ARTheque - STEF - ENS Cachan | Module Automatisme – Document professeur

professeur

module automatismes

document

Responsables du module : Mme AGABRA ~. DEFORGES DANTAN VERnY Rédaction de l'ouvrage: Philippe AVERLAND Yves CHANUT

professeur

MM. AVERLAND CHANUT SOULIE

LABORATOIRE INTERUNIVERSI

TAIRE DE RE

CHERCHE SUR L'ENSEIGNEMENT DES

SCIENCES PHYSIQUES ET D

E LA TEC

HNOLOGIE -

UNIVERSIT~

PARIS VII

TOUR

23 -

5~ME ~TAGE

-

COULOIR

23-13

S O MM A IRE

1 - Présentation du moduLe page : 1 Tab Leau des objecti fs 3 ExempLes de progression 12 2 - Fiches ELèves Panneaux 17 3 - Fiches ELèves Maquettes 69 4 - Fiches de contrôLes 131 5 - Annexes

Liste du matérieL 173 Fiches de montage 177

, 0

0

1 - POURQUOI UN MODULE Il AUTOMATISMES Il ?

Au j ourd'hui l e s mot s aut omatismes , automat iqu es font part ie du l angage courant, qu ' i l s 'ag i ss e de mac h i n e s à laver, d'ascenseur, de boit e s de vite sse ... Il sembl e indi s-pens a b l e de familiariser les enfant s, dès l e s clas se s du pre-mier cycle, ~ve c cet env i r onne ment te chni q Œe qu i conc erne aus si bi e n les obj et s usuels les plus simples ( appa r e i l je ph ot o au-t omati qu e ) qu e l e s systèm8s l e s pl us comple xes ( ordi nateur ). Le modul e " Aù.toma ti s me s " se pr opose de ré pondre à cette pré-occu pa tio n fondame ntale en simulant la réali t é au moyen de ma -quett es simples mais fonc tionnelle s repré s en t a n t de s appareils aut omat iques : ascens eur à 3 nive aux , portique de ma nu t e nt i on à fon c t i onnement pré - progr ammé , le c teur de carte s pe r f or é e s ..•. Ces maque tt e s ne sont pas conçue s comme des jou ets - bien qu' el l es soient très attrayantes - mais comme des modèles simplt~ f ié s , rédui t s à la dimension d' un e table, de quelques si tu a-tions qu'il est pos s i bl e de rencontrer quotidiennement. Ainsi, l'enfant peut comprendre le pr i nc i pe de fonctionnement d'un pro-gr amma t eu r de machine à laver, d'un ascenseur, des feux de car~ refo~r au t omat i ques . D' a u t re part , l'étude systèmatique et dé-tail lée de ces maqu e t t e s pe r met d'isoler et d'approfondir un certain nomb r e de pr oblèmes concernant des circuits élément a i res ou des notions de bas e :

o

not ion de circu it él e c t r i qu e ( série, parallèle )

D not i ons de logique combinatoire et séqu en t i e l le phrase s logiques, fonctions logique s , variables d' en t ré e et de sor t i e ,

On peut dire que les finalités du module co~istent .' à atteindre trois niveaux :

o

aider à comprendre la réalité technique et dé-mystifier un certain nombre de situations où intervient le vo-cabulaire "automatique", "automatismes"

C simuler des situations réelles par des maquettes simples qu'un élève du premier cycle est capable d'analyser,

o

isoler ,à partir de l'analyse des maquettes, des cas d'application de notions fondamentales concernant les cir-cuits électriques et la logique.

Par ailleurs, l'utilisation d'une telle démarche permet de centrer l'enseignement sur deux objectifs fondamen-taux: l'ouverture sur le monde extérieur et l'acquisition d' une méthode de travail basée sur l'autonomie de l'enfant.

Ouverture sur Maquettes

.

.

_{Méthode de travail}

simulation de la ,

le monde extérieur réalité extérieure _{basée sur l'autonomie}

~

,

_{~ ~}

Comprendre, démystifier _{Acquisition de notions}

l'environnement technique _{fondamentales sur les}

Passage de la représentation codée à la situa ti on concrète :

par exempLe, r4aLisation d'un montage d partir d'un schéma nomalieë, d'une tabLedev4rit4

Capacité à raisonner sur un système complexe pour en dégager sa logique interne :

o

soit par une étude directe,

par exempLe : comprendre La Logique du circuit de. L'ascenseur par une simuLation de SDn fonctionnement.

3 2 - LES OBJECTIFS DU MODULE

Objectifs de connaissances

C1 Circuits avec de s capteurs

~ _~ bouton pous soir int èrrupteurs, minirupteur... ~ .~ _C

2 Ci rcuits comportant de s relais <;) ;:t

.~ ~ i-)

~ .~ _C

3 Circuits av e c des mémoires à relais C

4

Codage en syst ème binaire, décodage

~ _C

5 Fonc ti on s l ogique s

.

.

OUI-NON-ET-OU co

~ 1» l': ~ _C

6 Phr a se s logiques, variables d'entrée et

• 1»' _t::r E: _.~. de sort i e , table s de vérité ~ ) N <;) ~ N C

7 Logique séquen t iel l e

..

di~ 'des phases

Objectifs de ~thodes co ~ 1» .~ _.~ Capaéité , N _Pf 1 a classer de s informations ~ ~<;) .~ ~ M 2 Capacité ,

rechercher de s informations

~ ~ a

~ ~t:j \» .~ N

M

3 Cap acité à"t r ansf ér er "des conn&issances é'5 ~

..

~ M

4 Représentation codée de si t ua t i ons conc~ètes: t::r

.~ ·Sch4ma normaLis4 d'un montage , rèpr~sentation du fonctionnement

<;)

N . d'un syst ~me par une t-abl-e de v4rit4, un diagro.rrmedes phases. ~ l':

1

o co .~ ~ 1 ~ c .~ i io) ~ .~ ~

i

J5

c soit

par un recours

à

la schématisation, par ex~mpLe : extraire du sch4ma d'un dispositif oomp Ziqu4 'La partie oaraatërieant: son fonctiq,.ment.

-4

Objeoti f s d'at tit ùdes

Faciliter l 'aut on omi e de l' enfant

Enco ur ag er le recours à la pratique expérimentale Ouvrir sur le monde extérieur

Développer l'imagina ti on créat r ice

Objectifs de connaiss ance s

Les objectif s de conn a i ssanc e s concernent essen-tiellement l'acquisition de la not ion de ci rcuit électrique et de quelques élémen t s de l og i qu e . Ces éléments relèvent sur-tout de la logique combinatoire: va r i able s d'entrée et de sortie dans un circuit, tables de vérité , codage en système binaire. Une initiation à la logique séquen t ielle est faite grâce à l ' i ntr odu c t i on du diagramme de s pha s e s.

Objectifs de méthodes .

La méthode de tr ava i l su ppos e un enseignement

non dire c tif et une réelle auton omie de l ' enf ant . Chaque

étu-de de maque tt e met en oeuvr e des notions de base - liées aux ob je ctifs de connai ssances - qu'il fa u t ré-appliquer dans un con~ext e nouv e au. Ainsi, chaque séance de travail donne l'

oc ca sion de rechercher de s informations dans les fiches-élèves

( ou. dans l es pr opr es documents éc r i t s de l'éni'ant ) et de les réutil is er pour analys er le fonctionnement de la maquette. L' acq ui si t ion d'une t el l e méthode de travail fait évidemment pa r tie d'une formation scientifique beaucoup plus complète que ~elle qu i se limite à un simple apprentissage de connaissances .

5

D'autre part, la méthode de travail utilise largement la shé-matisation et le raisonnement logique. La schéshé-matisation

in-tervient, soit comme outil pour résumer le fonctionnement d' un système (circuit, appareil), soit comme moyen d'accéder à la situation concrète à partir de la représentation codée

(réalisation d'un montage à partir d'une table de vérité ou d'un sch éma normalisé, par exemple). De plus, certaines ma-quettes assez complexes,comme l'ascenseur ou le portique pré-programmé, donnent.l'occasion de développer un certain nombre de raisonnements logiques.

