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GENIE AUTOMATIQUE Classe : MEI CSI

1ere PARTIE : GENERALITES

1) R�le d’un capteur : DEFINITION : Le CAPTEUR est le composant qui permet d’informer la partie commande d’un �tat de la partie op�rative ou du milieu ext�rieur.Il pr�l�ve une information sur la grandeur physique de la partie op�rative et la convertit en une information exploitable par la partie commande

2) Analyse fonctionnelle de niveau A-0 :

3) La cha�ne d’acquisition : les capteurs en sont les constituants principaux.

CHAINE D’ACQUISITION

Mati�re d’œuvre�tat entrantEnergie

ACQUERIRET

CODER

W

Capteurs

Ph�nom�ne physiqueImage informationnelle vers la partie commande

Variation d’une grandeur Changement d’�tat

Ce compte-rendu est support� en g�n�ral par un signal �lectrique tr�s basse tension

Configuration R�glage Exploitation

Partie commande

TRAITERLES

INFORMATIONS

Pr�actionneurs

DISTRIBUERL’ENERGIE

Actionneurs

CONVERTIRL’ENERGIE

ENACTION

Capteurs

ACQUERIR ETCODER LES

INFORMATIONSMati�re d’œuvre

�tat sortant

Effecteurs

TRAITERLE

PRODUIT

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4) Les caract�ristiques de forme du signal : (on distingue 3 signaux )

Conditionnement de cosses :le convoyeur alimente les bacs en cosses.Le capteur est utilis� pour conna�tre le nombre de pi�ces tombant dans chaque bac.

Pont roulant automatis� : le chariot du pont roulant est entra�n� par un moteur �lectrique.Le capteur est utilis� pour conna�tre la position du chariot � chaque instant sur le profil� en I .Un des galets de roulement est li� � un potentiom�tre multi-tours.

Le capteur est utilis� pour d�tecter l’absence ou la pr�sence du mobile.

Signal analogique : variant contin�ment

Signal num�rique : pouvant �tre repr�sent�e par un nombre entier.

Signal logique : vrai ou faux ( 0 ou 1 )

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Nous �tudierons les capteurs logiques appel�s TOUT ou RIEN. Ce sont les plus utilis�s.

5) Acquisition des donn�es : L’acquisition des donn�es n�cessite un interfa�age d’entr�e pour permettre le dialogue entre la partie op�rative et la partie commande. Sur un A.P.I., cette fonction est concr�tis�e par des cartes ou modules d’entr�e qui peuvent �tre logiques (T.O.R.) ou analogiques.Sur une entr�e TOUT OU RIEN deux �tats binaires peuvent �tre lus :

Absence de tension >> �tat 0 Pr�sence de tension >> �tat 1

6) Transmission des informations entre la partie op�rative et la partie commande :

1

0

24V

0V

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Les principaux capteurs ou d�tecteurs TOUT ou RIENDans les syst�mes automatis�s, il existe donc une grande vari�t� d’informations � d�tecter : pr�sence, position, temp�rature, mouvement de fluide, couleur, pression...La d�tection de position et la d�tection de pr�sence repr�sentent l’essentiel des acquisitions de donn�es � r�aliser.

2i�me PARTIE : Les d�tecteurs T.O.R de position � contact (rappels)1) Les d�tecteurs �lectro-m�caniques

2) Les d�tecteurs pneumatiques

3i�me PARTIE : Les d�tecteurs T.O.R sans contact physique 1) Les interrupteurs � lame souple

2) Les d�tecteurs de proximit� inductifs et capacitifs

TRAVAUX DIRIGES – TRAVAUX PRATIQUES

4i�me PARTIE : Les d�tecteurs photo-�lectriquesa. Le montage de type � barrage �

b. Le montage de type � reflex �

Reflex

Reflex polaris�

c. Le montage de type � proximit� �

R�flexion directe

R�flexion directe focalis�e

Suppression d’arri�re plan

d. Application particuli�re : Capteur � fibres optiques

5i�me PARTIE : Applications particuli�res1) Capteur � ultrasons

2) D�tecteurs de pression, d�pression

TRAVAUX DIRIGES – TRAVAUX PRATIQUES

REMARQUE (nous rencontrerons souvent le mot d�tecteur ) :D�finition d’un d�tecteur : c’est un constituant d’interface entre l’environnement d’un syst�me automatis� et sa partie commande. Un d�tecteur d�livre un signal TOUT OU RIEN : image du niveau de la grandeur physique � surveiller.

