DUT GEII - UE3 Informatique industrielle

Automatismes et informatique industrielle

Objectifs généraux

Former des techniciens supérieurs capables d'analyser, d'intégrer et de mettre en œuvre une partie d'un système informatique à une plate-forme intégrant des périphériques industriels, de développer certaines des composantes tant matérielles que logicielles d'un tel système ou de le développer en entier, de faire communiquer plusieurs systèmes.

Module A2I-11 : Traitement câblé et langages de description matérielle

Horaire : 80 heures (cours : 10 h ; TD : 26 h ; TP : 44h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issu de ce module : analyser, formuler, réduire, traduire sous différentes formes un problème élémentaire de logique, utiliser une méthode de spécification et de description des matériels, choisir et justifier le choix d'une solution technologique, en tenant compte des contraintes (environnement, consommation, vitesse, coût, etc.). Connaître les fonctions mises en jeu dans les systèmes programmés.

Programme :

  • Concepts de base
    • algèbre de Boole, théorèmes fondamentaux, fonctions logiques, formes canoniques
    • table de vérité, tableau de Karnaugh : représentation et simplification des fonctions logiques de base
    • numération, arithmétique binaire, codage de l'information (ASCII, codes à barres...)
    • machines d'états finis, graphe de transition
    • langage de description de matériel
  • Les fonctions et leur mise en œuvre
    • Approche et description matérielle et fonctionnelle :
      • des composants standards de logique combinatoire : multiplexeur, démultiplexeur, codeur, décodeur, transcodeur, autres fonctions (générateur de parité, comparateurs, etc.)
      • des composants arithmétique et logique : additionneur, soustracteur, Unité arithmétique et logique, autres fonctions (multiplieur, ...)
      • des composants séquentiels : mémoires élémentaires (bascules), registres à décalage, compteurs.
      • des composants programmables : classification des architectures des composants logiques programmables
      • mémoires mortes et vives, réseaux logiques programmables
      • notions de circuits spécifiques
    • Technologie des fonctions logiques
      • conventions utilisées, schématique, matérialisation des fonctions
    • Outils pour l'analyse et la synthèse
      • utilisation d'une chaîne de développement pour l'analyse, la synthèse, la simulation et la réalisation d'un traitement câblé
      • appareils et méthodes de mesure ou de tests spécifiques aux circuits numériques

Module A2I-12 : Langages, méthodologie et introduction aux processeurs

Horaire : 80 heures (C : 9 h ; TD : 25 h ; TP : 46 h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issue de ce module : décrire une solution algorithmique cohérente, traduire une forme algorithmique en langage évolué, utiliser une méthode de développement, décomposer une application en sous système, connecter un composant sur un bus, documenter une application.

Programme :

  • Algorithmique de base et langage de programmation
    • programme (jeu d'instructions, mots d'un langage)
    • les différents types de variables, tailles et localisations
    • représentations algorithmiques (codage dans un langage évolué)
    • mettre en œuvre des modules
  • Méthodologie de développement d'une application
    • décomposition d'une application
  • Introduction à un système à processeur
    • modes d'adressage de base (immédiat, absolu, indexé avec déplacement)
    • rédiger en assembleur les formes algorithmiques de base
    • notion de bus ; différents types de bus : données, adresses, commandes
    • rôle de l'unité centrale et des différents types de supports mémoire (mémoire centrale vive et morte, mémoires de masse)
    • organisation de l'espace adressable
    • modèle de programmation d'une architecture (registres, compteur ordinal, pointeur de données...)
    • principe d'un interface parallèle (port d'entrée, port de sortie avec buffers trois états et bascules D)

Module A2I-13 : Outils de modélisation, de simulation et de CAO

Horaire : 54 heures (TD : 10 h ; TP : 44 h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issu de ce module : maîtriser une chaîne de développement (spécification, optimisation, simulation, implémentation, vérification), tester et valider une réalisation au moyen d'appareils ou de méthodes de mesure et de tests généraux ou spécialisés, savoir créer une documentation technique associée à une réalisation.