Objectifs d'attitudes.

L'autonomie de l'enfant et son ouverture au mon -de extérieur font partie -des finalités spécifiques du module. Mais l 'expérimentation a montré que la présence de maquettes qu'il est toujours possible de transformer, d'améliorer, ~er­ met d'envisager des objectifs plus généraux comme le recours à la pratiqu e expérimentale et le dév el oppement de l'imagina-t ion cr éatrice. Ainsi, dans certains centres d'exp érimenta-tion, on a pu assister à la création de véritables clubs " Automat i s me s Il où , à l 'in i tia t i v e des élèves, il était

pos-si ble de const r~ire entièrement des maquettes simulant des disposit i f s aut oma t i qu e s (circuit d'alarme dans une banque,

6

3 - MATERIEL ET DOCUMENTS ECRITS

Matériel.

Le mat ériel comprend des maguettes et des compo-sants de base (relais, interrupteurs, boutons poussoirs ... ) assemblés sur des panneaux .

Six maquet t e s son t propos ée s aux enfants o ascenseur à 3 niv e aux

o

wagonnet à fonctionnement automat ique o portique de manutent i on pr é- programmé

o

l ec teur de cartes perforé es

o pr ogrammat eur à cames

o conditionne ur avec compt ag e automat i qu e

Ces maquett es sont réal i s ées en Méccano, ce qui permet de l e s con s truire facilement et à faible prix . En outre elles sont ai s ément tran s f ormable s en raison des gr ande s pos-sibilité s offertes par ce type de matériel.

Chaque circuit él éme nt a i r e qui apparaît da n s l' ét u de d' un e maquette est réa l isé sé parément sur des panneaux. Ce s panneaux comport en t de s goulotte s en FVC qu i permettent d' assemble r très rapid ement tous les composan t s néc e s s a i r e s à l a r éal isa t i on des circu i t s : int e r r u pt eur à plo t commun, relais multipolai re, moteurs , voya nts lumineu x... Le choix de ces composa n t s a été fait en fonction de leur simplicité, de leur aspect macrospique et concret.

Documents écrits.

Comme pour le matériel, il existe deux types de documents écrits : des fiches MAQUETTES et des fiches PANNEAUX. Les fiches MAQUETTES constituent un guide pour l' étude des maquettes et ~ontiennent des problèmes précis à résoudre. Ceux-ci nécessitent l'utilis ation des documents PANNEAUX qui reprennent, en détail, l'étude de chaque notion

Cl Fonctions logiques OUI,

NON,

ET, OU. Cl 'Rt ude des relais.

Cl Fonction mémoire. Cl Circuit de décodage.

Cl Circuit de comptage.

7

L'ensemble du matériel et des documents écrits constitue un support pédagogique qui permet de développer un enseignement non linéaire. Il n' y a pas de hiérarchie dans l'étude des notions de base. Par exemple, l'enfant choisit une maquette et découvre les problèmes au fur et à mesure qu'ils se présentent, les fiches PANNEAUX contenant l es éléments d'information suffisants pour la réalisation de tous les circuits. La méthode de travail est, donc, carac-térisée par un va-et-vient entre les fiches MAQUETTES et les fiches PANNEAUX.

Il existe, aussi, un fichier de

34

fiches d' auto-contrôles qui permet aux élèves d'évaluer, eux-mêmes, leurs acquisitions de connaissances. Tout ceci place l'en-fant dans une attitude active et non passive, puisqu'il de-vient entièrement responsable de son travail et même de sa propre progression.

4 - ANALYSE DELA METHODE DE TRA VAI L

Il est intére s sant d'analyser les diffé rent s problèmes qui apparaissent lors de l 'étude d'une maquette, celle du condi t ionneur avec comptage automatique, par exem-pl e . C'est une ma qu e t t e qui permet de faire roul e r des bil~ l e s su r un pl an incl i n é. Le passage de chaque bille est d é-tecté par un ca pteur qu i déc lenche un ci r cuit de comptage. Après détect ion, les billes tomben t dans un chariot qui se me t en rou t e dès que son chargement a at t e i n t le nombre dé -siré . Le chario t transfèr e sa cha rge en un autre endr oit , pui s doi t revenir automatiquement à son point de dépar t pour recev oir le chargement suivant .

L'enfant aura à résoudre l e s problèmes suivants

o réaliser un circu i t de comptage déclenché par le ca pt eur de détection du passage des billes. Pour cela, il faut sav oir assoc i er plus i eur s bas cul e s à relais et utiliser un circuit de décodage binaire-décimal susceptible de mettre en route l e moteur du chariot

9

Le mouvement du chariot suppose l'utilisa-tion de capteurs fin de course, de relais pour la mise en mémoire de l'ordre de mise en route et ~our l'inversion du sens de rotation du moteur. Il faut, auaei , prévoir un cir-euit de remise .à zéro des 'bascules de com~tage.

L'étude de cette simple maque tte met en jeu un grand nombre de notions de base qui son t développées dans chaque fiche PANNEAU. Le bilan des notions qu e l'enfant doit transférer peut être résumé par le diagramme :

'FI CHES PANNEAUX

FP 3 Utilisation des relais

FP 4 Fonction mémoire

FP 5 Inversion du sens de rotation

FP 1 Utilisation des capteurs

FP 7 Comptage par bascules

FP 6 'Déc odag e binaire-décimal

MAQUETTE : Conditionneur avec comptage automatique

Mouvement du chariot - FM 3

Comptage des billes - FM 4

10

5 - ORGANISATION DE L' ENSEIGNEI'4ENT

Le module nécessite au moins 12 séances de 2 heures chacune, 16 à 24 élèves se répartissent en 8 groupes de 2 ou 3.

L'enseignement réclame une organisation rigoureuse lors de la première séance, les enfants trouvent dans la clas-se toutes les maquettes montées et câblées. Ils peuvent, ainsi, "jouer avec", ce qui leur permet de mieux les découvrir: ils appuient sur les boutons poussoirs, utilisent la carte perfo-rée du programmateur, etc ... Ensuite, le professeur explique aux élèves la méthode de travail: étude des maquettes, utili-sation des panneaux, des fiches ...

La séance suivante, chaque groupe peut choisir une maquette et commencer son travail. L'étude d'une maquette dure, en général, deux à trois séances.

Cette organisation per~et une rotation à peu près régulière des groupes sur les maquettes. Au cours de l'année, chaque enfant arrive ainsi à étudier complètement

4

maquettes.

Chaque montage réalisé fait l'objet d'un compte-rendu écrit comprenant le schéma normalisé, la table de véri-té ou la phrase logique qui résume le fonct~onnement du cir-cuit. Ce travail écrit pose, d'ailleurs, assez souvent quelques difficultés aux élèves.

La gestion de tout le matériel est entièrement prise en charge par les enfants eux-mêmes: chaque maquette, relais, fiche de travail fil de liaison doit, en fin de sé-ance, se retrouver à sa place initiale. Toute panne doit être aussitôt réparée. Cette organisation rigoureuse permet d'évi-ter la dérioration ou la perte du matériel et contribue, aussi,

à dév el opper l'autonomie des enfants.

Le professeur est surtout un animateur : il se dé-place de groupe en groupe, aide l'un, discute avec l'autre ou rectifie une erreur. Ses relations avec les enfants en sont grandement améliorées et toute l'ambiance de la classe s'en ressent.

11

Les fiches panneaux et maquett es ont été rédigées avec le souci de favoriser un enseigne ment non linéaire mettant en jeu les différents objectifs de méthode : en particulier, l'objectif M

3 ( aptitude à transférer des not i ons déjà acquises à des situations nouvelles) a été systématiquement développé.

