EPREUVE D AUTOMATIQUE

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1 Hautes Etudes d Ingénieur HEI 3 - Tronc Commun EPREUVE D AUTOMATIQUE Durée : 3 heures Date : 4 février 2005 Documents non autorisés 1. LOGIQUE SEQUENTIELLE Soit le cycle quelconque suivant : A l aide de basules RS, donnez les équations du compteur synchrone décrivant le cycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l initialisation du compteur). 2. A l aide de bascules JK synchronisées sur front descendant d horloge possédant des entrées de forçage non complémentées, donnez les équations du compteur asynchrone décrivant le cycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l initialisation du compteur). 2. ETUDE SIMPLIFIEE D UN DISTRIBUTEUR DE BOISSONS CHAUDES Un distributeur de boissons chaudes permet d obtenir trois boissons différentes : E : de l eau chaude, C : du café mélangé à de l eau chaude, T : du thé mélangé à de l eau chaude. Trois boutons e, c et t permettent de commander les trois électrovannes branchées aux trois cuves contenant les différents ingrédients : l eau chaude, le café, le thé. Les mélanges sont obtenus soit en appuyant directement sur la boisson désirée, soit en appuyant simultanément sur deux boutons 1 : e et c ou e et t. Tous les autres mélanges sont interdits. 1 Nous admettrons que c est possible... 1

2 L eau chaude est obtenue gratuitement. Par contre, pour obtenir l un des deux mélanges, il faut introduire une pièce p qui est restituée (fonction R p ) à chaque fausse manoeuvre (mélanges interdits) ou en demandant de l eau chaude seule. 1. Déterminer les équations logiques de E, C, T, R p en fonction de e, c, t et p. 2. Réaliser le logigramme correspondant. 3. ETUDE D UN DISTRIBUTEUR DE BOISSONS CHAUDES Après avoir simplifié l étude du distributeur de boissons chaudes pour l exercice précédent, nous allons désormais étudier un peu plus en détails l un des distributeur que nous pouvons voir en salle de pause. Le schéma du fonctionnement de ce distributeur de boissons chaudes est donné à la fin de ce document 2. PRINCIPE GLOBAL DE FONCTIONNEMENT Le principe de fonctionnement de notre distributeur de boissons chaudes est le suivant : 1. Un responsable met le distributeur en route grâce à un bouton de marche/arrêt. 2. L utilisateur insère dans un premier temps la somme requise (voire plus) dans la machine. 3. La machine rend la monnaie si nécessaire grâce à un algorithme particulier L utilisateur choisit la boisson désirée 4, café court, café long, chocolat, cappuccino. et il détermine la quantité de sucre désirée : pas de sucre, sucré, très sucré. 5. La machine libère un gobelet. 6. La machine prépare les doses de constituants nécessaires : une dose de sucre en poudre soit grande, soit moyenne ou pas de sucre, une dose de café, de chocolat ou de cappuccino, un volume d eau en fonction de la boisson commandée. Les différentes poudres, le sucre et l eau sont stockés dans des réservoirs commandés par un système de vannes temporisées et calibrées pour les doses désirées. Si l un des réservoirs de poudre est vide, alors les boissons faisant intervenir leur contenu sont indisponibles et ceci est signalé par un voyant sur le panneau de commande. Si le réservoir d eau est vide ou s il n y a plus de gobelet, l appareil est hors service. 2 Les échelles ne sont pas respectées pour une plus grande "clarté" du schéma. 3 Non étudié ici. 4 Afin de simplifier cette étude, nous n avons pas pris en compte tous les types de boissons qui sont réellement disponibles à ces distributeurs automatiques. 2

