Objectifs
Les automatismes chronologiques nécessitent la maîtrise de la séquence, c'est-à-dire de la suite logique des opérations lorsqu'elles se succèdent selon un certain ordre.
Principes
Dans un automatisme non chronologique les actions ne se présentent pas selon un ordre bien précis. Il est impossible de prévoir ce qui va se passer à l'instant suivant, les actions se suivent de façon totalement aléatoire.
En revanche, dans un automatisme chronologique, les actions se suivent selon un ordre bien précis qu'il faudra identifier. En parallèle à l'ordre d'actions sur les capteurs, il faudra déterminer l'ordre de fonctionnement des récepteurs ou moteurs.
Dispositif
Le plus simple est sans doute d'examiner en détail un cas précis d'automatisme chronologique et de voir comment il faut le traiter pour arriver au schéma électrique adéquat.
Le pont tournant pour locomotive
Un exemple d'automatisme chronologique est un pont tournant permettant de retourner une locomotive sur une voie de chemin de fer.
Quand un train arrive dans une gare terminale, la locomotive doit pouvoir être retournée dans l'autre sens afin de pouvoir repartir en marche avant. Un morceau de voie appelé "pont" se trouve sur un plateau circulaire monté sur des roulements à billes. Le moteur M est capable de faire tourner ce pont dans un sens ou dans l'autre selon les besoins.
Le dispositif et la succession des actions se présentent comme ceci :
Figure 1 : la locomotive, tournée vers la droite, se présente devant le pont tournant.
Figure 2 : la locomotive avance et s'arrête sur le pont tournant.
Figure 3 : le pont tournant fait un demi-tour.
Figure 4 : la locomotive repart dans l'autre sens.
Il s'agit bien d'un automatisme chronologique car, par exemple, le pont tournant ne peut pas faire un demi-tour avant que la locomotive soit dessus, ça n'aurait pas de sens. L'ordre des opérations, la séquence, est donc essentiel.
Constitution
Il faut prévoir un certain nombre de boutons poussoirs qui vont permettre de réguler le fonctionnement du système. La constitution du dispositif devra répondre aux critères suivants :
- Un bouton poussoir a (arrêt) provoquera l'arrêt du moteur L de la locomotive quand celle-ci sera positionnée au bon endroit sur le pont tournant;
- À ce moment-là, le pont va se mettre à tourner dans le sens des aiguilles d'une montre, le sens horloger, grâce au fonctionnement du moteur Mh (M horloger);
- Un second bouton poussoir b arrêtera la rotation du pont tournant (Mh) quand celui-ci aura fait un demi-tour exactement;
- Quand le bouton b sera enfoncé, le moteur L de la locomotive se remettra en marche, la locomotive quittera le pont tournant;
- Lorsque la locomotive aura totalement quitté le pont tournant, le bouton a sera enfin relâché. À ce moment, pour des raisons de sécurité, la locomotive s'arrêtera;
- Quand le bouton a sera relâché, le pont se mettra alors à tourner dans la sens contraire des aiguilles d'une montre, le sens antihorloger, grâce au moteur Ma (M antihorloger). Il s'agit en fait du même moteur qui tournera à l'envers;
- Lorsque le pont tournant sera revenu à son point de départ, le bouton c sera enfoncé, comme il l'était au départ et la locomotive se remettra en marche pour libérer le passage;
- Le processus sera alors totalement terminé, jusqu'à ce qu'une nouvelle locomotive se présente.
Vu d'en haut et comparé à la vue de côté, le dispositif complet se présente comme ceci :
Figure 5 : le dispositif en vues de côté et plongeante avec ses 3 boutons poussoirs a, b et c.
Il est à remarquer qu'au départ, le bouton c est enfoncé grâce à une plaque métallique qui est solidaire du pont tournant. Quand le pont se mettra à tourner, cette plaque tournera avec lui et finira par enfoncer le bouton b.
