ÉPREUVE DE SYNTHÈSE D'AUTOMATIQUE PROBLÈME 1 : GESTION D UN AFFICHAGE

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1 Le 11 décembre 2002 École des HAUTES ÉTUDES INDUSTRIELLES Département : AUTOMATIQUE H.E.I. 3 Tronc commun Durée de l'épreuve : 3 heures Sans document et sans calculatrice L'énoncé comporte 7 pages Présentation de la copie : ÉPREUVE DE SYNTHÈSE D'AUTOMATIQUE PROBLÈME 1 : GESTION D UN AFFICHAGE Un panneau d affichage électronique se compose de différents afficheurs suivant les informations à y inscrire. Généralement, nous y trouvons des afficheurs 7 segments pour représenter les différents chiffres indiquant l heure, ainsi que des diodes électroluminescentes pour les lettres. Dans cet exercice, nous allons étudier dans un premier temps l afficheur 7 segments ainsi que la chaîne de codage pour les lettres. ETUDE DE L AFFICHEUR 7 SEGMENTS : Ce type d afficheur se compose de différentes diodes en forme de «bâtonnets». Pour chacun de ces segments, la valeur 1 est attribuée pour un segment allumé et 0 pour un segment éteint. Leur disposition est indiquée sur la figure ci-dessous ainsi que l affichage adopté pour les différents chiffres Réalisez un décodeur permettant l'affichage des 10 chiffres décimaux (mise à 1 des segments à allumer) à partir de leur valeur binaire. De ce décodeur, vous donnerez l'équation gérant l'affichage des segments a, d et g, ainsi que les logigrammes associés. ETUDE DU CODAGE DES LETTRES : Avec les afficheurs 7 segments vus précédemment, nous ne pourrions pas afficher l ensemble des lettres composant notre alphabet. Une autre technologie est alors mise en place, principalement à partir de matrice de LED. La gestion de l allumage ou non de chacune des LEDs serait trop complexe dans le cadre de notre étude. La gestion de ce type d affichage peut alors se décomposer de la manière suivante : le texte ou les symboles à afficher sont transmis à un système de codage ; chaque code (correspondant à un caractère) est transmis à un décodeur qui permet l affichage. Si chaque lettre de l'alphabet est associée à un mot binaire que vous déterminerez, un mot français est alors associé à une séquence correspondant au codage des différentes lettres. Cette séquence permet l affichage à répétition grâce à un compteur. Soit le sigle GRAFCET à afficher. Réalisez le compteur associé en utilisant des bascules JK travaillant sur front descendant et possédant des entrées de forçage complémentées. Dans cet exercice, nous ne prendrons pas en compte les initialisations du compteur. Est-ce qu'il serait possible d'utiliser ce type de compteur pour afficher votre nom? prénom? Justifiez. 1

2 PROBLÈME 2 : CHAÎNE DE REMPLISSAGE ET DE TRI DE BIDONS D'HUILE D'ALIMENTATION Une chaîne de production permet de remplir et de trier des bidons d'huile. Cette dernière se décompose en deux sous-systèmes : le remplissage puis le tri des bidons. Les bidons vides sont acheminés sur un tapis qui avance pas à pas. Les bidons sont d'abord remplis, puis bouchés, puis éjectés du tapis pas à pas sur un deuxième tapis pour être triés puis évacués suivant l'ordre d'étiquette C, B, A, C, B, A, C... L'approvisionnement en bidons n'est pas régulier et certains bidons peuvent manquer de temps à autre. Néanmoins, la distance théorique entre deux bidons présents côte à côte est fixée par des taquets situés sur le tapis. Cette distance correspond à un pas moteur. Un dispositif permet, à chacun des trois postes décrits, de détecter la présence ou l'absence d'un bidon. La représentation schématique de la chaîne de remplissage est la suivante : Fig. 1 : Chaîne de remplissage Le système de bouchage sera détaillé par la suite et illustré d'un schéma. En même temps que le remplissage s'effectue, le cycle de triage de bidons est mis en place. Le critère de choix utilisé est l'information utile sur l'étiquette obtenue par passage devant une camera (fig. 2). En sortie de ce système on retrouve les bidons triés suivant la séquence C, B, A, C, B, A etc... Le schéma général du dispositif est présenté sur la figure 2. Les bidons sont amenés un à un devant la caméra, par un tapis roulant fonctionnant en continu (moteur T). Cette chaîne comporte un dispositif d'échappement constitué de deux portes actionnées par deux vérins V et W munis de fin de course et d'un aiguillage. L'aiguillage est commandé par un troisième vérin AI. Cette aiguillage permet de faire le choix entre le circuit de recyclage et la sortie. 2

