Mesurage industriel : Régulation - Relais statique

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1 LYCEE PROFESSIONNEL JULES ALGOUD VALENCE NOM : DATE : CLASSE : Mesurage industriel : Régulation - Relais statique FORMATION TECHNOLOGIQUE & PROFESSIONNELLE Ce TP répond à deux exigences du BEP «Métiers de l électrotechnique» : REPERE : TP2 du point de vue de la formation dans le cadre de la mise en service et de la maintenance, il est souvent nécessaire de contrôler les grandeurs caractéristiques d un système ; du point de vue de la certification Extrait du référentiel - définition des épreuves : Intervenir sur une partie d équipement : Durée 3 heures (Coefficient 2) Pratiquer les essais et mesures industriels nécessaires à la mise en service d un système, d un sous système, ou à la justification du dimensionnement, ou du réglage, d un appareillage ou d un sous- ensemble de l équipement. Rédiger un compte rendu sur les résultats mesurés. * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * ventilation coffret de commande poste informatique four tapis Michel B. Page 1 sur 13 EcolfourTP2.doc

2 Système : «ECOLFOUR» - Acheminement et séchage de pièces. AVERTISSEMENT : les travaux qui vont être réalisés dans le cadre de la "régulation de température" sont délicats pour les raisons suivantes : *la température est une grandeur physique qu il faut mesurer avec soin, pour ne pas être perturbé, et donc conserver une bonne précision ; *la mise en chauffe du four, et donc la montée en température de celui-ci jusqu'à "stabilisation", va nécessiter entre 15 et 30 min selon les cas, à chaque fois ; *lorsque l'on désire refaire un "essai" il faut attendre le refroidissement du four (retour à la température initiale ambiante). * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Objectifs 1 : Etre capable d'énoncer et d'identifier les paramètres fondamentaux d'une régulation Etre capable d'effectuer les mesures et réglages de mise en oeuvre et de suivi d'exploitation en électrothermie. Conditions initiales : l équipement est sous tension ; le système est prêt à être mis en service. On donne : accès au système «ECOLFOUR» et à son armoire électrique ; le manuel d exploitation du régulateur de température CAL 9921 de Bristol Méci ; le dossier technique comprenant les schémas électriques et l implantation du matériel ; accès à un poste informatique équipé du logiciel Métrix «SX-DMM» ; le multimètre portable Métrix «MX 54C» équipé, de son interface série pour PC, et de sa sonde de température ; l ordre verbal ou écrit (le professeur est le chargé de travaux) d effectuer les mesures demandées (voir ci-après). le rappel (voir cahier des charges) : le process nécessite une température du four de 37 C + ou - 3/10 ème de C (consigne) et pour des raisons de productivité, une montée et une stabilisation en température les plus rapides possible. Travail demandé : 1) Préparation : 1.1. Sur le document annexe 1 encadrer ou surligner : *en rouge, les résistances de chauffage ; *en bleu, l'interface de puissance ; *en vert, le régulateur de température ; *en noir, le capteur de température. Michel B. Page 2 sur 13 EcolfourTP2.doc