3 7. Les constituants sont mélangés dans un malaxeur. 8. Une vanne libère le mélange qui passe alors, aspiré par une pompe, dans un échangeur (constamment en marche) qui réchauffe le liquide et débouche sur le gobelet. 9. Lorsque le liquide est écoulé, un signal sonore indique à l utilisateur qu il peut retirer sa boisson. 10. Un système de vidange se met en marche : chaque pompe est activée, les vannes nécessaires sont ouvertes, l eau traverse tout le système à partir du malaxeur jusqu au conduit menant au gobelet. Elle est ensuite déversée vers un égout par déplacement de ce conduit. L utilisateur choisit sa boisson à l aide d un panneau de commande composé de boutons poussoirs permettant de choisir la boisson désirée et de voyants lumineux qui renseignent des indisponibilités de la machine. Nous avons un bouton poussoir pour chaque type de boisson et pour chaque quantité de sucre, soit 7 boutons poussoirs. Un voyant lumineux peut s allumer en face de chaque boisson indisponible et un autre signifie l épuisement du sucre, soit la présence de 5 voyants sur le panneau de commande. Les tableaux ci-dessous résument l ensemble des capteurs et des actions : Référence Description des capteurs Remarques m Bouton de mise en marche valid Bouton de validation nbeau Niveau bas du réservoir d eau nbeau = 0 s il y a de l eau neau1 Niveau d eau 1 neau1 = 1 lorsqu il y a de l eau neau2 Niveau d eau 2 neau2 = 1 lorsqu il y a de l eau nbsuc Niveau bas de sucre nbsuc = 0 s il y a du sucre nbcap Niveau bas de cappuccino nbcap = 0 s il y a du cappuccino nbcho Niveau bas de chocolat nbcho = 0 s il y a du chocolat nbcaf Niveau bas de café nbcaf = 0 s il y a du café techb Température du fluide dans l échangeur techb = 0 si la température < 87 degrés techh Température du fluide dans l échangeur techh = 0 si la température < 93 degrés vs Vérin rentré Capteur de position vs+ Vérin sorti Capteur de position vgob1+ Vérin de maintien des gobelets sorti Capteur de position vgob1 Vérin de maintien des gobelets rentré Capteur de position vgob2+ Vérin de maintien des gobelets sorti Capteur de position vgob2 Vérin de maintien des gobelets rentré Capteur de position nbgob Niveau bas de gobelets nbgob = 0 s il n y a plus de gobelet cafcour Appui sur le bouton "Café court" Bouton poussoir caflong Appui sur le bouton "Café long" Bouton poussoir choc Appui sur le bouton "Chocolat" Bouton poussoir capp Appui sur le bouton "Cappuccino" Bouton poussoir sucr+ Appui sur le bouton "Plus sucré" Bouton poussoir sucr0 Appui sur le bouton "Non sucré" Bouton poussoir sucr Appui sur le bouton "Moins sucré" Bouton poussoir 3

4 Référence Description des actions Remarques Peau Pompe de l eau Veau1 Ouverture de la vanne d eau 1 Vanne simple effet Veau2 Ouverture de la vanne d eau 2 Vanne simple effet Veau3 Ouverture de la vanne d eau 3 Vanne simple effet Vsuc Ouverture de la vanne du récipient de sucre Vanne simple effet Vcap Ouverture de la vanne du récipient de cappuccino Vanne simple effet Vcho Ouverture de la vanne du récipient de chocolat Vanne simple effet Vcaf Ouverture de la vanne du récipient de café Vanne simple effet Mx Rotation du malaxeur Moteur électrique Vech Ouverture de la vanne vers l échangeur Vanne simple effet Pserv Pompe de service Pech Pompe de l échangeur Vvap Ouverture de la vanne de vapeur Vanne simple effet Veauf Ouverture de la vanne d eau froide Vanne simple effet Vser+ Sortie du vérin de service Vérin double effet Vser- Rentrée du vérin de service Vérin double effet Vgob1+ Sortie du vérin de maintien des gobelets Vérin double effet Vgob1- Rentrée du vérin de maintien des gobelets Vérin double effet Vgob2+ Sortie du vérin de maintien des gobelets Vérin double effet Vgob2- Rentrée du vérin de maintien des gobelets Vérin double effet HS Voyant HS allumé Diode Cafe Voyant indiquant l absence de café Diode Choc Voyant indiquant l absence de chocolat Diode Capp Voyant indiquant l absence de cappuccino Diode Sucr Voyant indiquant l absence de sucre Diode Bip Signal sonore de boisson prête GESTION DES VOYANTS ET DU NIVEAU DES INGREDIENTS Afin d utiliser le distributeur de boissons chaudes dans les meilleures conditions, il est préférable qu une série de test soit mis en place afin d activer ou de mettre hors service le distributeur. En effet, il faut s assurer que les différents réservoirs ne sont pas vides : il doit donc rester de l eau (nbeau), du sucre (nbsuc), du café (nbcaf), du chocolat (nbcho), du cappuccino (nbcap) et des gobelets (nbgob) 5. S il n y a plus d eau ou s il n y a plus de gobelet, la machine est alors hors service et le voyant HS est allumé. Le distributeur ne refonctionnera que si de l eau est rajoutée ou que des gobelets sont de nouveau insérés. Un appui sur le bouton valid permet de relancer le grafcet. S il n y a plus de sucre, de chocolat, de café ou de cappuccino, le voyant correspondant est allumé et il le reste tant que le réservoir correspondant n est pas réapprovisionné. Cependant, ceci ne met pas le distributeur hors service. 5 Faites attention aux remarques données dans les deux tableaux précédent. 4

