Dossier corrigé page 1/28 AGREGATION INTERNE DE GENIE ELECTRIQUE Opion A ELECTRONIQUE ET INFORMATIQUE INDUSTRIELLE Eude d un sysème indusriel (durée 8 heures) Piloage d un four élecrique à arc Corrigé
Dossier corrigé page 2/28 A1 : Eude du capeur d inensié A1.1. B = µ 0. i 2πr A1.2. Rayon moyen du ore : L=2πr Ce qui donne : r= L 2 π µ0. i e par conséquen : B= L A1.3. Pour une spire le flux ϕ es donné par la relaion : ϕ = B.A µ0.i.a soi encore : ϕ= L pour le flux oal Φ dans oue la bobine qui compore N spires, µ0. i. A. N on a : Φ= L A1.4. On a : d µ0. A. N = Φ = d L µ0. N. A Ce qui donne : k= L UR. di d A1.5. Applicaion numérique : A = 2,0 cm 2, L = 40 cm, N = 120 spires, µ 0 = 4π.10-7 H.m -1. k = 7,54.10-8 VsA -1 si i = Isinω. on a : I d di =ω..cosω. Quand I = 50 000A (valeur efficace), on obien une ension sinusoïdale de l ordre de : U I = 2. π.50 I.k = 2. π.50.50000.1,5.10-6 =1,2 V efficace soi une ampliude de 1,66 V. A2 : Isolaion Galvanique d enrée I A2.1 En uilisan un amplificaeur OP20 e les spécificiés du circui Z2 (AD202), on demande de proposer un schéma srucurel pour la foncion FS231 (adapaion d impédance, amplificaion de 1 dans nore cas). Le circui AD202 es spécialemen conçu pour délivrer des ensions d alimenaion isolées par rappor à sa sorie. On pourra rouver des réponses avec des résisances choisies pour une amplificaion de 1 (on pourra dans d aures cas modifier l amplificaion).
Dossier corrigé page 3/28 3 IN - Z I'1 Vin + R19 10k 7 2 V+ - 6 O 3 + Z1 OP20 V- 4 C13 10n C14 10n 4 FB 1 IN + 2 IN CO 6 VISO+ Vin - C15 10u 5 VISO- AD C16 10u déerminer la valeur de réglage de l élémen ajusable P6 si l on désire obenir, pour une ension I1 d enrée d ampliude 4V, une ension de sorie I1 d ampliude 10V. L amplificaeur opéraionnel OP20 es moné en suiveur Av=1 Le circui AD202 a son amplificaeur d enrée moné en suiveur, une bande passane de 2kHz, une non linéarié de +/- 0.05%, e une erreur ypique sur le gain de +/-0.5%. On peu donc dire que son amplificaion es de 1 (fréquence de ravail = 50Hz). L amplificaeur OP77 es un amplificaeur non inverseur, son amplificaion doi donc êre de 10/4 =2.5 d où 1 + (P6/R22 ) = 2.5 ce qui implique que P6 doi êre réglée à 1.5Kohms. Donner l ordre de grandeur de l isolaion galvanique ainsi réalisée? La documenaion consruceur du circui AD202 donne +/- 1000v pour l isolaion. Jusifier l uilisaion de l amplificaeur OP20 pour la foncion FS231? Les alimenaions inernes de +/- 7.5vols ne peuven fournir qu un couran maximum de 400uA. L amplificaeur OP20G ne consomme qu un couran de 85uA, ce qui jusifie son uilisaion. A2.2 Monrer que la srucure maérialisan la foncion FS234 perme de déecer l ampliude du signal Ii. Vous jusifierez vore réponse à l aide de calculs. (on négligera la ension de conducion de la diode D2) Le condensaeur C17 se charge rapidemen à ravers la diode D6. Dès que le signal Ii redescend, la diode se bloque e le condensaeur C17 se décharge à ravers la résisance R23 avec une consane de emps égale à R23xC17 = 220k x 1µF = 220ms. On peu esimer le emps de décharge à 20ms, e la décharge elle même comme linéaire. La variaion de la ension aux bornes du condensaeur C17 es donnée par la relaion suivane : V1 # (V1 x 20ms) / (R23xC17) = V1/11, ce qui représene une faible variaion. A2.3 Jusifier le choix des composans réalisan la srucure de la foncion FS235. Le comparaeur LM311 éan à colleceur ouver peu êre alimené jusqu à 40v par rappor à la masse.
Dossier corrigé page 4/28 RL1 es un relais de 12v, la diode DZ7 de 3.6v compense le surplus d alimenaion (+15v) e la diode de roue libre D5 proège la sorie du comparaeur. A2.4 Le poeniel du curseur de l élémen résisif ajusable P5 es fixé à 2 vols Le seuil de basculemen du comparaeur es de 1V puisque les résisances R26 e R27 son de même valeur. Tan que l ampliude du signal I1 ne dépasse pas 1V, le conac du relais rese dans sa posiion de repos. L élecrode descend rapidemen, puis plus lenemen dès que le comparaeur bascule car le relais éan excié, le conac passe en posiion ravail. Les diodes DZ8 e DZ9 limien l ampliude du signal I1 à + /- 10v. A2.5 Pour la chaîne de mesure complèe, deux élémens de réglage inerviennen : P5 de la care inerface qui perme de fournir une ension repérée I1 varian enre I 11 e I 11 /3.