Après les années d'expérimentation et les différents stages bilan, la rédaction de ces fiches a été entièrement revue, de façon à simplifier l'acquisition des connaissances de base et à abréger le temps nécessaire à l 'étude d'une maquette. Ainsi,l' étude complète d'une fiche maquette ne dépasse pas 2 ou 3 séances. Il est évident que l'étude trop longue d'une fiche, traînant par exemple sur 4 ou 5 séances peut ennuyer l 'enfant et diminuer l' intérêt spontané qu'il porte au module.

On trouvera, plus loin, deux exemples de progression. Ces progressions ne sont, en aucune façon des progressions-types et elles ne sont indiquées que pour montrer l'inter-connexion des fichéS maquettes et des fiches panneaux. Au cours des premières séances, l'utilisation de plusieur s f i ches panneaux ( vues pour la première fois) est nécessaire pour l 'étude des maquettes. Après cette étape, l'élève a tr ès souvent l'occasion de réutili-ser les notions ainsi acquises. Le débu t du module est, donc, assez difficile et pas du t out progr es s i f •. . On peut noter, par ailleurs, l'intérêt de dispose r de maquettes dédoublées ( wagon-net, conditionneur ..• ) pour facil i ter les rotations des élèves. Le s contrôles peuvent aussi assurer une soudure, mais il ne' faut pas oublier qu' ils ont été conçus dans un but plus pédagogique!

12 6 - EXEMPLES DE PROGRESSION Premier ex empLe

Nombre de Fiches Maquettes Fiches Panneaux

séances étudiées

pour /B 1ère fois déjà étudiées vues FM 5 PORTIQUE 1 FP 1 CAPTEURS J Fonctionnement 3 1 FP 3 RELAIS 1 1 FP 5 INVERSION 1 FM 8 PROGRAMMATEUR FP 2 ASSOCIATION 1 FP 1 CAPTEURS1 A CARTES DE CAPTEURS 3 PERFOREES 1 RELAIS 1 FP 6 CODAGE FP 3 DECODAGE 1 FP 1 CAPTEURSl FP 2 ASSOCIATION DE CAPTEURS 1 FM 6 PORTIQUE J FP 3 RELAIS 1 1 Programmation 1 FP 5 INVERSION 1 FP 6 CODAGE DECODAGE FM 9 PROGRAMMATEUR 1 FP 1 CAPTEURS 1 A CAMES " 2 FP 2 ASSOCIATION DE CAPTEURS FM 1 _{1 FP} 1 CAPTEURS 1 +

ASCENSEUR

1,2 FM 2 FP 2 ASSOCIATION DE CAPTEURS

13

FM 3 CONDITIONNEUR [ FP 4 MEMOIRE r 1 FP 1 CAPTEURS ₁ Mise en marche

2

1FP 3 RELAIS 1

1FP 5 INVERSION 1

1 FM 4 CONDITIONNEUR 1 FP 7 COMPTAGE1 1FP 1 CAPTEURS

Comptage auto. 7 1 2 1FP 3 RELAIS

1

1FP 4 MEMOIRE ₁ FP 6 CODAGE DECODAGE 1 FP 1 CAPTEURS 1 1 FP 3 RELAIS

r

1 FM 7 WAGONNET 1 7 1 FP

4

MEMOIRE 1

1

FP 5 INVERSION 1

14

Autre exempZe de progression

f\kJmbre de Fiches Maquettes Fiches Panneaux

séances étudiées vues pour lB 1ère fois déjà étudiées

FM 1

(

FP 1 CAPTEURS 1 2#3 + ASCENSEUR FM 2 FP 2 ASSOCIATION DE CAPTEURS 1 FP 3 RELAIS r 1 FP 1 CAPTEURS 1 3 1 FM 7 WAGONNET 1 1 FP 4 MEMOIRE J 1 FP 5 INVERS:em\

FM 9 PROGR..AMMATEUR IFP 1 CAPTEURS1

1#2 A CAMES

FP 2 ASSOC I ATION DE CAPTEURS_.

CAPTEURS 1

PM 8 PROGRAMMATEUR FP 6 CODAGE

_JFP

1

2 A CARTES_PERFOREES DECODAGE

FP 2 ASSOCI ATION DE CAPTEURS

1

FP 3 RELAIS1

1 FM 6 PORTIQUE_{Fonctionnement} JFP 1 CAPTEUR1

1FP 3 RELAIS 1

1FP 5 INVERSION 1

_~_ _ _ __ _M _ ___ _

-15

FP 6 CODAGE DECODAGE

1FP 1 CAPTEURS1 FM 6 PORTIQUE

7 _{Programmation FP 2 ASSOC IATI ON}

DE CAPTEURS 1 1 1 RELAIS 1 i FP 3 1 1 FP 5 INVERSIONl 1 FP 1 CAPTEURS 1 1 FP 3 RELAI S

1

7 FM 3 CONDITI ONNEUR Mise en marche 1 FP 4 MEMOIRE 1 1FP 5 INVERSI ON1

FM 4 CONDITIONNEUR 1FP 7 COMPTAGE 1

1 FP 1 CAPTEURS 1 Comptage auto 2 1 FP 3 RELAIS 1

1

FP 4 MEMOIRE 1 FP 6 CODAGE DECODAGE

16

7 - LES CONDITIONS DE L'EXPERIMENTATION

Depuis 1974, l'expérimentation a concerné 2000 élè-ves par an, répartis dans

3

6

établissements (province et ré-gion parisienne). Cette expérimentation et les différents bi-lans d'évaluation ont permis de tirer un certain nombre de conclusions

o d'une façon générale, après une période de roda-ge (de l'ordre de un an pour le professeur et de quelques sé-ances pour les enfants) un très grand intérêt s'est manifesté pour ce type d'enseignement.

o

Les objectifs de méthodes et d'attitudes sont atteints de façon globlale et satisfaisante dans les classes ne dépassant pas la quinzaine d'élèves. L'expérimentation n' a pas été poursuivie assez longtemps pour mesurer de façon quantitative certains objectifs comme l'ouverture sur le monde extérieur et le développement de l'imagination

créatri-ce.

o

Le matériel (maquettes et composants sur panneau s'est révélé fiable et robuste malgré une utilisation parfois intensive. Il est utile de souligner ce point: on sait, en effet, que le matériel Méccano, malgré sa grande simplicité dl utilisation, a nécessité de nombreuses heures de travail aux professeurs expérimentateurs pour le montage et la mise au point des maquettes.

17

18

Informatlon.f pour 1'utiIi.fation de.f fiche.f panneau

H

Chaque circuit de base qui se présente dans l'étude d'un e maquette fait l'objet d'une fiche panneau. Il n'y a pas d'ordre hiérarchique dans l'étude de ces circuits; par exemple: l'étude de la fiche

FP

2 (association de capteurs) ne doit pas forcément précéder - sous prétexte qu'elle est plus simple - l'étude de la fiche

FP 3

(relais). Il n'est pas inutile de rappeler que ce modu-le est entièrement conçu en fonction d'un enseignement non linéaire

où l'acquisition des connaissances ne se' fait pas de façon systéma-tique, mais plutôt en fonction des besoins et des problèmes concrets rencontrés lors de l 'étude des maquettes. Ceci dit, de façpn à évi-ter de "mettre la charrue avant les boeufs", il est ,par contre, clairement indiqué sur chaque fiche panneau que l'étude préalable d'autres fiches est pré-requise.

Exemple L'étude de la fiche

[FP

51

INVERSION DU,BENS DE ROTATIONI nécessite l'étude préalable de

'FP

1 }CAPTEURSI

et de

[pp

3}RELAIS

r

On peut remarquer que l'étude de n'importe quelle fiche panneau contient la notion de capteur (fiche

FP

1). A ce propos, il y a un écueil à éviter qui consiBte à commencer le module -avant l' étude de toute maquette- par une séance d'initiation systématique aux capteurs (bouton poussoir NO, NF, asaociés en série, en parallè-le ••. ) Cette démarche qui, en somme, résoud parallè-les problèmes avant qu' ils ne soient posés est contraire à la pédagogie du module.