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2i�me PARTIE : Les d�tecteurs T.O.R de position � contact (rappels)1) Les d�tecteurs �lectro-m�caniques

Ils sont appel�s : D�tecteur de position Interrupteur de position Interrupteur de fin de course

Ces d�tecteurs peuvent �tre � sortie �lectrique ou pneumatique.

Diff�rentes t�tes de commande

Sch�matisation du d�tecteur �lectrique

2) Les d�tecteurs pneumatiques

Plusieurs t�tes de commande permettent de s’adapter au mobile � d�tecter.

Pour les d�tecteurs � sortie �lectrique, la t�te de commande provoque le basculement d’un contact �lectrique qui d�livre le signal de sortie.

Pour les d�tecteurs � sortie pneumatique, la commande ouvre un clapet et cr�e le signal de sortie.La repr�sentation d’un capteur TOR est celle d’un distributeur 3/2 monostable.

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3i�me PARTIE : Les d�tecteurs T.O.R sans contact physique 3) Les interrupteurs � lame souple

Caract�ristiques : - Montage tr�s simple sur les v�rins pr�vus � cet effet ;

- C�blage identique � un contact �lectrique.

2) Les d�tecteurs de proximit� inductifs et capacitifs

ILS = interrupteur � lame souple ou d�tecteurs de proximit� magn�tiques.Dans une ampoule de gaz neutre, deux lames m�talliques se touchent quand elles sont soumises � un champ magn�tique.Ils sont surtout utilis�s pour d�tecter la position d’un v�rin dont le piston comporte un aimant permanent.

inductif capacitif

donc conducteur � l’�tat solide.

ou conducteurs, solide, liquide, poudre.

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Fonctionnement :

Caract�ristiques : - grande dur�e de vie ( pas de pi�ce mobile ) ;

1. pas d’effort de commande ;

2. supporte bien les ambiances humides et poussi�reuses.

Pour raccorder :

Attention : ces d�tecteurs peuvent �tre de types diff�rents : PNP ou NPN (polarit�s diff�rentes).Les automates programmables n’admettent qu’un seul type.Consulter la documentation de l’automate.

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TRAVAUX DIRIGES 1

1) Sur une machine de conditionnement de yaourt, les d�tecteurs surveillent si les plateaux sont complets et la pr�sence des couvercles en feuilles d’aluminium. La distance de d�tection = 10 mmA l’aide des catalogues constructeurs, proposer un d�tecteur, son symbole et sa r�f�rence. Justifier votre r�ponse.

2 ) Sur une citerne, les d�tecteurs 1 contr�lent le niveau du liquide au travers d’un tube plastique. La distance de d�tection est de 3 mm.Les d�tecteurs 2 indiquent la position des vannes automatiques (came m�tallique) ou manuelles (boule du levier en laiton).La distance de d�tection est de 15 mm.A l’aide des catalogues constructeurs, proposer des d�tecteurs, leur symbole et leur r�f�rence. Justifier votre r�ponse.

Cas 1 :

Cas 2 :- Automatique

- manuel

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4i�me PARTIE : Les d�tecteurs photo-�lectriques

Les d�tecteurs photo-�lectriques permettent la d�tection d’objets de toutes natures, opaques, transparents, r�fl�chissants.

Principe de fonctionnement :

Un d�tecteur photo-�lectrique r�alise la d�tection d’une cible au moyen d’un faisceau lumineux. La d�tection est effective quand la cible p�n�tre dans le faisceau lumineux et modifie suffisamment la quantit� de lumi�re re�ue par le r�cepteur pour provoquer un changement d’�tat de sa sortie.

2 proc�d�s :

blocage du faisceau par la cible : pas de lumi�re sur le r�cepteur = d�tection

2 syst�mes de base fonctionnent selon ce principe d’absorption de la lumi�re par la cible : barrage et reflex.

