LES CAPTEURS T.O.R.

(Tout Ou Rien)
Interrupteur de Position et Détecteur Photoélectrique

Objectifs de la séquence :

Le but de cette séquence est de présenter les critères de choix d’un détecteur, pour qu’à l’issue de celle-ci,
vous soyez capables de :

 Choisir un interrupteur de position afin de détecter la présence d’une grande et

d’une petite caisse, pour le système de Tri de Caisses.

 Choisir un détecteur photoélectrique toujours afin de détecter la présence d’une

grande et d’une petite caisse, pour le système de Tri de Caisses.

1/ Mise en situation :

La société AMORA à Dijon, fabrique divers produits dont la Mayonnaise de Dijon. Cette mayonnaise est
fabriquée, puis mise en pot. Enfin, ce dernier est fermé par un bouchon métallique, vissé, et comportant un
joint.

Ces pots de mayonnaise sont ensuite étiquetés puis conditionnés dans des caisses en carton recyclable. A
la demande des clients, ces pots peuvent être conditionnés dans des grandes ou des petites caisses.

Ces deux types de caisses seront stockés, en attente de livraison, à des endroits différents. Il est donc
nécessaire, après le conditionnement, de trier les caisses, pour les acheminer vers leur aire de stockage
respective.

On utilise pour cela le Système de Tri de Caisses, visible sur le schéma ci dessous.

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2/ Extrait du Cahier des Charges :

2.1/ Caractéristiques Mécaniques :

 Caisses en carton recyclable.

 Dimensions grande caisse : 600/600/600 mm.
 Masse grande caisse :  200 kg.
 Dimensions petite caisse : 400/400/400 mm.
 Masse petite caisse :  60 kg.

 Largeur tapis : 700 mm.

 Vitesse linéaire du tapis : 0,2 m/s.

2.2/ Caractéristiques Electriques :

 Puissance : 3*400V  + N.
 Commande : 24V .

2.3/ Caractéristiques des Détecteurs indiquant la présence des Caisses :

 Passage d’une caisse toutes les 10 secondes.

 Pilotage d’une entrée Automate (contact "F").

a/ Détection avec contact :

 Boîtier plastique à double isolation.
 Une entrée de câble.
 Contact à action brusque.
 Dispositif de commande : poussoir métallique.

b/ Détection sans contact :

 Boîtier cylindrique et métallique.
 Sortie statique.
 Distance Objet/Détecteur : 3 m.

Comme dans tous les Automatismes, la présence de détecteurs est capitale pour assurer leurs
fonctionnements. Ici, ils seront nécessaires, pour informer l'Unité de traitement de la présence des caisses, et de
leurs tailles, afin de les déplacer vers le bon tapis.

C'est au choix de ces détecteurs que nous allons nous intéresser.

Dans le choix d'un capteur, on doit tout d'abord déterminer le type de détecteur à utiliser. Il faut pour
cela appliquer la démarche de choix présentée dans le paragraphe suivant.

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3/ Choix du type de détecteur :

3.1/ Démarche à utiliser : Pour déterminer le type de détecteur à utiliser pour détecter un objet, il
faut s'interroger sur :

La nature de l'objet à détecter

SOLIDE LIQUIDE GAZEUX

La nature de la détection

AVEC SANS
CONTACT CONTACT

La matière
constituant l'objet

METALLIQUE NON METALLIQUE

Distance Distance
Objet/Détecteur Objet/Détecteur

d  48 mm d  48 mm d  15 mm d  15 mm

Interrupteur Détecteur Détecteur Détecteur Pressostat

de position Inductif photoélectrique Capacitif Vacuostat
(présence liquide)

Si m  500 g
Pressostat
et v  1,5 m/s
et un ou moins d'un (pression liquide)
objet par seconde.
Si une de ces 3
conditions n'est pas
respectées, il faut
prendre un détecteur
inductif ou
photoélectrique ou
capacitif.