Résolution
Procédons maintenant à la résolution de ce mécanisme, c'est-à-dire à la mise au point des schémas électriques alimentant les différents moteurs. L'ordre que nous allons respecter dans l'établissement du tableau chronologique est a, b, c, L, Mh et Ma
Pour compléter le tableau chronologique, on examine étape par étape les enfoncements (1) et relâchements (0) des différents boutons et on met en correspondance les états que doivent prendre les différents moteurs, soit alimentés en courant (1), soit au repos (0).
Commençons par examiner la première étape, la locomotive en approche du pont tournant.
Figure 6 : la locomotive approche du pont tournant.
Figure 7 : la locomotive entre sur le pont tournant.
Durant ces deux étapes, rien ne change ni au niveau des boutons, ni au niveau des moteurs. Seul c est enfoncé (1) et seul le moteur L d'avance de la locomotive fonctionne (1). Ceci nous donne les états suivants : a = 0, b = 0, c = 1, L = 1, Mh = 0 et Ma = 0. Reportons cela dans le tableau chronologique.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Passons à l'étape suivante...
Figure 8 : la locomotive enfonce le bouton a.
Dès que le bouton a est enfoncé, la locomotive doit s'arrêter, L doit être égal à 0. En revanche, le moteur Mh faisant tourner le pont dans le sens horloger se met en marche. Il est à remarquer que, pendant un court instant, c est toujours enfoncé. Reportons cette étape dans la tableau chronologique.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 |
Étape suivante...
Figure 9 : le pont tourne, relâchant le bouton c.
La plaque solidaire du pont tourne avec lui, libérant finalement le bouton c. La locomotive enfonce toujours le bouton a. Le pont continue à tourner.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
Étape suivante...
Figure 10 : en tournant, la plaque enfonce le bouton b.
La plaque solidaire du pont arrive au bouton b et l'enfonce. Le moteur Mh ne doit plus être alimenté et le pont s'arrête donc de tourner. La locomotive est retournée et peut maintenant quitter le pont, son moteur L est donc alimenté. Le bouton a reste enfoncé durant l'avancement de la locomotive le temps que la locomotive quitte le pont tournant.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
Figure 11 : la locomotive commence à quitter le pont mais le bouton a est toujours enfoncé.
Étape suivante...
Figure 12 : la locomotive a quitté le pont et a relâché le bouton a.
La locomotive a quitté le pont et a fini par relâcher le bouton a. Le moteur L de la locomotive doit s'arrêter et le moteur Ma faisant tourner le pont dans le sens antihorloger doit se mettre en fonctionnement. Il est à remarquer que le bouton b reste enfoncé un certain temps.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Étape suivante...
Figure 13 : le pont tourne pour revenir à son état initial et relâche le bouton b.
En tournant, le pont à libéré le bouton b. Le pont continue à tourner dans le sens antihorloger.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Étape suivante...
Figure 14 : le pont tournant est revenu à son état initial, il enfonce le bouton c.
En tournant, le pont a fini par enfoncer le bouton c. Le pont est revenu à son état initial, le moteur Ma s'arrête. Le moteur L de la locomotive se remet en marche pour libérer le passage.
Attention : on remarque que cette étape 7 est identique à l'étape 1. Le processus chronologique, comprenant 6 étapes distinctes, est donc bouclé et s'arrête ici.
| n° | a | b | c | L | Mh | Ma | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | |
| 2 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | |
| 3 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | |
| 4 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
| 5 | 0 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| 6 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
| 7 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 |
Tableaux de Karnaugh et schémas électriques
Il faut maintenant utiliser le tableau chronologique pour constituer les tableaux de Karnaugh. Il y aura un tableau de Karnaugh par moteur.
Impossibilités technologiques : 3 boutons pouvant chacun prendre l'état 0 ou 1 donnent 8 possibilités. Or nous n'avons que 6 étapes dans le tableau chronologique. Les 2 cases vides des tableaux de Karnaugh sont-elles des oublis ou des impossibilités technologiques? Nous disposons donc, grâce à cela, d'une vérification bien précieuse.
