Evaluation de la première série de TP

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1 2h /20 Evaluation de la première série de TP Observations Nom : Prénom : Classe : Remarque : Les deux parties sont indépendantes. Encadrez vos résultats. Etude d un «Système de pesé» Centres d intérêt CI.11 Systèmes logiques (traitement combinatoire et séquentiel) et numérique CI.1 : Fonctionnalités, architecture et structure d un système pluritechnique. Thématiques AF3 : Architecture fonctionnelle des chaînes d information et d énergie, frontière et flux Mots clé Conversion d unités, représentation fonctionnelle, schéma bloc. A) Présentation A1) Mise en situation Minerai de fer Trémie Tapis Table de pesée Le système étudié participe à la fabrication de fonte*. Plusieurs produits (minerai de fer, coke etc..) entrant dans sa composition avec des proportions devant être contrôlées, il est nécessaire de disposer de moyens de dosage. Le minerai de fer est dosé par le contrôle de son débit masse q m(t/h). Ce dosage est assuré par le système technique «Dosimètre». Celui-ci - stocke une quantité de minerai de fer dans une trémie, - transborde le minerai en régulant son débit, - affiche le débit réel du minerai de fer en tonnes par heure à l attention du technicien d exploitation. A2) Problématique Dans une première partie, vous allez établir l expression du signal U q(v) représentatif du débit masse de minerai q m(t/h) à partir de la masse par unité de longueur M (kg/m) et de la vitesse du tapis v (m/s) pour valider expérimentalement le fonctionnement du système. Dans une deuxième partie, indépendante de la première, vous allez élaborer partiellement la fonction «Affichage». * La fonte est un alliage de fer et de carbone obtenu dans les hauts fourneaux par traitement des minerais de fer au moyen de coke métallurgiques. 1

2 B) Etude de la problématique [1 er partie] B1) Analyse fonctionnelle Q1) Complétez le schéma ci-dessous à partir de l organisation du système donnée en annexe 1. /2 Sécurité rotation Vitesse du tapis Masse matière Présence matière Acquérir (FT11)? Traiter (FT12) Carte électronique chaîne d'information Communiquer(FT13) Câblage? Tapis en position A Signal de commande de la vitesse du moteur Action Chaîne d'énergie Alimenter Secteur Distribuer Circuits électroniques spécifiques Convertir Transmettre?? Déplacer le tapis Energie? Energie? Energie? Energie? Action Remarque : tous vos résultats doivent être démontrés. Tapis en position B Pour notre étude, les fonctions «Acquérir» et «Traiter» de la chaîne d information peuvent être décomposées comme sur le schéma de l annexe 2. La fonction «Traiter» calcule le débit masse à partir de la connaissance de la masse par unité de longueur du minerai M (kg/m) et de la vitesse de déplacement du tapis v (m/s). Q2) L expression de q m en tonnes par heure peut se mettre sous la forme : /1 q m(t/h) = K 1. M (kg/m). v (m/s). Donnez la valeur de K 1? Remarque : K1 est le Coefficient permettant de passer de q m(kg/s) à q m(t/h)] ) Montrez que q m = 70 T/h avec les valeurs nominales données sur l annexe 1. : /0,5 2

3 B2) Détermination de l expression de Uq en fonction de q m(t/h) B21) Etude de FT112 «Capter la vitesse du tapis» La vitesse du tapis est calculée à partir de la fréquence de rotation du moteur! Celle-ci est connue grâce à un capteur de vitesse magnétique délivrant un signal électrique de tension U1 et de fréquence F1? Dans ce paragraphe, vous allez établir la relation existant entre la fréquence F 1 du signal U 1 délivré par le capteur magnétique et la vitesse linéaire v du tapis. Q4) L expression de la vitesse angulaire du réducteur peut se mettre sous la forme r(rad/s) = K 2. m(rad/s). Donnez la valeur numérique de K 2 et placez-la dans le schéma bloc ci-dessous. Conseil : On rappel que la vitesse linéaire v = R. conservez vos avec R : rayon en m résultats sous : vitesse angulaire en rad/s une forme fractionnaire. v : vitesse linéaire en m/s /0,5 U 1(V) 5 0 T 1 Q5) L expression de la vitesse linéaire du tapis peut se mettre sous la forme v (m/s)) = K 3. r(rad/s). Donnez la valeur numérique de K 3 et placez-la dans le schéma bloc ci-dessous. /0,5 F 1 =1/T 1 t(s) Q6) Déterminez la relation existant entre la fréquence F 1 du signal (U 1 ) délivré par le capteur magnétique et la vitesse angulaire du moteur. Mettez cette expression sous la forme F 1(HZ) = K 4. m(rad/s). Placez la valeur de K 4 dans le schéma bloc ci-dessous. Rappel : N. = 2 F. Schéma bloc à compléter /1 Chaîne d'énergie partielle m(rad/s) r(rad/s) v (m/s) Déplacer le tapis Réducteur Tambour F 1(HZ) Capteur magnétique de vitesse Chaîne d info (FT112) 3