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 3.2/ Exemple de choix :

 Selon l'extrait du cahier des charges du système de Tri de Caisse, l'objet à détecter est une caisse en
carton recyclable. Déterminer, en fonction du cahier des charges :

- la nature de l'objet à détecter : SOLIDE.

- la nature de la 1ère détection : AVEC CONTACT.
- la masse des caisses : m = 200 kg ou 60 kg >> 500 g.
- la vitesse de défilement des caisses : v = 0,2 m/s  1,5 m/s.
- la fréquence de passage des caisses : 1 caisse toutes les 10 s  1 caisse toutes les
secondes. 0,1 Hz  1Hz.

On prendra donc, pour détecter la présence des caisses, des

INTERRUPTEURS DE POSITION

 On modifie le cahier des charges de ce système, et l'on veut maintenant une détection sans contact.
La distance entre l'objet et le détecteur sera de 3 m.

- nature de l'objet à détecter : SOLIDE.

- nature de la 2ème détection : SANS CONTACT.
- matière constituant l'objet : NON METALLIQUE.

Comme la distance entre l'objet et le détecteur est supérieure à 15 mm, on prendra ici pour détecter
les caisses, des

DETECTEUR PHOTOELECTRIQUES

Une fois le type de détecteur choisit, il ne nous reste plus qu'à en déterminer la référence. Nous allons
donc maintenant présenter, décrire ces deux types de capteurs et donner leurs critères de choix, pour vous aider
à déterminer leurs références pour le Système de Tri de Caisse.

4/ Les interrupteurs de position :

4.1/ Généralités :

Les interrupteurs de position électromécaniques se classent dans le domaine de l'Acquisition des Données,
et sont, de ce fait, présents dans un grand nombre d'installations automatisées.
Leur fonction essentielle consiste à renseigner l'Unité de Traitement d'un Automatisme, de l'état de la
machine ou de l'installation, de la présence ou de l'absence de produits en cours d'élaboration ou de transfert. Ils
sont donc connectés aux entrées de l'Unité de Traitement.

Ces appareillages jouent un rôle prépondérant dans le déroulement des processus, en fournissant à
l'Unité de Traitement, des informations "Tout Ou Rien" de :
- Présence/Absence,
- Passage,
- Positionnement,
- Fin de course.

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 4.2/ Constitution des interrupteurs de position :

Il existe 2 familles d'interrupteurs de position :

- une pour détecter les mouvements rectilignes.

- l'autre pour détecter les mouvements angulaires.

Comme on peut le voir sur les schémas ci-dessous, ces interrupteurs de position sont constitués de 3
éléments de base :

1. le dispositif d'attaque.
2. la tête de commande.
3. le corps équipé de contacts électriques.

Détecteur de mouvement angulaire Détecteur de mouvement rectiligne

Comme on peut le voir, chacun des 3 éléments est indépendant des autres. Cela facilite grandement la
maintenance, et permet un échange aisé des éléments.

4.3/ Principe de fonctionnement :

Les interrupteurs de position sont des appareils actionnés par contact direct avec les objets, les pièces
machines, etc… Ils transforment ce contact physique en une fermeture ou ouverture de contact électrique. On
peut voir ce phénomène sur les schémas suivant, pour les 2 types de mouvements possibles :

A/ Mouvement rectiligne :

Bornes 13-14 : contact "F"

ou contact "NO".

Bornes 21-22 : contact "O"

ou contact "NC".

Détecteur au repos Détecteur actionné

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 B/ Mouvement angulaire :

Bornes 13-14 : contact "F"

ou contact "NO".

Bornes 21-22 : contact "O"

21 22 ou21contact "NC".22

13 14 13 14

Détecteur au repos Détecteur actionné

Lorsque le détecteur est au repos, le contact 13-14 est : Ouvert.

le contact 21-22 est : Fermé.

