Progression - Génie électrique/Génie automatique
L'automatisme

Généralités - Installation automatisée - Organes électriques
Fonctions logiques - Schémas-types - Fonction mémoire
le Grafcet

retour

GENERALITES
Ethymologie :
Racine Autos (Grec, soi-même).
Automatique (XIIIe siècle).
Automate (XVIe siècle, attribué à Rabelais 1483/94-1553) : Automatos, qui se meut de lui-même.
Automatisme (XVIIIe siècle).
Automatiser, automatisation (début XXe siècle) : Rendre automatique (Procédés mécaniques ou électromécaniques jusqu'en 1950, notion de programmation datant du XIIIe siècle).
Automation (1947) : Mécanisation des opérations.

Etapes ou degrés d'automation dans la fabrication :
0 Travail manuel humain, sans outils.
1 Utilisation d'un outil (Force humaine).
2 Utilisation d'un outil électrique.
3 Système électromécanique, sous contrôle humain.
4 Système exécutant automatiquement une série d'opérations, mais destiné depuis le début à accomplir cette tâche exclusivement.
5 Opérations spécifiées par un programme de contrôle, sous forme d'un panneau de connexions (Sur lequel toutes les opérations peuvent être préétablies); Le programme ne spécifie que l'ordre au cours duquel des dispositifs de commande (Commutateurs ou vannes) doivent être ouverts ou fermés; Spécifie parfois la durée entre les opérations.
6 Un certain nombre de programmes est mémorisé et peut être sélectionné automatiquement (Robots à séquence variable).
7 Enregistrement des programmes dans des mémoires de plus grande capacité, ces programmes pouvant être modifiés à n'importe quel moment par des signaux déclenchés par d'autres mécanismes; Trajectoires calculées au moyen d'un programme d'ordinateur ou enregistrées en apprentissage par guidage à la main (Robot à trajectoire continu, par exemple).
8 Contrôle total d'un système industriel par ordinateur; Commandes remplacées par des programmes enregistrés.
9 Robots intelligents avec aptitudes visuelles ou tactiles.

Robotique :
Du slave robota (Travail, corvée).
Créé en 1920 par l'écrivain tchèque Karel Capek (Pièce de théâtre intitulée R.U.R., Rossum's Universal Robots, jouée la 1ère fois à Prague en 1921, à Paris en 1924).

Recherche : Machines à intelligence artificielle aux fonctions quasi humaines.
Industrie : Manipulateur programmable à éléments automatisés et polyvalents.

Robotique à grandeurs booléennes :
Association française de Robotique.
A Manipulateurs motorisés commandés par un homme (Commande humaine directe); Manipulateurs d'assistance musculaire et télémanipulateurs.
B1 Robots à séquence fixe (Difficilement modifiable, logique câblée définitivement, non accessible à l'opérateur); Manipulateurs à commande séquentielle pour lesquels la séquence prédéfinies ne peut être programmée facilement.
B2 Robots à séquence programmable (Facilement variables, logique se câblant ou se programmant de l'extérieur); Manipulateurs à commande séquentielle pour lesquels la séquence définies peut être reprogrammée.

Robotique à grandeurs scalaires, numériques ou analogiques :
C - Robots à apprentissage; Manipulateurs qui peuvent être programmés par enregistrement de mouvements et capable de répéter ensuite cet apprentissage.
Robot à commande numérique : Manipulateurs commandés en mode manuel ou par langage symbolique et capable de répéter ensuite cet apprentissage.
D - Robots intelligents; Manipulateurs automatiques asservis capables d'analyser les modifications de leur environnement et de réagir en conséquence (Capacités d'actions et de perceptions sensorielles).

Grandeurs
Grandeurs booléennes :
Algèbre logique ou algèbre de Boole (1846 par George Boole, GB 1815-1864).
3 opérations : + (Somme logique), . (Produit logique), C (Complément).
Opérations + et . associatives, commutatives ou distributive.
L'algèbre binaire est une algèbre de Boole (1 0).

