[PDF] COMMANDE NUMERIQUE DUNE MAQUETTE DASCENSEUR

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ROUBELET Julien

COSTES Lionel

L3 EEA - Réorientation en

études longues

RAPPORT DE PROJET

COMMANDE NUMERIQUE

D"UNE MAQUETTE

D"ASCENSEUR

2011-2012

Tuteur : M. Thierry PERISSE

2Table des matières

Remerciements ................................................................................................................................... 3

English summary................................................................................................................................ 4

I. Introduction, définition du projet ................................................................................................. 4

1.1. Bilan ........................................................................................................................................................ 4

1.2. Cahier des charges ................................................................................................................................... 5

1.3. Support du projet ..................................................................................................................................... 6

a. La maquette ............................................................................................................................................ 6

b. Liste du matériel ..................................................................................................................................... 7

1.4. Objectifs et modification du cahier des charges ...................................................................................... 7

1.5. Diagramme de Gantt ................................................................................................................................ 8

II. Modélisation et choix des solutions ............................................................................................. 9

2.1. Modélisation ............................................................................................................................................ 9

2.2. Choix des entrées/sorties ....................................................................................................................... 10

a. Interface commande/puissance ............................................................................................................. 10

b. Capteurs ................................................................................................................................................ 10

c. Interface homme/machine .................................................................................................................... 10

2.3. Choix de la commande .......................................................................................................................... 10

III. Hardware ................................................................................................................................... 11

3.1. Décomposition du système .................................................................................................................... 11

3.2. Maquette de l"ascenseur ........................................................................................................................ 13

3.3. Platine Labdec ....................................................................................................................................... 20

IV. Software ...................................................................................................................................... 24

4.1. Programmation ...................................................................................................................................... 24

a. Outils de programmation ...................................................................................................................... 24

b. Structure du programme ....................................................................................................................... 24

d. Commande PWM ................................................................................................................................. 26

e. Programme d"initialisation ................................................................................................................... 27

4.2. Simulation sous Proteus ISIS ................................................................................................................ 28

V. Conclusion .................................................................................................................................... 29

3

Remerciements

Nous tenons à remercier Monsieur Périsse pour nous avoir suivit et conseillé tout au long de

notre projet. 4

English project summary

Our purpose was to make a lift self-acting through an electronic system. We have been presented with an elevator composed of a shaft going up and down a tower, driven by direct current motor. First of all we had to understand how it works, and we determined that it used a PWM (

Pulse Width

Modulation) system.

A micro control device was to be introduced to program the various movements. We chose a "PIC" deck connected to a computer unit through a USB port. The control desk shows a series of push buttons, Leds, a PIC with its multi-pin plug together with an LCD display. The PC allows to load a program towards the PIC via "MikroC" software, using C language. On the screen we can follow the operating process of the whole system. We note that the initial movement of the shaft is to start from ground level. The press buttons will be used to move the shaft to the corresponding floor.

I) Introduction, définition du projet

1.1 .Le bilan

Le projet présenté dans ce rapport met en premier lieu un terme à notre année de licence

" Electronique Electrotechnique et Automatique » parcours " Réorientation en études longues ».

Mais les cinquante heures de labeur et le matériel mis à notre disposition sont en réalité le bilan de

trois années d"études en génie électrique, où nous mettons à profit les connaissances acquises en

DUT ou BTS ainsi que les approfondissements apportés lors de l"année de licence pour mener à

bien le travail qui nous est demandée dans le cahier des charges. Le but de ce projet mené en binôme est de nous mettre en situation devant un cahier des

charges qui nous a préalablement été définit, afin de nous enseigner le passage de la théorie à la

pratique en partageant les tâches entre les deux membres et en gérant notre progression en fonction

du temps qui nous est impartit, tout cela en gardant une certaine autonomie dans notre approche. Parmi les sujets qui nous ont été proposés celui que nous avons sélectionné porte sur l"asservissement numérique en vitesse d"un moteur à courant continu, sujet particulièrement

intéressant tant sur le plan pédagogique que sur le plan technique. Effectivement, il nous permet de

faire le point sur différentes disciplines vues en cours telles que l"électronique numérique et de

puissance, ou l"informatique industrielle. Côté technique, la diversité des manipulations plus ou

moins complexes à mettre en oeuvre nous apprend à tenir une certaine rigueur nécessaire au bon

fonctionnement des montages et à la prévention de toute fausse manoeuvre et incident. 5

1.2. Cahier des charges

Voici le cahier des charges tel qu"il nous a été définit :

1- Étude des fonctions mises en oeuvre dans l"asservissement. Détermination des fonctions

permettant la réalisation analogique de la fonction asservissement de vitesse du MCC 14W.

