Bus de terrain

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Bus de terrain

Performances des systèmes de commande industriels

Thèmes abordés

• Notion de contrainte temps réel

S tè é

• Systèmes programmés

– Difficulté à garantir un temps de réponse constant.

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Systèmes de commande industriels

Les exigences temporelles – Exemple de contraintes temps réel

• Micro-assemblage contrôlé en force

– Donner l’ordre au robot de descendre à la vitesse de 1 mm / s.

– Pendant la descente surveiller la valeur mesurée par le capteur de force sensible.

– Dès qu’une force est détectée arrêter le

Commande de robot Robot

Bus de terrain - Performance des systèmes de commande industriels 2

détectée, arrêter le mouvement dans les 10 ms.

– Que se passe t il si le système de commande ne réagit pas assez vite ?

de robot

Buse vaccuum Capteur de force

Systèmes de commande industriels

Les exigences temporelles – Exemples de contrainte temps réel

• Soudage laser

L’assemblage de de composants horlogers est fait par des tirs – L’assemblage de deux composants horlogers est fait par des tirs

laser dont la durée doit être comprise entre 2.0 et 2.5 ms.

– Que se passe t il si la durée du tir laser est inférieure ? – Que se passe t il si la durée du tir laser est supérieure ? – Que se passe t il si la durée du tir laser est irrégulière ?

Automate programmable Ordre

on/off

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Systèmes de commande industriels

Les exigences temporelles – Exemples de contrainte temps réel

• Impression

– Vitesse : 3 m/s. Précision souhaitée : 0.5 mm

– Que se passe-t-il si le temps de réaction au passage de la marque de coupe est variable ?

Marques pour la coupe

Lecture optique des marques de coupe

Couteau Système de

commande

Systèmes de commande industriels

Notion de temps réel

• Système de commande temps réel

– Garantit le respect d’échéances temporelles précises – Garantit le respect d échéances temporelles précises.

• Temps réel doux (soft realtime)

– Lorsque le dépassement d’une échéance n’a pas des conséquences désastreuses.

• Temps réel dur (hard realtime)

– Lorsque le dépassement d’une échéance a des conséquences inadmissibles.

Diffé t t é l t f

• Différence entre temps réel et performance

– Un système exécutant plusieurs programmes en parallèle peut être très performant mais incapable de garantir une échéance.

• Une contrainte temps réel est caractérisée par un temps

– en minute, en seconde, en ms, en µs

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Critères de performance temporelle

• Latence

Temps de réponse – Temps de réponse

• Gigue

– Variation du temps de réponse.

– Elle caractérise la précision temporelle des actions

L’automate programmable industriel

Conséquences du fonctionnement cyclique : les temps de latence

• On considère un temps de cycle de 50 ms.

• Fonctionnement de l’automate

• Fonctionnement de l automate

– Les entrées sont copiées dans les variables associées au début du cycle.

– Les sorties sont appliquées à la fin du cycle.

• Temps maximal de réponse du système lors de l’arrivée d’un signal ?

50 ms Cycles

automate

temps de

Signal barrière optique

50 ms Le signal peut arriver juste

après le début d’un cycle

temps de traitement

Activation de la Commande du vérin

Retard > 50 ms

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L’automate programmable industriel

Conséquences du fonctionnement cyclique : une gigue (jitter) élevée

• Temps minimal de réponse du système lors de l’arrivée d’un signal ?

• Le temps de réponse d’un automate varie entre le temps de

• Le temps de réponse d un automate varie entre le temps de traitement et la valeur du temps de cycle.

50 ms Cycles

automate

temps de

Signal barrière optique

50 ms Le signal peut arriver juste

avant le début d’un cycle

temps de traitement

Activation de la Commande du vérin

Retard << 50 ms

L’automate programmable industriel

Conséquences du fonctionnement cyclique : une gigue (jitter) élevée

• Latence bornée

Temps de c cle T – Temps de cycle T_c – Temps de traitement T_t – Latence < T_c+ T_t

• Gigue

– La gigue est égale au temps de cycle.

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Systèmes de commande industriels

Pourquoi certains systèmes sont incapables de contrôle « temps réel »

• Un ordinateur fonctionne à une fréquence précise

– Il devrait donc être capable de répéter des traitements à une – Il devrait donc être capable de répéter des traitements à une

vitesse constante.

• Origines matérielles des dérives

– Le processeur peut recevoir des interruptions qui lui font exécuter d’autres séquences de code.

– Ces interruptions peuvent arriver n’importe quand par rapport au programme d’application.

• Origines logicielles des dérives

– Les systèmes d’exploitation de bureautique comme Windows ou Linux répartissent le temps processeur entre les différents programmes chargés.

– La stratégie de répartition de ces systèmes n’a pas été conçue pour le contrôle temps réel.

Systèmes de commande industriels

Comparaison entre un OS bureautique et un OS temps réel

Système temps réel (RTX) Système non temps réel (Windows)

Latence toujours inférieure à une valeur maximale

Latence en général inférieure à une valeur maximale, mais pouvant dépasser de façon considérable

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Systèmes de commande industriels

Pourquoi les systèmes programmés présentent en général une gigue

• Par conception, les programmes ont en général des temps d’exécution variables

d exécution variables.

– Les chemins d’exécution pris dépendent des valeurs de variables d’état.

– Ils ne sont pas identiques à chaque fois.

• Exemple

I := I + 1;

IF I > 1000 THEN

(* Temps d’exécution supplémentaire 1 fois sur 1000 *)

I := 0;

END_IF

• Que faire lorsque la gigue est inacceptable ?

– Utiliser un élément matériel dédié pour cadencer précisément le contrôle.

Analyse des applications

• Quels temps de cycle automate pour répondre aux performances des applications exemple ?

performances des applications exemple ?

– Micro assemblage contrôlé en force

– Soudage laser

– Impression

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