Grandeurs scalaires : Vecteurs.
Grandeurs numériques : Nombres.
Grandeurs analogiques : Donnée variant de façon continue.

Définition :
Raisonnement, méthode, enchaînement cohérent d'idées.
Eléments logiques, variables (0 ou 1).

Logique
Câblée ou programmée.
Logique Combinatoire : Une même information donne un seul résultat.
Logique Séquentielle : Une même information peut entraîner des résultats variés.

Déroulement chronologique : Fonction du temps.
Déroulement séquentiel : Enchaînement de séquences (Fonctions).
Asservissement : Correction en fonction du résultat obtenu.
Système adaptatif : Possibilités d'analyse et de correction.

Typologie des robots :
1 - Degrés de liberté :
Nombre de mouvements indépendants accomplis; Tout manipulateur nécessite au moins 3 degrés de liberté pour positionner un objet dans l'espace, 3 supplémentaires pour l'orienter en toutes directions.
2 - Méthode d'articulation :
Polaire (ASEA) si les pièces mobiles pivotent; Cartésiennes (Mr. Aros) si elles glissent; Cylindriques (Versatron) si les mouvements verticaux et de saisie sont cartésiens et les mouvements de côté polaires (Les mouvements de poignet sont invariablement polaires).
3 - Contrôle du mouvement :
Point à point (Seul le point terminal est spécifié) ou à trajectoire continue (Contrôle permanent de trajectoire et de vitesse).
4 - Méthode de mise en action :
Electrique, hydraulique ou pneumatique.

Lois d'Isaac Asimov (Biochimiste et écrivain américain, 16.12.1940) :
1 - Un robot ne doit jamais attaquer un être humain et doit toujours le secourir en cas de danger.
2 - Un robot doit obéir aux ordres donnés par les êtres humains, sauf s'il doit pour cela enfreindre la première loi.
3 - Un robot doit protéger sa propre existence, sauf s'il doit pour cela enfreindre la première loi.

INSTALLATION AUTOMATISEE
Composants :
Opérateur humain (Programmation) :
Circuit d'information : Bouton-poussoir, fiche, clavier, pédale...
Partie commande (Automate) : Logique de l'installation.
Mise en ordre et traitement des informations.
Commande de la partie opérative :
Relais, diode, distributeur, cellule...
Partie opérative (Processus) :
Partie cinématique : Moteur électrique, vérin...
Interfaces : Distributeurs, contacteurs...

-- Instructions -->------ Ordres ----->
Opérateur humainPartie commandePartie opérative
<-- Signalisation --<- Comptes rendus -

Technologies :
Partie opérative :Electrique.
Pneumatique.
Electronique.		Partie commande :- Logique câblée :Electrique.
Pneumatique.
Electronique.
- Logique programmée :Automates programmables.
Microprocesseurs.


Exemples d'automatisme :
Remplissage automatique de réservoir.

Portique de lavage de voiture :

Mise en marche par pièce de monnaie (Bouton poussoir p) :
Ouverture de la vanne E (Alimentation en eau).
Mise en marche du moteur M (Rotation de la brosse).
Mise en mouvement du chariot A (Déplacement de la brosse).
En fin de course (Contact fin de course a1) :
Arrêt du chariot.
Retour du chariot à la position initiale (Contact fin de course a0).
En fin de course retour (Contact fin de course a0) :
Arrêt du chariot.
Lancement de la temporisation.
Après 3 secondes :
Arrêt du moteur M.
Fermeture de la vanne E.

ORGANES ELECTRIQUES
Organes électriques à deux états :


Eléments d'information :
Interrupteur : Contact électrique actionné manuellement, restant dans la position dans laquelle on les abandonne.

Bouton poussoir : Contact électrique actionné manuellement, revenant dans leur position initiale dès que l'on cesse d'agir sur eux.
Bouton poussoir Travail : Laisse passer le courant au travail.
Bouton poussoir Repos : Laisse passer le courant au repos.
Bouton poussoir Repos-Travail : Contacteur inverseur.

