L'intuition
Imagine que tu es dans un taxi à Casablanca. Le chauffeur doit savoir où tu veux aller, comment y aller et te le dire. C'est un peu ça, la chaîne d'information.
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Acquérir l'information (les capteurs) : Le chauffeur t'écoute dire l'adresse. C'est comme un capteur qui "acquiert" l'information (l'adresse). Il regarde aussi la route, les feux de signalisation, les autres voitures. Ce sont d'autres capteurs (visuels).
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Traiter l'information (l'API, la logique) : Une fois qu'il a l'adresse, le chauffeur ne part pas au hasard. Il réfléchit : "Quelle est la meilleure route ? Y a-t-il des embouteillages ? Faut-il tourner à droite ou à gauche ?". C'est le "traitement" de l'information. Il utilise sa connaissance des routes (sa "logique") pour prendre des décisions. Parfois, il a un GPS (un "API" simplifié) qui l'aide à calculer l'itinéraire.
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Communiquer l'information (l'IHM, les signaux) : Le chauffeur te dit "On est presque arrivés" ou "Je tourne ici". Il utilise ses clignotants pour indiquer aux autres voitures ses intentions. Il regarde son compteur pour savoir à quelle vitesse il roule. Tout ça, c'est la "communication" de l'information. Le compteur est une Interface Homme-Machine (IHM) pour lui, et ses paroles sont une IHM pour toi.
Dans un système technique, c'est pareil. Des capteurs collectent des données (température, position, vitesse), un cerveau électronique (API) les analyse et prend des décisions, puis des indicateurs ou des écrans (IHM) affichent ces informations ou des signaux sont envoyés à d'autres parties du système.
Le cours
La chaîne d'information est une composante essentielle de tout système automatisé. Elle assure la collecte, le traitement et la diffusion des données nécessaires au bon fonctionnement du système. Elle est généralement décomposée en trois fonctions principales : Acquérir, Traiter, Communiquer.
I. La fonction Acquérir
Cette fonction consiste à prélever des informations sur l'environnement du système ou sur le système lui-même. Ces informations sont des grandeurs physiques (température, pression, position, vitesse, etc.) qui doivent être converties en signaux électriques exploitables par la partie commande. Cette conversion est réalisée par des capteurs.
A. Les capteurs
Un capteur est un dispositif qui transforme une grandeur physique en une grandeur électrique (tension, courant, résistance, fréquence, etc.). On distingue principalement deux types de capteurs :
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Capteurs Tout Ou Rien (TOR)
- Définition : Un capteur TOR délivre un signal binaire (0 ou 1, vrai ou faux, ouvert ou fermé) en fonction de la présence ou de l'absence d'une grandeur physique. Il indique un état.
- Exemples :
- Interrupteur de position (fin de course) : Détecte le passage d'un objet.
- Capteur de proximité :
- Inductif : Détecte les objets métalliques sans contact.
- Capacitif : Détecte tous types de matériaux (métaux, liquides, plastiques) sans contact.
- Photoélectrique : Détecte un objet par coupure ou réflexion d'un faisceau lumineux.
- Capteur ILS (Interrupteur à Lame Souple) : Détecte la présence d'un champ magnétique.
- Signal de sortie : Généralement une tension (ex: 0V ou 24V).
-
Capteurs analogiques
- Définition : Un capteur analogique délivre un signal électrique (tension ou courant) dont l'amplitude est proportionnelle à la grandeur physique mesurée. Il mesure une valeur.
- Exemples :
- Capteur de température (CTN, CTP, thermocouple) : Mesure la température.
- Capteur de pression : Mesure une pression.
- Capteur de position linéaire ou angulaire (potentiomètre, codeur incrémental/absolu) :
- Codeur incrémental : Fournit des impulsions dont le nombre est proportionnel au déplacement et l'ordre des impulsions sur deux voies déphasées permet de déterminer le sens.
- Codeur absolu : Fournit un mot binaire unique pour chaque position.
- Dynamo tachymétrique : Génère une tension continue proportionnelle à la vitesse de rotation.
- Signal de sortie : Généralement une tension (ex: 0-10V) ou un courant (ex: 4-20mA).
- Caractéristique entrée/sortie : Souvent linéaire, de la forme , où est le signal de sortie, la grandeur physique mesurée, la sensibilité du capteur et le décalage.