Lorsqu'une pièce se présente devant le détecteur, ce dernier est actionné. Alors,

le contact 13-14 est : Fermé.
le contact 21-22 est : Ouvert.
4.4/ Domaines et types d'utilisation :
Les interrupteurs de position sont présents dans presque tous les systèmes industriels et donc presque
tous les domaines d'utilisation.
On peut les trouver dans la Mécanique et la Machine-outil :
 usinage, manutention, levage…
On peut aussi les trouver dans l'Agro-alimentaire :
 conditionnement, emballage…
On peut encore les trouver dans des applications relevant de la détection de :
 pièces machines (cames, butées, pignons), chariots, wagons, détection directe
d'objets…
4.5/ Critères de choix :
A/ Choix de la tête de commande et du dispositif d'attaque :
 forme de l'objet : came 30°, face plane, forme quelconque, etc…
 trajectoire de l'objet : frontale, latérale, multidirectionnelle, etc…
 précision du guidage.
B/ Choix du corps :
 Encombrement réduit,
 Fixe ou embrochable (facilité de changement),
 Métallique (atmosphère sèche) ou plastique (atmosphère humide),
 Une ou plusieurs entrées de câble,
 Type de contact désiré (à action brusque ou à action dépendante).
 Valeur et nature de la tension et du courant à contrôler.
 Nb de cycle de fonctionnement.

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 4.6/ Application au Système de Tri de Caisses :
Nous avons déterminé dans le paragraphe 3.2 que pour la Détection des Caisses avec contact, il fallait
choisir des interrupteurs de position. Ces derniers seront placés en face du Tapis n°1 (celui amenant les grandes
et petites caisses).
Comme on peut le voir ci dessous, il faudra deux capteurs, placés à deux hauteurs différentes, pour
déterminer la taille de ces caisses.

V= 0,2m/s

Détection Grande Caisse

Détection Petite Caisse

Nous devons donc maintenant déterminer la référence de ces interrupteurs de position, grâce à l'extrait
du cahier des charges et à la description du système, en précisant :

 la forme de l'objet à détecter : FACE PLANE.

 la trajectoire de l'objet : FRONTALE.

Nous pouvons déjà dire qu'il nous faudra un détecteur avec une tête à mouvement RECTILIGNE.
 la précision du guidage : guidage peu précis, mais la caisse rentrera toujours en
contact avec le détecteur. La précision du guidage est donc peu importante dans le cas
présent.
 le type de boîtier : boîtier plastique à double isolation.
 le nombre d'entrée de câble : une entrée de câble.
 le type de dispositif de commande : poussoir métallique.
 le type de contact : contact "F" à action brusque (dés que la caisse entre en contact
avec la tête de commande du détecteur, le contact électrique commute).

Après avoir réunis ces informations, on peut déterminer la référence des détecteurs, grâce aux
documents constructeurs ci-joint. On prendra un détecteur dont la référence est :
XCK-P110

La vitesse du tapis vaut 0,2 m/s, et la vitesse d'attaque est bien inférieure à 0,5m/s. On peut donc prendre
ce détecteur.

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 4.7/ Documents Constructeurs :

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5/ Les Détecteurs Photoélectriques :

5.1/ Généralités :

Comme nous l'avons vu précédemment, les détecteurs photoélectriques permettent de détecter des
objets, sans contact, à des distances très grandes (de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres).
Tout comme les interrupteurs de position, les détecteurs photoélectriques se classent dans le domaine de
l'Acquisition des Données, et sont connectés aux entrées de l'Unité de Traitement des Automatismes.

Ainsi, ces détecteurs renseignent l'Unité de Traitement, en lui fournissant des informations
"Tout Ou Rien" :
- de Présence/Absence,
- ou de Passage,

d'objet de toutes formes et de matériaux de toute nature.

5.2/ Constitution du détecteur photoélectrique :

Le détecteur photoélectrique est constitué essentiellement d'un émetteur de lumière (LED), associé à
un récepteur sensible à la quantité de lumière reçue (phototransistor) qui pilote un étage de sortie (transistor,
relais, analogique).

Il existe quatre systèmes de détection photoélectrique :

5.2.1/ Le système barrage :

Comme on peut le voir sur le schéma suivant, il est constitué de deux éléments : un boîtier
émetteur et un boîtier récepteur.