Programme :

  • Outils pour l'analyse et la synthèse des systèmes numériques
    • utilisation d'une chaîne de développement pour l'analyse, la synthèse, la simulation et la réalisation d'un traitement câblé
    • appareils et méthodes de mesure ou de tests spécifiques aux circuits numériques
  • Conception électrique et électronique assistée par ordinateur
    • utilisation d'une chaîne de développement pour l'analyse, la synthèse, la simulation et la réalisation d'un système analogique (réponse statique et dynamique, réponse fréquentielle et temporelle)
    • appréhender les limites de l'outil, savoir interpréter les résultats et découvrir l'influence des pas de calcul
    • utiliser une chaîne de développement de circuit imprimé (placement, routage et les critères associés)

Module MA13 : Mathématiques appliquées et outils

Horaires : 47 heures (C : 10 h ; TD : 19 h ; TP : 18 h)
Objectifs

  • Savoir résoudre une équation différentielle linéaire à coefficients constants par la transformation de Laplace. Savoir résoudre un système différentiel linéaire par diagonalisation de matrice. Savoir développer une fonction périodique en série de Fourrier. Savoir utiliser un logiciel de calcul formel appliqué au contenu des modules MA11, MA12 et MA13.

Programme :

  • Calcul matriciel, déterminants, réductions de matrices
  • notions sur les intégrales généralisées
  • transformation de Laplace
  • systèmes différentiels
  • développement en série de Fourier
  • apprentissage d'un logiciel de calcul formel
  • calcul numérique

Module A2I-21 : Systèmes informatisés

Horaire : 62 heures (C : 14 h ; TD : 24 h ; TP : 24 h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issu de ce module : comprendre, développer et intégrer une application à microprocesseurs en tenant compte des contraintes de temps.

Programme :

  • Présentation des différentes fonctions des systèmes informatisés
    • compléments sur les processeurs (modèle de programmation et jeu d'instructions associés, modes d'adressages, instructions avancées, gestion de la pile, principes avancés d'accès à la mémoire : disciplines de bus, accès direct à la mémoire)
    • structure générale des différents systèmes à traitements programmés et les périphériques associés (microprocesseurs, micro contrôleur, architecture modulaire, automate programmable industriel, micro ordinateur)
    • gestion des périphériques standards (entrées sorties parallèle et série, gestion du temps, entrées sorties analogiques, les interruptions)
  • Développement d'une application
    • utilisation d'une méthode de développement
    • hiérarchie de programme
    • analyse et contraintes d'une application (temps, taille du code)
    • génération d'un dossier d'analyse matérielle et logicielle et de programmation

Module A2I-22 : Automatismes industriels et réseaux

Horaire : 48 heures (C : 12 h ; TD : 18 h ; TP : 18 h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issue de ce module : analyser un cahier des charges, comprendre, développer et intégrer, configurer une application conçue autour d'un automate programmable, apporter une compétence partielle mais significative sur les normes de la communication industrielle, analyser le besoin en interface homme-machine, analyser les contraintes technico-économiques et rédiger un dossier technique.

Programme :

  • Automatismes industriels
    • rappels sur l'architecture de base d'un automate programmable industriel
    • les différents langages normalisés de programmation des automates programmables
    • analyse du processus à piloter et cahier des charges (les composantes du projet et les modes de marche et d'arrêt)
    • les entrées sorties intelligentes (capteurs, actionneurs)
    • besoin en interface homme machine
  • Communication industrielle
    • étude des liaisons séries et parallèles
    • normes et standards de connexion (signaux, brochage, normalisation)
    • protocoles associés
    • analyse détaillée d'un protocole série et parallèle
    • bus d'instrumentation série et parallèle
    • étude et mise en œuvre d'un outil de supervision industrielle

Automatique

Objectifs généraux

Au cours de sa vie professionnelle, un diplômé de GEII peut être amené soit à concevoir, régler ou gérer un système de commande de type asservissement ou régulation. L'objectif des enseignements d'automatique est donc de transmettre une démarche méthodologique complète pour la conception de régulateurs.
Pour cela, le programme comprend :

  • un module destiné à l'apprentissage des concepts et outils, intitulé AU21 "Modélisation et analyse des systèmes linéaires"
  • un module consacré aux méthodes de modélisation, identification et synthèse de commande à temps continu, intitulé AU22 "Régulation des systèmes continus"
  • un module destiné à l'option automatismes et systèmes, concernant la commande par calculateur, visant une synergie avec l'enseignement d'informatique temps-réel, et intitulé AS23 "Modélisation et commande des systèmes échantillonnés"


Module AU21 : Modélisation et analyse des systèmes linéaires

Horaire : 55 heures (C : 13 h ; TD : 21 h ; TP : 21 h)
Objectifs professionnels

  • Savoir établir le schéma fonctionnel d'un processus dynamique
  • savoir traduire un cahier des charges en termes de modèles
  • connaître les modes de représentation de la réponse fréquentielle
  • savoir évaluer ou prévoir les performances d'un système : stabilité, précision, sensibilité aux perturbations
  • savoir utiliser un outil de CAO spécifique à l'automatique

Programme :

