comment initialiser HSC1 comme compteur en quadrature de phase A/B (modes 9, 10 ou 11). 1. Appelez, à l’aide du mémento « Premier cycle », un sous-programme où l’initialisation est exécutée. 2. Dans le sous-programme d’initialisation, chargez dans SMB47 les valeurs correspondant au fonctionnement désiré. ➢ Exemple (vitesse de comptage simple) : Règle l’activité d’entrée de mise à zéro au niveau haut : SM47.0=0. Règle l’activité d’entrée de démarrage au niveau haut : SM47.1=0. Vitesse de comptage simple : SM47.2=1. Définit l’incrémentation comme sens de comptage initial : SM47.3=1. Mise à jour de sens de comptage : SM47.4=1. Mise à jour de la valeur prédéfinie : SM47.5=1. Mise à jour de la valeur en cours : SM47.6=1. Valider le compteur rapide : SM47.7=1. SMB47 1 1 1 1 1 1 0 0 F C SMB47 = 16#FC
  • 45. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -40- ➢ Exemple (vitesse de comptage quadruple) : Règle l’activité d’entrée de mise à zéro au niveau haut : SM47.0=0. Règle l’activité d’entrée de démarrage au niveau haut : SM47.1=0. Vitesse de comptage simple : SM47.2=0. Définit l’incrémentation comme sens de comptage initial : SM47.3=1. Mise à jour de sens de comptage : SM47.4=1. Mise à jour de la valeur prédéfinie : SM47.5=1. Mise à jour de la valeur en cours : SM47.6=1. Valider le compteur rapide : SM47.7=1. SMB47 1 1 1 1 1 0 0 0 F 8 SMB47=16#F8 3. Exécutez l’opération HDEF avec l’entrée HSC à 1 et l’entrée MODE aux valeurs suivantes : 9, 10 ou bien 11. 4. Chargez la valeur en cours désirée – 0 pour l’effacer – dans SMD48 (double mot). 5. Chargez la valeur prédéfinie désirée dans SMD52 (double mot). 6. Détection si la valeur en cours est égale à la valeur prédéfinie, avec un programme d’interruption en associant l’événement 13 (Valeur en cours égale à valeur prédéfinie). 7. Détection de changement de sens de comptage, avec un programme d’interruption en associant l’événement 14 (Sens de comptage modifié). 8. Détection de mise à zéro externe, programmez une interruption en associant l’événement d’interruption 15 (Mise à zéro externe). 9. Exécuter l’opération ENI (Valider tous les événements d’interruption) afin de valider les interruptions pour HSC1. 10. Exécuter l’opération HSC afin que le S7-200 programme le compteur HSC1. 11. Quittez le sous-programme.
  • 46. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -41- III.6.7. Programme III.6.7.1. Programme 1
  • 47. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -42-
  • 48. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -43- III.6.7.2. Programme 2
  • 49. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -44- III.7. CONCLUSION A partir de l’analyse de compteur rapide (HSC) intégré dans les opérations de logiciel STEP7 Micro Win, nous avons pu réaliser un programme, pour l’automate programmable CPU216, qui compte les impulsions de codeur incrémental.
  • 50. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -45- Conclusion Générale Notre travail a consisté à réaliser une carte d’interface pour la mesure de la position de moteur à courant contenu menu d’un codeur incrémental. Afin d’élaborer cette carte nous avons suivis une méthodologie organisée en trois étapes. En premier lieu, nous avons effectué une recherche concernant les codeurs incrémentaux pour mieux comprendre comment les exploiter, leurs avantages par rapport aux autres capteurs, et l’importance d’utilisation des signaux générés par leurs voies. En second lieu, nous avons réalisé une carte d’interface composée d’un limiteur de tension, détecteur des fronts, diviseur de fréquence, compteur, détecteur de sens et affichage. Finalement, on a fait recours au compteur rapide intégré dans le logiciel STEP7 pour programmer l’automate programmable CPU 216.
  • 51. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -46- Bibliographies [1] J.C. Chauveau, G.Chevalier « Mémotech électronique composants » 3ème édition. Juillet 94 [2] Lamari Kawthar & Boukhari Zohayer « Commande de la position angulaire d’un bras de tri ». (Projet de fin d’étude 97/98 I.S.E.T Nabeul).
  • 52. E.S.S.T.T A.U 2004-2005 Projet de Fin d’Etudes -47- Annexes
  • 53.
  • 54. Résumé Ce mémoire s’attachera à réaliser une carte d’interface pour un codeur incrémental couplé à l’arbre d’un moteur à courant contenu. Ce travail est organisé en trois parties, la première représente une recherche sur les différents codeurs rotatifs, la seconde est la réalisation de la carte d’interface pour la mesure de la position, et finalement la troisième est la programmation sur STEP 7 de l’automate programmable CPU 216.
  • 55. École Supérieure des Sciences et Techniques de Tunis PROJET FIN D’ETUDE Élaboré par : Mohamed MASSAOUDI & Mekki RAGGAD Synthèse et Mise en Oeuvre D’une Carte D’interface pour Codeur incrémental Encadré par : Mr: Anis SELLAMI & Mr: Jalel ZRIDA
  • 56. PLAN Objectifs visés Généralités sur les codeurs rotatifs Réalisation de la carte d’interface Programmation de l’automate CPU 216 Conclusion & Perspectives 1/29 4 Juin 2005
  • 57. Objectifs Visés 2/29 4 Juin 2005 Réalisation d’une carte d’interface pour l’acquisition des signaux numériques issus du codeur incrémental. Programmation de l’automate CPU 216.