Boîtier
Boîtier
émetteur
récepteur

Le boîtier émetteur contient l'émetteur de lumière, tandis que le récepteur contient le phototransistor et le
contact de sortie. Ce boîtier peut être cylindrique, ou rectangulaire.

5.2.2/ Le système réflex :

Comme on peut le voir sur le schéma suivant, le système réflex est constitué de deux éléments :
un boîtier émetteur / récepteur et un réflecteur renvoyant la lumière émise par ce boîtier.

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 Réflecteur

Boîtier
émetteur/récepteur

Le boîtier émetteur/récepteur contient l'émetteur de lumière, le récepteur et le contact de sortie. Ce

boîtier peut être cylindrique, ou rectangulaire.

5.2.3/ Le système réflex polarisé :

Tout comme le système réflex, le système réflex polarisé est constitué de deux
éléments : un boîtier émetteur/récepteur et un réflecteur renvoyant la lumière émise par ce boîtier.

5.2.4/ Le système de proximité :

Comme on peut le voir sur le schéma suivant, ce dernier système est composé
uniquement d'un boîtier émetteur/récepteur. Ici, ce sera l'objet à détecter qui renverra la lumière
émise par ce boîtier.

Boîtier
émetteur/récepteur

Le boîtier émetteur/récepteur contient l'émetteur de lumière, le récepteur et le contact de sortie. Ce

boîtier peut être cylindrique, ou rectangulaire.

5.3/ Principe de fonctionnement :

5.3.1/ Généralités :

Comme nous l'avons vu précédemment, le détecteur photoélectrique est constitué de

trois éléments : un émetteur de lumière (LED), un récepteur de lumière (phototransistor), et un étage
de sortie (transistor, relais ou analogique).

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 La diode électroluminescente (LED) est un composant électronique semi-conducteur qui émet
de la lumière lorsqu'il est traversé par un courant électrique. Cette lumière peut être visible ou invisible selon la
longueur d'onde d'émission.
En fonctionnement normal, le phototransistor reçoit cette lumière, et l'étage de sortie n'est pas
commandé.
Lorsqu'un objet pénètre dans le faisceau lumineux et modifie suffisamment la quantité de
lumière reçue par le récepteur, le phototransistor commute et commande l'étage de sortie.
Ce principe de fonctionnement est général. C'est pourquoi nous allons étudier plus en détail
chaque système de détection.

5.3.2/ Le système barrage :

Boîtier
Comme nous émetteur
l'avons

Boîtier
récepteur

récepteur. Le boîtier émetteur contient l'émetteur de lumière, tandis que le récepteur contient le phototransistor
et le contact de sortie.

En fonctionnement normal, l'émetteur émet un faisceau lumineux reçu par le récepteur. Lorsque
l'objet à détecter coupe le faisceau, le phototransistor commute et commande l'étage de sortie. Alors, le contact
associé à cette sortie commute. Ce contact sera utilisé dans la partie commande de l'automatisme, car c'est lui
qui indique la présence d'un objet.
Il existe deux types de sortie pour ce système : sortie statique (transistor) ou sortie relais.
Ce système sera utilisé pour des distances très importantes (jusqu'à 50 m). Il a une bonne tenue
aux environnements difficiles (poussières, lumières parasites, …) et permet une détection très précise.
Cependant, ce système ne permet de détecter que des objets opaques. Des objets en matières
transparentes, comme des bouteilles, ne seront pas détectés.

5.3.3/ Le système réflex :

Réflecteur

Boîtier
émetteur/récepteur

Comme nous l'avons vu précédemment, ce système est constitué d'un boîtier émetteur/récepteur
et d'un réflecteur. Le boîtier émetteur/récepteur contient l'émetteur de lumière, le récepteur et le contact de
sortie.

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 En fonctionnement normal, l'émetteur émet le faisceau lumineux vers le réflecteur. Ce dernier
renvoie le faisceau vers le récepteur. Lorsque l'objet à détecter coupe le faisceau, le phototransistor commute et
commande l'étage de sortie. Alors, le contact associé à cette sortie commute. Ce contact sera, comme
précédemment, utilisé dans la partie commande de l'automatisme, car c'est lui qui indique la présence d'un
objet.