3 1.2. Sur ce folio (3/8 du dossier technique), à quelle ligne et à quelle colonne figure le symbole du thermostat de sécurité? 1.3. Compléter le document annexe 2, où est représenté le schéma de principe d'une régulation de température (support de chaque fonction, boucle de retour, sécurité) et où sont posées des questions générales sur le chauffage. 2) Régulation «TOUT OU RIEN» : 2.1. Vérifier pour l'ensemble «acquisition de données» : *que l interface série est correctement connecté au PC ; *que la sonde de température est introduite dans l orifice situé sur le côté du four Ouvrir le logiciel «Sx-dmm» puis modifier, dans la fenêtre principale, les options ainsi : *Onglet Paramètres : sélectionner Type de mesures puis : canal 1 COM1 - type de mesure Température gamme Pt mode C sélectionner ensuite Intervalle de lecture : intervalle 1s cliquer sur : Temps relatif sélectionner Echelle manuelle : mini = 0 et max = 50 C *Onglet Affichage : sélectionner réticule, curseur d'écart, légendes En présence du professeur, et avec son aide, si nécessaire : *paramétrer le régulateur en tout ou rien : fonction n 4, option n 7 ; *régler la température de consigne à 37 C ; *mettre en service le multimètre : appuyer sur la touche Pk+/- et amener le commutateur rotatif en position C Déclencher l'enregistrement et actionner le bouton «marche chauffage». Au bout de 25 à 30 min et donc pour 3 ou 4 "oscillations" arrêter le chauffage et l'enregistrement Faire vérifier au professeur l allure de l'enregistrement Sauvegarder l enregistrement en utilisant votre nom suivi de TOR («Fichier» - «Enregistrer sous») et laisser refroidir le four (air comprimé à injecter pour éventuellement accélérer la baisse de la température). 3) Régulation «CONTINU» type PI : 3.1. En présence du professeur, et avec son aide, si nécessaire : *paramétrer le régulateur en PI : temps de cycle : 10s - bande proportionnelle : 5% - contrôle d'approche : 2xBP - temps d'intégral : 3 min. *vérifier que la température de consigne est toujours réglée à 37 C ; *remettre en service, comme précédemment, le multimètre. Michel B. Page 3 sur 13 EcolfourTP2.doc

4 3.2. Refaire un enregistrement («Fichier» puis «Nouveau») en suivant scrupuleusement la même démarche. Au bout de 20 à 25 min. arrêter l enregistrement et le chauffage Faire vérifier au professeur l allure de l'enregistrement Sauvegarder l enregistrement sous votre nom suivi de PI Consigner l'équipement puis demander l'impression des 2 enregistrements précédents au professeur (ils seront sur une seule feuille). 4) Exploitation des résultats : (Rédiger un compte-rendu sur feuille libre, si nécessaire) Tracer d'un trait horizontal vert, sur le document qui correspond aux enregistrements de température, la consigne de 37 C Pour le relevé «régulation en tout ou rien» : *tracer la variation de température ; *quel est l écart au dessus de la consigne ; *quel est l écart au dessous de la consigne ; *quelle est l'allure générale du signal? *combien de temps faut-il pour que la température monte de sa valeur mini à sa valeur maxi? *combien de temps faut-il pour que la température descende de sa valeur maxi à sa valeur mini? *peut-on dire que les résistances sont surdimensionnées? Si oui, pourquoi? *la «régulation en tout ou rien» est-elle satisfaisante? Conclusion à justifier en s aidant des réponses précédentes et de l exigence du process Pour le relevé «régulation en continu» : *la régulation continue type PI est-elle satisfaisante? Justifier la réponse en indiquant si l exigence du process est respectée. *dans ce cas, au bout de combien de temps peut-on considérer la température stabilisée à la consigne? *quelles ont été les variations lors de la montée en température? 4.4. Conclure quant aux avantages d'une régulation en continu, type PI, sur une régulation en tout ou rien. Michel B. Page 4 sur 13 EcolfourTP2.doc