  • Présentation générale et historique de l'automatique
  • Modélisation
    • des exemples de systèmes, terminologie
    • notion de linéarité, linéarisation autour d'un point de fonctionnement
    • de l'équation différentielle à la fonction de transfert, définition et signification des pôles et des zéros
    • causalité, notion de stabilité
    • schémas fonctionnels
  • Caractéristiques temporelles et fréquentielles des systèmes
    • fonction de transfert du 1er ordre ; forme canonique, réponse temporelle (à un échelon, à une rampe)
    • réponse harmonique : gain complexe , représentation : Bode, Nyquist, Black
    • fonction de transfert du 2ème ordre, forme canonique, lien entre paramètres (amortissement, pulsation propre non amortie) et position des pôles dans le plan complexe, réponse temporelle (à un échelon, à une rampe), réponse harmonique : gain complexe , représentation : Bode, Nyquist, Black
    • effet du retard pur : réponses temporelles et harmonique. Notion de systèmes à non-minimum de phase
  • Systèmes bouclés
    • chaîne directe et chaîne de retour, calcul de la fonction de transfert en boucle fermée
    • modification des performances en boucle fermée
    • lieu des pôles (Evans)
    • réponse harmonique et abaque de Black : passer de la boucle ouverte à la boucle fermée
  • Analyse de la stabilité des systèmes bouclés
    • le problème de la stabilité, définition
    • un critère algébrique : la position des pôles dans le plan complexe
    • un critère graphique simple : le critère du revers
    • les marges de stabilité
  • Étude de la précision statique
    • l'erreur de "position" en statique, précision, minimisation ou annulation
    • l'erreur en "vitesse", écart de traînage, mini-misation ou annulation
    • chaîne d'anticipation
  • Sensibilité aux perturbations
    • effet du bouclage. Minimisation ou annulation en statique. Chaîne de tendance
    • calcul des fonctions de sensibilité

Module AU22 : Régulation des systèmes continus

Horaire : 55 heures (C : 13 h ; TD : 21 h ; TP : 21 h)
Objectifs professionnels

  • Savoir mettre en œuvre des méthodes d'identification expérimentales
  • savoir analyser un cahier des charges (poursuite et/ou régulation) en termes de performances temporelles et/ou fréquentielles
  • savoir configurer et régler un régulateur standard
  • savoir passer du cahier des charges au choix et à la conception d'un régulateur à temps continu
  • savoir utiliser un outil de CAO pour déterminer et valider un régulateur

Programme :

  • Introduction
  • Analyse d'un cahier des charges
    • localisation des pôles désirés
    • interprétation en termes de réponse fréquentielle
  • Méthodes temporelles et fréquentielles d'identification expérimentale de systèmes
  • Rôle et structure générale des correcteurs
    • correction série
    • correction parallèle
    • correction par anticipation
    • régulateur à 2 degrés de liberté
  • Correction série
    • types de correcteurs : P, PI, PD, PID, avance de phase, retard de phase, avance et retard de phase
    • méthode de Ziegler et Nichols
    • calcul de correcteurs dans le domaine temporel à l'aide du lieu des pôles (Evans)
    • calcul de correcteurs dans le domaine fréquentiel (Black Nichols, Bode)
  • Correction parallèle
    • principe général
    • correction tachymétrique simple
    • correction tachymétrique filtrée
  • Correction des systèmes à retard
  • Introduction à la régulation numérique : cas d'échantillonnage rapide

Modules spécifiques de l'option automatismes et systèmes

Module AS-23 : Modélisation et commande des systèmes échantillonnés

Horaire : 42 heures (C : 12 h ; TD : 14 h ; TP : 16 h)
Objectifs professionnels

  • Savoir établir le schéma fonctionnel d'un système dynamique à commande numérique
  • maîtriser les spécificités induites par la numérisation et l'échantillonnage
  • savoir analyser un cahier des charges (poursuite et/ou régulation) en termes de performances temporelles et/ou fréquentielles
  • savoir choisir une structure de régulateur numérique et déterminer ses paramètres
  • savoir utiliser un outil de CAO pour la conception et la validation d'une loi de commande à temps discret

Programme :