Il existe aussi deux types de sortie pour ce système : sortie statique (transistor) ou sortie relais.

Ce système sera utilisé pour des distances moyennes (jusqu'à 15 m environ). Il permet une
détection précise, d'objets opaques ou transparents, mais non brillants.

5.3.4/ Le système réflex polarisé :

Réflecteur

Boîtier
émetteur/récepteur

Le système réflex polarisé est presque identique au système réflex présenté ci-dessus. Le
principe de fonctionnement est donc identique au précédent. La différence vient du fait que ce système possède,
en supplément du système réflex, des filtres de polarisation de la lumière, permettant la détection de cibles
brillantes.

5.3.5/ Le système de proximité :

Boîtier
émetteur/récepteur

Comme nous l'avons vu précédemment, ce système est constitué uniquement d'un boîtier
émetteur / récepteur. Ce boîtier contient l'émetteur de lumière, le récepteur et le contact de sortie.
Le fonctionnement de système est différent des précédents. En effet, en fonctionnement normal,
l'émetteur émet le faisceau lumineux, mais le récepteur ne le reçoit pas. La sortie n'est pas sollicitée.
Lorsque l'objet à détecter se présente devant le détecteur, il renvoie le faisceau vers le récepteur
de lumière. Alors, le phototransistor commute et commande l'étage de sortie. Le contact de sortie commute. Il
existe aussi deux types de sortie pour ce système : sortie statique (transistor) ou sortie relais.

Ce système sera utilisé pour des distances faibles (jusqu'à 2 m), et permet de détecter tout type de
matériaux (opaques, brillants ou transparents).
5.4/ Domaines et types d'utilisation :

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 Ces détecteurs sont utilisés dans les domaines industriels et tertiaires les plus divers :

 détection d'objets et de produits dans :

 la manutention,
 le convoyage.

 détection de pièces machine dans le secteur :

 de la robotique,
 du bâtiment en général,
 du textile,
 des ascenseurs.

 détection de personnes, de véhicules, d'animaux, etc…

5.5/ Critères de choix :

A/ La distance Objet/Détecteur :

 de 0 à 2 m : Système de proximité.
 de 2 m à 15 m : Système réflex pour des objet non brillant.
Système réflex polarisé pour des objets brillants.
 de 15 m à 50 m : Système barrage.

B/ Alimentation :

 alimentation alternative.
 alimentation continue.

C/ Type et nature du boîtier :

 boîtier cylindrique.
 boîtier rectangulaire.
 métallique.
 plastique.

D/ Type de sortie :

 sortie statique (transistor).

 sortie relais.
 sortie analogique.

5.6/ Exemple de choix :

Nous avons déterminer dans le paragraphe 3.2 que pour la détection des caisses sans contact, il fallait choisir des détecteurs
photoélectriques. Ces derniers sont placés, comme on peut le voir sur le schéma en page 1, perpendiculairement au sens d'arrivée des
caisse, en face du premier vérin.

De plus, on peut voir sur ce schéma qu'il faut deux détecteurs placés à deux hauteurs différentes, pour déterminer la taille des
caisses.

Pour déterminer la référence de ces détecteurs, il faut préciser, grâce à l'extrait du cahier des charges :

 la distance Objet/Détecteur : 3 m.
 la nature de l'objet à détecter (brillant ou non brillant) : Carton recyclable, donc non brillant.

On prendra donc un système Réflex (boîtier Emetteur/Récepteur et réflecteur).

 l'alimentation : 24 V continu.
 le type et la nature du boîtier : Cylindrique et métallique.
 le type de sortie : Statique.

Après avoir réunis ces informations, on peut déterminer la référence des détecteurs, grâce aux documents constructeurs ci-
joint. On prendra un système Réflex avec réflecteur de référence XU1-N18PP340 ou 340D.

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 5.7/ Document constructeur :

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