B. Choix d'un capteur
Le choix d'un capteur dépend de plusieurs critères :
- Nature de la grandeur à mesurer : Position, vitesse, température, etc.
- Type de détection : TOR ou analogique.
- Plage de mesure : L'étendue des valeurs que le capteur peut mesurer.
- Précision et résolution : La finesse de la mesure.
- Environnement : Température, humidité, poussière, présence de champs magnétiques.
- Coût, encombrement, fiabilité.
II. La fonction Traiter
Cette fonction est le "cerveau" du système. Elle reçoit les informations des capteurs, les interprète, prend des décisions selon un programme ou une logique prédéfinie, et élabore les ordres à envoyer à la chaîne d'énergie.
A. Logique combinatoire
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Définition : La logique combinatoire est un type de logique où l'état des sorties dépend uniquement de l'état présent des entrées. Il n'y a pas de mémoire des états précédents.
-
Outils de représentation et d'analyse :
- Table de vérité : Tableau qui liste toutes les combinaisons possibles des entrées et les états correspondants des sorties.
- Équations logiques (algèbre de Boole) : Permettent de décrire le comportement du système à l'aide d'opérateurs logiques (ET, OU, NON, XOR, etc.).
- Opérateur ET (AND) : ou . est à 1 si ET sont à 1.
- Opérateur OU (OR) : ou . est à 1 si OU (ou les deux) sont à 1.
- Opérateur NON (NOT) : ou . est à 1 si est à 0.
- Opérateur NON-ET (NAND) : .
- Opérateur NON-OU (NOR) : .
- Schémas logiques : Représentation graphique des équations logiques à l'aide de portes logiques.
-
Simplification des équations logiques :
- Théorèmes de l'algèbre de Boole :
- Idempotence : ,
- Absorption : ,
- Complémentarité : ,
- Distributivité : ,
- De Morgan : ,
- Tableaux de Karnaugh : Méthode graphique pour simplifier les équations logiques à 2, 3 ou 4 variables en regroupant les 1 adjacents.
- Théorèmes de l'algèbre de Boole :
B. Logique séquentielle
- Définition : La logique séquentielle est un type de logique où l'état des sorties dépend non seulement de l'état présent des entrées, mais aussi des états passés (le système a une "mémoire"). Elle est souvent utilisée pour gérer des séquences d'opérations.
- Éléments de mémoire : Bascules (RS, JK, D, T).
- Représentation : Grafcet (Graphe Fonctionnel de Commande Étape/Transition).
C. Automate Programmable Industriel (API)
- Définition : Un API est un ordinateur industriel robuste, conçu pour contrôler des processus industriels. Il exécute un programme qui gère la logique combinatoire et séquentielle.
- Fonctionnement : L'API lit les entrées (capteurs), exécute le programme logique, puis met à jour les sorties (actionneurs). Ce cycle est répété en permanence.
III. La fonction Communiquer
Cette fonction assure l'échange d'informations entre le système et son environnement (opérateur, autres systèmes).
A. Interfaces Homme-Machine (IHM)
- Définition : Une IHM est un dispositif qui permet à un opérateur d'interagir avec le système.
- Exemples : Boutons poussoirs, voyants lumineux, écrans tactiles, pupitres de commande, afficheurs, alarmes sonores.
- Rôle : Afficher l'état du système, permettre à l'opérateur de donner des ordres, visualiser des données.
B. Signaux
Les informations peuvent être communiquées sous différentes formes :
- Signaux lumineux : Voyants, feux.
- Signaux sonores : Buzzers, alarmes.
- Signaux électriques : Vers d'autres systèmes ou modules.
- Réseaux de communication : Pour échanger des données avec d'autres équipements (ex: bus de terrain).
Exemple résolu
Reprenons un extrait d'annale :
Extrait d'annale : Q.16. La table de vérité des sorties May+ et May—. Q.17. Les équations logiques May+ et May. Q.18. Le schéma du circuit de commande des équations May+ et Ma en portes NOR à deux entrées.
Contexte : Le système est un berceau d'alimentation en tissu. On cherche à commander le moteur May (Moteur à courant continu) pour qu'il tourne dans un sens (May+) ou dans l'autre (May-). Les entrées sont des capteurs C1 et C2.