3 Fig. 2 : Chaîne de triage Le tableau ci-dessous résume l'ensemble des actions : Référence Description Référence Description VA Ouverture de la Vanne VA (Produit A) J+ sortie du vérin d'éjection du bouchon VB Ouverture de la Vanne VB (Produit B) J- rentrée du vérin d'éjection du bouchon VC Ouverture de la Vanne VC (Produit C) RB Mise en rotation du moteur pneumatique pour visser les bouchons VT Ouverture de la Vanne générale VT VEB Ventouse pour saisir le bouchon AVP Rotation du moteur du tapis pas à pas T Rotation du plateau tournant SAISIE(X) Saisie de l'information présente sur le bidon W+ sortie du vérin de la porte W à l'aide de la caméra X EJ+ sortie du vérin d'éjection W- rentrée du vérin de la porte W EJ- rentrée du vérin d'éjection V+ sortie du vérin de la porte V K+ sortie du vérin de vissage V- rentrée du vérin de la porte V K- rentrée du vérin de vissage AI+ sortie du vérin d'aiguillage AI- rentrée du vérin d'aiguillage Le tableau ci-dessous résume l'ensemble des informations : Référence Description Référence Description mar mise en marche de l'installation marque mot qui contient le type du bidon présent sous le poste de remplissage au arrêt d'urgence k+ Signal de fin de course par chute de pression du vérin de vissage afc arrêt en fin de cycle k- Vérin de vissage rentré br bidon remplit j+ Vérin d'éjection du bouchon sorti ppb présence pièce sous le poste de bouchage j- Vérin d'éjection du bouchon rentré ppr présence pièce sous le poste de remplissage pbm Présence de bouchon dans le magasin ppe présence pièce sous le poste d'éjection w+ Vérin de la porte W sorti pas capteur indiquant les pas du tapis pas à pas w- Vérin de la porte W rentré ej+ Vérin d'éjection sorti v+ Vérin de la porte V sorti ej- Vérin d'éjection rentré v- Vérin de la porte V rentré brec passage du bidon dans le circuit de recyclage ai+ Vérin d'aiguillage sorti bsor passage du bidon vers la sortie ai- Vérin d'aiguillage rentré pbc présence pièce entre les portes marque2 mot qui contient le type du bidon présent sous le poste de remplissage saisi1 capteur qui indique la fin de la capture et du traitement de l'image saisi par la caméra 1 3 saisi2 capteur qui indique la fin de la capture et du traitement de l'image saisi par la caméra2

