SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 PAGE 1 / 8 GÉNIE ÉLECTRIQUE TERMINALE Durée : 2h BARRIÈRE SYMPACT : MISE EN OEUVRE DU SYSTÈME ET ANALYSE DU COMPORTEMENT Centres d'intérêt abordés : Thématiques : CI3 Motorisation, conversion d'énergie E2 Structure et fonctionnement d'un moteur asynchrone CI8 Pilotage, contrôle et comportement d'un système pluritechnique I13 E6 Comportement réel d'un système La modulation de l'énergie Activités proposées : Compétences attendues : 1 Mise en oeuvre de la barrière Configurer le produit et le faire fonctionner 2 Variation de vitesse Identifier et régler les paramètres de commande liés à la variation de vitesse identifier les éléments transformés et les flux (énergie, information) Ressources matérielles : Ressources documentaires : Barrière SYMPACT (avec câble de liaison PC-Variateur avec connecteurs RJ45 et RS485) Dossier technique de la barrière (environnement multimédia). PRÉSENTATION DU SYSTÈME BARRIÈRE SYMPACT 1 FONCTION La barrière sympact est un dispositif de contrôle d'accès. Elle possède différentes configurations qui lui permettent d'être installée dans les parkings payants, passages privés, campings ou en utilisation autoroutière (péages et télépéages). 2 PRINCIPE DU FONCTIONNEMENT MÉCANIQUE La partie opérative (tête de barrière) est constituée d'un mécanisme de transformation de mouvement de type bielle-manivelle mu par un moteur asynchrone triphasé (équipé d'un réducteur) piloté dans les deux sens de marche pour réaliser les mouvements de montée et de descente. Le système de transformation de mouvement est constitué d'une manivelle pivotant autour de l'axe du moteur sur une plage de 235. L'extrémité de la manivelle est pourvue d'un galet qui vient rouler dans la rainure d'une bielle fixée à une extrémité d'un axe dont l'autre extrémité supporte la lisse. La limitation de la plage angulaire de rotation de la manivelle est assurée par une butée caoutchouc située dans la partie basse de la rainure de la bielle qui joue également un rôle d'amortisseur. Le mouvement de la manivelle entraîne la bielle dans un mouvement angulaire autour de l'axe de support de la lisse. Ce dernier étant solidaire de la bielle, la lisse effectue le même mouvement que la bielle en amplitude mais décalé suivant la position de fixation de la lisse.
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 2 / 8 3 REPÉRAGE DES CONSTITUANTS DE LA TÊTE DE LA BARRIÈRE ANALYSE THÉORIQUE (À FAIRE AVANT LE TP) 4 CALCUL DE LA VITESSE DE ROTATION MAXIMALE DU MOTEUR LOI ENTREE / SORTIE DU MÉCANISME On considère que le mouvement de la manivelle 2 (sortie du motoréducteur) par rapport au châssis 1 est l entrée du mécanisme et que le mouvement de la lisse 3 dans le châssis est le mouvement de sortie du mécanisme. Dans la zone linéaire, le rapport de réduction angulaire Rq du mécanisme bielle manivelle vaut : Rq = θ31 / θ21 = 0,42. θlisse = θ31-45 θ21 = angle en sortie du motoréducteur La position de la lisse est comprise entre 0 (barrière fermée) et 90 (barrière ouverte).