Contact à galet : Contact de position actionné mécaniquement par un mobile.
Contact à galet simple ou escamotable (Détection du sens de passage du mobile).

Eléments de commande :
Relais : Contacts commandés par un électro-aimant (Bouton-poussoir).
Commande de faible tension (Maxi 24 V, législation), utilisation de forte tension ou forte intensité.
Contact repos, contact travail.

Eléments de puissance :
Contacteur :
Interrupteur multiple commandé par électro-aimant.
Contacts principaux de fermeture.
Contacts auxiliaires Repos-Travail.
Bobine de commande.
Moteur :
Nature du courant (Continu/Alternatif), nombre de phases (Mono/Triphasé), tension d'alimentation, puissance utile, vitesse de rotation, environnement (Protégé/Etanche), service (Continu/Intermittent).

Variables binaires :
Algèbre de Boole à deux états : 1 0.
Un interrupteur a est au repos a = 0, est actionné a = 1 (Etat physique).
Le courant passe e = 1, le courant ne passe pas e = 0 (Etat électrique).
Eléments de commande : minuscules a, b, c, d...


Travail aEtat électrique e
Bouton-poussoir 1Tau repos (0)courant non passant (0)
actionné (1)courant passant (1)

e = 1 pour a = 1 ==> e = a

Repos bEtat électrique e
Bouton-poussoir 1Rau repos (0)courant non passant (1)
actionné (1)courant passant (0)
_
e = 1 pour b = 0 ==> e = b ou e = a
_
La valeur de b est toujours le contraire de e, b  se dit "non b" ou "b barre"

Appareils récepteurs :
Organes recevant l'énergie transmise par le circuit.


Résistances.
Voyants et lampes.
Moteurs (Elément de puissance).

Variables binaires :
Organes commandés : Majuscules A, B, C, D...

10
Résistance Rparcourue par le courantnon parcourue
Lampe Lalluméeéteinte
Moteur Mtournantà l'arrêt
Bobine Xexcitéenon excitée

Organes électroniques à deux états :
Diodes : Traitement de l'information.
Transistors : Traitement de l'information.
Transistor de puissance.
Transistor PNP/NPN.

Organes pneumatiques à deux états :
Vérins :
Eléments de la partie opérative.
Vérin à simple effet :
Une seule admission A, une seule variable d'état X.
X = 1 si A est à la pression.
X = 0 si A est à l'échappement.
Vérin à double effet :
Deux admissions A1 et A2, deux variables d'état X et Y (Chambre arrière du vérin X A1, chambre avant Y A2).
X = 1 si A1 est à la pression (Y = 0, A2 est à l'échappement).
Y = 1 si A2 est à la pression (X = 0, A1 est à l'échappement).
Vannes :
Permet le passage d'un fluide dans un circuit (Ouverte ou fermée).
Cylindre (Partie fixe), tiroir (Partie mobile), ressort de rappel.
Vanne n/p (n orifices, p positions).
Commandes de vannes :
Boutons-poussoir : Commande manuelle (Poussoir, levier, pédale).
Capteurs pneumatiques : Commande mécanique (Poussoir, galet, galet escamotable).
Distributeur : Commande électrique ou pneumatique (Electro-aimant, moteur, relais pneumatique).
Variables binaires :
Voie v ouverte v = 1, voie fermée v = 0 (Etat des voies).
Vanne a actionnée a = 1, vanne au repos a = 0 (Etat physique).
Fluide sous pression traversant le distributeur x = 1, ne traversant pas x = 0 (Etat pneumatique).

Cellules logiques à fluides.
Traitement de l'information.
Cellule OUI, cellule NON, cellule OU, cellule ET.

FONCTIONS LOGIQUES
Fonction OUI :

X = a, contact Travail.

Commande d'avertisseur sonore, de veilleuses, de feu de recul...
aX
00
11
Fonction NON ou INVERSEUR (INVERTER) :
_
X = a, contact Repos (se lit X égal a barre).

