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BTS : Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques Session 2013 Épreuve E

BTS : Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques Session 2013 Épreuve E5 : Sous-épreuve E52 Code : Page 0 BTS Conception et Réalisation de Systèmes Automatiques Épreuve E5 : Conception détaillée Sous-épreuve E52 : Conception détaillée d’un système automatique Session 2013 ___________ Durée : 4 h Coefficient : 3 Matériel autorisé : - Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu’il ne soit pas fait usage d’imprimante (Circulaire n°99-186, 16/11/1999). - Aucun document n’est autorisé Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu’il est complet. Le sujet se compose de 30 pages, numérotées de 1/30 à 30/30. SYSTÈME AUTOMATIQUE DE TRAITEMENT DE BADGES RPL  Présentation générale (feuilles blanches) pages 1 à 5  Travail demandé (feuilles jaunes) pages 6 à 11  Documents ressources (feuilles vertes) pages 12 à 23  Documents réponses (feuilles bleues) pages 24 à 30 Sous épreuve E52 Présentation générale Page 1/30 PRÉSENTATION GÉNÉRALE Présentation des éléments constituants L’étude porte sur un système qui réalise le changement de l’élément sensible d’un dosimètre RPL (Radio Photo Luminescent) assurant le suivi individuel des personnes soumises aux rayonnements ionisants dans des secteurs d’activité très variés : industrie, médical, dentaire, recherche, etc.. PRINCIPE L’élément sensible est une plaque en verre spécial. Les ions argents contenus dans ce verre piègent les électrons qui sont arrachés à cette plaque par les rayonnements ionisants. La plaque, retirée de son support, est placée sous un faisceau ultra-violet, les électrons piégés émettent alors une luminescence proportionnelle à la dose de rayonnement reçue. Des éléments métalliques en Cu, Al et Sn jouant le rôle de filtre, entourent localement la plaque de verre afin d’améliorer la qualité de la mesure. Le support se présente sous la forme d’un badge léger et robuste permettant une identification claire de son porteur. Le port se fait soit par cordon autour du cou, soit attaché au vêtement de travail par une pince. Ce dosimètre RPL se compose principalement des 3 éléments suivants :  le demi-badge supérieur qui correspond au dos du dosimètre  le demi-badge inférieur,  la plaque « emprisonnée » entre les deux demi-badges. Remarque : le badge RPL ne peut pas être ouvert manuellement sans un outil spécifique. Demi-badge supérieur Demi-badge inférieur Plaque Plaque seule Face avant du badge RPL complet. Sous épreuve E52 Présentation générale Page 2/30 LA PLAQUE La plaque, fabriquée dans un verre spécial, possède un code 2D, de type Datamatrix, gravé qui permet son identification. Les différentes cotes de positionnement de la plaque par rapport au demi-badge inférieur sont données sur le document à la page 5. LE DEMI-BADGE INFÉRIEUR SEUL Il est composé de divers éléments :  une puce électronique RFID,  4 ressorts qui permettent le clipsage du demi-badge supérieur,  d’autres éléments qui ne sont pas étudiés ici. Remarque : un code permettant l’identification du porteur du badge est écrit dans la puce RFID LE DEMI-BADGE SUPÉRIEUR SEUL C’est un simple couvercle qui est clipsé sur le demi-badge inférieur lors de la fermeture du badge ; Pour cette opération, une pince manuelle est utilisée pour positionner les 4 ressorts du demi-badge inférieur. Présentation de l’étude Actuellement les opérations de retrait et de repose de plaque dans chaque badge sont réalisées manuellement. L’entreprise souhaite concevoir une machine automatique pour ces opérations qui fonctionnera selon deux modes différents : - Un mode de vidage qui consistera à retirer la plaque de verre sensibilisée d’un badge. Chaque plaque extraite est alors stockée dans un conteneur d’une capacité de 400 plaques (20 plateaux de 20 plaques) ; - Un mode de remplissage qui consistera à placer une plaque vierge dans un badge. Ce dernier mode ne sera pas étudié. En mode vidage, les postes successifs de la machine permettront de réaliser les opérations d’ouverture du badge, de lecture des informations de la puce RFID et du code 2D de la plaque, d’extraction de la plaque sensibilisée du demi-badge inférieur et de son rangement dans une alvéole d’un plateau puis de fermeture du badge désormais vide. Ressort Puce RFID Sous épreuve E52 Présentation générale Page 3/30 Présentation de la machine en mode « vidage des badges » Présentation d’un