Archives de catégorie : Capteurs

Automates Industriels Programmables (API) et Grafcet

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I) Travail demandé

Au cours de ce travail, nous avons été amenés à travailler autour de la problématique suivante : “Comment mettre en œuvre un automate programmable industriel ?”

Pour y répondre, il nous a été demandé de considérer le système suivant :
– Un objet se déplace grâce à des actionneurs (ici simulés manuellement pour simplifier) commandés par un automate programmable (en Tout Ou Rien)
– Des capteurs de position détectent la présence (ou la proximité) de l’objet à différents endroits.
– Un bouton commande le lancement d’un cycle de fonctionnement. On pourra utiliser un bouton présent sur l’interface de l’automate.

Et pour ce système, il nous était demandé d’obtenir le fonctionnement suivant :
“L’objet doit se déplacer automatiquement entre deux positions en effectuant des aller-retours de manière cyclique tant que le bouton dcy (départ cycle) est activé. Si le bouton dcy est désactivé, alors le cycle en cours peut se terminer normalement, mais un nouveau cycle ne commencera que lorsque dcy sera à nouveau activé.”

Pour ce faire, le travail se décomposait en trois étapes : la création d’un Grafcet simple pour obtenir le fonctionnement souhaité à l’aide d’Automgen, la simulation du fonctionnement de ce Grafcet en mode PC avec Automgen, et enfin la mise en oeuvre avec l’API et les capteurs.

II) Travail réalisé

Nous avons commencé par nommer les deux positions auxquelles doit être amené l’objet A et B, avant de rédiger le cahier des charges à partir de la consigne :
– L’objet doit se déplacer en faisant des aller-retours entre un point A et un point B
– Ce déplacement doit être cyclique et automatique
– Le déplacement ne doit pouvoir se faire que lorsqu’un bouton dcy est activé
– Si le bouton dcy se voit désactivé en cours de cycle, celui-ci doit pouvoir se terminer normalement, mais un nouveau cycle ne doit pouvoir se déclencher que si dcy se voit à nouveau activé.

Afin répondre à la demande, nous avons donc créé sur Automgen le Grafcet suivant :

Grafcet API

r1 : bouton dcy
fdcb : capteur fin de course au point B
fdca : capteur fin de course au point A
Source : LP2I

Nous avons ajouté une temporisation de 4 secondes entre les actions afin de pouvoir observer plus aisément le déroulement du grafcet au cours des différents test.

Conformément à la consigne, nous avons ensuite réalisé un test en mode PC afin de vérifier le fonctionnement de notre grafcet. Celui-ci s’étant avéré fructueux, nous somme donc passé à la mise en œuvre de l’API et des capteurs

Nous avons réalisé le câblage suivant :

cablage api

Source : LP2I

Les actionneurs ont ici été remplacés par un voyant lumineux afin de voir les signaux de sortie de l’API, et dcy est un bouton présent sur l’interface de l’automate.

En actionnant les capteurs et en utilisant le bouton dcy, nous avons donc pu confirmer que notre Grafcet pouvait réaliser le fonctionnement souhaité avec le système proposé.

[API et Grafcet] Déplacement d’un objet d’un point A à un point B

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Constituants du système :

  • Bouton de mise en marche
  • Capteur de position de type reflex au point A
  • Capteur de position de type reflex au point B
Représentation schématique du système. La flèche représente le mouvement désiré. Source : Image LP2I

Représentation schématique du système. La flèche représente le mouvement désiré.
Source : Image LP2I

Fonctionnement :

Dès que le bouton dcy (départ cycle. bouton non représenté sur le schéma) est actif l’objet effectuera des aller-retours de manière cyclique entre le point A et le point B.
Si le bouton dcy est désactivé alors l’objet s’arrêtera au point initial (ici le point A).

