capteurs intelligents
Post on 24-Dec-2015
274 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Introduction
Développement industriel nécessite une instrumentation coûteuse
–Maîtrise des procédés de fabrication.
– Maîtrise de la qualité des produits finis
mise en place de capteurs sur l'ensemble de procédé de fabrication
La capacité du capteur à tenir compte de son environnement, et à définir son état de fonctionnement
+Introduction d'une capacité locale de calcul grâce à la miniaturisation
Capteurs Intelligents
Définition
Capteur Intelligent
Un système composé de plusieurs sous-systèmes dont les fonctions sont clairement distinct dont les principaux sont:
- un ou plusieurs capteurs
- les conditionneurs associés
- organe de calcul interne
- interface de communication
Différence Capteur intelligent / capteur classique
- Capacité de calcul interne
- Interface de communication bidirectionnelle
— l’instrument analogique a pour rôle une simple conversion ;pour le capteur il s’agit de la transformation d’une grandeur physique en un signal électrique exploitable
— l’instrument numérique offre la même fonction de conversion, mais au travers d’une chaîne de traitements dans laquelle figure une ou plusieurs opérations numériques, susceptible d’améliorer cette fonction élémentaire ; comme par exemple, la numérisation de la mesure en vue de son utilisation par une centrale d’acquisition via une liaison série ;
— l’instrument « smart » possède des fonctionnalités qui améliorent ses performances métrologiques, par des fonctions embarquées de mémorisation et de traitement de données ;
— l’instrument intelligent enrichit cela d’une capacité à crédibiliser sa fonction associée à une implication plus importante dans la réalisation des fonctions du système auquel il appartient.
Fonctionnalités d'un capteur intelligent
Capteur intelligent = capteur fournissant une mesure + d'autres services
Fonctionnalités nécessaires à une instrumentation industrielle
Métrologie
Auto-adaptabilité,
remplacement des données manquantes
validation de mesure
traitement du signal
Maintenance
Auto-surveillance
Auto-diagnostic
Contrôle à distance
Mise en service
Configuration à distance
Fonctionnalités d'un capteur intelligent
Fonctionnalités métrologiques
Auto-adaptabilité
Capacité du capteur intelligent à s'adapter au signal mesuré.
Exemples
Amplificateur à gain variable
Filtre à fréquence de coupure variable
Fonctionnalités métrologiques
Remplacement des données manquantes
Défaillance ponctuelle du capteur => données non disponible à un temps t
Technique permettant d'estimer les données manquantes à partir des données disponibles
Fonctionnalités métrologiques
Précision et validation des mesures
Précision
Validation des mesures évaluation de la qualité de la mesure,
détection de mesures aberrantes
Traitement du signal
Mise en place à proximité de la source de données d'un système de traitement de l'information
Filtrage des résultats pour n'obtenir que l'information utile
prise en compte et compensation des grandeurs d'influence (température, pression …)
Fonctionnalités de maintenance
Configuration à distance
Communication bidirectionnelle traitement numérique des données+
flexibilité instrumentale
ExemplesTransmission d'un fichier d'initialisation ou d'un programme de traitement approprié
Exploitation, détection de défaut, recherche de diagnostic
Après configuration, le système est autonome. Transmission de l'information utile
Surveillance de processus
Détection d'anomalie déclenchement d'une alarme
Détection de défaut, recherche de diagnostic
Étude des relations de cause à effet, entre l'anomalie et sa cause
Analyse statistique : test d'hypothèses, calcul d'estimée et comparaison avec des données réelles
La connaissance des propriétés statistiques du bruit est importante puisqu'elle permet de mieux modéliser les aléas du signal
Auto-diagnostic
Définition
Capacité d'un capteur à effectuer l'évaluation de son état de fonctionnement et de diagnostiquer l'élément éventuellement en dysfonctionnement
Caractéristique importante d'un capteur intelligent!
Exemple de montage pour auto-diagnostic Mise à la masse de l'entrée
mesure d'une tension de décalage
Entrée mise à une tension de référence
Mesure du gain
Contrôle de l'entrée via un CNA
Validation du bon fonctionnement du CAN et CNA
Auto-diagnostic Auto-diagnostic d'un amplificateur différentiel
Validation du G différentiel et du Taux de réjections du mode commum
Auto-diagnostic
Auto-diagnostic des capteurs
Difficile, car il faudrait appliquer au capteur une grandeur physique d'amplitude connu.
Questions - La grandeur mesurée est -elle comprise dans l'EM?
- La grandeur mesurée est elle compatible avec l'historique?
- La rapidité de variation de la grandeur mesurée est elle raisonnable?
- Est ce que la grandeur mesurée fluctue?
Solution simple : Duplication ou Triplication des capteurs.
Structure d'un capteur intelligent
Un capteur intelligent a une structure très variable et dépend fortement des technologies utilisées
Objectif : Miniaturisation et un seul boîtier
Structure minimal
Capteur
Température
ConditionneurAmplificateur
CAN Microprocesseur Bus
Compensation de température + unité de calcul local
Structure d'un capteur intelligent
Structure complexe
Capteur
Température
Vref
GND
ConditionneurAmplificateur
CAN Microprocesseur
CNA
RAM ROM
Entrée/ Sortie
Bus
Unité de Calcul Local+ Fonctionnalités diverses
Système d’automatisation à intelligence distribuée (SAID)
Les installations d’automatismes Une architecture centralisée,
un ensemble de capteurs et d’actionneurs raccordés par des liaisons directes via des cartes d’entrées/sorties numériques ou analogiques à une unité de traitement
L’augmentation croissante du nombre d’informations
Développement d’unités de traitement de plus en plus performantes, capables de traiter rapidement un grand nombre d’informations
Une première évolution est apparue avec l’introduction des bus de terrain [S 7 574] Réseaux locaux industriels : ils ont permis de déporter les entrées/sorties (E/S)
digitales et analogiques, et de réduire les coûts et temps de câblage .