Dossier corrigé page 5/28 P6 de la care IGE I1 qui perme d obenir I1 varian enre I 1 (suiveur) e 11.I 1 (FS231 avec gain de 0 db). Le capeur fourni une ension I 11 de 1,2 V efficace. On a donc : (I 11 /3).1,414 < I 1 < 11.I 11.1,414 AN : 1,25 V < I 1 < 18,7 V On pourra bien obenir une ension d ampliude 10V comme l indique le dossier de présenaion. A3 : déecion de l informaion de fin de fusion (moussage) A3.1 Le condensaeur C6 consiue avec R15 e P9, un filre acif passe hau don la fréquence de coupure doi êre inférieure à 50 Hz pour laisser passer les informaions uiles. La fréquence de coupure es de f = 1/2πR 15 C 6 = 15,38 Hz Aux fréquences de ravail (pas d aénuaion due au filre), on : 2 ( R65)(. ) UR U = 1 R18 R P 15 9 avec UR1 = 10V d ampliude e U2 = 0,8V efficace ce qui donne : P 9= R 18. R15. U2 R65. UR1 AN : P9= 2,48k on choisira 4,7k A3.2.1 La foncion réalisé es une inégraion. K1 A3.2.2 On a : K AA= 2 j 1+ K2 τω A3.2.3 On a : C1=-K1/K2.( τω αa ) A3.2.4 On a : AA = K1 K2 j 1+ K τω 2 2.( τω αa ) 2 A A es maximale quand : τω α A = 0 ce qui donne : ω τω 0A= αa τ A3.2.5 On a, dans ce cas : A OA = -K1/K2 A3.2.6 Module e argumen : ω 0 K j αa ce qui donne : A A 0 e Arg AA 2 π τω AA 1
Dossier corrigé page 6/28 ω j K AA 1 ce qui donne : A A 0 e Arg τω C es un filre passe-bande. AA + 2 π A3.2.7 On a : τ = 50 e f α 0A= A ce qui donne : f A 0A= α. fh πf 2πτ 50 2 H A3.2.8 On a : f H = 2500Hz (on divise 4 MHz par 16 puis par 10 puis encore par 10) Le filre ravaille en mode 1b. On : α A = R 49 / R 49 + R 46 = 0,9 e K1=K2=R 48 /R 50 =1/33=0,03 0,9 A3.2.9 On a pour le gain une valeur 1 e pour la fréquence f0 A=.2500= 47Hz ce 50 qui correspond bien au souhai d isoler le fondamenal du couran (qui es à 50 Hz). En fai pour améliorer la sélecivié le premier filre es cenré sur 47 Hz, le second sur 50 Hz e le roisième sur 52,5 Hz. A3.2.10 Uilisaion du filre passe-bande En sorie du filre seul le fondamenal a une valeur significaive. En absence de moussage, on relève 800 mv à 50 Hz Pendan le moussage, on relève 750 mv à 50 Hz A3.3 Valeur efficace 1 Le circui AD536 produi une ension coninue image de la ension efficace appliquée à son enrée, ension amplifiée par Z5A de 1. Pour la ension de sorie, on a : En absence de moussage, VZ1 = 800 mv. Pendan le moussage, VZ2 = 750 mv. Le condensaeur C5 limie l erreur de sorie (ondulaion résiduelle) à 10%. Il inervien égalemen sur le emps de réponse. A3.4 Uilisaion du filre passe-hau En absence de moussage, on relève : F(Hz) 500 550 600 700 750 850 950 mv 200 100 50 100 50 100 50 Pendan le moussage, on peu considérer que ous les harmoniques son supprimés.
Dossier corrigé page 7/28 A3.5 Valeur efficace 2 On rappelle que si u = U M 1 sin ( ω1 + ϕ1 ) + UM2 sin ( ω2 + ϕ2 ) +..., sa valeur 1 2 1 2 efficace es U = UM1 + UM2 +... 2 2 V X = 4.V G Pendan la phase de moussage V X = V X2 = 0 En absence de moussage : V X = V X1 = 4. 0, 0775 = 1,11V Naure de Vx : ension coninue image de Veff A3.6.1 Le circui perme de générer une ension coninue V s donnée par la relaion suivane : Z VS = K V V X On a : K = 1 A3.6.2 V X = 4.V G V X = K.V Z /V S à la sauraion on a : V X = K.V Z /15 Si Vz = 0,75 V, on a : V X = 50.10-3 V Soi V GM = 12,5.10-3 V A3.6.3 V X = 4.V G V X = K.V Z /V S En absence de moussage V S es égale à 0,72V alors que V Z = 0,8V. V X = K.V Z /V S =1,11 V Soi V G = 0,28 V A3.7.1 Absence de moussage : V Z1 = 0,8V V X1 = 1,1V Moussage : V Z2 = 0,75V V X2 = 0 V V Z1 e V Z2 son du même ordre de grandeur mais V X2 << V X1 K.V Z1 /V X1 = 0,73V = V S V X2 = 0 provoque la sauraion (V S = 15 V) e perme la déecion de la phase de moussage.
Dossier corrigé page 8/28 A3.7.2 : Le filre passe hau doi éliminer les harmoniques présens lors de la phase de moussage. A3.7.3 : Si la valeur de i change sans que sa forme change V Z /V X ne change pas e V S ne change pas. A4 : Acquisiion des informaions I i, U i e HT. A4.1 Généralemen, une chaîne d acquisiion de données peu êre représenée par le schéma foncionnel ci-dessous : Eoc Mémorisaion N enrées Analogiques Choix d'une enrée Echanillonnage e blocage S/H Conversion A/N Sar des résulas e conrôle vers unié cenrale sélecion d'une enrée Idenifier sur le schéma srucurel de la care IMAGE les srucures associées aux différenes foncions e préciser leur rôle. Le choix des enrées se fai par l inermédiaire d un muliplexeur analogique. La conversion A/N es liée à l uilisaion d un converisseur Analogique - Numérique. La mémorisaion des résulas e conrôle es réalisée par des mémoires ampon ou des circuis périphériques programmables. Sur le schéma srucurel, ces foncions son respecivemen remplies par: les inerrupeurs analogiques Z32 e Z33, e la mémoire ampon Z22 le signal START es fourni par le mémoire ampon Z22 les converisseurs A/N Z10 e Z11 les mémoires ampons de sorie des converisseurs Z14, Z15 Z19, Z20 Nous consaons qu il n y a pas d échanillonneur - bloqueur. Expliciez les séquences du foncionnemen de la chaîne d acquisiion pour N=4. L unié cenrale: sélecionne une enrée l échanillonne par le signal S/H lance la conversion par le signal START li le signal Eoc, qui lorsqu il es acif, indique la fin de la conversion li l informaion numérique issue de la conversion e raie celle-ci. Le cycle précéden se répèe ideniquemen pour les 3 aures enrées, e ainsi de suie. A4.2 Le bu de cee éude es de définir les paramères de foncionnemen des converisseurs.