D'ailleurs, de telles séances ont été essayées la première année de l'expérimentation et on a pu constater qu'elles ne facilitaient en rien l'étude des premières maquettes, les enfants ayant oublié entre-temps la notion de capteur.

nécessite l'étude préalable de

IFP

11CAPTEURSl et de

(pp

3 ]RELAIS

1

LIRESPT

LAlOIUTlIIU IITUUNIYUllTAtlU DI IECHUCHI

SUR L'USlIIiNIMUT DU ICtUCU 'MVIIDAln ET Dl LA TECHNOLOGIE

MODULE

AUTOMATISMES

Fiches Panneaux

FP1 : ETUDE DES CAPTEURS FP2 : ASSOCIATION DE CAPTEURS FP3

_·

·

ETUDE DES RELAIS

FP4

_·

·

MEMOIRE

FP5 : INVERSION DU SENS DE ROTATION D'UN MOTEUR FP6 : CODAGE - DECODAGE

FP7

_·

·

COMPTAGE PAR BASCULES

+

-Ont partioipé à La rédact-ion de ces fiches Les membres du Laboratoire et Les professeurs eepérùnentateure des cl.aeeee de lme et •

@

LIRESPT 1977

20

Le tableau ci-contre peraet d'étalir les schémas normali-sés des montages. Les élèves doivent s'y reporter chaque fois que cela est nécessaire. L'importance de'.tels schémas n'est pas li. sous-estimer puisqu'ils constituent une représentation codée de situa-tions concrètes (objectif M

lymBOLEI

POUR

/CHEmRI

nO RmALIJEI

CONVENTION Les sont touj oure au repos .

CD

LES C.A.PTEURS DESIGNATION SYMBOLE 1 Bouton poussoir NO -0

cr

Cl -'6D6-Bouton poussoir NF Minirupteur Interrupteur inverseur Ô à plot commun

0

Interrupteur inverseur à 2 plots communs 1 Ô 6 , -Interrupteur inverseur _{1 è} à 4 plots communs

-0+:

₁₀ LES RECEPTEURS Lampe

-®-Mot eur

-0-Bobine de relais

fYl

à 2 plots communs

1 v 1 Ô

-e-..l-22

TABLEAU DE CORRESPONDANCE ENTRE LES OBJECTIFS DU MODULE ET LES FrCHES D'AUTO-CONTROLE .

Objecte de conn a i s s anc es Objecte de méthodes Obj.d ' a t t i t ude s C, C₂ C₃ . C₄ C₅ C₆ C₇ M₁ 1'1₂ 1'1₃ 1'1₄ 1'1₅ 1'1₆ A₁ A₂ A₃ A₄ J

•

1 Fe 1

•

•

•

•

•

1 Fe 2

•

•

•

•

•

•

•

•

Fe .3

•

•

•

•

• •

•

•

Fe 4

•

•

•

•

•

•

•

Pc 5

•

•

•

• • •

•

•

Fe 6

•

•

•

•

•

•

•

Fe 7

•

•

• • •

Il

•

-- - -- - - _ .-Fe 8

•

• •

•

• •

•

•

•

.Li -Fe 9

•

•

•

•

•

•

•

Fe 10

•

•

• •

•

•

•

Fe 11

•

•

•

•

•

•

•

•

Fe 12

•

•

•

• •

•

•

•

Fe 13

•

•

•

•

•

•

•

•

- -Fe 14

• •

•

• •

•

•

•

Fe 15

•

•

•

•

•

•

. -Fe 16

•

•

•

•

•

•

•

-Fe 17

•

•

• •

•

Fe 18

•

•

•

•

•

Fe 19

•

• •

•

•

•

•

•

Fe 20

•

•

•

•

•

•

•

Fc 21

•

•

•

•

-

.

•

•

•

Fe 22

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Fe 23

•

•

•

• •

•

•

₁

•

•

Fe 24

•

•

• •

•

•

•

Fe 25

•

•

• • •

•

•

Fc 26

• •

•

•

•

•

•

•

Fe 27

•

•

•

•

•

•

•

Fe 28

•

•

•

•

•

•

•

•

•

Fe 29

•

•

-

• •

•

•

•

Fe 30

•

•

•

•

•

•

•

Fe )1

• •

•

•

••

•

•

•

~Q.

IG

•

• •

-

-

•

..

•

!

•

-Fe 17

•

•

• •

•

Fe 18

•

•

•

•

•

Fe 19

•

• •

•

•

•

•

•

~ ~~ _- - _- 1 - -

-

-:FIC TABLEAU DE CORRESPONDANCE : :FI CHES PA1IBEA.UX / FICHES DE CONTROLE

me : Ce tableau doit vous permettre de choisir une fiche de contrôle en foncti on de l a f iche panneau que .tez vous v enez d 'étudier. Par exemple , si vous ',aouhai t ez en application vos connaissances sur les relai s,

,14, TOUS avez à Tot r e disposition les fiches N° : 13,14,20, 24 , 25, 26 ,28 , 31, 32 ,34 . l eu Les f i che s de c ont rôle s ont clas s ées s elon l eur di f f i cult é :

ls s el FICHES VERTES: facile s , FICHES BLEUES : as s ez f a cil es , _{FICHES ROUGES: moins faciles.}

FICHES VERTES BLEUES ROUGES

r . ich es ON TROLE .13; 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 28 29 30 31 32 33 34

•

( 1 E'fUDE DES

•••••

•

•••••••

•

••

•

•

•

•

••••••••

•

•

•

•

•

•

CAPTEURS ?2 .A.SSOCllTI O.

•

•

••

•

•

•

•

•

• •••

•

•

DE CAPl'EURS

•

( 3 EmDE DES

••

_•

_••

• • •

• •

RELAI S ( P 4 MBJIIOl RE

•

_•

_•

_•

_•

_•

' 5 IHVERS ION DU

•

•

•

•

SlmS DE ROT . 6 CODAGE

•

•

DECODA.GE 1 7 COMPTAGE

•

•

•

PAR B.ASCULES

24

Objectifs mis en jeu dans cette fiche Connaissances Méthodes Attitudes

@

M 1 A1 C 5

~

C 6 M₄

Dans cette fiche, La méthode d'étude est indiquée en détaiL pour un

type de capteur: Le bouton-poussoir NO. IL est, ensuite, demandé à L'éLève de

transférer (objectif M

J) cette méthode pour L'étude des autre8 capteurs:

bouton-poussoir NF, minirupteur... Ce transfert, voLontairement répétitif, a pour

but (puisque L'étude de cette fiche se situe forcément en début de moduLe) de

bien faire assimiLer La méthode de travaiL : usage de tabLes de vérité, de

phra-ses Logiques, de schémas normaLisés •..

type de capteur: Le bouton-poussoir NO. IL est, ensuite, demandé à L'éLève de

transférer (objectif M

J) cette méthode pour L'étude des autre8 capteurs:

bouton-poussoir NF, minirupteur... Ce transfert, voLontairement répétitif, a pour

ETUOE OEI

_CAPTEURI

FP

1

1/4

INFORMATION

Vous avez été arrêtés dans l'étude de votre fiche maquette par le mot CAPTEUR.

Vous allez pourtant utiliser, lors de chaque séance,des capteurs divers. Il faut donc que vous appreniez à les utiliser, à

les reconnaltre.

Regardez bien ces dessins : ils repré-sentent la majorité des capteurs que l'on vous demandera de connaltre.

Comment fonctionnent les capteurs ?

Pour pouvoir ét udier les différentes maquettes, il est néc essaire de savoir ce qui se passe quand on appuie sur un bouton poussoir ou lorsqu' un minirupteur est ac-tionné.