5 Objectif 2 : Dans le cadre de la maintenance préventive, pour l interface de puissance (relais statique) : Choisir un composant équivalent et son radiateur de refroidissement Contrôler les caractéristiques du composant actuel. Conditions initiales : Idem que précédemment. On donne : En plus du matériel précédent : un oscilloscope à mémoire (Fluke 196 ou équivalent) ; une sonde de courant pour oscilloscope (pince Chauvin Arnoux E3N ou équivalent) ; un poste informatique (logiciel Flukeview et câble interface optique). Travail demandé : 1) Préparation : La commutation de la puissance aux résistances du four se fait par un relais statique "Télémécanique" qui n'est plus au catalogue. On se propose de prévoir son éventuel remplacement par son équivalent "Crouzet" Á l'aide de l extrait du catalogue CROUZET (annexe 3) répondre aux questions suivantes sur le document annexe 4 : * que signifie «relais statique»? * citer 2 avantages principaux par rapport à un relais ou contacteur électromécanique classique. * l'isolement galvanique est assuré entre le circuit de commande (CC) et le circuit de puissance (1~) ; expliquer ce que cela signifie. * quel type de commutation doit-on choisir, synchrone ou asynchrone? Expliquer les termes et justifier le choix. * déterminer la référence (série GN référence : 84 ) du relais statique de remplacement. Pour cela : #Calculer I. #Vérifier, dans la documentation du régulateur de température CAL 9921 de Bristol Méci, la tension de commande délivrée par le régulateur : 5 V CC Pour l'intensité du courant commuté il se produit une dissipation de puissance. Exploiter (document annexe 4) la courbe extraite du catalogue CROUZET afin de déterminer la résistance thermique maximale du radiateur. Il faudra éventuellement monter le relais statique sur celui-ci afin d'assurer son refroidissement (il est rappelé : la température ambiante à l intérieur du coffret a été estimée à 50 C). 2) Contrôle du type de commutation (synchrone ou asynchrone) du relais statique : 2.1. Afin de visualiser et mémoriser à l oscilloscope les signaux, compléter le document annexe 4 en symbolisant : Michel B. Page 5 sur 13 EcolfourTP2.doc

6 voie A une pince pour oscilloscope pour le courant absorbé par la résistance de chauffe ; voie B le cordon bi-filaire pour la tension de commande du relais statique (5 V CC) Paramétrer ainsi l oscilloscope : pour la voie A déclarer «courant : 100mV/A» (de ce fait l oscilloscope va adapter ses indications, non plus en V comme d habitude, mais en A) ; choisir 2 A/carreau ; pour la voie B déclarer «tension», choisir 2 V/carreau ; pour mémoriser un signal très bref et qui ne se produit qu une fois : Trigger - Trigger Options - On Edges - Single Shot (déroulement des menus par F4 et les flèches verticales) ; choisir 10 ms/carreau. quand l oscilloscope est prêt il indique en haut, à droite «WAITING» ; quand une acquisition est faite «HOLD». Pour refaire une acquisition appuyer sur la touche «HOLD / RUN». Faire vérifier au professeur Préciser oralement, et montrer, au professeur sur quels conducteurs seront faites les mesures Après s être équipé, et en présence du professeur, réaliser l implantation des éléments du mesurage Si autorisation, procéder en toute sécurité, à l'enregistrement des 2 signaux pour la mise en conduction du relais statique (front montant de la tension de commande). Mémoriser l enregistrement (touche «Save/Print», puis Save avec choix d une adresse mémoire) Procéder en toute sécurité à l'enregistrement des 2 signaux pour le blocage du relais statique (front descendant de la tension de commande). Mémoriser aussi ce second enregistrement à une adresse mémoire différente Après consignation du système, demander l'impression des 2 enregistrements précédents au professeur (ils seront sur une seule feuille). Les coller sur le document annexe 4 aux endroits prévus à cet effet A l observation des deux enregistrements, conclure quant au type de relais statique implanté dans le coffret du système. Vérifie-t-on aussi les grandeurs électriques attendues? Michel B. Page 6 sur 13 EcolfourTP2.doc

7 Annexe 1 : schéma de puissance «ECOLFOUR» Michel B. Page 7 sur 13 EcolfourTP2.doc

8 Annexe 2 : document à compléter (objectifs 1) La régulation de température consiste à amener une température à une valeur prédéterminée (consigne) et à la maintenir à cette valeur selon une certaine précision (écart). Schéma de principe : Affichage de la consigne Gestion Interface de puissance Four : Elément chauffant En utilisant le folio 3/8 (document annexe 1), le cours ou les ouvrages de la bibliothèque : * indiquer précisément le support de chaque fonction. * faire apparaître en rouge la boucle dite de retour de cet asservissement en boucle fermée. * ajouter une croix bleue pour symboliser la sécurité assurée par le thermostat à bulbe. Capteur de température Entourer les réponses exactes : * Le chauffage par résistance est un mode de chauffage direct ou indirect? * Un thermostat à bulbe mesure la température par : dilatation, variation de résistance, couple thermo-électrique? * Une sonde "PT 100" mesure la température par : dilatation, variation de résistance, couple thermo-électrique? A l aide de la documentation constructeur «TC» : * Expliquer l appellation «PT100». * Justifier le choix de cette PT100 et non d'un thermo-couple, par rapport à la gamme de température du four. * Justifier le choix d'une sonde PT100 3 fils au lieu d'une sonde PT100 2 fils. Entourer les réponses exactes et justifier : * La chaleur se transmet toujours du point le plus chaud vers le point le plus froid. Cette transmission s'effectue de 3 façons. Pour le four du système elle est par : conduction, convection naturelle, convection forcée, rayonnement? Michel B. Page 8 sur 13 EcolfourTP2.doc