Câblage :

Entrées dans automgen : Bouton : i0 CaptA : i1 CaptB : i2 Source : Image LP2I

Entrées dans automgen :
Bouton : i0
CaptA : i1
CaptB : i2
Source : Image LP2I

Grafcet pour l’API dans automgen :

Grafcet répondant au cdg Source : Image LP2I

Grafcet répondant au cdg
Source : Image LP2I

Proposition de modification : ajout d’une temporisation :

A chaque fin de course (c’est à dire à l’arrivé du point A et du point B) on demande une temporisation pour le changement de sens du moteur.
Voici les modifications apportés au grafcet :

Rajout de 2 temporisation Source : Image LP2I

Rajout de 2 temporisation
Source : Image LP2I

Automate Programmable Industriel (API) et Grafcet

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Un Automate Programmable Industriel est un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriel pour un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers des préactionneurs (partie opérative) à partir de données d’entrée tels que des capteurs.

Problématique : Comment mettre en oeuvre un automate programmable industriel ?
Objectifs pédagogiques : Analyser le système
Identifier et caractériser les grandeurs agissant sur un système
Justifier le choix d’un protocole expérimental
Mettre en oeuvre un protocole expérimental
Le fonctionnement souhaité : L’objet doit se déplacer automatiquement entre deux positions en effectuant des aller-retours de manière cyclique tant que le bouton dcy (départ cycle) est activé.
Si le bouton dcy est désactivé, alors le cycle en cours peut se terminer normalement, mais un nouveau cycle ne commencera que lorsque dcy sera à nouveau activé.

Pour réaliser le Grafcet, il faut que je détermine les capteurs. Nous faisons l’hypothèse que chaque position A et B est détectée par un capteur A et B. Je peux décrire sous forme de Grafcet le fonctionnement souhaité.

Source LP2I
Avec le logiciel Automgen

Nous avons choisi des capteurs de position de type poussoir qui permettent de détecter l’objet quand il est au point A et respectivement au point B. Nous pouvions aussi choisir un capteur de type reflex, mais nous trouvions qu’un capteur de position de type poussoir était plus facile à mettre en oeuvre.

Capteur à bouton poussoir
Source LP2I

Une fois notre grafcet établit à l’écrit, nous devions le créer par ordinateur via le logiciel Automgen.

Explication de notre Grafcet : Quand nous appuyons sur le bouton dcy et que le CaptA est actif, l’objet se déplace vers le point B. Le CaptB devient actif et c’est après cela que l’objet peut revenir au point A. Le captA redevient actif.
Avant de tester notre Grafcet sur l’Automate nous avons d’abord effectué une simulation via l’ordinateur.

Source LP2I
Avec le logiciel Automgen

C’est grâce à cette bille bleu que nous pouvons voir si notre programme fonctionne correctement. Au fur et à mesure que les transitions deviennent vraies, la bille bleu progresse.
Une fois cette simulation effectuée et réussie, nous avons pu transférer le programme à l’Automate (après compilation). Nous avons donc fait nos branchements et nous avons pu le tester réellement.

Source LP2I

Source LP2I

Nous avons donc branché et relié l’Automate avec le PC pour nous permettre de compiler notre Grafet. Nous avons ensuite branché nos capteurs sur l’Automate. Nous lançons le programme depuis l’ordinateur et nous pouvons voir si avec l’action de nos capteurs, l’action s’effectue correctement.

J’ai représenté mon Grafcet par ce chronogramme ci-dessous.

 

Source LP2I

Source LP2I

 

 

Pour télécharger Automgen : http://www.irai.com/index_fichiers/irai_grafcet_simulationapi_virtual_commissionning_telechargement.htm
Pour avoir plus d’information : http://fr.wikipedia.org/wiki/Automate_programmable_industriel
http://alain.canduro.free.fr/API.htm
Pour un tutoriel sur Automgen : http://catice.ac-besancon.fr/sti/didacticiel/siteAII/

[Capteur Photo électrique de type reflex] Analyse du système

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1) Câblage et mise en place d’un appareil de test du capteur Photo électrique de type reflex (référence : Osiris XU 1-P18 PNP)

Voici la câblage réalisé avec la notice avec Vcc = 24 V
Source : Image LP2I

Source : LP2I

2) Grandeur physique prise en compte et démarche expérimentale

Démarche :

Comme le capteur était livré avec un réflecteur nous en avons déduit que le capteur réagissait en face de celui-ci. Nous avons pu constater qu’une fois le réflecteur en place une led au dos du capteur s’allumait. .