TRAVAIL A FAIRE

bouton poussoir

minirupteur

interrupteur inverseur

Dans le paragraphe

C!)

qui suit, vous trouverez la marche à suivre pour l'étude de n'importe quel capteur.

Reproduisez sur votre dossier cette étude sans oublier de faire le montage qui y est décrit .

VOUS

aurez 11 traiter les paragraphes

@

@)

et

@

en vous aidant, bien sûr, du paragraphe

(!) .

FP 1

2/4

GD

ETUDE DU BOUTON POUSSOIR NO ( normalement ouvert )

sur panneau

En vous aidant de oe âeeein, faites un montage qui permette l.ïal lumaqe de La Lampe par aation sur Le

bou-ton poussoir NO.

+

-aompte rendu

(ï)

du montage

cg)

phrase logique

La lampe s'allume SI ET SEULEMENT SIon appuie sur le bouton pous-soir NO. table de A L 0 0 1 1 explication :

Le capteur est désigné par A. A

1

0 non actionné

1 actionné

La lampe est désignée par L.

LIa

éteinte

1 allumée

Quand le bouton pouaao Lr- est actionné (A ₌ 1),la lampe est allumée A ::r

1-Quand le bouton poussoir est au repos (A ₌ 0) ,la lampe est !§teinte A = O.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _1

FP 1

3/4

@

ETUDE DU BOUTON POUSSOIR NF (normalement fermé)

sur panneau cOmpte rendu

Faites un montage similaire à celui du paragraphe I. matériel : - bouton poussoir NF - lampe

@

ETUDE DU MINIRUPTEUR sur panneau

Utilisez 2 lampes et faites un mon-tage tel que l'une (L1) soit

allu-lorsque l'autre (L ) est éteinte.

1 schéma

cg)

phrase logique table de A L 0 1

Quelle fonction réalise le bouton poussoir NF ?

compte rendu écrit

Ci)

Schéma normalisé

®

Phrase logique

(]D

table de vérité A

=

minirupteur A L 1

L

2

0 1

FP 1

4/4

@

ETUDE DE L'INTERRUPTEUR INVERSEUR A PLOT COMMUlf

sur panneau

Faites un montage similaire à celui du paragraphe l1I.

compte rendu écrit

schéma normalisé

CE>

phrase logique

Table de vérité

A

=

inverseur à plot commun

A L

1 L2

0 1

32

Objectifs mis en jeu dans cette fiche Connaissances Méthodes Attitudes

C

1 M1 A₁

@

M

4

C₆

Il s'agit~ évidemment~ dans cette fiche de faire découvrir aux él~ves les notions de circuit série et de circuit parall~le par l'intermédiaire d'une formulation logique: fonction ET~ 'f onct i on OU~ table de vérité~ phrase logique •••

Le probl~me est posé sous forme de phrase logique~ elle-même traduite en langage courant: vous appuyez sur A~ l'ampoulé ne s'allume pas ..• Il est

demandé à l'él~ve de passer de la situation concrête exprimée par la phrase

logique à un langage codé: table de vérité~ schéma normalisé (objectif M 4).

Il s'agit~ évidemment~ dans cette fiche de faire découvrir aux él~ves les notions de circuit série et de circuit parall~le par l'intermédiaire d'une formulation logique: fonction ET~ fonction OU~ table de vérité~ phrase logique •••

AllOCIATlon

DE

_CAPTEURJ

₁

FP

2

Vous devez avoir étudié

CD

FONCTION ET FP 1 Capteurs

Vous disposez de deux boutons poussoirs NO et d'une ampoule. Vous devez réaliser un montage correspondaht à la phrase logique suivante

L'ampoule s'allume SI ET SEULEMENT SIon appuie sur le bouton poussoir A

IETl

sur le bouton poussoir B.

ne s'allume pas. ne s'allume pas .

A et sur B : l'ampoule s'allume. Vous appuyez sur A l'ampoule

Vous appuyez sur B l'ampoule Vous appuyez en meme... temps sur Travail à [aire

(1) Réal-ieee le montage

C?)

Schéma normalisé de ce montage

C3D

table de vérité A B Lampe L 0 0 0 1 1 0 1 1

Dans ce montage, les capteurs sont associés EN SERIE.

@

FONCTION OU

En utilisant l e même matériel que précédemment, vous devez réa-liser un montage co rrespondant à la phrase logique suivante :

L'ampoule s'allume SI ET SEULEMENT SIon appuie sur le bouton poussoir A IOUI sur le bouton poussoir B.

Travai l à [aire

Réaliser le montage Schéma normalisé

Que se passe-t-il lorsqu'on appuie à la fois sur A et B. table de vérité

34

Objectifs mis en jeu dans cette fiche

Connaissances Méthodes Attitudes

@

Ml Al

C

5 M₃

C

6 M₄

L'objectif principal de cette fiche est, bien sûr, la notion de relais. On pourra dire que cet objectif est atteint :

- si L

'é

lève comprend grossièrement le fonctionnement d'un relais, - s'il sait s'en servir

- s'il fait correctement la distinction entre circuit de commande et circuit d'utilisation.

cv

MONTAGE N° 1

Le montage ci-contre permet très simplement d'apprendre à utiliser un relais. L'allumage de la lampe L, grâce à un relais et un bouton-poussoir A,

r~alise la fonction OUI ( A

=

1 , L

=

1 ; la fonction NON ~tant : A

=

1, L

=

0 J.

- s'~& sa~t s'en servir

- s'il fait correctement la distinction entre circuit de commande et circuit d'utilisation.

-ETUDE

DEI RE LAII

(2)

MONTAGE N° 1.

FP 3

Vous devez avoir étudié FP 1 : Capteurs

CD

Reportez ce des s i n sur votre dos si er e t cab l ez sur pann eau . Fait es fo nc tionner. R L

®

+

0 0

(j-"

@ O

A

D

0 R.";$

NO

.(g)

Expr i mez par une phrase logique la re lation en tre A ( bouton poussoir) et L (Ampou l e ) .

Quelle es t la fonction logique réal isée par ce montage ?

Comme nt fonctionne un relais ?

A quoi sert-il ?

nous allons v ous aider à le c ompr endr e dans ce qui suit .

36

c'est la parti e es sent i e lle de la fiche qui devrai t permet.t.r-e

de faire comprendre le fonctionnement d'un relais avec la distinction des deux circuits : commande et utilisa t ion.

1

FP 3

2/3

@

FONCTIONNEMENT D'UN RELAIS

Les deux schémas ci-dessous représentent un relais dans 2 états différents :

Schéma A le bouton poussoir n'est pas actionné. Schéma B le bouton poussoir est actionné.

+

o

"'--D

cORt«t NF .... IIKtro .im.nt • . 0 contsctNO

----

...

noyllU-.... • plot commun Qu'est-ce qU'un électro-aimant?

Un électro-aimant est constitué: - d'une petite tige de

fer(appe-lée noyau)

- de fil électrique enroulé tout autour (appelé bobine)

Lorsque le courant passe dans la bobine, le noyau de fer devient un aimant .

+

Travail- d faire

CI)

Regardez bien l es deux schémas.

Quels changements avez-vous observés ?

Essayez d'expliquer.·

38

Le schéma normal isé qui est à compléter permet~ à la fo i s~ de savoir si l ' élève a bien assi mi lé la notion de re lais (obje c t if C₂₎ et s'i l

est capable de résumer son foncti onnemen t par une table de vérité (obj ectif M

Le montage N° 2 qui permet d'éteindre la lampe L quand on appu~e

sur le bouton-pous s oir A réalis e la fonct ion logique NON ( A

=

1 ~ L

=

0).

Le seul but de cette étude finale est de faire réapp l iquer la

méthode de travai l déjà utili s ée dans l 'étude du circ uit N° 1.