Commande de stop, de plafonnier...
aX
01
10
Fonction ET (Opérateur ET, AND) :

Produit logique.

X = a . b, 2 contacts Travail en série.
_
a . 0 = 0, a . 1 = a, a . a = a, a . a = 0
_
a . b . 0 . c = 0, a . b . 1 . c = a . b . c, a . b . a . c = a . b . c, a . b . a . c = 0

Commande de code : Interrupteur veilleuse ET interrupteur code
Commande de plafonniers : Boutons-poussoirs de porte ET interrupteur de plafonnier
abX
000
10
100
11
Fonction OU (Opérateur OU, OR) :

Somme logique.

X = a + b, 2 contacts Travail en parallèle.
_
a + 0 = a, a + 1 = 1, a + a = a, a + a = 1
_
a + b + 0 + c = a + b + c, a + b + 1 + c = 1, a + b + a + c = a + b + c, a + b + a + c = 1

Commande d'essuie-glace : Interrupteur essuie-glace OU bouton-poussoir lave-glace
abX
000
11
101
11
Système de chauffage-ventilation :


Bouton poussoir a, bouton poussoir b, ventilateur V, résistance de chauffage R

Résistance alimentée par action sur le bouton poussoir a.
Ventilateur mis en route par action sur le bouton poussoir b.

Tableau des valeurs ou table de vérité.

abVR
0000
110
1001
111

Commande de phare :
Phares commandés par l'interrupteur veilleuse et l'interrupteur de phares (Inverseur Code/Phare) ou par le bouton-poussoir d'appel de phares
...

Montages à relais :



Montages types :


Montage série : Produit de termes.
Montage parallèle : Somme de termes.
Montage mixte : Produit de termes par une somme.
Montage croisé : Produit de sommes.
Fonctions complémentaires :
__
Fonction NON ET (NAND, ET) :
abX
001
11
101
10
___
Fonction NON OU (NOR, OU) :
abX
001
10
100
10
Fonction OU exclusif (EXOR) :
____
X = a . b
____
Théorème de De Morgan : a + b = a . b

Applications : Va et vient, lève-vitre, verrouillage centralisé.
abX
000
11
101
10
_____
Fonction NON OU Exclusif (EXNOR, EXOR) :
abX
001
10
100
11

SCHEMAS-TYPES


Clignotants
...

essuie-vitre arrière (Austin Maestro 1300-1600)
...
Projecteurs anti-brouillards (Alfa Romeo 75 Twin Spark)
...
Relais d'ouverture de coffre (Ford Sierra 2.0 et 2.3 V6)
...

Lève-vitres avant (Lancia Y10)
...

Lève-vitres avant (BMW 320i, 323i et 325i)
...

Toit ouvrant (Opel Omega 2000i)
...

Toit ouvrant (Volvo 440/460 GL/GLE/GLT/Turbo)
...


FONCTION MEMOIRE
Fonction mémoire :

Système combinatoire :
La même action entraîne toujours le même résultat.
Système séquentiel :
Une même action peut entraîner des résultats variés.

Exemple : Perceuse électrique M :
1- Perceuse à l'arrêt.
2- Mise en marche par impulsion sur le bouton-poussoir a.
3- Le moteur continue de tourner au relâchement de a.
4- Arrêt par impulsion sur le bouton-poussoir b.

abM
1000
2101
3001
4010


Mémoire à arrêt prioritaire :
5- Action accidentelle sur a et b simultanée ==> Arrêt du moteur

abM
1000
2101
3001
4010
5110
Contradiction:
1 - a = 1 M = 0.
5 - a = 1 M = 1.

Utilisation d'une variable secondaire x en entrée et X en sortie.

abxMX
100000
210011
300111
401100
511000
11100
   
abxMX
00000
111
1000
100
10011
111
1000
100
    


Mémoire à arrêt prioritaire :
5- Action sur a et b simultanée ==> Marche du moteur

abxMX
00000
111
1000
100
10011
111
1011
111
    

Schémas équivalents :