Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Les capteurs et actionneurs intelligents ont connu de grandes évolutions suite aux avancées en micro-électronique, ce qui s’est traduit par l’intégration de nouvelles fonctions. Cet article définit les concepts de ces nouveaux équipements, puis introduit les problèmes liés à la communication (bus de terrain, interopérabilité, interchangeabilité). Les aspects relatifs à la sûreté de fonctionnement sont ensuite abordés. La présentation de différentes applications industrielles vient clore cet article.
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GT 18-4 CIAME SEE : Groupe Technique « Composants Intelligents pour l’Automatisation et la Mesure » - Société de l’Électricité, de l’Électronique et des Technologies de l’Information et de la Communication
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Mireille BAYART : Professeur des Universités, Polytech’Lille (École Polytechnique Universitaire de Lille) - LAGIS UMR CNRS 8146 (Laboratoire d’Automatique, de Génie Informatique et Signal), - Animateur du GT Ciame
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Blaise CONRARD : Maître de Conférences, Polytech’Lille (École Polytechnique Universitaire de Lille) - LAGIS UMR CNRS 8146 (Laboratoire d’Automatique, de Génie Informatique et Signal)
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André CHOVIN : Adjoint à la Direction des Développements Business Unit Sensors & Actuators - CROUZET Automatismes
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Michel ROBERT : Professeur des Universités, Université Henri Poincaré Nancy 1 ESSTIN - CRAN UMR CNRS 7039 (Centre de Recherche en Automatique de Nancy)
INTRODUCTION
Let article présente les concepts de capteurs et d’actionneurs intelligents. Apparus vers les années 1980, ces nouveaux équipements ont bénéficié des nombreux progrès en microélectronique et du développement des systèmes de communication, avec en particulier l’apparition des réseaux de terrain. Ces évolutions ont conduit à l’intégration de nouvelles fonctions dans les capteurs et les actionneurs, avec notamment la fonction communication et l’apparition de ce que l’on a appelé « Capteurs et actionneurs intelligents » : « intelligent » étant en fait, une mauvaise traduction de « smart », dans le sens, « agréable à utiliser ». Depuis, l’adjectif intelligent est passé dans les mœurs, et tout objet qui intègre un tant soit peu d’électronique et de logiciel devient intelligent : on trouve ainsi le bâtiment intelligent, la voiture intelligente, les skis intelligents...
Après une présentation des différents projets, qui ont permis d’identifier d’une part, les besoins des utilisateurs et, d’autre part, les solutions à fournir, il nous est apparu important de résumer l’évolution des systèmes automatisés ; les possibilités de distribution de traitement offertes par la microélectronique permettent aux capteurs et actionneurs d’élargir leur fonction initiale (mesurer pour un capteur, agir pour un actionneur) jusqu’à la participation à certaines fonctions auparavant effectuées par le système central de contrôle-commande. L’architecture fonctionnelle, puis matérielle sont développées. Une des fonctions essentielles des instruments intelligents étant la communication, les problèmes liés au choix de réseaux (domaine d’application, type de réseaux, interopérabilité...) sont présentés. Enfin, les aspects sûreté de fonctionnement sont détaillés avant de donner quelques exemples de réalisations industrielles.
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Réalisations industrielles
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5. Intégration
Les différentes fonctionnalités implantables dans un capteur intelligent sont réalisables grâce aux techniques numériques qui permettent une duplication aisée, mais aussi une paramétrisation. Cette capacité d’adaptation leur permet de s’adapter au phénomène physique et au transducteur et conduit à l’élimination de certaines contraintes. Cependant le nombre d’informations issues des équipements intelligents et transitant sur le réseau peut devenir rapidement important et poser des problèmes de charge de réseaux et donc de gestion de l’automatisme. Dans ce cas, la possibilité d’introduire des algorithmes d’élaboration d’informations de haut niveau et/ou de prise de décision dans les équipements permet de réduire les flux de données.
Selon le choix des fonctions à implanter, plusieurs architectures matérielles sont possibles. Il faut savoir que chaque protocole de communication nécessite une interface électronique spécifique définie par le standard ou par la norme.
Certaines interfaces sont complètement intégrées dans le silicium pour les équipements les plus simples (souvent quelques E/S tout ou rien), c’est le cas par exemple pour les protocoles AS-Interface, Interbus, Profibus-DP, DeviceWorldFIP. Un premier niveau d’intelligence est possible en utilisant des fonctions de traitement simple réalisées avec une logique câblée au niveau de l’interface entrées/sorties du composant de communication, associée quelquefois à des fonctions analogiques. Dans d’autres cas, il faudra utiliser la combinaison d’un microcontrôleur associé à un composant interface. Les microcontrôleurs utilisés sont souvent des 8 bits économiques. Cette solution permet déjà de faire un traitement numérique local simple, et de rendre un peu plus intelligent l’équipement. On citera comme exemple les protocoles basés sur CAN (Devicenet, CanOpen, SDS), Profibus-FMS, WorldFIP, Fieldbus.
Lorsqu’on doit traiter localement plus d’informations, on préférera choisir un microcontrôleur 16 bits, ou encore dédier un microcontrôleur à la communication, et en utiliser un deuxième pour le traitement.
On peut également noter que si souvent une grande partie du traitement sera implémentée dans l’équipement lui-même, dans d’autres cas, un minimum de fonctions seront localement implantées, le reste étant affecté à une unité de traitement concentrant l’intelligence de plusieurs...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - CIAME - Livre Blanc : Les capteurs intelligents, Réflexions des utilisateurs - , CIAME, AFCET, 1987.
-
(2) - CIAME - Livre Blanc : Les Actionneurs Intelligents - , Kirk, 1989.
-
(3) - ROBERT (M.), MARCHANDIAUX (M.), PORTE (M.) - Capteurs Intelligents et Méthodologie d’Évaluation - , Paris, Édition Hermès ; 1993, ISBN : 2-86601-439-1.
-
(4) - STAROSWIECKI (M.), BAYART (M.) - Actionneurs Intelligents, - Paris, Édition Hermès ; 1994, ISBN : 2-86601-382-4.
-
(5) - ASCH (G.) et all - Acquisition de données : Du capteur à l’ordinateur. - Édition Dunod, ISBN 2-10-006310-3.
-
(6) - GROUT (M.) - Instrumentation industrielle : Spécification et installation des capteurs et des vannes de régulation. - Édition...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Réseaux locaux industriels
ANNEXES
Revue
* - J’automatise Cimax SARL.
* - http://www.jautomatise.com
HAUT DE PAGE
GEHIN (A.L.) - Analyse fonctionnelle et modèle générique des capteurs intelligents : application à la surveillance de l’anesthésie. - Thèse de doctorat de l’Université de Lille 1, 1994.
LUTTENBACHER (D.) - Modélisation du concept capteur intelligent par une approche objet : application à un capteur intelligent de température. - Thèse de doctorat de l’Université Henri Poincaré, Nancy 1, 1997.
NEUNREUTHER (E.) - Contribution à la modélisation des systèmes intégrés de production à intelligence distribuée. - Thèse de doctorat de l’Université Henri Poincaré, Nancy 1, 1998.
DESFORGES (X.) - Méthodologie de surveillance en fabrication mécanique : application de capteur intelligent à la surveillance d’axe de machine-outil. - Thèse de doctorat de l’Université de Bordeaux 1, 1999.
TAILLAND (J.) - Instruments intelligents :...
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