1

FP

al

3/3

.(g)

Reproduisez et complétez le schéma montage ci-dessous.

+

A

o

0

-0-'

La bobine d'un relais est toujours désignée par une lettre majuscule.

Exemple : R.

Etablissez la table de vérité du montage :

@

MONTAGE N° 2

Les contacts de ce relais sont toujours déSignés par la même lettre mais écrite en minuscule.

Exemple : r.

A R r L

0 1

Vous allez reprendre la même étude à partir du montage suivant

R

O®O

O· L

--

₀ 0

₆

o

®O

A

-

-

-0--e-

-

-TNvaif d faire

CD

Schéma normalisé

®

Phrase 'Logique (Relation entre A et L ).

Q)

Table de vérité

Quelle est la fonction logique réalisée par ce montage ?

40

Objectifs mis en jeu dans cette fiche Connaissances Méthodes Attitudes

C

1 M1 A₁

C

2 M4

6)

MS

Le bilan de plusieurs années d'expérimentation a montré que la notion de mémoire "passe" très bien en classe de 4ème. La fiche FP 4 est très détaillée pour faciliter cette assimilation et est centrée sur l'étude de deux circuits classiques : mémoire à effacement prioritaire et mémoire à armement prioritaire.

Le bilan de plusieurs années d'expérimentation a montré que la notion de mémoire "passe" très bien en classe de 4ème. La fiche FP 4 est très détaillée pour faciliter cette assimilation et est centrée sur l'étude de deux circuits classiques : mémoire à effacement prioritaire et mémoire à

mEmOIRE

FP 4

1/3

0)

'INFORMATION Vous devez avoir étudié

FP Capteurs

FP 3 Relais

Dans ce montage simple, si l'on appuie sur le bouton poussoir A, la lampe L s'allume. Mais dès que l'on cesse d-'appuyer, la lampe s'éteint.

Par contre, dans un ascenseur, une action de courte durée sur le bouton poussoir du boîtier de commande de la cabine provoque la mise en route du moteur. Ce moteur s'arrête dès que la cabine action-ne un capteur "fin de course".

INFORMATION

D'ENTREE

(bouton poussoir)

BLOC

CONSERVATION

_MOTEUR

CAPTEUR

INFORMATION

>

> FIN DE COURSE

(MEMOIRE'

TOURNE

ACTIONNE

EFFACEMENT DE L'INlrORMATION ."

Vous allez étudier le bloc CONSERVATION DE L'INFORMATION

qui est aussi appelé

1

MEMOIRE

1

Le circuit mémci.re à effacement prioritaire ( ou "D" prioritaire)~

qui est à réa li ser~ représente une si t uat i on conc r ète dont les éléments sont minutieusement détai l.lée.

Le schéma normalisé qui vient ensui t e pe~e t non seulement de me s u

-rer la portée de l 'obj ec t i f M

4 (représentation codée de situations concrètes ) mais surtou t de voir si la distinction entre circui t de commande et circuit d' uti li sation est bi en comprise. A cette fi n on a ~ d'ail l eurs,sur le schéma sépar é les aliment ations (+) et (-) de ces deux ci rcui t s.

@

MONTAGE N° 1

(]) Réalisez le montage ci-dessous sur panneau.

+ R

-....

Ac

0

-...

--r

Moteur A M

-

-©

•

NF

_NO

ARRET MARCHE RELAIS

Que se passe-t-il ?

Quand on appuie sur M ? · Quand on relâche M ? · Quand on appuie sur A ?

· Quand on relâche A ?

Quand on appuie sur A et Mà la fois ?

Complétez le schéma normalisé du montage précédent:

+

r. 0

-@-+

Rappel important :

o

0

-0....

r. 0

<,

R

rL

Les minuscules r 1 et r 2 désignent les contacts d'un même relais. La bobine de ce relais est désignée par la lettre R.

· Quand on appuie sur A ?

'-+ 4

Le plan i.'étude du circuit mémoire à armement priori taire ( ou "1" prioritaire ) est le même que celui du

§

II. Seul point à remarquer : le montag

est à r~aliser à partir d'un sc~ma normal isé (objectif Ms). La question (Dpermet de me t t re en évidence la différence entre ce s deux circuits. Située

en fi n de fi che, ce tte questio n peut constituer un test conce rnan t la notion de relais. Il est , donc ,intéressant de savoir commen t l'él è ve y répond .

FP 4

3/3

@

MONTAGE N° 2

(j)

Réalisez le montage correspondant au schéma normalisé ci-dessous

+

R

li

0 - - - 4 M )--...

t---o...:.,.:

Que se passe-t-il ?

Quand on appuie sur M? . Quand on reZâahe M?

Quand on appuie sur A ? • Quand on relâche A ?

Quand on appuie sur A et M à la fois?

Œ

Examinez vos réponses aux questions

®

des paragraphes t et I I.

Où voyez-vous une différence ?

L'un des 2 montages donne une priorité à l'arrêt du moteur. Lequel?

Objectifs mis en jeu dans cette fiche

Connaissances Méthodes Attitudes

C 1 M1 A1 C 2 M2 C 6 f'13 M 4

Le circuit inverseur est déjà un circuit compliqué qui nécessite le transfert des notions acquises dans les fiches FP 1 et FP 3 (capteurs et relais). Les objectifs de méthode Ml' M

InVER/lon DU

IEnl

DE

ROTATion D'un mOTEUR

FP 5

1/3

Vous devez avoir étudié FP

FP 3

Capteurs Relais

Le chariot du portique, celui du conditionneur, la cabine de l' ascenseur, le wagonnet ... sont guidés en translation et se déplacent dans un sens ou dans l'autre. Ces changements de sens de marche sont dus à l'inversion du sens de rotation des moteurs de commande.

Vous allez apprendre, dans cette fiche, à inverser le sens de rotation d'un moteur, en utilisant

- des interrupteurs - des blocs relais - un bloc inverseur .

CD

INVERSION DU SENS DE ROTATION AVEC DES INTERRUPTEURS A PLOT COMMUN

(!)

Prenez un moteur et cherchez, sur panneau, à Le faire tourner dans Les

deux sens par changement de branchement.

Au lieu de brancher et de débrancher les fils, vous allez com-mander l'inversion au moyen d'interrupteurs à plot commun.

EXAMINEZ ATTENTIVEMENT LES 3 SCHEMAS SUIVANTS

+ +

+

moteur tourne dans un sens le moteur tourne

dans 1'autre sens tourner dans l'unmoteur doit ou l'autre sens.

Complétez le schéma pLaçant convenablement les 2 interrupteurs.

48

La pr~sence de moteurs dans cette fiche donne l'occasion d'introduire la notion de puissance ~lectrique. D'autre part, l'~lève peut ainsi voir une autre utilit~ du relais qui consiste à pouvoir commander des circuits de forte puissance à partir d'un circuit basse tension.

~u nu~~un ue pu~ssun~e e~ec~!~que. uau~re par~, ~ 'e~eve peu~ a~nB~ vo~r une

autre utilit~ du relais qui consiste à pouvoir commander des circuits de forte puissance à partir d'un circuit basse tension.

FP 5

2/3

Réalisez le montage.

Faites le schéma du montùge.

Complétez la table de vérité. A B M

0 0

0 1

1 0

1 1

t

On notera + , si le moteur tourne dans le sens +

, si le moteur tourne dans le sens

-o ,

si le moteur ne tourne pas.

@

INVERSION DU SENS DE ROTATION AVEC DES BLOCS RELAIS

Les moteurs qui actionnent de grosses machines sont alimentés sous des tensions élevées, par ex: 380 volts (par comparaison la tension du secteur pour l'usage domestique est de 220 volts ou 127 volts). En ef-fet, on demande souvent aux moteurs de fournir de grosses puissances: de quelques kilowatts (1 KW

=

1000 W) à quelques milliers de kilowatts

Pour comparaison

moulin à café: 80 watts

=

0,08 KW machine à laver : 400 watts

=

0,4 KW

perceuse électrique: 350 watts

=

0,35 KW locomotive électrique: 5000 KW.