D'après le corrigé officiel, on a : Q.16.
| C1 | C2 | May+ | May- |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
Q.17. May+ = C1 . May- = . C2
Q.18. May+ = C1 . May- = . C2

Explication pas à pas :
-
Comprendre la table de vérité (Q.16) :
- La table de vérité nous donne le comportement souhaité du système.
- Quand C1=0 et C2=0 : Le moteur est à l'arrêt (May+=0, May-=0).
- Quand C1=0 et C2=1 : Le moteur tourne dans le sens May- (May+=0, May-=1).
- Quand C1=1 et C2=0 : Le moteur tourne dans le sens May+ (May+=1, May-=0).
- Quand C1=1 et C2=1 : Le moteur est à l'arrêt (May+=0, May-=0).
- On remarque que May+ et May- ne sont jamais actifs simultanément, ce qui est logique pour un moteur qui ne peut tourner que dans un sens à la fois.
-
Établir les équations logiques (Q.17) :
- Pour May+ : On cherche les lignes où May+ est à 1. Il n'y a qu'une seule ligne : C1=1 et C2=0.
- Donc, May+ est actif si C1 est à 1 ET C2 est à 0 (ce qui s'écrit ).
- L'équation est donc : May+ = C1 .
- Pour May- : On cherche les lignes où May- est à 1. Il n'y a qu'une seule ligne : C1=0 et C2=1.
- Donc, May- est actif si C1 est à 0 (ce qui s'écrit ) ET C2 est à 1.
- L'équation est donc : May- = . C2
- Pour May+ : On cherche les lignes où May+ est à 1. Il n'y a qu'une seule ligne : C1=1 et C2=0.
-
Dessiner le schéma logique avec des portes NOR (Q.18) :
-
L'énoncé demande des portes NOR à deux entrées. C'est une contrainte importante.
-
On doit utiliser les théorèmes de De Morgan pour convertir les fonctions ET et NON en fonctions NOR.
-
Rappel des théorèmes de De Morgan :
-
On a besoin de et . Une porte NOR avec une seule entrée (ou les deux entrées reliées) fonctionne comme un inverseur (NON) : .
-
Pour May+ = C1 . :
- On sait que .
- Donc, May+ = .
- Ceci n'est pas directement une porte NOR. Réfléchissons autrement.
- On sait que . Donc, .
- On veut May+ = C1 . .
- On peut écrire May+ = .
- Pour obtenir , on utilise une porte NOR sur C1.
- Pour obtenir , on utilise une porte NOR sur C2.
- Ensuite, on a besoin d'un ET. Or, .
- Donc May+ = .
- Le schéma fourni utilise des portes NOR pour faire des inverseurs, puis une porte NOR pour faire un ET.
- En effet, . Donc .
- Pour May+ = C1 . :
- On a besoin de C1 et de .
- est obtenu en mettant C2 en entrée d'une porte NOR (avec les deux entrées reliées).
- Ensuite, pour faire le ET, on prend C1 et et on les inverse avec des portes NOR, puis on met les sorties dans une autre porte NOR.
- C1 -> NOR (inverseur) ->
- -> NOR (inverseur) -> C2
- Puis et C2 dans une NOR : . C'est bien May+.
-
Pour May- = . C2 :
- Même logique :
- est obtenu en mettant C1 en entrée d'une porte NOR (avec les deux entrées reliées).
- C2 -> NOR (inverseur) ->
- Puis et dans une NOR : . Ce n'est pas ce qu'on veut.
- Même logique :
-
Reprenons la conversion ET vers NOR :
- Pour May+ = C1 . :
- May+ =
- Pour réaliser : on utilise une porte NOR avec C1 en entrée (entrées reliées).
- Pour réaliser : on met et C2 en entrées d'une porte OU.
- Puis on inverse le tout.
- Le corrigé utilise une méthode plus directe :
- May+ = C1 .
- On a besoin de C1 et de .
- est obtenu par une porte NOR (inverseur) sur C2.
- Ensuite, pour faire le ET avec des NOR, on utilise la propriété .
- Donc, on inverse C1 (avec une NOR) pour avoir .
- On inverse (avec une NOR) pour avoir C2.
- Puis on met et C2 dans une porte NOR. La sortie sera . C'est bien May+.
- Le schéma du corrigé est correct pour la conversion ET en NOR.
- Pour May+ = C1 . :
- On a besoin de C1 et de .