Grandeur physique :

D’après cette démarche nous avons donc déduis que la grandeur physique prise en compte par le capteur était son propre faisceau lumineux renvoyé par le réflecteur.

3) Information détecté et type de signal

Le capteur détecte donc la présence d’un objet entre celui-ci et le réflecteur.
Il n’y a donc que deux états possibles (présence d’un objet ou non).
Le signal de sortie est donc de type logique.

4) Caractéristiques du signal de sortie et variations de la grandeur physique en entrée

Caractéristiques du signal de sortie en fonction de la grandeur physique (Entrée).Données acquises par le voltmètre avec une tension en entrée de 24 V
Source : Image LP2I

4) Utilisation du système en SI

Ce capteur est présent et utilisé dans les exemples suivants présent en SI :

-Malaxeur Mabilis : Déduire le niveau maximum de charge atteint.
Le capteur se place à l’extérieur de la cuve et la réflecteur à l’intérieur une fois que les grains de café on décapés le niveau maximum (quand ils ont “couper” le signal) on indique que le niveau maximum est atteint.

-Portail : Fermer le portail sans risque.
On place le capteur de part et d’autre du portail. Si le capteur détecte la présence d’un objet au moment de la fermeture celle-ci se stoppe.

Les capteurs de type reflex

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Un capteur est un composant qui prélève une information sur la partie opérative et la convertit en une information exploitable par la partie commande.
Il existe différents types de capteurs : logique, analogique et numérique. J’ai étudié pour ce TP un capteur logique.

LES CAPTEURS PHOTOÉLECTRIQUES :
Ce capteur est également appelé capteur TOR (Tout Ou Rien). En effet, sa sortie peut prendre que deux valeurs de tensions possibles. On peut ainsi associer à chacune des valeurs possibles un niveau logique. Soit 0, soit 1.

Sur notre capteur, une LED permet de visualiser l’état du capteur (présence ou pas de l’objet).
Le type de détection de notre capteur est une détection sans contact puisque le capteur détecte le phénomène à proximité de celui-ci.
Ce capteur fait partie des capteurs de proximité ou appelé également détecteurs de présence.

Trois technologies sont utilisées :
– les détecteurs photoélectrique de type barrage

Cliquez sur l’image pour lancer l’animation

– les détecteurs photoélectrique de type reflex

Cliquez sur l’image pour lancer l’animation

– les détecteurs photoélectrique de type proximité (l’objet devra être réfléchissant)

Cliquez sur l’image pour lancer l’animation

J’ai donc pour ma part utilisé et étudié un capteur reflex. Pour visualiser sa tension de sortie nous avons dû mettre sous tension (24V) le capteur et brancher sur la borne de sortie un oscilloscope. J’ai résumé mon branchement par un schéma assez simple (voir schéma en dessous).

Un oscilloscope
http://www.electrome.fr/produits/produits/mesure/oscillo/images/HM5072.gif

Source LP2I

En passant ou pas un objet devant le capteur, j’ai observé que le signal de sortie varié et que l’on pouvait associer la tension de sortie à la présence ou pas de l’objet.
Sur l’oscilloscope, cela nous donnait quelques chose semblable à ceci…

Source LP2I

Source LP2I

Source LP2I

Nous pouvons associer la valeur 0v au niveau logique 0.

Nous pouvons associer la valeur 24V au niveau logique 1.

Des applications de ce capteur:

Ce capteur peut être utilisé sur des portails électriques : détection de la présence ou pas du véhicule, pour savoir si le portail peut se refermer.

Il peut être aussi utilisé pour la détection des objets dans des chaînes de production. Également aussi comme capteur de sécurité (capteur qui va arrêter le fonctionnement d’une machine s’il détecte une présence humaine).

Capteur de Position

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Notre démarche expérimentale

Pour réaliser ce TP nous devions, analyser un capteur au choix, puis trouver son utilisation possible dans un système que nous avions déjà vu en cours.