Dossier corrigé page 9/28 En analysan le schéma srucurel de la foncion FS24 e la documenaion consruceur associée, en sachan que les ensions d enrée de la care IMAGE son réglées à une ampliude 10V (50Hz) e que la fréquence de conversion es fixée par le signal V INT (care image 2/4) Indiquer e valider les caracérisiques essenielles des deux converisseurs? Le converisseur es moné en bipolaire ce qui es correc car le signal d enrée es alernaif. Les signaux d enrée évoluen dans la plage (+/- 10v) e on uilise l enrée 20V. Le quanum es égal à q= 20/4096=4.88mV Vu le câblage de l horloge e la valeur des résisances R3 e R4 (825ohms), le emps de conversion es de 3µs. La fréquence de conversion es fixée à : f = 3,2768.10 6 /2 9 = 6400 Hz soi une période de 156 µs ce qui es parfaiemen compaible avec le emps de conversion. On obien bien 128 échanillons par période à 50 Hz. A4.3 Le bu de cee éude consise à évaluer l ordre de grandeur des erreurs de conversion dues, d une par à la sélecion, d aure par à l échanillonnage des informaions d enrée Ii e Ui. En enan compe des différenes élémens résisifs de la chaîne d acquisiion de données, e pour une empéraure ambiane de 25 C, calculer les ensions d enrée des converisseurs dans le plus mauvais des cas, sachan que l ampliude des signaux Ii e Ui (considérés comme coninus) es de 10Vols La résisance rdson d un DG271 es de 50 ohms maximum Le converisseur reçoi le signal sur son enrée 20v qui possède une résisance de 10 kohms La ension Vin d enrée du converisseur es donc égale à Vin = 10x10000/(10050)=9.950v Quelle erreur comme-on dans ce cas? L erreur es de 50mV, soi 0.5% La ension d enrée de chaque converisseur es définie par : Vin = 10.sin (ω.). Calculer la variaion maximale de cee ension pendan une durée égale à celle de conversion des converisseurs? dvin/d = 10.ω.cos( ω. ) dvin/d max = 10.314 = 3140 V/s dvin = 3140.3.10-6 = 9.42mV Qu en déduisez-vous? On comme une erreur d échanillonnage environ deux fois supérieure au quanum (4.88mV) A4.4 On ne ien compe que des erreurs relevées à la quesion A4.3 Comparer leur somme au quanum du converisseur La somme des erreurs es égale à : 50 + 9.42 = 59.42mV Le quanum éan de 4.88mV, l erreur globale es 59.42/4.88 # 12 fois plus grande, ce qui limie la précision des résulas de conversion.
Dossier corrigé page 10/28 Définir le nombre de bis significaifs des mos binaires présens à la sorie des converisseurs à la fin de chaque conversion. L erreur de 59.42mV se radui par un nombre de bis non significaifs du résula de conversion. Le nombre 12 éan compris enre 8 e 16, c es à dire 2 3 e 2 4, le résula de la conversion n es donc significaif que sur les 8 bis de poids fors puisque les 4 bis de poids faibles ne son pas significaifs. Qu en déduisez-vous?. Dans ces condiions, un converisseur de 8 bis aurai pu êre uilisé. A4.5 On se propose d améliorer la précision des résulas issus des conversions en rajouan deux échanillonneurs bloqueurs dans la chaîne d acquisiion. On demande de : Donner un schéma srucurel simplifié d un échanillonneur bloqueur ayan des caracérisiques opimales ( bande passane, impédance d enrée élevée...), e caracériser les différens élémens. - + - + S/H Cech Les amplificaeurs doiven avoir une large bande passane, e des courans de polarisaion d enrée rès faibles L inerrupeur analogique doi êre rapide e présener une résisance Ron faible ainsi qu un couran de fuies faible. La capacié doi êre de rès bonne qualié (faible couran de fuie) Expliquer les deux spécificaions relaives aux échanillonneurs-bloqueurs: 1. emps d acquisiion pour une précision donnée c es le emps mis par l échanillonneur pour charger la capacié avec la précision spécifiée. Il es lié à la bande passane de l échanillonneur 2. viesse de décroissance Elle représene la viesse de décharge de la capacié dans le emps. Elle es foncion du couran de fuie de l inerrupeur analogique e de celui de la capacié, de l inensié du couran d enrée de l amplificaeur qui es connecé à la capacié Où doi - on placer les échanillonneurs sur le schéma srucurel de la care IMAGE? Enre les foncions Z32 e Z10, Z33 e Z11. Quelle es leur influence sur la précision des conversions? Du fai de leur grande impédance d enrée, l erreur due à Ron des inerrupeurs es annulée. La ension échanillonnée es consane pendan la durée de la conversion, ce qui élimine l erreur d échanillonnage.