5 DOSAGE DES BOISSONS Le dosage des différentes boissons se fait à l aide de trois sous-grafcets, permettant de doser le sucre, la poudre (café, chocolat, cappucino) et l eau suivant la boisson demandée. Toutes les vannes sont intialement fermées. Les dosages se font de la manière suivante : dosage du sucre : pour obtenir la quantité de sucre demandée par l utilisateur, la vanne Vsuc s ouvre plus ou moins longtemps 6. Ainsi, si la boisson est demandée "plus sucrée" (appui sur le bouton "Plus sucré" = sucr+), la vanne va s ouvrir durant 1,5s. Si la boisson est demandée "moins sucrée" (appui sur le bouton "Moins sucré" = sucr ), la vanne s ouvrira durant 1s. Ceci ne peut se faire que s il y a du sucre dans le réservoir! Bien évidemment, cette vanne ne s ouvrira pas si la boisson est demandée sans sucre. Dans tous les cas, l utilisateur devra appuyer sur l un des trois boutons. dosage des poudres : de manière équivalente, si les réservoirs de poudres ne sont pas vides, les doses de poudres sont obtenues en ouvrant pendant un certain temps les différentes vannes. Ainsi, lorsque l utilisateur demande un chocolat (appui sur le bouton "Chocolat" = choc), la vanne Vcho s ouvre pendant 2,5s, la vanne Vcaf s ouvre pendant 2s si un café est demandé et la vanne Vcap s ouvre pendant 2s pour un cappuccino. dosage de l eau : si le réservoir d eau n est pas vide, la quantité d eau à ajouter est différente selon que l utilisateur demande un café long, un chocolat, un cappuccino ou un café court. Deux cas peuvent se présenter : si l utilisateur a choisi un café long (caflong), un chocolat (choc) ou un cappuccino (capp), le niveau d eau neau1 est nécessaire. Pour cela, il faut ouvrir les vannes Veau1 et Veau2, et actionner la pompe Peau. Lorsque le niveau neau1 est atteint la vanne Veau1 se ferme et la pompe est arrêtée. si l utilisateur a choisi un café court (cafcour), le principe est le même mais il faut obtenir un niveau neau2. Dans les deux cas, nous ouvrons ensuite la vanne Veau3 pendant 5 secondes afin de laisser le temps à la dose d eau de descendre dans le malaxeur, avant de refermer toutes les différentes vannes. PREPARATION DES GOBELETS La préparation du gobelet se fait dans un grafcet parallèle à la préparation de la boisson. Initialement, les vérins Vgob1 et Vgob2 sont sortis pour maintenir les gobelets (actions Vgob1+ et Vgob2+ maintenues). Pour libérer le gobelet du bas de la pile à l aide du vérin Vgob2, il faut vérifier que le vérin Vser est dirigé de sorte que le liquide puisse aller vers les égouts (vs ). Ceci permet de laisser tomber un gobelet en rentrant complètement le vérin Vgob2 (vgob2 ) par l action Vgob2-. Nous supposons que le gobelet a alors eu le temps de tomber et nous ressortons le vérin Vgob2. Une fois ce vérin complètement sorti (vgob2+), nous rentrons le vérin Vgob1 pour libérer les gobelets et faire ainsi descendre toute la pile de gobelets d un cran. Une fois ce vérin complètement rentré (vgob1 ), nous le faisons ressortir pour maintenir le haut de la pile de gobelets. Lorsque le vérin Vgob1 est complètement sorti, le vérin Vser est mis en position pour assurer le service vers le gobelet qui a été précédemment libéré. 6 D où le terme de vanne temporisée et calibrée dans le principe global de fonctionnement de ce distributeur 5

