automatisation (suite)

Le rôle des composants

Les principaux composants dont fait usage l’automatisation, en particulier l’automatisation industrielle, sont les émetteurs et les capteurs d’information, les actionneurs et leurs amplificateurs de puissance, ainsi que les organes de traitement de l’information, en particulier les calculateurs ; leur nature dépend de celle du système considéré, automatisme séquentiel ou système asservi.

Dans les nombreuses machines automatiques à programme chronométrique (tours automatiques, machines à poinçonner, à sertir, à empaqueter, etc.), dont les mouvements sont conduits, directement ou indirectement, par une horloge constituée par exemple par un arbre à cames entraîné par un moteur à vitesse constante, et qui ressemblent davantage aux automates de Vaucanson qu’aux automatismes modernes, l’information d’état se réduit à une information de sécurité qui arrête le cycle opératoire en cas d’apparition d’un défaut de fonctionnement détecté.

Les composants des automatismes séquentiels

Les automatismes séquentiels assurent la conduite des processus discontinus tels que l’enchaînement des diverses passes d’usinage d’une machine-outil, le remplissage d’un haut fourneau ou d’un four à ciment, avec pesage automatique des produits, ou encore le démarrage automatique d’une tranche de centrale thermique. Certaines fonctions intervenant dans des séquences de ce type peuvent être confiées à des asservissements : régulation de vitesse d’une broche de machine-outil, balance de pesage asservie, mise en vitesse d’une turbine à accélération constante. Les automatismes séquentiels constituent la grande majorité des automatismes industriels.

• Les émetteurs d’information de commande des systèmes séquentiels sont, dans les cas les plus simples, constitués par des boutons-poussoirs, ou des interrupteurs à commande manuelle, éventuellement associés à des dispositifs de mémoire à relais ou autres. On utilise aussi beaucoup les programmateurs à tambour ou à disque tournant actionnant des contacts électriques, comme ceux des laveurs de vaisselle ou de linge. Si le programmateur tourne en permanence à vitesse constante, il réalise simplement un programme chronométrique ; mais, bien souvent, sa rotation présente des arrêts et des redémarrages commandés par l’information d’état. Pour l’enchaînement des phases des machines-outils, les tableaux à fiches amovibles sont très utilisés. Les cartes et les rubans perforés jouent un rôle analogue ; depuis longtemps, les cartes perforées sont utilisées dans les métiers à tisser. On peut, par exemple, inscrire sur un jeu de cartes perforées les numéros codés des produits d’un mélange et leurs poids respectifs, ou encore les valeurs numériques des coordonnées des positions successives que doit occuper la broche d’une perceuse pour usiner une série de trous (commande numérique dite « de point à point »). Le ruban magnétique peut aussi être utilisé de la même façon. Enfin, dans les systèmes les plus perfectionnés, dits « à programme enregistré », l’information de commande est enregistrée à l’avance dans la mémoire d’un calculateur numéral.

• Les capteurs d’information d’état des automatismes séquentiels fonctionnent souvent par tout ou rien, comme les contacts de fin de course des machines-outils, les contacts de thermostat ou de manostat, etc. Ils repèrent simplement le passage d’une grandeur physique (dimension, température, pression, poids, etc.) par une valeur déterminée pour laquelle doit se produire un changement de phase. Ils sont souvent associés à un appareil de mesure, qui peut d’ailleurs être plus simple qu’un appareil fournissant une mesure continue. Dans les systèmes à commande numérique, l’information d’état se présente sous la forme de nombres codés qui peuvent être comparés à ceux du programme de travail ; il existe ainsi des codeurs de déplacements pour machines-outils à commande numérique.

• Les actionneurs des systèmes séquentiels sont chargés d’agir sur le processus conduit. Ces actions sont le plus souvent mécaniques : déplacement d’un chariot de machine-outil, ouverture ou fermeture d’une vanne gouvernant le passage d’une matière première ou d’un fluide de chauffe. Elles sont assurées par des moteurs, en donnant à ce mot son sens le plus général : moteurs électriques rotatifs ou linéaires, solénoïdes, vérins pneumatiques ou hydrauliques, actionneurs pneumatiques à diaphragme, moteurs rotatifs pneumatiques ou hydrauliques, etc. Ces moteurs sont généralement associés à des amplificateurs de puissance, constitués selon le cas par des contacteurs ou par des distributeurs ou électrodistributeurs de fluides.

• Les organes de traitement de l’information dans les systèmes séquentiels effectuent des opérations logiques. Les éléments des circuits logiques sont constitués, selon le cas, par des relais électromagnétiques, des composants à semi-conducteurs tels que les diodes et les transistors, des noyaux ou tores magnétiques, des vannes ou distributeurs à fluides. Une nouvelle technique, la fluidique, met en œuvre des organes pneumatiques sans pièces mobiles. La fluidique et, plus encore, l’électronique se prêtent à la réalisation de modules intégrés qui, sous un faible encombrement, effectuent des opérations logiques complexes, telles que le comptage. Enfin, dans les automatismes séquentiels à programme enregistré et à définition numérale, toutes les opérations logiques sont confiées à un calculateur numéral, ou ordinateur, qui surveille en permanence l’évolution de l’information d’état fournie par les capteurs, et élabore en conséquence les ordres à communiquer aux actionneurs, d’après les règles et les valeurs de référence figurant dans le programme enregistré dans sa mémoire centrale.

Les composants des systèmes asservis

À l’inverse de ce qui se passe dans la boucle d’un automatisme séquentiel, où les actions s’effectuent par essence à la fois par échelons et par intermittence, la boucle d’un système asservi est le siège de processus continus, au moins en moyenne.