Dossier corrigé page 11/28 Parie B : Traiemen e ransmission des informaions. B1.1 On demande d éablir un schéma foncionnel de degré 2 de la care image. Eoc1 Bus0D Ui Ii FS24.1 Sélecion ension FS24.2 Sélecion Couran Vinu Vini FS24.3 Conversion A/N FS24.4 Conversion A/N FS24.5 Amplificaion Bi1u Bi1i Amplificaion FS24.14 Affichage Eoc2 Bus 1D FS24.7 Sar Commande Sélecion BUS DO FS24.15 Amplificaion FS24.10 Amplificaion BD FS24.11 Amplificaion BD WDM FS24.8 Unié de raiemen BA FS24.16 Amplificaion FS24.17 Décodage Adresses FS24.12 Validaion Echanillonnage FS24.18 Généraion de Reard 6400Hz FS24.9 Horloge Echanillonnage FS24.13 Mémorisaion Programme FS24.6 Mémorisaion Liaison Lecure mémoire Mémoire pleine Données U e I(16 bis) vers calculaeur
Dossier corrigé page 12/28 Les signaux Ui e Ii de chaque phase son échanillonnés e raiés simulanémen par deux converisseurs (foncions FS24.1, FS24.2 pour l échanillonnage e FS24.3, FS24.4 pour la conversion). La foncion FS24.7 mémorise les ordres d échanillonnage ordonnés par la foncion FS24.8 (unié de raiemen). Le nombre d échanillons es de 128 sur une période seceur ( 20ms pour F= 50 Herz). La fréquence d échanillonnage de 6400 Herz fournie par la foncion FS24.9 (horloge d échanillonnage), impose la cadence des ordres d échanillonnage. Les données numériques fournies par les converisseurs son d une par affichées par la foncion AFFICHAGE, e ensuie raiées par l unié de raiemen (foncion FS24.8). Cee dernière, une fois les 128 échanillons raiés, calcule leur valeur efficace au carré e les mémorise dans la foncion FS24.6 (MEMOIRE FIFO). Dès que celle-ci reçoi une informaion numérique, elle en informe le calculaeur par la ligne MEMOIRE PLEINE. Le calculaeur par l inermédiaire de la ligne LECTURE MEMOIRE vien lire le conenu de la mémoire. La foncion AFFICHAGE perme de vérifier le bon foncionnemen de la care. Les signaux WDM issus de la foncion FS248 consiuen rois lignes de conrôle : WE barre pour valider l écriure des données dans les circuis périphériques DEN barre pour valider les données MEN barre pour valider les mémoires (en pariculier la mémoire programme) B1.2 On demande d éablir, si la ension d enrée du converisseur es supposée coninue : a) On a sur les bus 1D ou 0D : Vin =+10V correspond à 1111 1111 1111 bi1 barre=0 Vin =-10V correspond à 0000 0000 0001 bi1 barre =1 b) On a sur les bus DD les deux mos binaires suivan : Vin =+10V correspond à 0000 1111 1111 1111 Vin =-10V correspond à 1111 0000 0000 0001 Le code complémen à 2 pour Vin =-10V es : 0000 1111 1111 1110 +1 = 0000 1111 1111 1111 En esan le bi de poids for du mo de 16 bis du bus de données, on calcule le code complémen à 2 sur l alernance négaive du signal d enrée en vue de lui donner une valeur absolue. L opéraion ainsi réalisée es équivalene à un redressemen double alernance. B1.3 Le signal d enrée Vin es considéré comme sinusoïdal. Lorsque les 128 échanillons on éé mémorisés dans une able T1, puis raiés (complémen à 2 pour l alernance négaive de Vin), on leur reranche le mo hexadécimal 800, e on les place dans une able T2. Que représene alors le mo binaire le plus grand ainsi obenu? L ampliude du signal
Dossier corrigé page 13/28 Si l on commande un converisseur N/A avec les données de la able T2, Quelle forme de signal va--on obenir à sa sorie? Un signal redressé en double alernance On rappelle que la valeur efficace d un signal es donnée par la relaion suivane : V 1 = T V. d 2 T 2 eff 0 e En sachan que dans la able T2, on dispose de 128 échanillons du signal d enrée Ii ou Ui, Commen calculer leur valeur efficace au carré, sachan que cee dernière doi êre envoyée au calculaeur? En échanillonné, la relaion devien Veff2 = 1/T. d échanillonnage n= or T = n. d où Veff2 = ( Vn2 ).1/n. 128 n= 1 128 n= 1 Vn2. avec. = période Le résula final es obenu en décalan l informaion binaire résulane de 7 bis vers la droie (division par 128) Quel es le nombre de bis significaifs consiuan cee informaion, sachan que l ampliude maximale du signal que l on peu obenir es représenée par le nombre hexadécimal 800? 800 base 16 = 2048 base 10 ce qui fai que 2048.2048 = 4194304 soi une informaion numérique définie sur 22 bis. Commen calculer à parir du résula précéden,la valeur efficace du signal d enrée? En uilisan le faceur de forme F=valeur efficace/valeur moyenne=1.1 B1.4 La mémoire de liaison es consiuée de quare mémoires FIFO mémorisan chacune 4 bis. Compe enu des informaions analogiques Ui (U1 à U3, UHT) e Ii (I1 à I3), présenes en enrée de la care IMAGE : Proposer un processus qui perme au calculaeur d acquérir leurs images numériques en les différencian sachan que les informaions son codées sur 22 bis. La care IMAGE échanillonne simulanémen Ui e Ii relaives à une phase, e cela pour chacune des phases. Il apparaî donc indispensable de les différencier afin que le calculaeur puisse raier correcemen les données qu il reçoi. Les mos envoyés au calculaeur son sur 16 bis. Compe enu des 22 bis consiuan une informaion de valeur efficace au carré, il es nécessaire de faire deux écriures successives dans les mémoires FIFO. Les hui bis de poids fors du premier mo envoyé pour chacune des informaions, seron uilisés pour affecer un numéro relaif à chacune des rois phases ainsi qu un bi différencian les informaions ension/couran.