4 La première partie de cette étude portera sur la chaîne de remplissage des bidons. Par la suite nous étudierons le tri de ces bidons. PARTIE 1 : REMPLISSAGE DES BIDONS Le cycle de base pour la partie remplissage du bidons comporte quatre tâches : Remplissage, Bouchage, Éjection, Avance d'un pas du tapis. Nous allons faire le Grafcet de synchronisation qui permet de lancer ces quatres sous Grafcets : le sous Grafcet de Remplissage du bidon, le sous Grafcet de Bouchage du bidon, le sous Grafcet d'éjection du bidon, le sous Grafcet d'avance d'un pas du tapis. Dans le Grafcet maître de synchronisation, les sous Grafcets sont représentés sont la forme d'actions "REMPLISSAGE", BOUCHAGE", "ÉJECTION" et "AVANCE". On attend l'appuie de l'opérateur sur le bouton marche "mar", On lance le cycle de remplissage "REMPLISSAGE" jusqu'à la fin du cycle remplissage (bit "fcr"), en même temps on lance le cycle de bouchage "BOUCHAGE" jusqu'à la fin du cycle bouchage (bit "fcb") et en même temps le cycle d'éjection "ÉJECTION" jusqu'à la fin du cycle d'éjection (bit "fce"). Une fois les 3 cycles ci-dessus terminés on lance le cycle "AVANCE" jusqu'à la fin du cycle d'avance du tapis (bit "fca"), Une fois le cycle ci-dessus terminé on effectue un test. Si l'opérateur a appuyé sur le bouton arrêt de fin cycle "afc" on revient en étape initiale sinon on recommence et on relance de nouveau les trois cycles. 1 / Écrire le Grafcet de synchronisation correspondant à ce cahier des charges Cycle de REMPLISSAGE Lorsque le Grafcet maître effectue l'opération "REMPLISSAGE", nous lançons le sous Grafcet de remplissage. Une fois le cycle lancé, l'information présente sur le bidon est lue en effectuant l'action "SAISIE(1)" afin de connaître deux informations : la présence et le type du bidon sous le poste de remplissage. Nous effectuons cette action jusqu'à ce que le capteur "saisi1" passe à 1. Si nous avons un bidon ("ppr") sous le poste de remplissage et suivant le type de bidon sous ce poste, la vanne "VA" ou la vanne "VB" ou la vanne "VC" est ouverte et en même temps nous ouvrons la vanne "VT" jusqu'à ce que le capteur "br" passe à 1. Si nous n'avons pas de bidon sous le poste de remplissage, nous allons directement à l'étape suivante. Il est à noter que le type de bidon est contenu dans le mot "marque". Le mot "marque = A" si le bidon présent sous le poste de remplissage est de type A, le mot "marque = B" sile bidon présent sous le poste de remplissage est de type B, le mot "marque = C" si le bidon présent sous le poste de remplissage est de type C. 4

5 Nous positionnons ensuite le bit "fcr" à la valeur 1 (étape avec comme action "fcr") afin que le Grafcet maître quitte l'étape dont l'action est "REMPLISSAGE". Ensuite on revient à l'étape initiale du sous-grafcet. 2 / Réalisez le sous Grafcet du poste de remplissage répondant à ce cahier des charges 3 / Réalisez le sous Grafcet du poste de remplissage en langage littéral Cycle de BOUCHAGE Le bouchage s'effectue par des bouchons à visser qui sont stockés dans un magasin vertical comme l'illustre la figure ci-dessous. Lorsque le Grafcet maître effectue l'opération "BOUCHAGE", le sous Grafcet de bouchage est lancé. Si nous avons un bidon sous le poste de bouchage, nous testons la présence de bouchon dans le magasin. Si le magasin contient des bouchons "pbm", on lance le cycle de bouchage. Sinon nous mettons en route une alarme "K1" jusqu'à ce que le capteur "pbm" repasse à 1 puis on lance le cycle de bouchage. Si nous n'avons pas de bidon sous le poste de bouchage nous allons directement à la dernière étape du Grafcet. Le cycle de bouchage commence par le transfert du bouchon au-dessus du bidon à l'aide du vérin J en le sortant jusqu'au capteur "j+". La saisie du bouchon se fait à l'aide du vérin K. Prise du bouchon à l'aide de la ventouse VEB qu'il conviendra d'arrêter au moment opportun. Nous remontons le vérin K afin de permettre le retrait du verin J. Retrait du vérin J. 5