Nous avons choisi ce capteur :

 

Capteur
Source LP2I

Après un premier coup d’œil nous avons pu voir qu’il y avait une barre métallique parallèle au bloc, qui tourne un peu d’un sens et un peu dans l’autre (à peu près 80°). Notre démarche a donc été d’étudier le signal en sortie pour confirmer la théorie que l’information en sortie variait en fonction de l’angle détecté par le capteur. Pour étudier ce signal nous avons d’abord pensé à rajouter un Multimètre puis nous sommes tombés d’accord que l’oscilloscope nous permettrait d’étudier aux  mieux ce signal, car la tension est l’image de cette information.
Schéma de câblage

Poste de mesure
Source LP2I

 

Nous avons branché un fil rouge de la borne + de l’alimentation jusqu’à la borne verte du capteur, puis nous avons relié le capteur au voltmètre par le biais du câble vert et par un dernier câble noir relié la borne –  de l’alimentation au voltmètre. Il s’agissait ici de notre premier test.

Cablage

Schéma de câblage, source LP2I

Sur le schéma ci-contre, nous avons le fil rouge, le fil vert et le fil noir. Pour l’étude de ce capteur nous n’avons pas utilisé de voyants.

Essais et mesures effectués

Analyse de l’information en sortie à travers une vidéo

Cette vidéo nous montre donc que quand on appuie sur la barre métallique, nous avons l’information en sortie qui diffère.

Sur le voltmètre nous avons remarqué que l’on passait de 24V à 0V après le passage d’un certain seuil angulaire (même résultat que sur l’oscilloscope). Notre hypothèse nous à donc permit de retenir que ce capteur est sensible à une pression sur les côtés de sa barre métallique. Nous avons aussi pu dire que notre capteur est un capteur de pression à seuil angulaire.

Nous pouvons conclure que la grandeur physique en entrée est la pression dû à un objet ou à un humain. Le signal en sortie est une tension que nous pouvons traduire en information logique, Seuil angulaire passé ou non.

Utilisations possible du capteur

Nous pensons que ce capteur pourrait servir pour détecter le passage d’un objet par exemple dans un aéroport, le passage des valises.

Pour revenir au cours de Si, nous pourrons utiliser ce capteur pour compter le nombre de tours réalisé, par notre malaxeur et par conséquent sa vitesse de rotation ou bien dans le store somfy où l’on pourrait si le store était sorti ou non.

 

 

Capteurs V2.0

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Au cours de ce TP ayant pour thème divers types de capteurs, nous avons été amenés à étudier le fonctionnement de deux d’entre eux. Voici le compte-rendu de notre travail.

I) Capteur de champs magnétiques

Ce capteur se présente sous la forme d’une plaque proposant une entrée, une sortie, une borne terre et sur laquelle se trouvent une résistance et le capteur en lui-même.

1) Câblage réalisé :

Source : LP2I

2) Essais effectués :

Pour trouver la (les) grandeur(s) physique auxquelles ce capteur est sensible, nous avons tenté d’approcher l’aimant qui nous a été fourni afin de voir si cela pouvait provoquer une variation du signal de sortie (la tension) Voici à peu près les résultats que nous avons obtenu :

Source : LP2I

3) Conclusions tirées :

Les conclusions que nous avons pu tirer de ces observations sont que le capteur est sensible aux champs magnétique et à leur proximité (ce qui en fait logiquement un capteur de proximité). Bien qu’il n’y ai pas exactement deux valeurs, le comportement du capteur se rapproche pour beaucoup du tout ou rien, et nous pouvons donc considérer le signal de sortie comme étant un signal logique.
D’après le site http://philippe.berger2.free.fr, il s’agirait d’un capteur ILS (Interrupteur à Lame Souple) comme celui montré ci-dessous, dont la commutation est provoquée par la présence d’un aimant sous la lame, qui ferme ainsi le contact du circuit.

Capteur ILS
Source : http://philippe.berger2.free.fr/

4) Utilisation possible dans un système :

Ce capteur pourrait par exemple être utilisé dans le store Somfy étudié en classe pour informer le système du fait que le store soit rentré ou non. En positionnant un aimant sur le store et le capteur près de l’enrouleur, il est possible de savoir si le store est rentré, et donc d’arrêter à temps l’enroulage du store.