2- Alimentation par amplificateur linéaire intégré de puissance. Étude et mise en oeuvre du circuit

intégré LM12.

3- Modélisation et identification. Détermination du schéma blocs de l"asservissement.

Détermination d"un modèle automatique théorique boucle ouverte et boucle fermée. Modélisation et

identification expérimentales.

4- Mise en oeuvre de l"asservissement.

5- Réalisation numérisée de la commande du MCC.

6- Réalisation numérique de l"asservissement.

7- ...

Nous pouvons constater la précision inégalable de ce cahier des charges. Cela nous permet

en définitive de garder une grande liberté quant à nos objectifs et de laisser libre cours à notre

imagination pour trouver des sujets sur lesquels appliquer nos travaux.

Mais un excès de liberté pouvant aboutir à un manque de décisions, ce sera finalement sur

un support bien défini que le projet nous sera donné à faire. Du fait de la nature dudit support, nous

ne pourrons nous tenir rigoureusement à ce cahier des charges et devrons changer quelque peu notre

approche, qui au final pourra rejoindre l"idée de base. 6

1.3. Support du projet

a. La maquette

Le support qui nous été confié pour mener notre projet est une maquette d"ascenseur à trois

étages.

La maquette telle qu"elle nous a été fournie est constituée de la façon suivante : Une cabine est mue dans une colonne verticale sur trois étages. Un bloc motoréducteur dont

nous donnons les caractéristiques plus bas est situé en haut de la colonne et entraîne la cabine via

une couroi. L"alimentation de la motorisation est assurée par une carte électronique (décrite plus

loin) qui se trouve dans le boîtier sur le socle de la maquette. Des capteurs sont situés au niveau de

chacun des trois étages.

Fig. 1 : Vue d"ensemble de

l"ascenseur (ci-contre) et bloc de motorisation de la maquette (ci-dessus).

7b. Liste du matériel

L"ascenseur ayant servi auparavant pour des applications pédagogiques, il est déjà équipé des

composants essentiels au fonctionnement du système. La liste des ces composants est présentée ci-

dessous. Les documentations constructeur nécessaires sont présentées en annexe. · 1 moteur/génératrice tachymétrique 28GD11-222E (Escap)

· 1 réducteur R32 (Escap)

· 1 moteur Escap 28DT 2R-222E

· 1 roue codeuse HEDS-5540

· 3 capteurs optoélectroniques avec leur circuit de conditionnement · 1 carte de puissance équipée d"un hacheur intégré L6203 Nous pourrons donc utiliser ces composants comme base et ainsi adapter l"asservissement que nous devons réaliser.

1.4. Objectifs du projet et modifications du cahier des charges

Un tel support permet d"établir une infinité d"objectifs. De la commande comme un simple monte charge à vitesse uniforme, à l"automatisation la plus complexe en passant par le

fonctionnement comme un ascenseur, il nous offre la possibilité de rendre le système toujours plus

performant. Notre période de projet étant limitée, nous nous fixons les objectifs décrits par la suite.

Pensant d"abord pouvoir suivre à la lettre les consignes du cahier des charges, nous avons

vite réalisé en étudiant la maquette qu"il nous faudrait dériver de cette approche-là et trouver de

nouveaux objectifs intermédiaires pour ensuite atteindre celui qui nous est au départ demandé.

Effectivement, il est inutile de rappeler qu"une cabine d"ascenseur est conçue pour se déplacer

verticalement d"un point à un autre. A partir de là, nous pouvons déjà conclure qu"un asservissement de position est nécessaire avant l"asservissement en vitesse. Suite à ce constat, nous nous donnons les objectifs suivants : · Asservissement de position avec une vitesse fixe : la cabine doit se déplacer d"un étage à un autre sur appel à partir d"un bouton poussoir. De plus, un afficheur doit

donner une information écrite sur l"état du système (cabine se déplaçant à l"étage x

ou y, attente d"un appel...). Nous ajouterons une étape d"initialisation qui se déroulera à chaque mise sous tension du système. Hypothèses de départ : l"ascenseur ne peut pas descendre en dessous de l"étage 0, les capteurs sont considérés infaillibles. · Ajout de l"asservissement de vitesse : nous imaginons que cet ascenseur est conçu pour le déplacement de personnes, l"accélération et décélération se doivent donc

d"être des plus douces, tout en ayant une grande précision lors d"un arrêt à un étage.