6 Descente et rotation du bouchon. On réalise les actions "K+" et "RB" jusqu'au capteur "k+". Remontée du vérin K. Nous positionnons ensuite le bit "fcb" à la valeur 1 afin que le Grafcet maître quitte l'étape dont l'action est "BOUCHAGE" avant de revenir à l'étape initiale. 4 / Réaliser le sous Grafcet du poste bouchage répondant à ce cahier des charges Cycle d'ejection Le vérin EJ assure par sa sortie le transfert des bidons du tapis roulant vers le poste de triage. Lorsque le Grafcet maître effectue l'opération "ÉJECTION", nous lançons le sous Grafcet d'éjection. Si nous avons un bidon sous le poste d'éjection, on lance le cycle d'éjection. Si nous n'avons pas de bidon sous le poste d'éjection nous allons directement à la dernière étape du Grafcet. Nous avançons le vérin EJ puis nous le rentrons. Nous positionnons ensuite le bit "fce" à la valeur 1 jusqu'à ce que le Grafcet maître quitte l'étape avec l'action "ÉJECTION". Nous revenons ensuite à l'étape initiale. 5 / Réaliser le sous Grafcet du poste éjection répondant à ce cahier des charges 6 / Traduire ce Grafcet à l'aide de bascule RS Cycle d'avance Lorsque le Grafcet maître effectue l'opération "AVANCE", le sous Grafcet d'avance pour faire la rotation d'un pas du tapis est lancé. Nous mettons en route le moteur pas à pas. On réalise l'action "AVP" jusqu'à ce que le capteur "pas" repasse à 1. Nous positionnons ensuite le bit "fca" à la valeur 1 afin que le Grafcet maître quitte l'étape dont l'action est "AVANCE". Ensuite nous revenons à l'étape initiale du sous-grafcet. 7 / Réaliser le sous Grafcet d'avance répondant à ce cahier des charges PARTIE 2 : TRI DES BIDONS Le système est dans les conditions initiales où tous les verrins sont en position pour permettre une libre circulation des bidons. Après avoir attendu l'appui de l'opérateur sur le bouton marche, nous mettons en route le moteur T. La porte V se ferme afin qu'un bidon arrive entre les portes. Lorsqu'un bidon est présent nous fermons la deuxième porte W. Une fois la deuxième porte fermée, nous lisons l'information présente sur le bidon en effectuant l'action "SAISIE(2)" pour connaître le type de bidon. Lorsque cette action est réalisée, le type de bidon est contenu dans le mot "marque2". Le mot "marque2 = A" si le bidon présent entre les portes est de type A, le mot "marque2 = B" si le bidon présent entre les portes est de type B, le mot "marque2 = C" sile bidon présent entre les portes est de type C. 6

7 En sortie du système nous voulons avoir à la suite un bidon de type C, suivi d'un bidon de type B puis un bidon de type A, C, B, A, C,... Une fois le bidon reconnu, si celui-ci correspond à notre suite logique, il est aiguillé vers la sortie. Si le bidon reconnu ne correspond pas à notre suite logique, il part vers le circuit de recyclage. Nous ouvrons alors la porte V en attendant une confirmation de son passage soit vers la sortie, soit vers le circuit de recyclage. Une fois le cycle terminé on teste si l'opérateur a appuyé sur le bouton arrêt de fin cycle "afc". Dans ce cas, nous revenons à l'étape initiale sinon le tri continu. Proposition : Pour faire le tri de bidon, il est possible d'utiliser un compteur "D" qui peut prendre 3 valeurs. Quand D=1 le bidon qui vient de passer est de type C, quand D=2 le bidon qui vient de passer est de type B et quand D=3 le bidon qui vient de passer est de type A. Attention si vous utiliser cette solution, il ne faudra pas oublier de gérer ce compteur. 8 / Réaliser le Grafcet du poste triage répondant à ce cahier des charges RAPPELS La table de vérité du fonctionnement de la bascule JK est le suivant : Pour le langage littéral, les étiquettes sont : FRA : calcul des franchissabilités FTR : calcul des franchissements RET : calcul des variables de retard INI : initialisation du grafcet ACT : calcul des actions 7