Dossier corrigé page 14/28 B2 : La liaison par boucle de couran B2.1 On se propose de jusifier la srucure permean d assurer la conversion ension > couran Idenifier les composans assuran cee conversion e indiquer, pour chacun d eux, son rôle. Z3: MC1488 opéraeur broches 11, 12 e 13. Le circui réalise l inversion logique nécessaire car une ension d enrée de -12 V doi permere le passage d un couran de ligne. Il perme égalemen de fournir le couran nécessaire à la DEL LD1. Z1: HCPL4100 Le circui réalise une conversion ension/couran ou en fournissan une isolaion galvanique. Le signal d enrée de 10,4 V es, comme le monre la documenaion echnique, suffisan pour permere le passage d un couran de ligne. Le couran de ligne es fixé par le récepeur. D1 e R6: D1 limie la ension d enrée de MC1488 à -0,6 V quand le signal E d enrée (V/J1-A9) es à -12 V. R6 limie le couran de D1 à I=(E-Vd)/R6 soi I=(12-0,6)/1500=7,6 ma LD1 perme de visualiser quand un 1 logique es ransmis. R5 fixe dans ce cas le couran dans LD1 à une valeur I=(V 11 -V d )/R 5 soi I=(15-1,6)/2200=6,5mA Compléer les chronogrammes du documen réponse A1 en supposan que le couran de ligne es limié à 20 ma.
Dossier corrigé page 15/28 V/J1-A9 +12 V -12 V V/Z3-12 +12 V -0,6 V V/Z3-11 +12 V -12 V V/Z1-6 -10,4 V -0,6 V I/ligne 20 ma 0 B2.2 On se propose de jusifier la srucure permean d assurer la conversion : couran>ension La srucure éudiée doi permere de fournir sur la borne VJ1/A10 des signaux compaible RS232. Le cavalier CV3 (1-2) es en place. On dispose d un couran de 20 ma pour signaler un éa logique hau e d un couran nul pour signaler la ransmission d un 0 logique. Idenifier les composans assuran cee conversion e indiquer, pour chacun d eux, son rôle. Z2: HCPL4200 Le circui réalise une conversion couran/ension ou en fournissan une isolaion galvanique. Le couran de 20 ma, comme le monre la documenaion echnique, produi une ension de sorie de 12 V. Z3: MC1488 opéraeur broches 2 e 3. Le circui réalise l inversion logique nécessaire car une ension d enrée de 12V doi produire une ension négaive soi -12V pour la liaison série.
Dossier corrigé page 16/28 Z3: MC1488 opéraeur broches 10, 9 e 8. Le circui perme égalemen de fournir le couran nécessaire à la DEL LD2. LD2 perme de visualiser quand un 1 logique es ransmis. R1 fixe dans ce cas le couran dans LD2 à une valeur I=(V 8 -V d )/R 1 soi I=(12-1,6)/2200=4,7mA Compléer les chronogrammes du documen réponse n 3 en supposan que le couran de ligne es de 20 ma. On se placera dans le cas d un récepeur passif. I/ligne 20 ma 0 V/Z2-7 12 V V/J1-A10 12 V 0-12 V B2.3 On se propose de valider le foncionnemen global des srucures éudiées en B2.1 e B2.2. Pour cela, nous allons analyser l ensemble comple d une voie de ransmission en supposan que l on uilise de par e d aure de la ligne de ransmission les srucures éudiées précédemmen. Préciser le rôle de la srucure consruie auours de RG2 e R3 en calculan la valeur de la grandeur de sorie. La srucure consruie auours de RG2 e R3 réalise un généraeur de couran I= Vref/R3 où Vref désigne la ension du régulaeur (5 V). On obien I=5/250=20mA. Proposer un schéma simplifié monran la posiion des cavalier CV1, CV2 e CV3 pour le module émission e le module récepion. CV3 perme de croiser les fils RX e TX pour la liaison série (si besoin éai). Pour CV2 e CV1, il fau en fai choisir si la source de couran es placé sur l émeeur ou le récepeur mais il n en fau qu une! Ci-dessous : Source sur Z1 connecée mais source déconnecée sur Z2. CV1 sur Z1 > liaison 2-4, 3-5 e 6-8
Dossier corrigé page 17/28 CV2 sur Z2 > liaison 1-2, 3-4 e 5-6 +Vcc 7805 R3 Z1 3 R4 1 Z2 4 Ligne de ransmission 2 B2.4 Quelles son les soluions envisageables pour la gesion de flux lors d une ransmission? Dans le cas de la liaison série par boucle de couran, on pourra uiliser un conrôle logiciel du ype XON/XOFF. B3 : La liaison du calculaeur FS25 avec le réseau Eherne de l enreprise. B3.1 Aspec maériel de la liaison. Soluion 1 : On rajoue une care Eherne PCI (10BT, 100BT ou 10/100BT) dans le calculaeur. On connece le calculaeur à la baie de brassage par un câble RJ45. On place dans le swich un module (si nécessaire) (10BT, 100BT ou 10/100BT). Un cordon de brassage fera la liaison. Il faudra prendre soin d uiliser du câble blindé caégorie 5 spécifié FTP, STP ou SFTP à cause du milieu pariculièremen parasié (couran de 50000A). Soluion 2 : On rajoue une care Eherne PCI fibre opique (10BF ou 100BF) dans le calculaeur. On connece le calculaeur à la baie de brassage par un câble opique en respecan le ype de conneceur (ST ou SC). On place dans le swich un module opique (si nécessaire) (10BF ou 100BF). Un cordon de brassage opique fera la liaison enre le iroir opique qui reçoi la fibre e le swich. Cee dernière soluion es préférable à cause du milieu pariculièremen parasié (couran de 50000A). B3.2 Rappel des noions de base.