Renvoi du faisceau par la cible : lumi�re sur le r�cepteur = d�tection

1 syst�me de base fonctionne selon ce principe de renvoi de la lumi�re par la cible : proximit� .

Ses deux constituants de base sont :

un �metteur de lumi�re � diode �lectroluminescente

un r�cepteur de lumi�re � phototransistor ( c’est � dire un transistor qui commute sous l’effet d’une pr�sence lumineuse ).

Selon les mod�les de d�tecteurs, l’�mission se fait en infrarouge (invisible) ou en lumi�re verte ou rouge.

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Un d�tecteur photo-�lectrique est caract�ris� par :- Sa port�e nominale qui d�finit la zone de d�tection.- Sa tension d’alimentation, alternatif ou continu.- Le type de commutation : le capteur est � commutation claire lorsque la sortie est

activ�e si le faisceau arrive sur le r�cepteur ; elle est � commutation sombre dans le cas contraire.

- Sa technique de raccordement (2 ou 3 fils, PNP ou NPN).

a) Le montage de type � barrage �

L’�metteur et le r�cepteur sont situ�s dans deux bo�tiers s�par�s et plac�s l’un en face de l’autre.BLOCAGE DU FAISCEAULorsque la cible � d�tecter coupe le faisceau, le r�cepteur ne re�oitplus de lumi�re, il commute et envoie le compte-rendu � la partie commande.C’est le syst�me qui autorise les plus longues port�es (Sn), jusqu’� 30 m pour certains mod�les.

Contr�le d’alignement entre �metteur et r�cepteur :

Le faisceau lumineux n’arrive pas sur le r�cepteur.

De la lumi�re arrive sur le r�cepteur, mais le niveau est insuffisant pour faire commuter la sortie.

Le niveau du signal lumineux est suffisant pour faire commuter la sortie, mais le fonctionnement est instable.

L’alignement est correct : fonctionnement normal.

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b) Le montage de type � reflex �

Reflex

L’�metteur et le r�cepteur sont ins�r�s au sein d’un m�me bo�tier ; c’est un miroir r�flecteur qui permet de renvoyer le faisceau lumineux.BLOCAGE DU FAISCEAU :Lorsque la cible coupe le faisceau de l’�metteur, l’�lectronique du r�cepteur ne re�oit plus de lumi�re et commute. La port�e est plus faible que le syst�me barrage (10 m).Le r�flecteur :Il doit �tre plus petit que l’objet � d�tecter. Le r�flecteur doit �tre mont� dans un plan perpendiculaire � l’axe optique de l’ensemble �metteur r�cepteur.

Reflex polaris�

Les objets brillants ou r�fl�chissants ne peuvent pas �tre d�tect�s par un syst�me reflex normal. On utilise alors un syst�me reflex polaris�. Ce type de d�tecteur �met une lumi�re rouge visible et est �quip� de filtres polarisants : Un filtre sur l’�metteur qui ne laisse passer que les rayons �mis dans le plan

vertical, Un filtre sur le r�cepteur qui ne laisse passer que les rayons �mis dans le plan

horizontal, Le r�flecteur quand � lui, est con�u pour r�fl�chir les rayons re�us apr�s les avoir

d�polaris�s.Absence de cible Pr�sence de cible

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c) Le montage de type � proximit� �

R�flexion directe

L’�metteur et le r�cepteur sont ins�r�s au sein d’un m�me bo�tier ; c’est l’objet � d�tecter lui-m�me qui permet de r�fl�chir le faisceau lumineux.Ce montage est donc r�serv� � la d�tection d’objets ayant un pouvoir r�fl�chissant important.

Sa port�e d�pend de : la couleur, du pouvoir r�fl�chissant et des dimensions de la cible. ( utilisation d�conseill�e en environnement pollu� )

Suppression d’arri�re plan

Ces d�tecteurs sont �quip�s d’un potentiom�tre de r�glage de port�e qui permet de se focaliser sur une zone de d�tection.

Ils peuvent donc pratiquement d�tecter � la m�me distance des objets de couleurs et de r�flectivit�s diff�rentes.

Son utilisation en environnement pollu� est possible.