  • 58. codeur absolu Généralités sur les codeurs rotatifs 3/29 4 Juin 2005 • Les types des codeurs rotatifs: Codeur incrémental
  • 59. Généralités sur les codeurs rotatifs 4/29 4 Juin 2005 • Définition du codeur incrémental disque diode électro- luminisante Photodiode arbre Signaux de voies (a,b,top zéro)
  • 60. Généralités sur les codeurs rotatifs 5/29 4 Juin 2005 • Les signaux de sortie
  • 61. Généralités sur les codeurs rotatifs 6/29 4 Juin 2005 •Exploitions du codeur  Détermination de la vitesse  Détermination de la position  Détermination de sens
  • 62. Généralités sur les codeurs rotatifs 7/29 4 Juin 2005  Détermination de la résolution
  • 63. Généralités sur les codeurs rotatifs 8/29 4 Juin 2005 • Caractéristiques du codeur utilisé Tension d’alimentation varie entre 5v et 30v. Tensions de signaux de sortie égalent à la tension d’alimentation. La résolution est 360/500=0.72°. Le nombre de points par tour égale 500 points/tour. Le nombre de voie égale à 3 (les vois A, B et Top zéros). Le déphasage électrique entre les vois A et B égale 90°. La vitesse maximale de rotation égale 7200 tr/mn. La fréquence maximale égale 160 kHz.
  • 64. Réalisation de la carte d’interface 9/29 4 Juin 2005 Limiteur de tension Détecteur de fronts. Le compteur d’impulsions décodeur Détecteur de sens Afficheur Amplificateur Sommateur d’impulsions Diviseur de fréquence Amplificateur
  • 65. Réalisation de la carte d’interface 10/29 4 Juin 2005 • Limiteur de tension Montage Diagramme
  • 66. Réalisation de la carte d’interface 11/29 4 Juin 2005 •Détecteur de fronts fronts montants Montage Diagramme
  • 67. Réalisation de la carte d’interface 12/29 4 Juin 2005 •Détecteur de fronts fronts descendants Montage Diagramme
  • 68. Réalisation de la carte d’interface 13/29 4 Juin 2005 •Sommatuer de tension Montage Diagramme
  • 69. Réalisation de la carte d’interface 14/29 4 Juin 2005 •Diviseur de fréquence Montage Diagramme
  • 70. Réalisation de la carte d’interface 15/29 4 Juin 2005 •Détecteur de sens Montage Diagramme sens 1
  • 71. Réalisation de la carte d’interface 16/29 4 Juin 2005 •Détecteur de sens Montage Diagramme sens 2
  • 72. Réalisation de la carte d’interface 17/29 4 Juin 2005 • Compteur Qc Q Top zéro GND 74190 A 15 B 1 C 10 D 9 CLK 14 G 4 D/U 5 LOAD 11 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 RCO 13 MX/MN 12 74190 A 15 B 1 C 10 D 9 CLK 14 G 4 D/U 5 LOAD 11 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 RCO 13 MX/MN 12 74190 A 15 B 1 C 10 D 9 CLK 14 G 4 D/U 5 LOAD 11 QA 3 QB 2 QC 6 QD 7 RCO 13 MX/MN 12
  • 73. Réalisation de la carte d’interface 18/29 4 Juin 2005 • Décodeur et L’afficheur Montage de décodeur
  • 74. Réalisation de la carte d’interface 19/29 4 Juin 2005 • L’amplificateur Ve 24 V Vs TIL111 R R GND GND GND
  • 75. Schéma de la carte réalisée 20/29 4 Juin 2005
  • 76. L’automate CPU 216 21/29 4 Juin 2005 • Compteur incrémental/décrémental l’entée d’incrémentation l’entrée de décrémentation l’entrée de remise à zéro l’entrée de valeur prédéfinie • Compteur rapide 0 à 2 0 à 11 0 à 2
  • 77. L’automate CPU 216 • fonctionnement de compteur rapide Avec mise à zéro et sans démarrage Avec mise à zéro et sans démarrage 22/29
  • 78. L’automate CPU 216 • Les différents modes du compteur HSC1 Modes 0, 1 et 2 Modes 3, 4 et 5 23/29
  • 79. L’automate CPU 216 • Les différents modes du compteur HSC1 Modes 6, 7 et 8 Modes 9, 10 et 11 avec fréquence simple 24/29
  • 80. L’automate CPU 216 • Programmation Mot d’accès aux compteurs rapides Octet 3 Octet 1 Octet 2 Octet 0 Fo Fa HC1 Octet de commande SM47.7 SM47.5 SM47.6 SM47.4 SM47.3 SM47.1 SM47.2 SM47.0 Niveau d’activité pour la mise à zéro Niveau d’activité pour la démarrage La vitesse de comptage Commande de sens de comptage Écriture de sens de comptage Écriture de la nouvelle valeur prédéfinie Écriture de la nouvelle valeur en cours Validation du compteur rapide 25/29
  • 81. L’automate CPU 216  Octet d’état SM46.7 SM46.5 SM46.6 SM46.4 SM46.3 SM46.1 SM46.2 SM46.0 Sens de comptage en cours Valeur en cours égale valeur prédéfinie Valeur en cours supérieur valeur prédéfinie inutilisés 26/29
  • 82. L’automate CPU 216 Transférer l’octet de commande Configuration de HSC1 pour fréquence simple Programmation de HSC1 Accès rapide à la valeur en cours 27/29
  • 83. 28/29 Jeudi 2 Juin 2005 L’automate CPU 216 Accès indirecte à la valeur en cours
  • 84. Conclusion & Perspectives Nous avons réalisé une carte d’interface pour mesurer la position angulaire d’une arbre d’un moteur à courant contenu équipé d’un codeur incrémental. Programmation de l’automate CPU 216. Afin d’améliorer notre travail, nous envisageons des recherches ultérieures concernant la détermination de la vitesse d’un moteur. 29/29