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Chaîne d'informations et d'énergie

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Objectifs

• Établir un croquis du circuit d’alimentation énergétique et un croquis du circuit informationnel d’un objet technique.
• Identifier les composants d’une interface entre chaîne d’énergie et d’informations.

1. La chaîne d'énergie

La chaîne d’énergie est une suite de différents blocs fonctionnels constitués d’éléments permettant de faire fonctionner un objet technique.

Il existe différents types de blocs fonctionnels :

• Alimentation

⋅ Les pâles d’une éolienne.
⋅ Un panneau solaire (ou photovoltaïque).
⋅ Une turbine hydraulique.
⋅ Des piles.

• Distribution

⋅ Les câbles électriques composés généralement de fils de cuivre sont les principaux éléments qui permettent de distribuer l’énergie électrique vers les différents éléments d’un système automatisé.

• Conversion

⋅ Le moteur permet de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique de rotation.
⋅ Le système de la roue dentée et de la crémaillère permet de convertir une énergie mécanique de rotation en énergie mécanique de translation.
⋅ Un alternateur permet de convertir l’énergie mécanique de rotation en énergie électrique.

• Transmission

⋅ Une bielle est une pièce mécanique qui permet de transmettre une force mécanique.

Il existe d’autres fonctions :

⋅ la fonction de stockage (batterie, accumulateur, etc.) ;
⋅ la fonction de captage (anémomètre, etc.) ;
⋅ la fonction de régulation de l’énergie (thermostat d’ambiance permettant de mesurer la température des pièces et de l’adapter à la température voulue) ;
⋅ etc.

La chaîne d’énergie peut-être transcrite sous forme d'un diagramme représentant les différentes étapes parcourues par l’énergie pour alimenter notre objet technique :

2. La chaîne d'information

La chaîne d’information est constituée d’un ensemble de blocs fonctionnels qui captent et traitent l’information afin d’envoyer des ordres à la chaîne d’énergie d’un système automatisé.

Les différents blocs fonctionnels de la chaîne d’information :

a. Capter ou acquérir le signal

Les composants qui permettent de capter le signal sont appelés des capteurs. Les capteurs peuvent capter des signaux de différents types : la luminosité, les obstacles, la vitesse du vent, la pression, l'humidité, etc.

Les différents capteurs
	• Les capteurs de position Appelés aussi capteurs de contact (ouvert ou fermé) ou capteurs de position, identiques à un interrupteur. Ils sont souvent utilisés pour connaître la position d’une porte, d’un vérin, etc.
	• Les capteurs à lames souples Ils captent la proximité d’un aimant. Chaque capteur est composé de deux lames souples (qui ne se touchent pas) dans une bulle de verre. Lorsqu’un aimant passe suffisamment près, les deux lames se rapprochent et finissent par se toucher, permettant ainsi au courant de passer.
	• Les capteurs de luminosité Ils captent la luminosité et fonctionnent avec une photorésistance (résistance qui change de valeur en fonction de la luminosité).
	• Les capteurs de passage ou capteurs infrarouges Ils se composent d'un émetteur qui émet un faisceau lumineux (infrarouge) à un récepteur. Le faisceau est interrompu au passage d’un obstacle.
	• Les capteurs de présence Ils peuvent être utilisés par exemple dans les systèmes d’alarme anti-intrusion en utilisant l’ultrason. L'émetteur ultrason envoie un son inaudible à l’humain. Lorsqu’un objet est suffisamment près, le son « rebondit » sur l’objet, le récepteur ultrason reçoit alors le signal sonore et se déclenche.

Il en existe d’autres : les capteurs de vitesse, de fumée, de pression, de température, etc.

b. Traiter l'information ou le signal

L’information est captée puis traitée par la partie programmable. En général, c'est une puce électronique ou un circuit intégré qui contient un programme qui traite l’information captée.

c. Transmettre le signal

L’information, une fois traitée, est envoyée à la chaîne d’énergie grâce à des câbles électriques. Les informations sont généralement envoyées à un actionneur.

3. Les actionneurs

Les actionneurs sont les éléments qui permettent d’effectuer une action. Ces actions peuvent être de différents types :

	• Afficher un signal Un voyant ou un afficheur numérique (DEL, afficheur 7 segments, etc.).
	• Produire un mouvement ⋅ Un mouvement de rotation : moteur, servomoteur*. ⋅ Un mouvement rectiligne : vérin.
	• Produire de la chaleur Résistance chauffante.
	• Pomper l’eau Pompe à eau.
	• Couper l’arrivé d’eau. Électrovanne.

* Le servomoteur est un moteur électrique capable de s’arrêter sur une position et d’y rester.

4. Exemple d'application : Les stores automatiques

a. Étude de la chaîne d'information

Informations à capter	Capter	Traiter	Transmettre
Luminosité	Cellule photoélectrique	Boîtier électrique de commande (partie programmable)	Réseau électrique
Vitesse du vent	Anémomètre
Vœux de l'utilisateur de monter ou descendre les stores	Boutons de commande

b. Étude de la chaîne d'énergie

Alimenter	→	Distribuer	→	Convertir	→	Transmettre
Réseau électrique		Boîtier électrique d'alimentation Câble électrique		Moteur (actionneur)		Bras articulé

c. Conclusion

La cellule photoélectrique capte la luminosité. Si celle-ci est importante, la partie programmable traitera l’information et transmettra des ordres à la chaîne d’énergie pour alimenter le moteur (l’actionneur) afin de descendre les stores.

L’anémomètre capte la vitesse du vent. Si celle-ci est importante, la partie programmable traitera l’information et transmettra des ordres à la chaîne d’énergie pour alimenter le moteur (l’actionneur) afin de monter les stores.

L'essentiel

La chaîne d’énergie est une suite de différents blocs fonctionnels constitués d’éléments permettant de faire fonctionner un objet technique. Cette chaîne repose sur 4 principes : l'alimentation (exemple des piles), la distribution (exemple des câbles électriques), la conversion (exemple le moteur) et la transmission (exemple une bielle).

La chaîne d’information est constituée d’un ensemble de blocs fonctionnels qui captent et traitent l’information afin d’envoyer des ordres à la chaîne d’énergie d’un système automatisé. Il existe différents blocs fonctionnels de la chaîne d’information :

• Le captage ou l'acquisition du signal
Les composants qui permettent de capter le signal sont appelés des capteurs. On trouve différents types de capteur : les capteurs de position appelés aussi capteur de contact, les capteurs à lames souples qui captent la proximité d’un aimant, les capteurs de passage ou capteurs infrarouge.

• Le traitement de l’information ou du signal
L’information est captée puis traitée par la partie programmable qui est en général, une puce électronique ou un circuit intégré qui contient un programme qui traite l’information captée.

• La transmission du signal
L’information, une fois traitée, est envoyée à la chaîne d’énergie grâce à des câbles électriques. Les informations sont généralement envoyées à un actionneur.

Les actionneurs sont les éléments qui permettent d’effectuer une action. Ces actions peuvent être de différents types :
• afficher un signal (avec un voyant ou un afficheur numérique) ;
• produire un mouvement qu'il soit de rotation (avec un moteur) ou rectiligne (avec un vérin) ;
• produire de la chaleur (avec une résistance chauffante) ;
• pomper l’eau (avec une pompe à eau) ;
• couper l’arrivé d’eau (avec une électrovanne).