  • Signaux échantillonnés et commande de systèmes :
    • Analyse fonctionnelle de systèmes à commande numérique à partir d'exemples :
      • description de la structure matérielle relative à la partie commande : échantillonnage de mesure, d'erreur, bloqueur, convertisseur...
      • intérêt de la commande par calculateur
    • Opération d'échantillonnage :
      • étude temporelle de l'échantillonnage : échantillonnage impulsionnel idéal, échantillonnage réel, temps de fermeture
      • étude fréquentielle de l'échantillonnage, limite de Shannon
      • choix de la période d'échantillonnage des signaux en fonction des caractéristiques des systèmes
    • Modélisation de la conversion numérique-analogique, bloqueurs.
  • Modélisation et mise en équation
    • relation entrée-sortie des systèmes à temps discret : équations de récurrence, fonction de transfert, notions de stabilité et de causalité
    • fonction de transfert des systèmes à temps continu bloqués-échantillonnés
    • fonction de transfert équivalente à des associations de systèmes
    • calcul des réponses temporelles
  • Analyse de la stabilité des systèmes bloqués-échantillonnés
    • influence de la période d'échantillonnage
    • position des pôles
    • utilisation de la transformation en w pour retrouver les méthodes d'analyse du continu
  • Précision des systèmes bloqués-échantillonnés
    • calcul des erreurs en régime permanent
    • erreur de position, erreur en vitesse
    • amélioration de la précision
  • Analyse d'un cahier des charges
    • choix de la période d'échantillonnage
    • choix d'un transfert désiré en boucle fermée : second ordre dominant
    • interprétation en termes de réponse fréquentielle
  • Méthode de synthèse
    • placement de pôles ou synthèse fréquentielle par utilisation de la fonction de transfert en w
  • Structures de régulateurs numériques
    • PID
    • régulateurs à 2 degrés de liberté : commande par modèle interne, commande RST
  • Phénomène d'anti-emballement de l'intégrateur
    • etude du phénomène
    • techniques d'anti-emballement

Module AS-24 : Systèmes multitâches et commande temps réel

Horaire : 42 heures (C : 12 h, TD : 14 h, TP : 16 h)
Objectifs professionnels

  • L'étudiant doit savoir à l'issue de ce module : développer une application à partir d'un exécutif multitâche, utiliser un processeur adapté à la commande temps réel pour les systèmes échantillonnés : filtres numériques, régulateurs. Analyser et comprendre une approche objet, utiliser un environnement de développement graphique, utiliser des composants logiciels.

Programme :

  • Systèmes multitâches et commande temps réel
    • Systèmes multitâches
      • décomposer un problème en tâches
      • états d'une tâche, création de tâches
      • synchroniser des tâches, communication entre tâches
      • gestion de l'exclusion mutuelle
    • Commande temps réel
      • analyse et mise en évidence des contraintes de temps
      • architectures adaptées (processeurs de signaux (DSP), RISC, cache, ...)
  • Langage objet
    • classes et objets
    • notions de méthodes
    • portée des variables
    • notion d'héritage et de hiérarchie de classes

Modules spécifiques de l'option réseaux locaux et industriels

Objectifs généraux

L'option réseaux locaux industriels vise à acquérir la connaissance et la maîtrise des méthodes et techniques employées dans les réseaux de communication industrielle, ainsi que des expériences pratiques d'application et de mise en œuvre des réseaux de terrain, réseaux d'automatismes, réseaux immotique, réseaux locaux d'entreprise et réseau internet. Les compétences acquises devront permettre de participer à des projets d'automatisation en tant qu'architecte et concepteur d'automatismes en réseaux, dans des objectifs de contrôle-commande et de supervision de processus. Les champs d'applications industriels de l'option concernent les procédés automatisés industriels complexes, l'électronique embarquée et la gestion technique des bâtiments.

Module RLI 21 : Méthodes et techniques des réseaux de communication

Horaire : 42 heures (C :12 h ; TD :14 h ; TP :16 h)
Objectifs professionnels

  • Comprendre les concepts de réseau de communication et appréhender une classification des réseaux. Comprendre et maîtriser les méthodes et techniques générales de transmission de données employées dans les réseaux de communication, dans le cadre d'une modélisation générale des réseaux. Le domaine étudié portera particulièrement sur :
    • classification et choix d'un réseau
    • choix, évaluation et caractérisation d'un câblage réseau
    • connaissance du modèle OSI et en particulier des couches 1, 2

Programme :

