Structure d'un système automatique
Confort et domotique - 4ème
Structure d'un système automatique
Objectifs
- Identifier les trois parties principales d'un système automatique.
- Comprendre le rôle de chaque partie dans le traitement de l'information.
- Savoir schématiser la structure d'un système automatique simple.
Introduction
Imaginez un monde où votre maison s'occupe de vous ! Les volets se ferment tout seuls à la nuit tombée, le chauffage s'adapte à votre présence, et la lumière s'allume sur votre passage. Ces systèmes ne sont pas magiques, ils sont automatiques. Mais comment fonctionnent-ils vraiment ?
Comment un système automatique, comme un éclairage qui s'allume au passage, est-il structuré pour fonctionner sans intervention humaine ?
Les trois blocs fonctionnels d'un système automatique
Tout système automatique, aussi complexe soit-il, peut être décomposé en trois blocs fonctionnels qui communiquent entre eux. C'est le modèle universel de la chaîne d'information et d'énergie. Le premier bloc est la PARTIE COMMANDE. C'est le 'cerveau' du système. Il reçoit des informations, les analyse selon des règles prédéfinies (son programme), et prend une décision. Par exemple, dans un système d'éclairage automatique de couloir, la partie commande reçoit le signal 'il fait sombre' et 'une personne est détectée'. Son programme dit : 'SI il fait sombre ET une personne est détectée, ALORS allumer la lumière'. Elle envoie donc l'ordre correspondant. Le deuxième bloc est la PARTIE OPÉRATIVE. C'est le 'corps' du système, chargé des actions physiques. Elle reçoit les ordres de la partie commande et agit sur l'environnement en fournissant de l'énergie. Dans notre exemple, elle est composée de l'interrupteur électrique (un relais) et de l'ampoule. Le troisième élément est l'interface entre ces deux parties : les CAPTEURS et les ACTIONNEURS. Les capteurs (de mouvement, de luminosité) fournissent l'information à la partie commande. Les actionneurs (moteurs, lampes, vannes) exécutent les ordres de la partie commande via la partie opérative.
Points clés
- Un système automatique se structure toujours en trois blocs : Partie Commande, Partie Opérative, et les Interfaces (Capteurs/Actionneurs).
- La Partie Commande est l'unité de traitement (le cerveau) qui prend les décisions.
- La Partie Opérative est l'unité d'exécution (le corps) qui agit physiquement avec de l'énergie.
- Les Capteurs traduisent une grandeur physique (lumière, mouvement) en signal électrique pour la commande.
- Les Actionneurs traduisent un ordre électrique de la commande en action physique (allumer, bouger).
Le flux d'information et d'énergie : du capteur à l'actionneur
Pour bien comprendre le fonctionnement, il faut suivre le cheminement de l'information et de l'énergie. Prenons l'exemple concret d'un arrosage automatique de pelouse. 1. L'INFORMATION : Un capteur d'humidité du sol (interface) mesure la sécheresse. Il convertit cette mesure physique en un signal électrique (par exemple, une tension de 0V si humide, 5V si sec). Ce signal est envoyé à la Partie Commande. 2. Le TRAITEMENT : La Partie Commande (un petit boîtier électronique programmé) reçoit ce signal. Son programme interne est simple : 'SI le signal est à 5V (sol sec), ALORS activer la sortie pour l'arrosage'. Elle prend la décision et génère un nouvel ordre sous forme de signal électrique de commande. 3. L'ACTION : L'ordre électrique est envoyé à un actionneur dans la Partie Opérative : une électrovanne (une vanne commandée par un électro-aimant). Cet actionneur ouvre le passage à l'eau. L'ÉNERGIE, ici l'eau sous pression du réseau, peut alors circuler et arroser la pelouse. L'énergie nécessaire pour ouvrir la vanne est minime (électrique), mais l'énergie délivrée (l'eau) est bien plus importante. C'est tout l'intérêt : une faible information (signal du capteur) permet de commander une action nécessitant beaucoup d'énergie.
Points clés
- Le flux part toujours d'un capteur (mesure) vers la commande (décision) puis vers un actionneur (action).
- La Partie Commande traite des signaux électriques faibles (l'information).
- La Partie Opérative manipule des énergies souvent plus importantes (électricité du réseau, eau, force mécanique).
- L'actionneur est le dernier maillon qui a un effet observable sur l'environnement.
Applications pratiques et schématisation
Appliquons cette structure à des objets du quotidien. Prenons une porte de garage automatique. Capteurs : un bouton poussoir (capteur de volonté humaine) et éventuellement une barrière photoélectrique de sécurité (capteur de présence). Partie Commande : la centrale du garage. Elle reçoit le signal du bouton. Son programme est : 'SI on appuie sur le bouton ET que la barrière de sécurité ne détecte rien, ALORS actionner le moteur'. Partie Opérative & Actionneurs : un moteur électrique qui entraîne la porte. L'énergie est l'électricité du secteur. Pour schématiser, on utilise des blocs avec des flèches. Un schéma fonctionnel simple montre : [Capteur(s)] --> [Partie Commande (Traitement)] --> [Actionneur(s)]. La Partie Opérative englobe l'actionneur et la source d'énergie. En TD, vous devrez analyser un système comme un store automatique (capteur de luminosité + vent, commande programmable, actionneurs : moteurs pour monter/descendre le store et l'orienter) et en dessiner le schéma fonctionnel en identifiant clairement chaque bloc.
Points clés
- Tout système automatique réel peut être analysé avec le modèle à trois blocs.
- Le schéma fonctionnel est la représentation graphique standard de cette structure.
- En pratique, un système peut avoir plusieurs capteurs et plusieurs actionneurs.
- L'analyse consiste à identifier 'Qui mesure ?' (capteur), 'Qui décide ?' (commande), et 'Qui agit ?' (actionneur).
À retenir
Un système automatique est structuré autour de trois éléments clés qui communiquent. La partie commande, le cerveau, analyse les informations des capteurs et prend des décisions selon un programme. Elle envoie ensuite des ordres à la partie opérative, qui, via des actionneurs, agit physiquement sur l'environnement en utilisant une source d'énergie. Cette structure permet à un système de fonctionner de manière autonome.
- La structure universelle : Capteurs -> Partie Commande -> Actionneurs (via la Partie Opérative).
- Le rôle distinct du 'cerveau' (Commande) qui décide et du 'corps' (Opérative) qui agit.
- Un capteur mesure, un actionneur agit. Ne pas les confondre.