9 Annexe 3 : extrait catalogue CROUZET Michel B. Page 9 sur 13 EcolfourTP2.doc

10 suite annexe 3 - extrait catalogue Crouzet : Michel B. Page 10 sur 13 EcolfourTP2.doc

11 1.1. Questions diverses : * Signification de «relais statique» : Annexe 4 : document à compléter (objectifs 2) * 2 avantages principaux par rapport à un relais ou contacteur électromécanique classique : * Signification de «l'isolement galvanique est assuré entre le circuit de commande (CC) et le circuit de puissance (1~)» : * Type de commutation à choisir : Explication et justification : * Détermination de la référence du relais statique de remplacement : #Calcul de I : puissance totale des résistances du four : P = W ; cos ϕ =. tension d alimentation : U = V, nature de l alimentation : 1~ donc : I = = = A. #Tension de commande délivrée par le régulateur : 5 V CC Dans la série GN référence : Résistance thermique du radiateur de refroidissement : Michel B. Page 11 sur 13 EcolfourTP2.doc

12 suite annexe 4 : 2 ) Contrôle du type de commutation du relais statique : 2.1. Montage : Oscilloscope à mémoire Voie Ya Voie Yb symbole d une pince pour oscilloscope enregistrement : commutation à l état passant enregistrement : commutation à l état bloqué Conclusion : Michel B. Page 12 sur 13 EcolfourTP2.doc

13 LYCEE PROFESSIONNEL JULES ALGOUD VALENCE NOM : DATE : CLASSE : Mesurage industriel : ECOLFOUR REPERE : évaluation TP2 FORMATION TECHNOLOGIQUE & PROFESSIONNELLE Compétences C1.1 : Décoder les schémas, plans et descriptifs concernant l opération de mesurage C1.2 : Exploiter les consignes verbales ou écrites des tâches proposées C2.1 : Organiser son poste de travail C2-9 : Contrôler les grandeurs caractéristiques. (Tension, Courant, Puissances, Vitesse...). C2.10 : Vérifier la conformité des résultats de la mise en service par rapport aux spécifications fonctionnelles du dossier technique. C4-7 : Rendre compte. Savoirs associés Indicateurs Les éléments retenus doivent permettre l exécution de la tâche. Les éléments retenus doivent permettre l exécution de la tâche. La préparation est faite avec méthode. La vérification des matériels est effectuée. Maîtrisée Maîtrisée avec aide partielle Maîtrisée avec aide totale / 10 / 5 / 2 / 10 / 5 / 2 La valeur des écarts est notifiée. Les règles de sécurité sont respectées. / 20 / 10 / 4 Le compte rendu renseigne sur les opérations menées et les éventuelles difficultés rencontrées. Indicateurs / 20 / 10 Non maîtrisée Justifier le choix d un mesureur adapté en fonction de la valeur à mesurer (moyenne, efficace, efficace vraie ) Justifier la nécessité et le choix d un appareil : S0.4 : Appareils de mesures. - TRMS (valeur efficace vraie). - à entrée différentielle. - Numérique. S0.6 : Mesures sur des applications professionnelles. Choisir à partir du matériel à disposition, le mesureur adapté. Le mettre en œuvre. / 20 / 10 / 4 / 20 / 10 / 2 TOTAL : / 100 Observations : Note : /20 Michel B. Page 13 sur 13 EcolfourTP2.doc