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d) Application particuli�re :

Le capteur � fibres optiques

le capteur � fibres optiques fonctionne sur le m�me principe que la cellule photo-�lectrique, mais le faisceau lumineux est v�hicul� par un c�ble optique qui peut �tre compos� de plusieurs fibres.

Ils peuvent �tre utilis�s en syst�me barrage ou en syst�me proximit�.

La port�e peut aller jusqu’� 300 mm en barrage et jusqu’� 20 mm en proximit�.

Ces d�tecteurs sont utilis�s pour la d�tection de pi�ces de tr�s faibles dimensions et lorsque la place disponible est insuffisante.

5i�me PARTIE : Applications particuli�res1) Capteur � ultrasons

Les ultrasons sont �mis � une fr�quence proche de 1 m�gahertz. Cette fr�quence n’est pas audible. Ce faisceau ultrasonore est dirig� vers l’objet � d�tecter. Suivant la distance entre l’�metteur et l’objet, l’�cho qui revient vers le r�cepteur est plus ou moins fort.

Quand le seuil pr�r�gl� est atteint, le capteur ouvre ou ferme un circuit �lectrique. Ce syst�me est utilis� pour commander l’ouverture des portes de magasins, ou encore pour surveiller des zones dangereuses ou interdites.

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3) D�tecteurs de pression, d�pression

Le d�tecteur qui r�agit � une pression sup�rieur � la pression atmosph�rique est appel� pressostat

Dans une version simplifi�e, il est aussi appel� manocontact ou contact �lectrique � pression.

Utilisation : dans un syst�me �lectropneumatique, il est souvent n�cessaire de v�rifier la pr�sence de l’�nergie pneumatique pour autoriser la mise en marche.

Le d�tecteur qui r�agit � une pression inf�rieure � la pression atmosph�rique est appel� vacuostat

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TRAVAUX DIRIGES 2

RACCORDEMENT ENTRE LA PARTIE OPERATIVE ET LA PARTIE COMMANDE :

L’automate programmable est �quip� d’une carte des entr�es destin�e � recevoir : Les informations de compte-rendu en provenance des capteurs. Les informations de consigne en provenance du pupitre.Le principe de raccordement consiste � envoyer un signal �lectrique vers l’entr�e choisie sur l’automate d�s que l’information est pr�sente.

Suivant les caract�ristiques de l’A.P.I, les capteurs peuvent �tre de technologie P.N.P (Positif-N�gatif-Positif) ou N.P.N (N�gatif-Positif-N�gatif)..

1) Le raccordement des constituants de type � contact :

La figure sch�matise le raccordement � une entr�e d’automate d’un contact �lectrique type E.C. (�tablissement de circuit).

Les capteurs � contact sont mont�s en s�rie avec la charge � commander (l’entr�e automate).

Ils sont en g�n�ral aliment�s par la source de tension 24V disponible en fa�ade de l’A.P.I.

D�s que l’information � acqu�rir est pr�sente, le contact �lectrique se ferme (continuit� du circuit �lectrique)et le courant circule sur l’entr�e reli�e au contact.

Fil de transmission de l’information

Fil d’alimentation du contact

Contact � E.C.

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TRAVAUX DIRIGES 3

2) Le raccordement des constituants �lectroniques de type 2 fils :

Ces capteurs sont mont�s en s�rie avec la charge � commander (l’entr�e automate).Ils sont en g�n�ral aliment�s par la source de tension 24V disponible en fa�ade de l’A.P.I.D�s que l’information � acqu�rir est pr�sente, le circuit se ferme par une commutation �lectronique interne au capteur et le courant circule sur l’entr�e de l’automate reli�e au capteur.

3) Le raccordement des constituants �lectroniques de type 3 fils :

Sur ce type de capteur, on distingue 2 circuits : L’alimentation en g�n�ral fournie par l’A.P.I.(2 fils). La transmission du signal r�alis�e par le 3�me fil.Le capteur �tant aliment�, d�s que l’information � acqu�rir est pr�sente, un signal �lectrique est transmis vers l’entr�e automate par le 3�me fil (commutation �lectronique).

Fil de transmission de l’information

Fil d’alimentation du capteur

Capteur �lectronique

2 fils

Capteur �lectronique

3 fils

Fil de transmission de l’information

Fils d’alimentation du capteur