6 VIDANGE Ce sous-grafcet intervient après qu une boisson ait été servie. Il s agit de nettoyer la machine après chaque utilisation afin de ne pas altérer le goût de la boisson commandée avec les "restes" de la boisson précédente. Pour cela, le vérin de service Vser doit être positionné vers les égoûts. Nous ouvrons ensuite les vannes d eau Veau1, Veau2, Veau3 et nous mettons en marche la pompe à eau Peau ainsi que le malaxeur Mx pour favoriser son nettoyage. Nous laissons l eau s écouler pendant 6 secondes. Nous stoppons la pompe à eau Peau et nous refermons la vanne Veau1. Nous ouvrons alors la vanne de l échangeur Vech et mettons en marche la pompe de service Pserv. Après 6 secondes nous arrêtons toutes les différentes actions liées à cette vidange et refermons toutes les différentes vannes afin de retrouver la configuration initiale. ECHANGEUR L échangeur de chaleur est chargé de réchauffer la boisson demandée, après que le mélange soit fait. Le fluide coloporteur est supposé garder une température presque constante tout au long du fonctionnement. La température doit être comprise entre 87 et 93 degrés. La régulation de la température ne se fait que si la machine n est pas hors service. Dans ce cas, la pompe de l échangeur Pech fonctionne continuellement. La température est déterminée par les deux capteurs techb et techh. Si la température du fluide est inférieure à 87 degrés, nous ouvrons la vanne de vapeur Vvap pendant 10 secondes pour réchauffer le fluide de l échangeur. Si la température est supérieure à 93 degrés, c est la vanne d eau froide Veauf qui est ouverte pendant 10 secondes pour refroidir le fluide. Une temporisation de 30 secondes permet d attendre les effets du refroidissement ou de réchauffement sur le fluide coloporteur. Le grafcet reprend ensuite le même cycle continuellement. QUESTIONS : Pour gérer ce distributeur de boissons chaudes, nous n allons pas utiliser de bit interne indiquant la fin des différents cycles. Nous allons dans un premier temps écrire les différents sous-grafcets sans prendre en considération les différentes synchronisations qu il devrait y avoir avec le grafcet principal. La synchronisation ne se fera que pour la dernière question, avec l écriture du grafcet principal. 1. Ecrire le sous-grafcet de "gestion des voyants" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 20). 2. Ecrire le sous-grafcet de "dosage du sucre" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 50). 3. Matérialiser le sous-grafcet précédent à l aide de bascules RS et commentez vos résultats. 4. Ecrire le sous-grafcet de "dosage des poudres" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 60). 5. Ecrire le sous-grafcet de "dosage de l eau" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 70). 6

7 6. Ecrire le sous-grafcet de la séquence "préparation du gobelet" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 80). 7. Ecrire le sous-gracet de "vidange" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 90) et le traduire en langage littéral. 8. Ecrire le sous-gracet de "l échangeur" (commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 100). 9. Lorsque l eau et les différents composants sont au niveau du malaxeur Mx, ce dernier se met en marche pendant 3 secondes. La vanne Vech s ouvre et la pompe Pserv est mise en route pour permettre à la boisson de passer dans l échangeur et d arriver dans le gobelet. Après 5 secondes, le signal sonore Bip est activé pendant 0.5 s pour indiquer à l utilisateur que sa boisson est prête. A partir des sous-grafcets des questions précédentes et des informations données ci-dessus, donnez finalement le grafcet maître régissant l ensemble du système et modifier les différents sous-grafcets en conséquence pour permettre une bonne synchronistion des uns avec les autres (tout en restant clairs, vous ferez vos modifications directement sur vos sous-grafcets en utilisant une couleur différente). RAPPEL La table de vérité du fonctionnement de la bascule JK est la suivante : La table de vérité du fonctionnement de la bascule RS est la suivante : J K Q n Q n Q n R S Q n Q n Interdit 7

8 m cafcour caflong choc capp sucr+ sucr0 sucr CAFE HS Cafe Choc Capp Sucr EAU CHOCOLAT CAPPUCCINO SUCRE Veau2 Veau1 Peau neau1 neau2 nbcaf Vcaf nbcho nbcap nbsuc Vcho Vcap Vsuc Veau3 Mx Vech nbeau techb techh Sens de circulation du fluide coloporteur Pech Vvap Veauf Pserv Vserv vs vs+ nbgob vgob1+ vgob2+ vgob1 vgob2 Vgob1 Vgob2 vers les égoûts 8