 

II) Capteur de pression

Ce capteur se présente sous la forme d’un boitier proposant trois bornes et duquel sort une tige pivotante.

1) Câblage réalisé :

Source : LP2I

2) Essais effectués :

Pour tester le capteur, nous avons essayer d’exercer une pression d’intensité variable sur la tige afin de la faire pivoter. En l’amenant à différents angles de sa position de départ, Nous avons pu voir que le signal de sortie (une tension encore) diminuait brusquement une fois un certain seuil passé, passant de 24 à 0V. En augmentant encore la pression apportée sur la tige, nous avons même vu la pression devenir négative.

3) Conclusions tirées :

Suite à ces essais, nous pouvons déduire que le capteur est sensible aux forces mécaniques. Comme pour le capteur précédent, le signal de sortie ne prend pas exactement deux valeurs, mais le comportement du capteur se rapproche encore du tout ou rien, et l’on peut donc considérer ce nombre supplémentaire de valeur comme négligeable et considérer le signal de sortie comme logique.
D’après le site http://gcedidactic.free.fr/, il s’agit d’un capteur à contact, dont la tige pivotante serait ce que l’on appelle le “corps d’épreuve” chargé d’actionner l’élément de transduction qui transformera la grandeur à mesurer en une grandeur mesurable.

4) Utilisation possible dans un système :

Ce capteur pourrait être utilisé dans un système pour l’informer de la présence ou du passage d’un objet.

Compte rendu de l’analyse d’un capteur

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En cours de Sciences de l’ingénieur nous avons du analyser de façon expérimentale le fonctionnement d’un capteur. Le but étant de déterminer la nature du capteur et l’information détectée.

 

1 La mise en place du matériel:

Pour cette analyse nous disposions de: différents capteurs, un multimètre, un oscilloscope, un générateur basse fréquence ainsi que des fils de laboratoire pour mettre en place notre circuit. Nous avons donc branché en série le GBF, le capteur puis le multimètre réglé sur la fonction voltmètre. Le GBF réglé sur 24 V.

Ce schéma représente notre choix d’installation électrique
~Photo LP2I

Pourquoi utiliser un voltmètre? Pour étudier ce capteur nous avons vite remarqué que c’était un capteur de contact et donc qu’il émettrait un signal logique, nous avons donc voulu savoir quelles étaient les deux tensions transmises par le capteur. Un Oscilloscope aurait pu être utilisé mais la lecture précise des tensions aurait été plus complexe, de plus aucune variation sur le temps est intéressante à étudier ( le temps de transition de la tension est négligeable).

2 La démarche expérimentale

En premier nous avons relevé la tension affichée par le voltmètre lorsque le capteur n’est pas utilisé ( en contact avec aucun objet ), cette tension est de 24 V.

Ensuite nous avons activé la détection du capteur en faisant bouger le petit levier à son extrémité qui est donc le corps d’épreuve qui régit avec le ou les éléments à détecter. La tension change alors quand le capteur est en contact avec un obstacle elle passe de 24 V à environ 50 mV. Ce changement de tension est identique que l’on pousse le levier dans un sens ou dans l’autre.

Ici le capteur n’est pas en contact avec un objet, la tension transmise est donc de 24 V
~Photo LP2I

Ici le capteur est en contact avec un objet, il transmet alors un tension d’environ 50 mV
~Photo LP2I

Interprétation:

Ce capteur est un capteur de contact, il transmet une information logique ( il y a un obstacle ou il n’y en pas ). Il permet de renseigner sur la position d’un objet.

3 Utilisations envisageables de ce capteur:

Ce capteur peut servir de capteur fin de course puisque c’est un capteur de position.

Il pourrait donc être adapté sur le malaxeur: On le place au niveau du couvercle, en utilisant sa particularité de « double sens » on utilise alors un seul capteur pour savoir si le couvercle est fermé ou ouvert au lieu de deux capteurs.