L’étape suivante dans l’évolution des automatismes a été de répartir l’unité centrale et de rapprocher les traitements au plus près des équipements. On parle alors de systèmes automatisés à intelligence distribuée (SAID)
L’instrument intelligent en terme de services
un instrument intelligent se caractérise fondamentalement par les fonctions qu’il peut offrir aux intervenants et ce tout au long de son cycle de vie .
Quant à sa mission première
— réaliser l’acquisition d’une mesure primaire de la caractéristique physique à mesurer
— élaborer une image de la grandeur principale en tenant compte des grandeurs d’influence, et des éventuelles non-linéarités de type hystérésis,
— valider la mesure : il s’agit de crédibiliser la mesure en s’assurant du bon fonctionnement de l’instrument
— fournir une mesure opérationnelle, qui peut être aussi bien une mise en forme dans une unité particulière que l’élaboration d’une grandeur « virtuelle » c’est-à-dire non mesurée directement, mais élaborée à partir de la mesure de plusieurs points (cas d’unemoyenne) ou de plusieurs phénomènes physiques ;— fournir une mesure repérée dans le temps, pour traitement avec d’autres grandeurs issues d’autres équipements en exploitation et également pour constitution d’historiques.
Quant à son intégration au système
— offrir une communication évoluée permettant un dialogue numérique avec les autres équipements du système d’automatisation, en l’occurrence de préférence via un réseau de terrain acceptant une diffusion des informations entre tous les équipements ;
— générer des grandeurs « virtuelles », c’est-à-dire non directement mesurées, mais élaborées à partir des grandeurs physiques disponibles et des modèles de calcul (exemples : génération d’alarmes en cas de défaillance détectée, historiques des dernières valeurs délivrées, des dépassements de seuils, des modifications deparamétrages, des consignes, etc.) ;
— fournir une image des grandeurs physiques locales grâce aux capteurs proprioceptifs : ceci à des fins de détection de défaut par comparaison avec d’autres mesures d’autres instruments, puis à des fins de diagnostic de l’instrument ;
— offrir des possibilités d’autocalibration, l’instrument choisissant automatiquement l’échelle la mieux adaptée aux grandeurs à mesurer, où au niveau d’amplitude voulu des actions ;
— permettre un étalonnage des chaînes de mesures et de tests chaînes d’actionnement en ligne, soit grâce à des dispositifs uniquement internes tels que des grandeurs étalons (pour les capteurs) ou la capacité de réaliser des cycles tests de manœuvres (pour les actionneurs), soit en collaboration avec d’autres équipements lorsque le processus a été conçu pour permettre une configuration d’étalonnage ou de test ;
— offrir des possibilités de reconfiguration en ligne… ;
— mémoriser des informations en temps réel sur des dysfonctionnements et, éventuellement, diagnostiquer des défauts, (type, nature…) ;
— possibilités d’autosurveillance, en particulier pour les équipements sollicités ponctuellement ;
— proposer une configuration par défaut, un éditeur de configuration, une validation des paramètres saisis… ;
— stocker insitu diverses informations constructeur tel que le numéro de série, la date de fabrication, voire le lien avec la documentation ou les plans… permettant un meilleur suivi de produit ;
— générer des informations pour la gestion technique tel que le nombre d’heures de fonctionnement, le nombre de manœuvres, la consommation…
Quant à son cycle de vie
Le capteur connaît d’autres phases du cycle de vie, qui vont de la conception, à la fabrication, à la distribution, puis à l’exploitation au sens large et au démantèlement, avec éventuellement des étapes de stockage. Différents acteurs sont en relationavec lui : fabricant, vendeur, installateur… Ils peuvent aussi également bénéficier de l’intelligence de l’équipement.
Les apports de l’intelligence concernent
— la possibilité de stocker la fiche signalétique de l’instrument (nom du fabricant, nom du produit, numéro de série, date de fabrication, date de mise à jour du logiciel…) ;
— la possibilité de surveiller certains paramètres pour s’assurer des bonnes conditions d’utilisation (stockage des valeurs maximales et minimales de certaines grandeurs…) ;
— le traçage des événements relatifs aux défaillances en vue d’améliorer le produit ;
— éventuellement, la surveillance des conditions de stockage ;
— des services préprogrammés, en permettant une grande modularité quant à l’emploi de ces instruments et en facilitant les éventuelles évolutions du système.
Notion de services et cohérence des services
Un service est équivalent à une fonction et correspond au résultat de l’exécution d’un ensemble de traitements. Ainsi, le service fondamental est :
— pour un capteur de fournir l’image d’une grandeur physique ;— pour un actionneur d’agir sur le processus selon une intensité modulée.
—les services dits nominaux (pour lesquels toutes les ressources matérielles sont disponibles) ;—les services dits dégradés (lesquels peuvent être rendus malgré qu’une partie de ces ressources soit indisponible, et ce grâce à des traitements de substitution mais certes, de manière peut-être moins efficace) ;— enfin les services dits indisponibles (lorsque l’instrument n’est plus capable de remplir la fonction demandée).
top related