De ce fait, la consigne de vitesse devient variable entre les étages. Nous ne parlerons dans ce rapport que de la mise au point de l"asservissement de position

qui, s"étant malheureusement montré plus longue et plus compliquée que prévu, nous a forcé à nous

tenir à cet objectif-là, que nous avons en grande partie achevé. 8 1.5.

Diagramme de Gantt

Compréhension

du sujet et mise en place des objectifs

Etudes des

divers composants

Initiation à la

programmation du PIC

Mise en oeuvre

consigne position fixe

Mise en oeuvre

consigne position réglable

Mise en oeuvre

consigne vitesse

Heures cumulées

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21
22
23
24
25
26
27
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29
30
31
32
33
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35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50

Heures

8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 13 14 15 8h 9 10 11 Jour Ma m Ma am Ma m Ma am Ma m Ma am Ve m Ma m Ma am Lu m Lu am Me m Me am Je m

Temps prévisionnel

Temps réel Lu = lundi Je = jeudi m = matin Ma = mardi Ve = vendredi am = après midi Me = mercredi

Fig. 2

: Le diagramme de

Gantt.

9Le diagramme de Gantt figure 2 permet de voir la répartition des taches durant ces 50

heures. On remarquera un retour sur les taches " Compréhension du sujet et mise en place des

objectifs » et sur " étude des divers composants » ce qui correspond concrètement a un changement

de maquette durant le second jour. A partir de là on a pu enchainer les objectifs dans l"ordre prévu

en respectant grossièrement le temps alloué. Sauf pour la consigne position réglable dont la

difficulté à été à la fois trouver un moyen de détecter les boutons poussoirs et chercher dans la

datasheet en anglais. Le temps jouant contre nous, nous n"avons pas pu arriver à réaliser notre

dernier objectif, asservir le moteur en vitesse.

II) Modélisation et choix des solutions

2.1. Modélisation

A partir de la consigne que nous nous sommes fixée, nous pouvons établir un premier schéma bloc pour modéliser grossièrement notre système.

Description des blocs :

· Partie commande (rouge) : génère les consignes de déplacement de l"ascenseur, traite les données des capteurs de position et les demandes de l"utilisateur.

· Entrées/sorties (vert) :

o Interface puissance/commande : assure l"alimentation électrique du moteur en fonction de la consigne donnée. o Capteurs de position : informe en permanence la partie commande sur la présence ou l"absence de la cabine à chaque étage. o Interface homme/machine : assure la communication avec l"utilisateur ; reçoit ses demandes via les boutons poussoir d"étages et l"informe sur l"état courant de l"ascenseur.

· Actionneur (bleu) :

o Moteur : meut l"ascenseur.

· Système (violet) :

o Maquette.

Partie commande

Interface

commande/puissance

Moteur

Capteurs

de position

Module mécanique

Interface

homme/machine

Fig. 3 : Schéma bloc

10

2.2. Choix des entrées/sorties

a. Interface commande/puissance Le moteur 28GD11-222E présent sur la maquette est conçu pour recevoir une tension nominale de 18V. De plus, le cahier des charges met en avant l"utilisation de l"amplificateur de puissance LM12. Il se trouve que le composant assurant l"interface commande/puissance déjà

présent sur la maquette est le hacheur de tension intégré L6203. Celui-ci est commandé par

modulation de largeur d"impulsions (PWM) sur niveaux de tension 0 et 5V, et peut assurer une sortie atteignant 60V (voir datasheet en annexe). Le bloc interface commande/puissance peut donc

être constitué de ce hacheur.

b. Capteurs Nous disposons à chaque étage de la maquette d"un capteur de position optoélectronique, qui, via un circuit de conditionnement de la sortie renvoi un signal de type TTL (0 ou 5V). Nous

pouvons aussi utiliser le codeur HEDS-5540 couplée à l"arbre du moteur afin de pouvoir connaitre

la position courante de la cabine d"ascenseur. Mais par un souci de simplicité, nous opterons pour le

capteur, le codeur pouvant servir plus tard pour des améliorations. Le circuit de conditionnement des capteurs seront décrits ultérieurement. c. Interface homme/machine Concernant l"interface homme/machine, nous décidons de nous orienter vers un petit

afficheur LCD qui nous permettra une grande diversité de messages à transmettre à l"utilisateur,

pour une mise en oeuvre simple. Enfin, trois boutons poussoirs seront utilisés pour l"appel.

2.3. Choix de la commande

Connaissant à présent la nature des entrées/sorties et les types de signaux transmis, on peut

définir la partie commande.

Nous répertorions ci-dessous les différents paramètres à prendre en compte pour ce choix :

· Commande numérique imposée par le cahier des charges.

· Signaux d"entrée/sortie sur 0 ou 5V.

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