EMILIE DE RODAT
TECHNOLOGIE - SNT
3ᵉ Séquence 3 : MSOST-1 Structure Fonctionnelle
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Chapitre 1, Schéma Fonctionnel:
On a déjà vu comment représenter les objets techniques avec le dessin technique, les vues d’ensemble et leur nomenclature. On a vu également des exemples des schémas (électrique, hydraulique ou encore cinématique) pour décrire ces aspects spécifiques d’un objet technique.
Dans cette séquence on va étudier deux schémas que l’on peut utiliser pour décrire un objet technique et plus spécifiquement son fonctionnement :
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Le Schéma fonctionnel (en anglais diagramme FAST)
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La Chaîne d’information et d’énergie
Le Schéma Fonctionnel est un outil de représentation qui permet d’associer les fonctions techniques aux solutions techniques pour une fonction d’usage identifiée.
La Fonction d’Usage est le service rendu par l’objet technique pour répondre au besoin de l’utilisateur, elle décrit à quoi sert un objet technique.
La Fonction Technique est l’action réalisée par une pièce ou un groupe de pièces de l’objet technique, les fonctions techniques sont la décomposition de la fonction d’usage en sous-fonctions indispensables au bon fonctionnement de l’objet technique.
La Solution Technique est la matérialisation de la fonction technique, c’est-à-dire l’élément de l’objet technique qui permet d’y répondre.
Chapitre 2, Capteurs, actionneurs:
La mécanisation est un principe technique qui utilise une source d’énergie (autre que l’énergie musculaire) pour produire un effet attendu grâce à une chaîne d’énergie.
L’action désirée est effectuée par un actionneur (moteur, ampoule, buzzer) qui va convertir la source d’énergie en énergie utile.
L’automatisation correspond à la possibilité de commander la source d’énergie grâce à une chaîne d’information.
Pour détecter son environnement l’objet technique à besoin des capteurs.
Les capteurs sont des éléments qui transforment une grandeur physique en signal électrique.
Selon les capteurs, l’information peut être de nature :
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Logique (vrai ou faux, 0 ou 1, deux valeurs) aussi appelé "détecteur" ou TOR (tout ou rien)
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Numérique (plusieurs valeurs)
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Analogique (nombre infini de valeurs
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Capteurs logiques: détecteur de mouvement, de fin-de-course, de fumée...
Un capteur numérique « suiveur de ligne » est une série de 2 détecteurs et peut détecter 4 valeurs différentes :
Noir-Noir 00
Noir-Blanc 01
Blanc-Noir 10
Blanc-Blanc 11
Pour transmettre ces 4 informations différentes on a besoin de 2 places, ou rangs (bits) : 2 x 2 = 2² = 4
Ce codeur binaire du moteur « pas à pas » électrique à 5 détecteurs en série peut détecter 32 valeurs différentes :
Noir-Noir-Noir-Noir 00000
Noir-Noir-Noir-Blanc 00001
Noir-Noir-Blanc-Noir 00010 etc.
Pour transmettre ces 32 informations à la carte on a besoin de 5 places (bits) : 2 x 2 x 2 x 2 x 2= (2^5) =32
Le capteur analogique produit un signal électrique qui varie en continu (entre 0 et 12V par exemple).
Capteurs analogiques: capteur de température (0°C à 100°C) , de pression (0..25 bar), de distance (portée: de 2 cm à 4 m).
Ce signal analogique va devoir être converti en signal numérique à l’entrée du microprocesseur par un convertisseur analogique-numérique. Le nombre de bits détermine la précision de ce signal.
Par exemple sur 8 bits on a 256 (2^8) valeurs possibles entre la valeur minimale (0%) et la valeur maximale (100%) et sur 10 bits on a 1024 (2^10) valeurs possibles entre la valeur minimale (0%) et la valeur maximale (100%).
Un signal numérique qui alterne entre 0 et 5 Volt, va devoir être de nouveau converti en analogique à la sortie de la carte pour actionner les actionneurs qui demandent un courant avec une tension et fréquence spécifique, par exemple pour un moteur électrique monophasé 230 V et 50Hz.
Pour adapter le signal électrique on utilise entre autres des amplificateurs, puis des contacteurs/ disjoncteurs (haute tension), relais (basse tension) et des interfaces électroniques (très basse tension).
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Les informations binaires sont traitées par le microcontrôleur ou le microprocesseur (des cartes programmables).
Les informations binaires sont communiquées de la carte vers interface de puissance afin de commander la chaîne d’énergie et / ou vers l’utilisateur pour lui informer de l’état de l’objet.
Ces informations se transmettent avec ou sans fil (câbles, fibre optique, infrarouge, Bluetooth, Wifi, etc.)
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On exprime la quantité d'informations binaires stockée (sur une clé USB par exemple) en octets ou Bytes, mais la quantité de transfert ou le débit en Mb/s = Mégabits / seconde donc il faudra multiplier les octets par 8 afin d’obtenir la quantité en bits afin de calculer la durée en secondes, par exemple pour le téléchargement un film.
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Un actionneur va convertir une énergie source en énergie utile nécessaire à l'effet attendue.
Exemples: chauffage: énergie électrique en chaleur, monteur électrique: énergie électrique en énergie mécanique, vérin électrique: énergie électrique en énergie mécanique, haut-parleur: énergie électrique en énergie sonore, lampes: énergie électrique en énergie lumineuse.
Chapitre 3, La chaîne d’énergie et d’information:
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La chaîne d’énergie et d’information d’un objet Technique autonome : ce sont des successions de blocs fonctionnels permettant d’expliquer le chemin de l’énergie et de l’information dans cet objet.
Dans un système automatisé, on appelle une chaîne d’énergie l’ensemble des procédés qui vont réaliser une action.
La chaîne d’énergie est composée de cinq blocs fonctionnels :
Alimenter : Mise en forme de l’énergie externe en énergie compatible
Stocker : Stockage de cette énergie (accumulateurs, batterie)
Distribuer : Distribution de l’énergie à l’actionneur (interrupteur, relais)
Convertir : Conversion d’énergie par un actionneur (vérin, moteur, ampoule, buzzer)
Transmettre : Transmettre l’énergie pour effectuer l’action utile (engrenages, courroies)
Dans un système automatisé, on appelle une chaîne d’information la partie du système qui capte l'information et qui la traite.
La chaîne d’information est composée de trois blocs fonctionnels :
Acquérir : Prélever des informations à l’aide d’un pupitre (bouton, clavier) et de capteurs.
Traiter : Traiter les données (automate, microcontrôleur)
Communiquer : Cette fonction assure l’interface avec l’utilisateur (écran) et avec la chaîne d’énergie (câbles électriques).
