Contrairement à un signal analogique, qui, en tant que grandeur physique, peut prendre des valeurs de façon continue, un signal numérique est constitué de valeurs distinctes. Personnellement, je pense toujours à de longues chaînes de zéros et de uns flottant dans l’espace : 0101 0111 0100 1001 0100 1011 0100 0001 0011 1101 0101 0001 0111 0101 0110 0001 0110 1100 0110 1001 0111 0100 0110 0001 0110 0101 0111 0100.
Tout le monde a certainement déjà entendu le terme CANopen en tant que signal numérique. CANopen est un protocole de communication basé sur CAN, dont l’organisation CAN in Automation (CiA) s’occupe depuis 1995. Il est défini comme un standard dans la norme européenne EN 50325-4. Le protocole a été développé comme un réseau standardisé et embarqué avec des options de configuration très flexibles.
A quoi sert le CANopen ?
De manière générale, CANopen fournit plusieurs objets de communication qui permettent d’implémenter le profil réseau souhaité dans un instrument. Grâce à ces objets de communication, les instruments ou les capteurs peuvent offrir la possibilité de communiquer des données de process, d’afficher des états d’erreur internes au dispositif ou d’influencer et de contrôler le profil du réseau.
Regarder de plus près les signaux de sortie
Mais qu’est-ce que cela signifie et pourquoi cela vaut-il la peine de remplacer des signaux analogiques éprouvés par des signaux numériques ? Cet article examine les cinq domaines suivants d’une manière aussi compréhensible que possible : La précision, la fiabilité, le diagnostic, l’architecture du système et la facilité de gestion du signal de sortie numérique CANopen, qui est proposé en standard pour les capteurs WIKA.
1) Risques d’erreurs
Dès 2015, une analyse détaillée des différences de précision entre les capteurs analogiques et le CANopen par deux collègues de WIKA, Bildstein & Heusel (Digital transmission in pressure sensors, WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG, CAN-Newsletter, 1/2015, CAN in Automation, pp. 24-27), a démontré un très grand risque d’erreurs des capteurs analogiques. Cela est dû au fait que le signal est converti trois fois : d’abord de l’analogique au numérique (AD), puis de nouveau du numérique à l’analogique (DA), et enfin numérisé à nouveau dans le contrôleur. En général, le signal est même linéarisé, ce qui entraîne d’autres erreurs.
Le point faible de la technologie de mesure analogique est le trajet du signal depuis le capteur jusqu’à l’instrument final, en passant par le câblage et le connecteur. Ce n’est que lorsque le signal sort de la plage typique qu’une erreur peut être détectée. De plus, le capteur ne peut pas être identifié par le signal.
2) Fiabilité
L’avantage d’un signal numérique, en termes de fiabilité, est la définition précise du type de valeurs attendues. La crédibilité des bits transmis peut être vérifiée par des champs fixes ainsi que par la longueur du message. Si, par exemple, un paquet de 16 chiffres (par exemple 0101 0111 0100 1001) est attendu, mais que seuls 14 d’entre eux arrivent, il est clair que quelque chose a mal tourné pendant la transmission. Cela réduit considérablement le risque d’erreurs dû à des influences extérieures. Un dépassement de délai pendant la transmission des données indique également une erreur.
En outre, il est finalement important de reconnaître correctement le 0 et le 1 dans un signal numérique. Que le signal soit de 0 V ou de 0,5 V n’a aucune importance, car il est toujours reconnu comme 0. Cela signifie que, par exemple, les fluctuations de température, le bruit ou les interférences électromagnétiques ont moins de chances de perturber le signal.
3) Diagnostic
Le « saut de signal électronique » a été spécialement développé pour certains capteurs de force. Ils peuvent être utilisés pour vérifier si les capteurs correspondants renvoient toujours le signal de sortie analogique attendu. Toutefois, ces circuits spécifiques ne sont pas la règle.
D’autre part, un contrôle détaillé de la structure du système, par exemple quel type d’instrument est installé dans quelle position, ainsi qu’une vérification des capteurs numériques font partie du process de démarrage standardisé. Même en cours de fonctionnement, un signal numérique peut être vérifié à plusieurs reprises (par exemple, via le protocole Heartbeat ou les délais d’attente). Ceci n’est pas possible avec les capteurs analogiques.
Par ailleurs, un bus permet non seulement d’envoyer un signal, mais aussi un certain nombre d’autres éléments d’information. Par exemple, différentes variables mesurées peuvent être envoyées par un seul capteur : Force et température, pression et niveau ou des combinaisons complètement différentes.
4) Extension du système
La fusion des signaux est l’un des principaux avantages d’un système numérique. Il est possible de combiner jusqu’à 127 canaux dans un système de commande. Si vous commencez avec moins, une extension ultérieure de l’architecture du système ne pose aucun problème. En outre, le câblage est simple et les contrôleurs deviennent moins chers puisque 127 canaux analogiques distincts de haute précision ne sont pas nécessaires.
5) Possibilité de réutilisation et facilité d’entretien
Les capteurs analogiques offrent des avantages pour le remplacement et les ajustements éventuels. Si les signaux de sortie standardisés sont utilisés, les instruments peuvent être facilement remplacés ou renouvelés sans modification du logiciel d’application, quel que soit le fabricant. Cela simplifie les process logistiques et il n’y a aucun risque d’influencer le comportement du système. Dans la pratique, il a été démontré pour les capteurs numériques qu’il n’y a pas deux fabricants qui proposent à 100 % les mêmes objets.
En revanche, l’ensemble du process de mise à l’échelle et d’étalonnage est effectué sur chaque capteur numérique lui-même : si, par exemple, un capteur de pression de 150 bar est remplacé par un capteur de pression de 250 bar, il n’y a aucun problème. Il n’est plus nécessaire de modifier le paramétrage de la commande, les capteurs sont uniquement calibrés chez le fabricant.
Conclusion sur le CANopen et les signaux analogiques
« Ne changez jamais une équipe qui gagne » pourrait également s’appliquer aux capteurs d’un système. Tant que les capteurs fonctionnent parfaitement avec les signaux analogiques traditionnels, il n’y a certainement aucune raison de perturber l’ensemble du système. Mais lorsqu’il s’agit d’extensions, de réparations ou de renouvellements, les avantages d’un signal de sortie numérique doivent absolument être pris en compte. Après tout, cela ne coûte rien de demander.
Note
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