automatisation (suite)

• L’information d’état se présente sous la forme de mesures des grandeurs caractéristiques du système conduit, et l’énergie communiquée aux actionneurs doit être dosée d’après les écarts constatés entre les mesures effectuées et les valeurs de consigne correspondantes. Par exemple, pour réguler la température d’un four, l’apport de calories fournies par un gaz ou un courant électrique est dosé de manière à annuler aussi bien que possible l’écart entre la température du four, mesurée par exemple par une thermistance (résistance thermosensible) ou un thermocouple, et la température prescrite, affichée au moyen d’un potentiomètre manœuvré par un bouton portant un index qui se déplace devant une échelle graduée. Dans les thermostats les plus simples, comme ceux des appareils ménagers, le fluide de chauffe ou de refroidissement est dosé par tout ou rien, au moyen d’une lame bimétallique qui, en se déformant sous l’effet des variations de température, ferme ou ouvre un contact électrique. La conduite d’une colonne de distillation ou d’une unité de production d’ammoniac met en jeu un grand nombre de boucles de régulation, chargées de maintenir les grandeurs caractéristiques du processus (températures, pressions, niveaux, débits, etc.) au voisinage de leur valeur optimale. Les organes de réglage, les commandes, les voyants de contrôle, les récepteurs de mesure et les régulateurs sont rassemblés dans une salle centrale de conduite ; ils sont généralement disposés sous une forme synoptique qui rappelle aux opérateurs leur rôle dans l’installation.

• Les émetteurs d’information de commande se réduisent, dans les cas les plus simples, à des boutons d’affichage des valeurs de consigne. Cependant, lorsqu’une grandeur physique doit en asservir une autre, elle doit être mesurée sous la forme d’une grandeur de même nature que la grandeur asservie. Ainsi, dans un asservissement de position assurant à distance le synchronisme entre la rotation de deux arbres, les positions angulaires des deux arbres, menant et mené, sont mesurées, par exemple, sous la forme de deux tensions électriques. Dans les asservissements à définition numérique, l’information de commande est enregistrée sur ruban perforé ou ruban magnétique.

• Les capteurs d’information d’état des systèmes asservis sont des appareils de mesure qui, en mettant à profit de très nombreux phénomènes physiques, transforment la grandeur à mesurer en une autre grandeur, le plus souvent électrique, plus facile à manipuler ; ils jouent donc également le rôle de convertisseurs, ou traducteurs. Ainsi transforme-t-on une pression en déplacement ou une température en tension électrique. On étudie actuellement des capteurs donnant directement une indication sous forme numérique, grâce à des codeurs incorporés réalisés en circuits intégrés.

• Les actionneurs des systèmes asservis sont de même nature que ceux des automatismes séquentiels ; ils doivent cependant être adaptés à un fonctionnement progressif ; ainsi, les systèmes pneumatiques sont peu utilisés. Ils sont associés à des amplificateurs de puissance, dont l’action peut être progressive ou, quelquefois, se manifester par tout ou rien. Les amplificateurs à action progressive sont de nature électrique (génératrices amplificatrices), électronique (transistors, thyristors), hydraulique (distributeurs d’huile) ou mixte.

• Le traitement de l’information dans le cas d’une simple boucle de régulation se réduit à l’élaboration de l’écart entre la mesure de la grandeur réglée et sa valeur de consigne. Mais, même dans ce cas, cette opération élémentaire s’assortit souvent de calculs auxiliaires ; en particulier, l’écart est en général combiné avec sa dérivée et son intégrale par rapport au temps, afin d’obtenir un fonctionnement plus stable et plus précis ; dans certains cas, il faut corriger la non-linéarité du capteur. Dans les solutions classiques, ces opérations sont effectuées par des éléments de calcul analogique pneumatiques, fluidiques ou électroniques (amplificateurs opérationnels, aujourd’hui réalisés en circuits intégrés), souvent incorporés au régulateur ou au détecteur d’écart. Dans la conduite numérique directe, elles sont confiées à un calculateur numéral capable, par partage de temps ou multiplexage, de conduire un grand nombre de boucles de régulation. Dans les commandes numériques de trajectoires pour machines-outils, un calculateur effectue les opérations d’interpolation nécessaires au lissage de la trajectoire de l’outil à partir des données ; ces machines sont capables d’usiner complètement des pièces de forme complexe, en utilisant successivement plusieurs outils, à partir des données numériques enregistrées sur un ruban perforé ou une bande magnétique.

Le rôle privilégié de l’ordinateur

Dans un nombre croissant d’installations industrielles, un calculateur numéral, appelé alors ordinateur de conduite, procède à des calculs de bilan d’énergie ou de matières, à la surveillance des variables susceptibles de prendre des valeurs dangereuses, à la conduite des opérations séquentielles de démarrage et d’arrêt de l’unité, à des calculs sur les mesures (corrections d’échelle notamment), etc. Il soulage d’autant les opérateurs, auxquels il fournit des renseignements sous forme imprimée. Mais, lorsqu’une installation est conduite par calculateur numéral, celui-ci peut également être chargé de calculs d’auto-adaptation ou d’auto-optimalisation. Pour cela, il recherche périodiquement, en utilisant généralement un modèle mathématique de l’installation, les conditions de fonctionnement optimal. Le modèle mathématique doit être remis périodiquement à jour, à une cadence suffisamment rapide par rapport aux fluctuations des caractéristiques du processus dans le temps. Les conditions de fonctionnement optimal ainsi déterminées peuvent être imposées au processus, soit indirectement, par l’intermédiaire de régulateurs classiques pilotés par l’ordinateur, soit directement par le calculateur (conduite numérique directe, improprement appelée « contrôle digital direct » par les amateurs d’anglicismes). Dans les systèmes de conduite hiérarchisée, un calculateur central détermine, en vue d’obtenir une solution optimale globale, les consignes générales qui sont communiquées à des calculateurs spécialisés pilotant les diverses parties de l’installation. Ainsi, dans certaines aciéries, un calculateur central ayant en mémoire le fichier des commandes envoie les ordres de travail convenables aux calculateurs de conduite de l’aciérie (laminoirs à chaud, laminoirs à froid, découpe des tôles, etc.) de manière à satisfaire le programme de fabrication tout en minimalisant les stocks intermédiaires et les pertes de matières.