- est obtenu par une porte NOR (inverseur) à partir de C2.
- Ensuite, pour faire le ET, on utilise la forme .
- Donc, on prend C1, on le passe dans un inverseur (NOR). On obtient .
- On prend , on le passe dans un inverseur (NOR). On obtient C2.
- On met et C2 dans une porte NOR. La sortie est .
- C'est une erreur dans mon raisonnement. Le schéma est :
- C1 -> NOR (inverseur) ->
- C2 -> NOR (inverseur) ->
- et C2 sont les entrées de la NOR qui donne May+.
- et sont les entrées de la NOR qui donne May-.
-
Reprenons le schéma du corrigé :
- May+ : Les entrées de la dernière porte NOR sont et C2.
- La sortie est .
- D'après De Morgan : . C'est correct.
- May- : Les entrées de la dernière porte NOR sont C1 et .
- La sortie est .
- D'après De Morgan : . C'est correct.
- Les inverseurs ( et ) sont réalisés avec des portes NOR dont les deux entrées sont reliées. Par exemple, pour , on met C1 sur les deux entrées d'une porte NOR. La sortie est .
- May+ : Les entrées de la dernière porte NOR sont et C2.
-
La méthode
Voici les étapes clés pour aborder les questions sur la chaîne d'information à l'examen :
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Identifier la fonction (Acquérir, Traiter, Communiquer) :
- Acquérir : Cherche les capteurs, les grandeurs physiques mesurées (position, vitesse, température, etc.).
- Traiter : Cherche les API, les logiques (tables de vérité, équations), les éléments de calcul ou de décision.
- Communiquer : Cherche les IHM (écrans, voyants, boutons), les signaux (lumineux, sonores), les liaisons avec d'autres systèmes.
-
Pour la fonction Acquérir (Capteurs) :
- Identifier le type de capteur : Est-ce un capteur TOR (fin de course, proximité) ou analogique (dynamo tachymétrique, codeur, capteur de pression/température) ?
- Déterminer la grandeur physique mesurée : Position, vitesse, température, etc.
- Caractériser le signal de sortie : Binaire (0/1) pour TOR, tension (V) ou courant (mA) pour analogique.
- Calculer une valeur de sortie ou d'entrée (pour capteur analogique) : Utilise la caractéristique entrée/sortie du capteur, souvent linéaire ().
- Exemple : Pour une dynamo tachymétrique, . Si on te donne et , tu peux calculer .
-
Pour la fonction Traiter (Logique) :
- Analyser une table de vérité : Comprends le lien entre les entrées et les sorties.
- Établir une table de vérité à partir d'un cahier des charges : Liste toutes les combinaisons d'entrées et détermine les sorties correspondantes.
- Écrire les équations logiques à partir de la table de vérité : Pour chaque sortie, identifie les combinaisons d'entrées qui la rendent active (état 1). Utilise les opérateurs ET (.), OU (+), NON ().
- Exemple : Si quand et , alors .
- Simplifier les équations logiques : Utilise les théorèmes de l'algèbre de Boole ou les tableaux de Karnaugh pour obtenir l'équation la plus simple.
- Dessiner le schéma logique : Représente les équations avec des portes logiques (ET, OU, NON, NAND, NOR). Si une contrainte est donnée (ex: utiliser uniquement des portes NOR), applique les théorèmes de De Morgan.
- Rappel : et .
- Un inverseur () peut être réalisé avec une porte NAND ou NOR dont les entrées sont reliées : ou .
- Une porte ET () peut être réalisée avec des portes NAND : . Ou avec des portes NOR : .
- Une porte OU () peut être réalisée avec des portes NOR : . Ou avec des portes NAND : .
-
Pour la fonction Communiquer (IHM, Signaux) :
- Identifier les IHM : Boutons, voyants, écrans.
- Décrire le rôle d'un signal : Indiquer un état, une alarme, une consigne.
Pièges classiques
- Confondre capteur TOR et analogique : Un capteur TOR donne une information "oui/non", "présent/absent". Un capteur analogique donne une valeur mesurable. Ne pas dire qu'un capteur de proximité "mesure la distance" s'il est TOR.
- Erreur dans la table de vérité : Une seule erreur dans une ligne peut fausser toute l'équation logique et le schéma. Sois méthodique et vérifie chaque cas.