Dossier corrigé page 18/28 Le modèle OSI (Open Sysem Inerconnexion) se charge de normaliser les accès aux différens réseaux informaiques ainsi que du découpage des opéraions en couches séparées. Ce découpage des âches es réalisé en sep couches. Couche 7 Couche 6 Couche 5 Couche 4 Couche 3 Couche 2 Couche 1 Couche applicaion Couche présenaion Couche session Couche ranspor Couche réseau Couche liaison Couche physique La couche 1 e une parie de la couche 2 (sous couche mac : Medium Access Conrol) corresponden à la care réseau. Le rese de la couche 2 (sous couche llc : Logical Link Conrol), les couches 3 e 4 corresponden aux proocoles de communicaion. Les couches 5, 6 e 7 corresponden au sysème d exploiaion e aux applicaions. B3.3 Choix du proocole de communicaion. La norme Eherne ne couvre que les couches basses du modèle OSI. Les couches haues son maérialisées par des sous-ensembles logiciels appelés proocoles. Enre les couches basses normalisées (en général maériel e logiciel inégrés dans la care réseau par exemple) e les couches de niveau 7, 6 e 5, on rouve les proocoles. Les proocoles suivan son uilisés avec eherne. Nebeui/nebios IPX/SPX TCP/IP Nebeui/nebios : Créé par Microsof, c'es un proocole de bas niveau de performances, il perme un bon foncionnemen au niveau des réseaux locaux. Il ne perme pas le rouage e ne sai gérer que le nom des ordinaeurs ainsi que les ressources paragés. IPX/SPX : Créé par Neware pour les réseaux Novell, il représene un proocole rès inéressan puisque qu il perme l inerconnexion d un réseau mondial sous la forme d une base de donnée unique appelée NDS, mais il ne garanie pas l héérogénéié qu'offre TCP/IP. On peu créer des sous-reseaux de numéro différen. TCP/IP : Née en 1980 e crée par la défense Américaine, TCP/IP présene la paricularié d avoir une archiecure en 3 couches : Transpor, Rouage, liaison. Son proocole n es pas conforme au normes recommandé par l OSI mais les foncionnaliés son proches. En fai il se subsiue au modèle OSI en proposan des foncionnaliés similaires : mise en forme, ranspor e rouage des paques de données foncion accessible à l uilisaeur ( émulaion, ransfer de fichiers...)
Dossier corrigé page 19/28 De plus TCP/IP s emploie pour accéder à Inerne. Le choix du proocole doi inclure TCP/IP car c'es le proocole inégré à Unix. Ce proocole sera suffisan car la majorié des sies son aujourd hui en adresse IP. Pour les organisaions normalemen imporanes on uilise des adresses de classe B, elles uilisen les deux premiers oces pour le numéro de réseau, de 128.1 à 191.254 (on n'uilise pas les numéros 0 e 255 pour des raisons que nous verrons plus ard, ni les adresses commençan par 127 car elles on uilisées par cerains sysèmes pour des besoins spéciaux). Les deux derniers oces son disponibles pour le numéro de nœud e permeen d'adresser 64516 ordinaeurs ce qui es suffisan pour la plupar des organismes. Erreur! Argumen de commuaeur inconnu. On a, d après l énoncé une adresse réseau privée : 172.29.x.x Cier les élémens logiciels inervenan dans cee sraégie en précisan pour chacun son rôle e les paramères qu il convien de préciser pour le qualifier. Pour paramérer les saions IP auomaiquemen, on uilise : Un serveur DHCP qui disribue les adresses IP d après une plage que l on paramère comme par exemple : de 172.29.1.0 à 172.29.255.250 avec un masque de 255.255.0.0 s il n y a pas de sous-réseau. Le serveur DHCP pourra égalemen disribuer les adresses du serveur DNS e celle du roueur. Un sysème de reconnaissance de nom consrui avec : o Un fichier HOST (rudimenaire ; il conien une correspondance enre adresse IP e nom de machine). o Un serveur DNS qui pourra êre inerrogé pour avoir la correspondance nom machine/adresse IP o E peu êre un serveur WINS dans le monde Windows. B3.4 Proocoles de niveau supérieur à 4. Quelles son les soluions d échanges uilisées en mode naif pour chacun de ces sysèmes sur un réseau? o Unix uilise pour l échange de fichier le sysème NFS consiué de volumes qu il fau «moner». Les ressources locales ou disanes son raiées de cee façon. o Windows NT, quan à lui uilise le proocole SMB issu du monde «lan manager» Proposer une ou plusieurs soluions permean un échange enre ces deux environnemens. On peu rajouer aux poses Windows une couche logicielle NFS pour les rendre compaible avec Unix, mais on préfère uiliser une couche logicielle comme SAMBA que l on rajoue aux poses sous Unix car ils son souven moins nombreux.
Dossier corrigé page 20/28 B3.5 Procédure de es. Proposer une procédure de mesure en précisan où connecer l analyseur e commen paramérer les élémens nécessaires. Pour eser une liaison, il suffi de lancer le logiciel «sniffer» e de mere en place un filrage sur les adresses IP que l on désire suivre. Un filrage sur les proocoles de hau niveau pourra suivre plus précisémen l acivié réseau. Aenion, la baie de brassage compore un swich, pour observer l acivié d un por, conrairemen au cas d un hub qui répèe sur ous ses pors, il faudra paramérer le swich pour envoyer le rafic du por à surveiller vers un por où l on connece l analyseur. B3.6 Analyse d une rame réseau On se propose d analyser quelques informaions issues de l analyseur, pour cela on demande de préciser : Préciser la «mac-adresse» de la care réseau du pose émeeur. 10005A2D7C48 : c es l adresse fixe de la care réseau au niveau sous couche MAC. Commen peu-on voir qu il s agi d une rame de «broadcas» e à quoi ser ce ype de rame. En fai l adresse de desinaion es FFFFFFFFFFFF : ce ype de rame es envoyé par une care réseau vers oues les aures comme par exemple dans le cas ou l émeeur ne connaî pas l adresse mac du desinaaire. Après idenificaion du desinaaire, une able va se créer en mémoire pour accélérer les échanges ulérieurs. Que signifie le erme UDP qui figure dans les informaions? User Daagram Proocol : dans un réseau IP, on dispose pour la couche ranspor soi le proocole TCP qui es un proocole avec connexion ou le proocole UDP qui es sans connexion (moins fiable, il es plus rapide pour des foncions simples comme le broadcas). Quel es le composan du réseau que cee rame essaye de localiser? On remarque dans le déail de la rame IP que le pose local 172.29.26.1 essaie de localiser l adresse IP 172.29.255.255 ce qui correspond en fai aussi à une demande de broadcas au niveau IP. Quelles son les informaions qui permeen de valider que cee rame pourra êre reçue sans erreur? On consae que l on uilise un CRC au niveau mac de la care réseau e un checksum au niveau IP.