Il est dangereux pour l'utilisateur de manipuler des capteurs

à commande manuelle sous haute tension HT • Il Y a risque d'électrocution. On peut commander ces moteurs par l'intermédiaire de relais dont les bobines sont alimentées sous basse tension BT (maximun 48 volts) sans danger pour l'utilisateur.

On distingue alors 2 circuits distincts :

le circuit de puissance qui alimente les moteurs le circuit de commaQde qui alimente, les bobines du secteur pour l'usage domestique est de 220 volts ou 127 volts). En

ef-50 y

x

E(>-

~

L:r'

Fo-

~

L:r'

+

+

- - - 4

Mt - -_

-Le bloc inverseur pré-câblé fonctionne selon le même principe que celui du montage ci-dessus. Il est cependant utilisé comme une boite noire pour

que l'élève apprenne à s'en servir. En effet~ dans les études de maquettes~ le

montage complet du circuit inverseur augmenterait considérablement le temps de

câblage. Il y a~ donc~ intérêt à utiliser le plus possible le bloc inverseur

FP 5

3/3

Matériel 2 boutons poussoirs NO

2 blocs relais

CI)

Réa l isez : e montage des bobines des 2 !".,:l ai s moteur

Travail à [aire

au moyen de 2 pous soirs indi qué su r le schéma ci -des so us

+ E U F U y • • If cl 1\ clrcult comman e

-+

_{q n}

ci rcui t pui ssance

Les 2 rela is X e t Y commandent des c ont a c t s qui sont placés dans le circuit de puis sance du mot eur. Les boutons poussoirs E et F, les r e l a i s X e t Y e t leurs cont a c t s sont équ ivalents aux capteurs

à levier A et B du montage pré c édent.

®

Complét ez l e montage en re l i an t le moteur aux contacts de s 2 r e l ais. Complét ez l e sc héma normal isé

DU SENS DE ROTAT ION AVEC UN BLOC INVERSEUR

Un bloc inv ers eur tout fa it regroupe les 2 relais X et Y.

Ci)

Réalis ez le montag p sur panneau.

+

....

e

D

8

o

M

+

<l)

Complétez le schéma normalisé

52

Objectifs mis en jeu dans cet t e fiche

Connaissances Méthodes Attit udes

C₁ M 1 A1

0J)

M₂ C 5 M3

~

L'objectif principal de cette fiche consiste à introduire la notion de codage binaire et de décodage binaire-décimal. Le circuit de décodage (ou

circuit en arbre) n'est ni évident à comprendre ni simple à réaliser. D'autre part un tel circuit~ qui utilise largement la notion de capteurs associés en 8érie~

constitue un excellent champ d'application des objectifs de méthode M₂ et M_3•

L'objectif principal de cette fiche consiste à introduire la notion de codage binaire et de décodage binaire-décimal. Le circuit de décodage (ou

circuit en arbre) n'est ni évident à comprendre ni simple à réaliser. D'autre part un t.el. ~1:Y'~U1:t. n1J1: lJt1:7.Lo,t:>. Lrmaemenr: In nrrti-i.rm ilt:>. tVm+'t:>.lJY'~ n.o,.Ctnr>1:&~ t:>.n R&Y'1:t:>..

CODAGE - QECODAGE

_FP

61 '/

4

Vous devez avoir étudié FP 1:Capteurs

FP 2:Association de capteurs

INFORMATION

- En système décimal, un nombre est représenté par une suite ordonnée de chiffres. Chaque chiffre prend une seule des 10 valeurs de 0 à 9 ;

Exemple: 826 .

Le rang de chaque chiffre correspond à une certaine puissance de 10

- En système binaire, un nombre est aussi exprimé par une suite ordon-née de chiffres. Mais chaque chiffre a une seule des 2 valeurs 0 ou 1 ;

Exemple : 1011 .

Le rang de cha qu e chif f r e co rrespond donc à une certaine puissance de 2 :

1 0 1 1

+3

2 2 2 2

Le système binaire convient parfaitement aux éléments électriques. Exemples

,

Etat 1 bouton poussoir actionné, lampe allumée, relais excité •• Etat 0 bouton poussoir au repos,lampe éteinte,relais non excité Les éléments électriques fonctionnant en système binaire, il est néces-saire de procéder à une opération de décodage pour le système décimal.

Par exemple si un compteur électrique a dénombré le passage de 5 perT sonnes, ce compteur est dans l'état binaire 110. Un circuit de décodage perr met de passer de l'état binaire 110 à l'état décimal

5

qui nous est plus

familier.

11 0 binaire décodage 5 décimal

rang ue cna qu e cn1I I r e co rrespona aonc a une puissance de 2 :

54

Dans oe paragraphe~ le problème d NSoudre montre que le codage

binai-re peut Itre tl'fts utile pour simplifier les circuits. Ain8i~ un SllsUme

as

c0m-mande

as

3 lampes au moyen

as

2 intel'l'UpteUl's seulement BSt sugg~l'ff~ d oharge pOUl'

l'~ZAve

as

le l'ffaliser. SoMma normalis~ 0

L3flj

1

Q",

_'&

L2flj

0

+

~

0

L1flj

n...-~

2

1

PREMIER PROBLEME A RESOUDRE

6

2/4

On veut commande r un feu tric ol or e régl ementant la circul a t i on en utilisant le cir cu i t l e plus simpl e poss i ble .

Il -

Première méthode l

On pou r r a i t ut iliser 3 int errupt eur s pour c ommander l es 3 lampes du f eu . Ai ns i , I l allume ou éteint l e rouge, 1₂ allume ou éteint le vert

Feu tricolore Rouge Vert Orange

Lampes L₁ L₂ L

3 I nt er r u pt eurs 1

1 12 13

QUESTIONS .

a )-

Combi en faudrait-il dYin t errupt eur s pour commander par cette méthode _ une rampe lumineuse comportant 7 lampes de cou l eur s di f f ér ent es ?

b) - Avez - vous remarqué qu'on a utili sé le système décimal pour car ac _ t éri s er les interrupteurs et les l ampes ? Ainsi la lampe du feu ora nge es t appelée L₃, ce lle du feu vert L

2 etc . . .

(2 -

Deuxième mé t hode l

On peut cara c t ér i s er chaque du fe u tricolore par un nombre

binaire

Feu t r i c ol or e Nombre bina ire Nombre décimal c or r e s pondant

Aucune l ampe al lumé e 00 0

Lampe Rouge allumé e (L₁) 01 1

Lampe Ver t e allumé e (L2) 1 0 2

Lampe Or ange allumée (L

3) 11 , --

3

FP 6

3/4

Ainsi, chaque état est représenté par un nombre binaire de 2 chiffres seulement. Deux interrupteurs peuvent donc suffire à commander le feu con-formément au tableau :

1

2 11 ETAT DES LAMPES

0 0 Aucune lampe allumée

0 1 ROUGE allumé

1 0 VERT allumé

1 1 ORANGE allumé

Travail d faire

CD

Faire Le montage des Lampes en ut.i.l.ieant: deux inverseurs à

pLots communs Il et I 2, Faites Le schéma normaLisé,

G)

phrase Logique correspondant au fonetionnement du feu orange. Combien faudrait-iL d'interrupteurs pour commander une rampe

Lumineuse comportant ? Lampes de couLeurs différentes.

Le circuit que vous venez de réaliser fait correspondre des états binaires et des états décimaux. Ainsi, quand 1₁ et 1₂ sont dans l'état binaire 11, la lampe L

3 (ORANGE) est allumée. C'est un circuit de DECODAGE.

@

DEUXIEME PROBLEME A RESOUDRE

On veut allumer 7 lampes (indépendamment les unes des autres) au moyen de 3 interrupteurs.