- Erreur dans les équations logiques : Oublier un inverseur, mal appliquer un théorème de De Morgan. Relis toujours tes équations.
- Mauvaise simplification : Ne pas simplifier au maximum l'équation logique peut entraîner un schéma plus complexe et donc moins optimal.
- Non-respect des contraintes pour les schémas logiques : Si l'énoncé demande "uniquement des portes NOR", n'utilise pas de portes ET ou OU. C'est une erreur fréquente qui coûte cher.
- Unités et constantes : Pour les calculs avec les capteurs analogiques (ex: dynamo tachymétrique), vérifie toujours les unités. Si est en V/(tr/min) et en tr/min, la tension sera en V. Si est en tr/s, il faudra convertir.
- Interprétation des chronogrammes : Un chronogramme montre l'évolution des signaux dans le temps. Il faut bien identifier les états haut (1) et bas (0) et les transitions.
Ce qui tombe à l'examen
Le chapitre sur la chaîne d'information est systématiquement présent à l'examen, souvent sous forme de questions courtes mais précises, et parfois intégrées dans des problèmes plus larges. Il représente environ 20% de la partie "Électronique / électrotechnique & traitement de l'information".
Voici les formats de questions récurrents :
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Identification de fonctions :
- "Identifier la fonction (Acquérir, Traiter, Communiquer) associée à tel ou tel composant." (Ex: Q.03. Chaîne fonctionnelle relative au système, où il faut placer les composants dans les bonnes fonctions).
- "Actigramme A-0" ou "FAST partiel" où il faut placer les capteurs dans la fonction "Acquérir les informations".
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Capteurs :
- Type de capteur et grandeur mesurée : "Quel est le type de ce capteur (TOR/analogique) et quelle grandeur physique mesure-t-il ?" (Ex: Q.17. Type du signal (tension) à la sortie de la dynamo tachymétrique).
- Calculs avec capteurs analogiques : "Calculer la valeur de la tension en (V) délivrée par la DT pour la vitesse de rotation . Données : Constante de la dynamo tachymétrique ." (Ex: Q.16 d'annale). Ou inversement, calculer la grandeur physique à partir du signal de sortie.
- Caractéristique entrée/sortie : Utiliser une courbe ou une équation linéaire () pour trouver une valeur ou la sensibilité. (Ex: Q.29, Q.30, Q.31, Q.32 d'annale sur le capteur IMS).
- Choix de capteur : "Quel capteur choisir pour détecter la présence d'un objet métallique ?" (Réponse : capteur inductif).
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Logique combinatoire :
- Table de vérité : "Compléter la table de vérité des sorties S1 et S2 en fonction des entrées E1 et E2." (Ex: Q.16 d'annale).
- Équations logiques : "Écrire les équations logiques des sorties S1 et S2 à partir de la table de vérité." (Ex: Q.17 d'annale).
- Simplification : Parfois, une étape de simplification est demandée, même si ce n'est pas toujours explicite dans les extraits fournis, c'est une compétence attendue.
- Schémas logiques : "Réaliser le schéma du circuit de commande des équations S1 et S2 en portes NOR à deux entrées." (Ex: Q.18 d'annale). C'est un classique qui teste la maîtrise des théorèmes de De Morgan.
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Logique séquentielle / API :
- Chronogrammes : "Compléter un chronogramme d'état des signaux binaires S1 et S2 pour un déplacement donné." (Ex: Q.19 d'annale). Cela teste la compréhension de la séquence.
- Rôle de l'API : "Quel est le rôle d'un API dans un système automatisé ?"
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Communication (IHM) :
- Identification d'IHM : "Nommer les IHM utilisées pour la commande ou la visualisation."
- Rôle d'un élément de communication : "Quelle est la fonction de ce voyant lumineux ?"
Pondération et compétences :
- Les questions d'analyse (identifier, décrire) sont fréquentes.
- Les questions de calcul (valeur de tension, de fréquence, de position) sont essentielles pour les capteurs analogiques.
- Les questions de résolution (établir table de vérité, équations, schémas logiques) sont centrales pour la fonction Traiter.
- La validation et la critique des performances peuvent apparaître, par exemple en comparant une valeur calculée à une spécification du cahier des charges.
Prépare-toi à être précis, rigoureux dans les calculs et les raisonnements logiques, et à bien maîtriser les conversions entre les différentes représentations (table de vérité, équations, schémas).