Dossier corrigé page 21/28 Quelle indicaion perme de préciser que cee rame uilise un proocole du monde Microsof Windows? On reconnaî le proocole de niveau hau SMB qui correspond au monde microsof.
Dossier corrigé page 22/28 Parie C : Isolaion galvanique de sorie U C1 : Conraines associées au déplacemen des élecrodes (parie hydraulique) Afin d avoir un esimaion des conraines liées au déplacemen des élecrodes e par conséquen à celle de la ension de commande, on demande : De calculer la viesse de déplacemen du vérin dans le cas d une monée rapide. La relaion lian le débi D, la secion du vérin S, e la viesse de déplacemen du vérin V es donnée par : D(m3/s) = V (m/s). S (m2 ) Par conséquen, la viesse de déplacemen du vérin dans le cas d une monée rapide. secion du vérin = 12265 mm2 débi = 150l/mn = 2,5 l/s = 2500000 mm3/s viesse = 2500000/12265 # 204 mm/s C2 : Eude de la conversion numérique analogique Après avoir éabli la relaion VA = f(n), on demande d indiquer l évoluion de la ension VA quand les informaions appliquées sur le bus (D0,,D9) varien enre 00 0000 0000 e 11 1111 1111. Relaion lian les informaions binaires du bus (D0,,D9) à celle du bus (A0,,A9) Les opo-coupleurs son commandés par les cahodes des DEL. Un niveau Zéro en enrée fai conduire la DEL, ce qui enraîne la conducion du ransisor associé. Le niveau obenu sur le colleceur du ransisor es un niveau logique Zéro. De même, un niveau logique 1 en enrée fai correspondre un niveau logique 1 en sorie. Donc Ai es idenique à Di. Mode de connexion du converisseur, rôle e valeur des élémens résisifs ajusables P5 e P6. L écriure se faisan direcemen sur 12 bis, on valide simulanémen ous les regisres buffers. L élémen ajusable P5 perme le réglage de l inensié de référence IREF à 0.5mA. Le converisseur es défini dans une configuraion bipolaire. La ension de sorie VA peu évoluer enre -5V e environ +5V (les paes 1 e 2 éan reliées enre elles ). L élémen ajusable P6 perme de régler le décalage de V1 à -5V lorsque l informaion numérique N = 000 La documenaion consruceur du converisseur, donner l expression de la ension de sorie VA en foncion de IREF.
Dossier corrigé page 23/28 C oé référence IR E F = 0.5 m A DAC IO +10v 20 kohm s + IO U T = 2 m A _ 20kohm s R R/4 +10v 10 kohm s 5 kohm s VA IO coé sorie VA = -10/2 +5.IO = -5 + 5.IO les résisances son exprimées en Kohms e les inensiés en ma IO = (4xIREF x N)/2 n converisseur avec N nombre binaire présen en enrée e n résoluion du VA = -5 +( 5. N) / 2048 En fai cela correspond pour le converisseur à avoir : 0000 0000 0000 < N < 1111 1111 1100 soi encore 0 < N < 4092 ce qui donne : -5 V < VA < 4,99 V Le converisseur fourni une ension VA= 0 pour une valeur du mo binaire appliqué à ses enrées N = 2048 base 10 ou 800 en base 16 Dans le cas de la soluion reenue par le concepeur, quelle es la plus peie variaion de VA différene de ZERO que peu fournir le converisseur? Les enrées DB0 e DB1 son reliées à la masse. La plus peie variaion de VA que peu fournir le converisseur es donc liée à l enrée DB2. N a alors pour valeur hexadécimale 004 (4 en décimal) VA = (5. 4 )/2048 = 9.76 mv C3 : Organisaion foncionnelle de la chaîne de commande On demande de jusifier l organisaion foncionnelle de la chaîne de commande ce siuan enre la sorie VA du converisseur e la sorie Uou.
Dossier corrigé page 24/28 FS263 piloée par la foncion FS262 e par les signaux CDRL, fourni une informaion VPT1 à la foncion FS264 e assure une descene rapide ou lene des barres en foncion de l inensié raversan chacune des phases d alimenaion (voir foncion FS23 care IGEI) FS264 fourni à sa sorie un signal varian progressivemen VINT afin de ne pas commander la servo-valve de façon rop bruale. FS265 fourni un signal carré VOSC de fréquence 250Hz à la foncion FS266. FS266 somme les informaions de commande VINT, VOSC, e CO en foncionnemen normal. En foncionnemen barres remonées, le signal Pm s ajoue aux signaux précédens. FS267 commande la servo-valve en ension. L inensié maximale nécessaire au piloage de la servo-valve es de + ou - 300 ma ou plus selon les cas FS269 assure une mise en pression minimale du vérin hydraulique piloé par la servo-valve, lorsque après une coulée, les barres on éé remonées (relais RL2 en posion TRAVAIL, signal Pm présen). Ceci afin de compenser la masse des barres elles-mêmes, ainsi que les fuies hydrauliques qui auraien endance à faire descendre l ensemble des barres. En foncionnemen normal, le relais RL2 es au repos. Elle assure égalemen la correcion d offse de la servo-valve par le signal CO. C4.1 : Eude de la commande Monée/Descene On se propose d analyser la srucure de l amplificaeur dans le cas de la monée e de la descene des élecrodes. Donner l expression de la ension VPT1 en foncion de VA dans les différens cas à envisager.