Constituons le premier tableau de Karnaugh, pour le moteur L, et examinons les 2 cases qui resteront libres. Prenons l'habitude de noter en indice dans chaque case le numéro de la ligne du tableau chronologique, cela facilitera le remplissage des tableaux suivants. De plus, si deux étapes successives ne sont pas dans des cases adjacentes, c'est qu'il y a une erreur dans le processus. Ceci est une seconde vérification.
| L | ab | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 01 | 11 | 10 | ||
| c | 0 | 0 6 | 0 5 | 1 4 | 0 3 |
| 1 | 1 1 | ? | ? | 0 2 | |
Nous constatons que les 2 cases marquées d'un ? correspondent à 2 cas où b et c seraient enfoncés simultanément, ce qui, comme on le voit dans les figures 6 à 14, est impossible. Ces 2 cases sont donc des impossibilités technologiques et non des erreurs. Plaçons donc un Ø dans ces 2 cases.
| L | ab | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 01 | 11 | 10 | ||
| c | 0 | 0 6 | 0 5 | 1 4 | 0 3 |
| 1 | 1 1 | Ø | Ø | 0 2 | |
Pour le moteur L de la locomotive, nous voyons que nous pouvons réunir tous les 1 dans 2 groupements les plus grands possibles par puissances de 2, à savoir le groupement horizontal rose correspondant à la combinaison 
des boutons poussoirs et le groupement vertical jaune correspondant à la combinaison a b.
Ces 2 groupements doivent s'additionner, l'équation et le schéma électrique du moteur de la locomotive L seront les suivants :
L = 
+
Figure 15 : schéma électrique de commande de la locomotive (moteur L).
La dernière vérification est "intellectuelle", voir si, par le raisonnement, on peut valider le résultat. La locomotive se déplace si c est enfoncé et pas a, c'est le moment où la locomotive arrive sur le pont tournant (figures 6 et 7), c'est exact. La locomotive se déplace aussi (fonction OU) tant que le bouton a est enfoncé alors que le bouton b est enfoncé. C'est le cas quand le pont a fini son demi-tour et que la locomotive quitte le pont (figures 10 et 11). Quand a est relâché, la locomotive s'arrête. Tout cela est donc bien correct.
Voyons ce qu'il en est pour le moteur Mh de rotation dans le sens horloger :
| Mh | ab | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 01 | 11 | 10 | ||
| c | 0 | 0 6 | 0 5 | 0 4 | 1 3 |
| 1 | 0 1 | Ø | Ø | 1 2 | |
Le groupement maximum de tous les 1 est la colonne verte qui donne la combinaison 
. Le pont tourne dans la sens horloger tant que a est enfoncé et que b ne l'est pas (figures 8 et 9).
Mh =
Figure 16 : schéma électrique du moteur de rotation horloger (moteur Mh).
Et voyons maintenant ce qu'il en est pour le moteur Ma de rotation dans le sens antihorloger :
| Ma | ab | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 00 | 01 | 11 | 10 | ||
| c | 0 | 1 6 | 1 5 | 0 4 | 0 3 |
| 1 | 0 1 | Ø | Ø | 0 2 | |
Le groupement maximum donne la ligne bleue de 2 cases dont la combinaison est . Le pont revient vers sa position d'origine tant que ni a, ni b ne sont enfoncés (figures 12 et 13), ce qui est correct.
Ma = 
Figure 17 : schéma électrique du moteur de rotation antihorloger (moteur Ma).
Regroupons maintenant les différents schémas électriques en un seul ensemble.
Schéma électrique global
Le schéma électrique global aura la présentation suivante :
Figure 18 : schéma électrique global des moteurs du pont tournant.
Cette résolution peut paraître assez longue mais vous verrez qu'avec la pratique, il faut relativement peu de temps pour arriver au résultat. Un fois que l'on maîtrise le processus, cela devient même relativement gai d'après les témoignages d'élèves, c'est comme un jeu de l'esprit. C'est tout le bonheur que je vous souhaite avec, en plus, le fait que cette matière est une excellente introduction au codage informatique et à la robotique.
Excellente continuation et bons exercices.