4 Q7) Exprimez la vitesse linéaire v (m/s) en fonction de la vitesse angulaire m(rad/s). /0,5 Q8) L expression de la fréquence F1 du signal délivré par le capteur magnétique peut se mettre sous la forme F 1(HZ) = K 5.v (m/s). Donnez la valeur numérique de K 5. B22) Etude de FT12 < Calculer le débit masse > La tension Uq (V) est représentative du débit masse qm (T/h). Le contrôle du fonctionnement du système peut être réalisé en mesurant Uq (V) si on connaît la relation existant entre Uq (V) et qm (T/h). Vous allez établir cette relation dans ce qui suit. La fonction FT111 délivre une tension proportionnelle à la masse par unité de longueur. Elle peut être modélisée par le schéma bloc-ci dessous : M (kg/m) 0,07 U m(v) La fonction FT12 est un multiplieur analogique. Il effectue l opération z = k m.x.y avec k m = 0,1V -1. x y k m z On représente ci-dessous les différentes fonctions utilisées dans le calcul du débit masse. FT111 FT12 M (kg/m) FT112 0,07 FT113 Um (V) <Uv (V) > x y k m z Uq (V) v (m/s) 6000/ F1(Hz) 9/1000 4

5 Q9) L expression de U q (tension représentative du débit de minerai en fonction de la masse par unité de longueur et de la vitesse du tapis) peut se mettre sous la forme U q(v) = K 6.M (kg/m).v (m/s). Donnez la valeur numérique de k 6. Donnez l expression de U q(v) en fonction de qm (kg/s) Q10) Montrez que Uq (V) 1/30.qm (T/h). B23) Synthèse : Validation expérimentale du réglage du débit masse Des mesures faites sur le système lorsque v = 0,216m/s et M = 63kg ont donné les chronogrammes de U m (1) et U v (2) ci-dessous. U m <U v > = (Û.t 1 )/T U v Û t 1 T Q11) Mesurez Um sur les chronogrammes ci-dessus et calculez <U v >. Remarque : <U v> = Û.t1/T est la valeur moyenne de U v. /2 Q12) Montrez que qm (T/h) = 3.Um.<Uv> puis calculez qm (T/h). La mesure de qm (T/h) faite avec les valeurs de la question précédente est-elle correcte? Pourquoi? /1,5 5

6 B3) Etude partielle de FT13 : Réalisation de la fonction comptage nécessaire à l affichage du débit masse On donne ci-dessous le schéma fonctionnel du module d affichage. [2 ème partie] Uq (V) U/F H CTR Q0 Q1 Q2 D BCD/7SEG C B A a b c d e f g Qn La tension Uq (V) est convertie en un signal H dont la fréquence est représentative du débit masse. Cette fréquence est convertie en un nombre décimal codé binaire M = Q n Q n-1 Q2 Q1 Q0 par un compteur CTR. M subit un transcodage (décimal codé binaire -> sept segments) avant de commander les afficheurs. Les fonctions CTR et BCD/7SEG sont implantées dans un circuit logique programmable. On limite l étude aux 4 premiers BIT du compteur. PLD PLD B31) Etude du compteur CTR On donne ci-dessous le logigramme (partiel) du compteur. H D0 D 0 Q 0 /Q 0 Q0 Q1 =1 D1 D 1 Q 1 /Q 1 /Q0 & 1 D2 D 2 Q 2 /Q 2 Q0 Q1 Q2 & /Q1 /Q2 & & D3 D 3 Q 3 /Q 3 / 6

7 Q13), Q2, D3 et D1 ont-ils un comportement combinatoire ou séquentiel? Pourquoi? Q14) Ecrivez l équation de D1 sous la forme d une somme de produits logiques. Q15) Ecrivez l équation de D3 sous la forme d une somme de produits logiques. On donne ci-dessous la table de vérité de D0, D1, D2 et D3. (Variables internes au compteur) H Q2 Q1 Q0 D3 D2 D1 D D0 /Q1/Q0 /Q1Q0 Q1Q0 Q1/Q //Q /Q Q /Q D0 = D2 /Q1/Q0 /Q1Q0 Q1Q0 Q1/Q //Q /Q Q /Q D2 = Q16) Complétez les tableaux de Karnaugh et écrivez les équations de D0 et D2 sous la forme d une somme de produits. /1,5 Q17) Complétez le logigramme du compteur page précédente. /1,5 B32) Vérification du transcodeur BCD -> 7 segment Le test de la fonction décodage BCD -> 7 segments a donné les chronogrammes ci-dessous. Q0 Q1 Q2 a obtenu a attendu 1 0 7

8 Q18) Donnez l équation logique simplifiée de «a» attendu et précisez l erreur faite lors de l écriture de l équation du segment a. /1,5 8

9 Annexe 1 Rapport de réduction du réducteur r = 1/150 Masse nominale sur la table de pesée : M = 63kg Vitesse nominale linéaire de la bande : v = 0,216m/s Lorsque le disque effectue un tour, il délivre vingt périodes T 1. Annexe 2 Acquérir (FT11) Traiter (FT12) Masse par unité de longueur (kg/m) Vitesse du tapis en (m/s) Capter la masse par unité de longueur (FT111) Capter la vitesse du tapis (FT112*) F 1 Convertir une fréquence en une tension continue (FT113)* U m <U v> Calculer le débit masse* Afficher le débit masse* U q Tension (ddp) représentative du débit q m en (T/h) destinée à la régulation de la vitesse du tapis. Affichage du débit en (T/h) Communiquer (FT13) Um, <U v >, Uq : ddp continues * fonctions étudiées 9