La chaîne d'information

Les systèmes mécatroniques peuvent être modélisés sous la forme d'une chaîne d'énergie et d'une chaîne d'information. Ces chaînes sont composées de blocs fonctionnels élémentaires qui peuvent s'agencer de différentes manières .

La chaîne d'information permet d'acquérir des informations issues du système ou de l'extérieur, de les traiter et de les communiquer sous forme d'ordres à la chaîne d'énergie ou sous forme d'informations destinées à l'extérieur. Les blocs de cette chaîne sont: Acquérir, Traiter et Communiquer

Fonction ACQUERIR

La fonction ACQUERIR convertit et adapte une grandeur physique (position, vitesse, pression, intensité lumineuse…) ou une information émise par l’utilisateur.

L'information est ensuite transmise à l'aide d'un signal électrique qui peut être une tension électrique (en général) ou un courant électrique.

L’information émise par l’utilisateur est obtenue par une interface HOMME/MACHINE.

Les capteurs transforment l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable.

Elle peut être de nature :

• Logique : l'information qui ne peut prendre que deux états (0 ou 1, état bas ou état haut), on parle également d'information Tout Ou Rien (TOR). Cette information sera transmise par un signal logique.

• Analogique : l'information dont l'état varie de manière continue au cours du temps en prenant une infinité de valeurs. Cette information sera transmise par un signal analogique.

• Numérique : l'information prend un nombre limité de valeurs. Cette information sera transmise par plusieurs signaux logiques.

L'image de la grandeur physique est obtenue par une famille de constituants appelée CAPTEUR.

• Un capteur qui fournit un signal logique est appelé un détecteur.

• Un capteur qui fournit un signal numérique est appelé un codeur.

• Un capteur qui fournit un signal analogique est appelé un capteur.

Les différents types de capteurs

Les capteurs TOR

Les capteurs TOR possèdent un ou des contact(s) qui change(nt) d'état lors de la détection. Exemples:

Les capteurs analogiques

Les capteurs analogiques utilisent différentes technologies suivant le type de grandeur à mesurer.

Les capteurs numériques

Les codeurs sont des capteurs rotatifs qui détectent la position angulaire. lis sont solidaires de l'arbre tournant du système à contrôler. Il en existe 2 types:

Fonction TRAITER

La fonction TRAITER est assurée par la partie commande. Il existe 2 types de traitements :

1.le traitement câblé : réalisé par le câblage de composants électriques ou électronique. Ce traitement est figé et est réservé aux systèmes simples.

2.le traitement programmé : réalisé par un système à microprocesseur ou un microcontrôleur à l'aide d'un programme informatique. Ce traitement est dynamique et est réservé aux systèmes complexes.

Programmation

La programmation consiste à décrire le comportement d'un processus. On va distinguer deux types de comportements que l'on nommera logiques: logique combinatoire et logique séquentielle.

La logique combinatoire

La logique est dite combinatoire si l'état des variables de sorties ne dépend que de l'état présent des variables d'entrée. Pour décrire le comportement du système, il faut établir des relations entre les variables d'entrée et celles de sorties. On parle de fonctions logiques.

La logique séquentielle

La logique est dite séquentielle si l'état des variables de sortie dépend de l'état des variables d'entrée ET de ce qui s'est passé auparavant. Pour décrire le comportement du système, on utilise plusieurs outils (algorithme, diagramme Sysml étatstransitions, grafcet, ..... ).

Logique combinatoire

On utilise des variables logiques qui peuvent prendre 2 états: 0 ou 1 (désactivée= 0, activée= 1 ). La table de vérité permet de connaître l'état des sorties pour chaque combinaison des variables d'entrée. Le fonctionnement est décrit par une équation logique qui utilise les opérateurs logiques.

Fonctions logiques de base

Logique séquentielle : algorithmes

Un algorithme décrit l'évolution du fonctionnement du système par une suite ordonnée d'instructions, qui une fois exécutée correctement, conduit à un résultat donné. Un algorigramme est une représentation graphique de l'algorithme. Principaux symboles d'un algorigramme

Le pseudo-code est une représentation en langage naturel d'un algorithme, mais selon une disposition particulière et des mots choisis. Exemple:

Logique séquentielle : diagrammes Sysml états-transitions

Le diagramme états-transition (Stm: state machine diagram) permet de modéliser le comportement d'un système par les états successifs dans lesquels il peut se trouver et les transitions qui permettent de passer d'un état à l'autre.

Fonction COMMUNIQUER

La fonction COMMUNIQUER est assurée par les interfaces de communication qui permettent de rendre compte sur l'état du système :

• à l'utilisateur de façon numérique (afficheur numérique), analogique (afficheur analogique) ou logique (voyants ou avertisseur sonore).

• à d'autres systèmes à travers des liaisons, filaire simples, parallèles, séries ou en réseau. Cette fonction permet de réguler (distribuer) l'énergie au convertisseur de la chaîne d'énergie.

Les informations directement exploitables et fournies par la partie Traiter sont restituées sous forme logique, analogique (son, commandes pour la chaîne d'énergie ... ) ou numérique (écran LCD, ... ).

Pour transmettre des ordres à la chaîne d'énergie, des organes supplémentaires peuvent être nécessaires :

L'amplificateur permet au signal de gagner en puissance. On peut aussi communiquer avec des modules de puissance plus élevée ou augmenter la distance de communication

L'isolation galvanique permet de réaliser une communication sans liaison électrique. On peut ainsi communiquer entre modules dont la valeur et la nature de la tension sont différents.

Communiquer avec l'extérieur

La partie Communiquer avec l'extérieur permet de rendre les systèmes communicants, d'échanger des données, de diagnostiquer et de commander à distance.

Les informations à communiquer vers l'extérieur sont de nature numérique et peuvent être transmises par différents types de bus (12C, CAN ... ), réseaux filaires (ethernet, ... ) ou réseaux sans fil (bluetooth, zigbee, wifi ... ) .

Exemple : la serrure codée