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 3 / 8 La caractéristique ci-dessous représente la position de la lisse en fonction du temps θlisse = f(t) à l'ouverture pour la durée d'ouverture la plus rapide imposée par le cahier des charges : θ lisse ( ) 100 q2 q1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 t1 t2 t (s) Déterminer graphiquement le temps minimum d'ouverture complète de la barrière : La vitesse angulaire de la lisse WL (en degré/s) s'obtient par le calcul de la dérivée de la position en fonction du temps : ΩL= θ' = θ / t = (θ2 - θ1) / (t2 - t1) Calculer la vitesse angulaire de la lisse WL (en degré/s) : Calculer la vitesse de rotation de la lisse NL (en tr/min) : Le rapport de réduction angulaire Rq du mécanisme bielle manivelle Rθ = θ31 / θ21 vaut 0,42. Calculer la vitesse de rotation de l'arbre de sortie du motoréducteur Nr (en tr/min) : Le rapport de réduction du réducteur est : Nr / Nm = 1 / 20. Calculer la vitesse de rotation du moteur Nm (en tr/min) permettant d'obtenir la vitesse d'ouverture la plus rapide :
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 4 / 8 ANALYSE EXPÉRIMENTALE 5 MISE EN OEUVRE DE LA BARRIÈRE 5.1 MISE EN SITUATION DU PRODUIT Cette première partie de l activité est consacrée à la découverte du système et à sa prise en main. La barrière SYMPACT est un modèle de barrière conçu et diffusé par la société ERO spécialisée dans le contrôle d accès. Cette société installe des barrières dans de nombreux sites privés, publics ou commerciaux avec des contraintes chaque fois différentes. La barrière SYMPACT offre la particularité de pouvoir recevoir différentes configurations qui lui permettent de s adapter à différents contextes d utilisation. Pour découvrir ces contextes d utilisation, il vous est proposé de visionner quelques séquences video dans l environnement multimédia proposé en ressource (Menu : Démarrer / Programmes / Barrière Sympact). A partir du bureau de l environnement multimédia, sélectionner le menu "LE CONTEXTE". Visionner successivement les rubriques : - Utilisation parc privé, - Utilisation autoroutière (péage et télépéage). A partir de vos observations, compléter les trois premières lignes du tableau : Mode de fonctionnement (Configuration) Vitesse du mouvement (lent / rapide) Fermeture (complète / partielle) Comportement hors énergie Barrière réversible / irréversible Parc privé Péage autouroutier Télépéage A partir du bureau de l environnement multimédia, sélectionner le menu "LE PRODUIT". Visionner la rubrique : Reversible / Irréversible. Expliquer les notions de réversibilité et d irréversibilité dans le cadre du fonctionnement de la barrière : Compléter la dernière ligne du tableau en indiquant pour chacune des configurations si la barrière doit être montée réversible ou irréversible. 5.2 IDENTIFICATION DE LA CONFIGURATION INSTALLÉE SUR LA BARRIÈRE Mettre la barrière sous tension (interrupteur-sectionneur sur ON). Placer l'interrupteur autorisation de commande sur 1. Agir sur les boutons "Montée " et "Descente" et observer le fonctionnement.
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 5 / 8 La barrière étant en cours d évolution, provoquer une coupure d énergie (interrupteur-sectionneur sur OFF) et observer son comportement : La barrière étant hors énergie, agir sur la lisse manuellement (sans forcer) pour vérifier le mode de fonctionnement (réversible ou irréversible) : A partir de vos observations, indiquer la configuration à laquelle s'apparente le plus celle installée : 6 VARIATION DE VITESSE La barrière SYMPACT dispose d un système de commande comportant un variateur de vitesse paramétrable de type Schneider ATV-28. Ce variateur qui assure la distribution d énergie vers le moteur peut être configuré en fonction du mode d utilisation souhaité de la barrière et de son lieu d installation. 6.1 IDENTIFICATION DES PARAMÈTRES LIÉS À LA VARIATION DE VITESSE Réaliser le raccordement du variateur au micro-ordinateur comme indiqué : 6.1.1 Configuration de type "Parc privé" A partir du bureau de l environnement multimédia, sélectionner le menu "LE PILOTAGE BARRIERE". Procéder à la connexion du PC avec le variateur de vitesse de la barrière en agissant sur le bouton "Connexion" (choix du port série : COM1). Procéder au chargement de la configuration "Parc privé" : - Sélectionner l icône "Paramètre pilotage Sympact" : - Sélectionner l icône "Charger une configuration" : - Sélectionner la configuration "Parc privé".
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 6 / 8 Agir successivement sur les boutons de montée et de descente et observer le fonctionnement de la barrière. A partir de vos observations, compléter le tableau ci-dessous et relever les valeurs des paramètres variateur du pilotage pour la configuration "Parc privé". 6.1.2 Configuration de type "Télépéage" Sélectionner et charger la configuration "Télépéage". Agir successivement sur les boutons de montée et de descente et observer le fonctionnement de la barrière. A partir de vos observations, compléter le tableau ci-dessous et relever les valeurs des paramètres variateur de pilotage pour cette configuration. (Configuration) Parc privé Télépéage Vitesse d'ouverture (lente / rapide) Vitesse de fermeture (lente / rapide) Accélération (faible / forte) Décélération (faible / forte) Fréquence d'ouverture (Hz) Fréquence de fermeture (Hz) Rampe d'accélération (Hz/s) Rampe de décélération (Hz/s) Identifier le paramètre qui permet de moduler la vitesse d ouverture et indiquer sa plage de réglage : Identifier le paramètre qui permet de moduler la vitesse de fermeture et indiquer sa plage de réglage : Identifier le paramètre qui permet de moduler l accélération et indiquer sa plage de réglage : Identifier le paramètre qui permet de moduler la la décélération et indiquer sa plage de réglage : 6.2 MESURE DE LA VITESSE DE ROTATION DU MOTEUR ASYNCHRONE On veut déterminer la vitesse de rotation du moteur quand la barrière est commandée à la fermeture en fonction de la fréquence de pilotage. Pour obtenir une mesure correcte, il faut que le moteur ait atteint son en régime permanent. C'est pourquoi on applique une fréquence de pilotage f constante avec les rampes d'accélération et de décélération les plus élevées.