Dossier corrigé page 25/28 Déduisez-en le signe de la ension VA qui perme la descene des barres. On considère VA<0. P 2 R 8 R 9 V A R 1 6 P T 1 + + V P T 1 V A P 2 x R 9 R 16 x R 8 On considère VA>0. c o n ac p o s i i o n r e p o s P 1 R 6 R 9 V A R 1 6 + + P T 1 V P T 1 V A P 1 x R 9 R 16 x R 6 c o n ac p o s i i o n r a v a i l P 1 P 7 R 9 V A R 1 6 + + P T 1 V P T 1 V A P 1 x R 9 R 1 6 x P 7 C es pour la ension VA > 0 que les barres descenden car c es dans ce cas que l on doi enir compe de la commande CDRL. C4.2 : Eude de l inégraion On se propose d analyser la srucure de l inégraeur pour en déduire le rôle du réglage obenu par P9. Donner l expression emporelle de VINT en foncion de VPT1 e des élémens de la srucure éudiée.
Dossier corrigé page 26/28 R 5 = R 7 = R 11 = R 12 = R R 7 R 15 C 10 V P T 1 R 5 R 1 1 + P 9 + V R A M P E R 1 2 R 1 1 K ( V P T 1 V R A M P E ) R 1 1 + X P 9 K = R 1 4 + P 9 a v e c 0 < X < 1 V R A M P E = (VO - VP T 1 ) e - o O + V P T 1 Vo : valeur iniiale O = R 1 5 x C 1 0 K o i n s a n d e v a r i a i o n d e V P T 1 En déduire le rôle de l élémen résisif P9? K dépendan de la posiion du curseur de P9, varie de 1 à R14/(R14+P9), perme de modifier la consane de emps de charge du condensaeur C10 e joue donc ainsi sur la viesse de variaion de la sorie VINT. C4.3 : Eude de la généraion de signaux périodiques Afin d améliorer la réponse de la servo-valve, on superpose un signal alernaif de faible ampliude à son signal de commande Préciser les caracérisiques du signal VOSC en représenan le signal disponible sur le curseur de P4. La période de l asable es donnée par la relaion : T=2.(R18+X.P8).C5.Ln(1+2.(R19/R20)) avec 0<X<1 X=0 Tmini = 2.689ms Fmaxi=372Hz X=1 Tmaxi=4.184ms Fmini =239Hz On suppose le curseur du poeniomère P4 non connecé, e on ien compe des imperfecions de l amplificaeur linéaire inégré (en pariculier la non symérie des ensions de sauraion). La consane de emps du circui P4 C9 es de 1.175s. Elle es rès grande devan la demi-période du signal de sorie VO de l oscillaeur (2ms). Le signal aux bornes de P4 présene, dans ous les cas, une valeur moyenne nulle puisque C9P4 formen un passe-hau.
Dossier corrigé page 27/28 Vosc 13.5v 0 2 4 m s 13v VP4 13.25v -1 3.2 5 v C4.4 : Eude de la commande servo-valve La servo-valve nécessie, pour sa commande un couran d inensié maximale de 300 ma posiif ou négaif. La care IGSU peu êre uilisée sur d aures insallaions où la parie puissance hydraulique es piloée par des servo-valves nécessian des courans de commande d inensié de l ordre de 2 Ampères. Valider le choix de l amplificaeur uilisé pour la foncion FS267, à parir de ses caracérisiques echnologiques? Selon les différens ypes de servo-valves uilisées (fore ou faible résisance des bobines de commande ), ce amplificaeur peu s adaper car il peu êre alimené sous +/- 30 V, e fournir des inensiés élevées de l ordre de 3 Ampères. C5 : Synhèse On se propose d effecuer une synhèse sur le foncionnemen de la parie commande. Pour cela nous allons fixer les hypohèses suivanes : le curseur du poeniomère P3 en posiion moyenne Vosc es réglée à 0V. En monée rapide, le module de la ension U OUT es de 10V En descene rapide, ce module es de 8V En descene lene (déecion couran d arc), il es de 6V l informaion numérique d enrée du converisseur égale à : o 000 (base 16 ) on a V A = - 5 V (phase de monée rapide)
Dossier corrigé page 28/28 o FFC (base 16 ) on a V A = 4.99 V (phase de descene rapide e lene avan régulaion de posiion des barres) Calculer les valeurs de réglage des élémens résisifs ajusables P1, P2 e P7 de la foncion FS263? Calcul de P1 10 = 5x[R9xP1] /[R16xR8] = 5xP1/R16 P1 = 2xR16 = 6.64 Kohms Calcul de P2 Calcul de P7 8 = 4.99x[R9xP2] / [R16xR6] = 4.99xP2 / R16 P2 = 5.32 Kohms 6 = 4.99x[ R9xP2] / [P7xR16] P7 = 13.3Kohms Mainenan, l ampliude du signal Vosc pris sur le curseur de P4 es de 200 millivols. Sachan que, de plus, le curseur de P9 éan en posion haue Compléer les chronogrammes du documen réponse 4. VA Déecion couran d'arc 4.99v VPT1 10v 8v 6v 5v VINT 10v 8v 6v 5v VOSC 1v 0 ms UOUT +10v 4 +5v -5v 6v 8v -10v Sur la dernière courbe UOUT, le signal carré rese superposé au signal pendan la croissance exponenielle.