  • Concepts et classification des réseaux : RLI, RLE, MAN, WAN, WLAN
    • services : besoins, contraintes, intérêts, déterminisme
    • architectures : flux, distance, topologie
  • Transmissions de données
    • notion de transmission : ETCD, ETTD
    • modes de transmission : bande de base, large bande, débits, rapidité de modulation
    • transmission synchrone et asynchrone
    • codage des signaux : codes à 2 et 3 niveaux
    • étude et comparaison des spectres de puissances
  • Supports physiques
    • types et catégories de câblage
    • caractérisation du support : affaiblissement, déphasage, impédance, bande passante, vitesse de propagation, diaphonie
    • normalisation RS 232, RS 485, 10/100 Base T...
  • Structuration et échange de trames réseau
    • structure générale, champs
    • mécanismes de synchronisation
    • mécanismes d'adressage
    • mécanismes de détection et de correction des erreurs de transmission
    • méthodes de remplissage
    • mécanismes d'acquittement
  • Méthodes d'accès à la voie
    • accès centralisés
    • accès décentralisés
    • accès aléatoire
  • Le modèle OSI
    • structuration fonctionnelle en couches
    • protocoles et services
    • primitives de dialogue entre couches
    • mécanisme d'encapsulation
    • instances et cadre de normalisations nationales, européennes et mondiales

Module RLI 22 : Réseaux industriels

Horaire : 42 heures (C : 12 h ; TD : 14 h ; TP : 16 h)
Objectifs professionnels

  • Maîtriser les méthodes et outils des réseaux de communication industrielle afin de pouvoir évaluer, comparer, choisir une solution réseaux satisfaisant des contraintes techniques et économiques, puis de la mettre en œuvre dans le cadre d'une application industrielle. Le domaine étudié portera particulièrement sur :
    • la connaissance de la couche 7 du modèle OSI
    • les applications industrielles des réseaux : contrôle/commande, supervision, immotique
    • l'interconnexion des réseaux par TCP-IP

Programme :

  • Réseau local d'entreprise
    • réseau Ethernet : fonctionnalités, architecture, câblage, fonctionnement, analogie au modèle OSI , applications industrielles
  • Les réseaux de terrain
    • contexte industriel
    • distribution - décentralisation des applications industrielles
    • modèles de communications
      • modèle client/serveur
      • modèle producteur/consommateur
    • réseaux de capteurs/actionneurs
      • spécificités
      • étude des protocoles
      • analogie au modèle OSI
      • normalisation
      • cas d'applications : ASI, I2C, FIP-IO, CAN, VAN, PROFIBUS-PA, ...
    • réseaux d'automatismes
      • spécificités
      • étude des protocoles
      • analogie au modèle OSI
      • normalisation
      • cas d'applications : Profibus, Interbus-S, Fieldbus Foundation, Modbus, Device, Net, ...
    • réseaux en immotique
      • spécificités
      • étude des protocoles
      • analogie au modèle OSI
      • normalisation
      • cas d'Applications : Batibus, EIB, EHS, Lonworks, ...
    • normalisations internationales
  • Interconnexion de réseaux
    • éléments d'interconnexion
      • segmentation physique : répéteur, pont, concentrateur, commutateur
      • segmentation logique : routeur, passerelle
      • réseau virtuel
    • mécanismes et protocoles de routage et d'interconnexion : Source Routing, Spanning Tree, RIP, EGP
    • les protocoles TCP-IP
      • réseau fédérateur Internet
      • adressage logique et protocoles réseau IP
      • protocoles de résolution d'adresse
      • protocole de contrôle : ICMP
      • protocole de transport TCP
  • Perspectives et évolution de la communication industrielle
    • supervision et conduite à distance.

Modules transdisciplinaires

Objectifs généraux

Les modules études et réalisations sont à dominante expérimentale et professionnelle. En première année, ils favorisent l'interdisciplinarité des unités génie électrique et informatique industrielle. En deuxième année, ils sont étroitement liés à l'option choisie par l'étudiant, mais en conservant leurs caractères interdisciplinaires.

Modules ER11-12-21-22 : Études et réalisations

Horaire : ER11et ER12 (C : 3h ; TP : 40 h) ; ER21 et ER22 (TP : 40 h).
Objectifs professionnels :

  • Mettre en œuvre un projet technique industriel
  • réinvestir les savoirs et savoir-faire du GEII pour satisfaire un cahier des charges
  • utiliser des méthodes pour la conduite d'un projet

Programme :

  • Analyser une solution technique existante
  • rechercher des documentations et exploiter les informations
  • gérer un projet : cahier des charges, choix techniques, coût, échéancier, contraintes d'industrialisation et qualité
  • mettre en œuvre des composants matériels et logiciels à l'aide de notices constructeurs
  • concevoir tout ou partie
    • d'un schéma fonctionnel ou structurel
    • d'un algorithme et de son codage associé
    • d'un séquenceur et de son codage associé
  • réaliser un prototype
  • valider une solution technique (mesures ou simulations) en respect d'un cahier des charges
  • rédiger les documents techniques associés au projet

Au cours de ces activités : la fiabilité, la technologie des composants électroniques, les contraintes liées à la CEM et les procédés de fabrication industrielle seront exposés.