Travail à faire

(!)

Fai tes l{n,e phrase Logique correspondant au fonctionnement de La Lampe L

5•

RéaLisez Le montage pour La Lampe L

5, Schéma normaLisé de ce montage

Faites Le schéma normalisé du circuit complet d'aLlumage des ? lcurroes• Vous obtenez un.aircui

t

J1a nF;COJ)A.GE _"P.N_ A1mr;R_. _ lumineuse comportant ? lampes de couLeurs différentes.

58

RE~RQUE

Il est possible~ le circuit de ~codage une fois réalisé avec des interrupteurs~ de le généraliser en utilisant des relais. Cette extension est certainement excellente mais a l'inconvénient de rallonger l'étude d'une fiche

~jà assez difficile et de supposer connue la notion de relais. Pour ces rai-sons~ il est peut-être préférable de se limiter~pour l'utilisation du bloc pré-câblé~à une simple étude de boite noire.

1

FP 6

4/4

Il existe un circuit de décodage (à relais) tout prêt, appelé

CIRCUIT EN ARBRE qui fonctionne le même principe que celui que vous venez d'étudier.

Pour obtenir directement le décodage jusqu'à 7, il suffit de réa-liser le montage :

+

....

D

- - 0

-0-"

Binaire

o

D

+

Décimal alimentation du CIRCUIT EN ARBRE

Les voyants lumineux B1 ,B2,B3 visualisent le nombre binaire, les voyants DO,D1•••D7 indiquent directement le nombre décimal correspondant.

Travail, à faire

_ Réalisez le montage

60

Objectifs mis en jeu dans cette fiche Connaissances Méthodes Attitudes

C₁ M

1 A1

C 4

@

La fiche pp 7 est La seuLe fiche panneau qui introduise La notion

très importante de diagramme de phases. Cette notion constitue L'objectif princi-paL de cette fiche.

COmPTAGE PAR BA/CULEI

FP 7 \

1/4

Vous devez avoir étudié FP 1 : Capteurs

INFORMATION

Exemple de problème de comptage

Une machine fabrique des pièces qui sont emb811 ées automatiquement dans des caisses.

Il faut un dispositif de comptage des pièces. Le plus souvent on emploie un compteur électrique

Chaque pièce actionne sur son passage un CAPTEUR qui envoie un si-gnal électrique au compteur.

signal) électrique .. acti on ( ) $0- • capteur compteur mccanl que, _ ' . pièce

Le compteur électrique fonctionne en système binaire.

Rappel En décimal, il faut des éléments pouvant prendre

10 états (0,1,2, •.•9).

En binaire, il faut des éléments pouvant prendre 2 états (0,1).

Les éléments électriques prennent 2 états.

Exemples Etat 1 bouton poussoir actionné, lampe allumée, relais excité •. Etat 0 bouton poussoir au repos,lampe éteinte,relais non excité

Le compteur électrique binaire que vous allez utiliser est cons-titué par des bascules à relais.

62

La bascute est, évidemment, considérée comme une boite noire : son étude est timitée à cette de t'entrée, de ta sortie, de ta remise à zéro ...

La tabte de vérité ci-contre permet de mettre en évidence ta fonction mémoire d'une bascute ( à comparer à cette d'un retais J.

2/4

7

_______

CD

FONCTIONNEMENT D'UNE BASCULE

Schéma du bloc bascule

Le bloc bascule possède une entrée E, une sortie S, 2 bornes d'alimentation (+) et (-), ainsi qu'une borne de remise à zéro RAZ.

I

l - Etude de l'entrée et de la sortie

1

TravaiZ. d faire Entrée bascule Sortie Remise à zéro E

ITAZ

" NO

_-

=

₀

e

_tD

-+

"

-p

S

c

0 0 C 4 0 0

e e

LE

LS

e e e

0 ₀ ·C C 0 0

-+

(!)

Le montage

Quand vous actionnez le bouton poussoir, le courant paese dans l' entr'e et les relais sont excités. L'état des relais commande l'

état de la sortie .

Appuyez sur le bouton poussoir P . Relachez. Ainsi, vous avez envoyé une première impulsion dans l'entrée de la bascule.

CD

Observez t'ëtat: de la Lampe L_S·

à voise avie, conservation de l'information ( mémoi.re ) ?

Nombre d' P _{LE LS} impulsions 1 1 0 2 1 0 3 1 E

Lsl®

e

1

FP 7

3/4

12-

Diagramme de s phas e s1

Voici l e diagr amme des phases du bouton poussoir P . Dans ce dia-gramme le niveau re pr é s ent e l e temps pendan t le quel le bouton pou s s oi r est actionné . Le niveau

°

représ ent e le temps pen dan t lequel le b out on poussoir est au repos .

P Bouton

{1

A ctionn,'

poussoir 0 Non actionne'

1 1

..

1 1 1

....

G H 1 1 F D E

...

1 1 c 8 A o Travail, à [ai re

(1)

Repr odui s e z Le diagramme de P. constr ui re endessous e t en correspon -dance Le diagr amme des Lampes LE et L_S'

Que L est L' é t at du bouton poussoir entre Les points B et C ?

Entre Les point s E et F ?

o

Que Ls sont Les états correepondant:e des Lampes LE e t LS'

3-

Remis e à zér o de la bascule Première solut i on

Amene z la hascnl _{dans l' é tat 1 (l ampe LS) al l umée .}

Cou pe z l'alimentation de l a bascul e . Rebranc he z .Que constat ez-vous ?

Deuxième sol u t i on

_{-- ,}

Br anc he z la borne RAZ a l'alimentat i on (+) par l' i nt er mé-dlair e d ' un b out on poussoir NO , selon le sc héma c i-de s s ou s

Que constatez- vous ?

- Actionne z l e b out on pou s s oi r R.

p

+

DR

:

_ NO

-

,"-

..,

+

_-

0;

-. R

.-

-è

o

0 0

L

_s

_@

ft ft n

+

66

L'association de bascules pePmet de réintroduire la notion de numé-ration binaire et cela~ sans l'étude préalable de la fiche pp 6 (codage-~codage).

1

FP 7

4/4

, 1

@

MONTAGE D'UN COMPTEUR BINAIRE

Travail, à faire

<1)

Réalisez le montage du compteur avec 3 bascules

+

p

+

+

+

0°

--+-0+

0

o--+--(if)

L,

o-+--®L

₃

D+--Envoyez plusieurs impulsions à l'entrée du compteur en utilis ant le bouton poussoir P.

Observez à chaque impuZsion "l'état des "lampes L₃ et complétez "le tableau : Nombre d' 1 3 L 11 impulsions 2 0 1

·

·

·

Quel, est le système de numérat i on uti l i sé pour "le compteur? Combien faudrait-il de lampes pour compter jusqu'à 3 ?

LIRESPT

LABORATOIRE INTERUNIV EIl S I TA IRE DE REC HER CHE

SUR l'ENSEIGNEMElilT DES SCiENCES PHYSIOJJES ET DE LA TEC H N OLOGIE

MODULE

AUTOMATISMES

FICHES MAOUETTES

FM 1 : ASCENSEUR FM 2 ASCENSEUR Simulation du fonctionnement

Bouton d'appel - Port es et sécuri t és

FM 3 CONDITIONNEUR Mi se en marche et retour aut omatique FM 4 CONDITIONNEUR Comptage automatique

FM 5 PORTIQUE FM6 PORTIQUE FM? WAGONNET

Etude du fonctionnement Proqr ammatri on

FM 8 PROGRAMMATEUR A CARTES PERFOREES

FM 9 PROGRAMMATEUR A CAMES: fonc t i onnement d'un feu tricolore

Ont participé à la rédaction de ces fiches les membres du laboratoire et les profess eurs expérimentat eur s des classes de 4ème et 3ème .