Avec ce schéma on visualise ou le capteur peut être placé sur le malaxeur.
~Photo LP2I

Les capteurs

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SI

Capteurs

Le capteur :

Un capteur est un dispositif transformant l’état d’une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, tel qu’une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité ou la déviation d’une aiguille. On fait souvent la confusion entre capteur et transducteur : le capteur est au minimum constitué d’un transducteur.

Le capteur se distingue de l’instrument de mesure par le fait qu’il ne s’agit que d’une simple interface entre un processus physique et une information manipulable. Par opposition, l’instrument de mesure est un appareil autonome se suffisant à lui-même, disposant d’un affichage ou d’un système de stockage des données. Le capteur, lui, en est dépourvu.

Les capteurs sont les éléments de base des systèmes d’acquisition de données. Leur mise en œuvre est du domaine de l’instrumentation.

Il y a différents types de capteurs qui sont :

-les capteurs passifs

-les capteurs actifs

Ces différents capteurs ont différents types de sorties , qui sont :

-les capteurs logiques (TOUT ou RIEN)

-les capteurs analogiques

-les capteurs numériques

Une grandeur physique :

On appelle grandeur physique toute propriété de la science de la nature qui peut être quantifiée par la mesure ou le calcul, et dont les différentes valeurs possibles s’expriment à l’aide d’un nombre réel ou d’un nombre complexe, souvent accompagné d’une unité de mesure.

Le Store SOMPHY :

Informations acquises: -La vitesse du vent qui est la vitesse moyenne et c’est donc une moyenne glissante mesurée par un anémomètre.

-La luminosité moyenne du soleil qui est une moyenne glissante mesurée par un capteur solaire.

La fonction « ACQUERIR » permet d’obtenir un signal électrique image de chacune de ces informations.

Les grandeurs physiques en entrée de chacun des capteurs sont :

-la vitesse du vent Intensité

-L’intensité lumineuse Moyenne

Le type d’information acquise en sortie est analogique ou numérique.

Mise en œuvre de capteurs :

Premier capteur :

Câblage : 1 voyant = 1 sortie

Schéma :

Schéma électrique

 

Analyse :

Référence capteur : XCK-P55.

Grandeur physique prise en compte : pression d’un objet après un certain seuil.

Tension d’origine du capteur: 24 V.

Après la rotation de la barre métallique du capteur , la tension est d’environ 0,2 mV.

Démarche : Une fois le câblage terminé , nous avons branché le capteur sur le Voltmètre et l’oscilloscope avec le capteur alimenté et nous avons observé que lorsqu’on poussait ou tirait la barre métallique du capteur, la tension du courant électrique diminuait.

Information détectée par le capteur : passage d’un objet.

Type de signal en sortie : analogique.

On peut remarquer que lorsqu’un objet passe , le capteur est enclenché et donc sa tension diminue : de 24V à 0,2mV. 24 – 0.0002 = 23.9998 : sa tension diminue donc de 23.9998 V.

Ce capteur pourrait être utilisé pour le passage du bras manipulateur car cela indiquerait que le bras a exercé une rotation ; il pourrait être aussi utilisé pour le le malaxeur afin de compter le nombre de tours qu’il fait par minutes.

Malaxeur

Bras manipulateur

Deuxième capteur :

Câblage : 1 voyant = 1 sortie

Schéma électrique

Analyse :

Grandeur physique de ce capteur : présence de magnétisme.

Tension d’origine du capteur : 24 V.

La tension du capteur en présence de magnétisme est d’environ 0,8 mV.

Démarche : Une fois le câblage terminé , nous avons branché le capteur sur le Voltmètre et l’oscilloscope avec le capteur alimenté et lorsqu’on on approchait un aimant vers le capteur, la tension du courant électrique diminuait.

Information détectée par le capteur : présence de magnétisme ou d’un champs magnétique. Type de signal en sortie : logique (TOUT ou RIEN).

Lorsque le capteur détecte un magnétisme comme un aimant ou un champs magnétique, sa tension diminue : de 24V à 0,8mV. 24 – 0.0008 = 23.9992 : sa tension diminue donc de 23.9992 V.

Ce capteur pourrait être utilisé sur le Store SOMPHY pour mesurer la vitesse du vent.

Store SOMPHY