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 7 / 8 Dans l environnement multimédia, sélectionner le menu "LES MESURES". Configurer les paramètres de pilotage : - rampe d'accélération : 500 Hz/s - rampe de décélération : 100 Hz/s - fréquence de maintien : 5 Hz - fréquence de pilotage : 10 Hz Sélectionner l'îcone "Acquisition mesures". Faire l'acquisition pour une durée de 4s (avec la position de la masse variable à 170 mm). Sur la caractéristique θlisse= f(t), chercher au curseur le point le plus proche de la position 60 (θ1) et de la position 20 (θ2). Relever les valeurs de l'angle θ (θ1, θ2) et du temps t (t1, t2) correspondants. En utilisant la méthode donnée dans l'analyse théorique, calculer la vitesse angulaire de la lisse ΩL et la vitesse de rotation du moteur Nm pour les différentes fréquences de pilotage : fréqunce de pilotage 10 Hz 20 Hz 30 Hz 40 Hz θ1, θ2 (en ) t1, t2 (en s) Vitesse angulaire de la lisse WL = θ' = θ / t (en /s) Vitesse de rotation Nm du moteur Nm = 7,93. ΩL (en tr/min) Vitesse de synchronisme Ns Ns = f. 60 / p (en tr/min) Glissement relatif g g = (Ns - Nm) / Ns (en %) Le moteur utilisé est un moteur asynchrone triphasé piloté par un variateur de vitesse qui gère aussi le sens de rotation. Chacune des trois phases est alimentée sous une tension alternative qui est décalée de 2π/3 par rapport à la précédente. L'évolution des tensions génère un champ tournant à la fréquence de synchronisme Ns dans le stator : Ns = f. 60 p Ns en tr/min f = fréquence d'alimentation p = nombre de paires de pôles (2 pour le moteur de la barrière) Ce champ entraîne le rotor à une vitesse Nm légèrement inférieure, d'où le nom de moteur asynchrone. La différence Ns - Nm entre ces vitesses s'appelle le glissement. Le glissement relatif g est donné par la relation : g = Ns - Nm Ns Calculer la vitesse de synchronisme Ns et le glissement relatif g pour les différentes fréquences de pilotage. Comparer la vitesse de rotation à la vitesse de synchronisme :
SCIENCES DE L'INGÉNIEUR TP N 5 page 8 / 8 6.3 INFLUENCE DE LA LONGUEUR DE LA LISSE SUR LE FONCTIONNEMENT Afin de faire varier artificiellement la longueur de la lisse, une masse mobile cylindrique peut coulisser le long de la lisse de la barrière. Elle permet de simuler une lisse qui peut varier entre 2,5 et 3 m. Pour les trois positions de la masse mobile définies dans le tableau et pour une fréquence de pilotage de 10 Hz, déterminer la vitesse angulaire de la lisse lors de la montée de la barrière selon la méthode utilisée précédemment. Effectuer les autres calculs. Relever dans chaque cas la valeur maximale du couple moteur pendant la phase d'ouverture. Position de la masse mobile mini (2,5 m) milieu (2,75m) maxi (3 m) θ1, θ2 (en ) t1, t2 (en s) Vitesse angulaire de la lisse WL = θ' = θ / t (en /s) Vitesse de rotation Nm du moteur Nm = 7,93. ΩL (en tr/min) Vitesse de synchronisme Ns Ns = f. 60 / p (en tr/min) Glissement relatif g g = (Ns - Nm) / Ns (en %) Couple moteur maximum (Nm) Commenter et justifier l'évolution du glissement pour les différentes longueurs de la lisse : 6.4 SYNTHÈSE Compléter le graphe fonctionnel de la chaîne d'énergie : - Nommer les constituants des fonctions DISTRIBUER et CONVERTIR. - Identifier et caractériser les grandeurs d'entrée et de sortie de la fonction DISTRIBUER.