conteneur Chaque plaque extraite est introduite dans l’une des 20 alvéoles d’un plateau de rangement ; ce dernier est sorti d’un conteneur, qui peut contenir au maximum 20 plateaux (le conteneur peut donc être rempli de 400 plaques au maximum). Le conteneur ne peut être animé que d’un mouvement de translation vertical de direction Z. Après avoir atteint l’altitude H désirée, le plateau de rangement est animé d’un mouvement de translation horizontal d’axe X. Conteneur vide Contraintes d’exploitation Conteneur rempli Informations Badge contenant une plaque Extraire la plaque du badge et la stocker dans un conteneur A_0 Badge sans plaque Contraintes de réglage Énergies électrique et pneumatique Contraintes de configuration Machine de traitement de badges Sous épreuve E52 Présentation générale Page 4/30 Extrait du cahier des charges de la machine automatique de traitement de badges FONCTION CRITÈRE D’APPRÉCIATION NIVEAU Flexibilité Stocker en entrée des badges contenant une plaque Capacité de stockage 400 badges F0 Lire les informations du code 2D (Datamatrix) et de la puce RFID Nombre de badges traités 200 / heure F1 Extraire la plaque du demi-badge inférieur Plaque extraite sans détérioration Jeux entre la plaque et son logement dans le demi-badge inférieur Temps Aspect 1 mm en largeur et en longueur 2 secondes F0 F0 F0 Positionner la plaque sur un support Position précise de la plaque dans l’espace 0,1 mm sur X, Y et Z F1 Transférer la plaque dans le plateau Plaque insérée dans l’alvéole du plateau de rangement 0,5 mm en largeur et en longueur F0 Stocker des badges sans plaque Capacité de stockage 400 badges F0 * Flexibilité F0 : critère et niveau non négociables Sous épreuve E52 Présentation générale Page 5/30 Dessin d’un demi-badge inférieur contenant une plaque Données : cotes principales (a1) : épaisseur de la plaque de verre (a2) : largeur de la plaque de verre (a3) : longueur de la plaque de verre (b) : hauteur totale du demi-badge inférieur (c1) et (c2) : cotes du logement de la plaque de verre Surfaces dans le même plan Plaque de Verre (sa position dans son logement est aléatoire) Demi-badge inférieur Filtres métalliques successifs Filtre métallique Sous épreuve E52 Travail demandé Page 6/30 1. Configuration matérielle de l’automate Modicon M340 La machine de traitement automatique de badges est équipée de six moteurs pas à pas (PAP) et d’un moteur à courant continu (CC). Ces moteurs sont pilotés par des contrôleurs d’axe FESTO. Elle est également équipée d’actionneurs pneumatiques associés à un terminal de distribution FESTO. Le contrôleur de commande est un automate de type Modicon M340 de la marque Schneider Electric. Il s’agit de définir précisément les éléments constituant le contrôleur de commande. Vue synoptique de l’architecture matérielle de la partie commande : Données : Eléments constituants la configuration matérielle de l’automate programmable Modicon M340 - CPU M340 (Version >= 4.1) intégrant les ports de communication Modbus, CANopen et USB2 - Unité d’alimentation AC - Rack support (Prévoir un emplacement en réserve au minimum) - Module réseau Ethernet - Module(s) de sorties transistors (10 sorties) - Module(s) d’entrées 24 V (22 entrées) Documents ressources pages 12 et 13. NB : - Afin d’optimiser l’espace disponible, la configuration matérielle devra être la plus compacte possible tout en respectant les données ci-dessus. - PAP : Pas à Pas - CC : Courant Continu Question 1 (Compléter le document réponses page 24) - Déterminer la configuration matérielle. - Préciser l’emplacement et la référence exacte de chaque composant Bus CANopen Ethernet Modbus PC Supervision IHM Contrôleur FESTO CC @CANopen7 Contrôleur FESTO PAP @CANopen6 Répartiteur Répartiteur Répartiteur Terminal Distribution FESTO @CANopen8 Contrôleur FESTO PAP @CANopen4 Contrôleur FESTO PAP @CANopen5 Contrôleur FESTO PAP @CANopen2 Contrôleur FESTO PAP @CANopen3 Contrôleur FESTO PAP @CANopen1 API Modicon M340 @CANopen 0 Entrées TOR Sorties TOR Sous épreuve E52 Travail demandé Page 7/30 Étude de l’implantation sur la plaque CEM Définition : Compatibilité Électromagnétique et Mesure de champ. La CEM (ElectroMagnetic Compatibility) est la capacité d’un appareil ou d’un système à fonctionner de façon satisfaisante dans son environnement électromagnétique sans provoquer lui-même des perturbations électromagnétiques (dépassant des limites spécifiées dans des normes). Elle ne peut pas se mesurer directement. Pour pouvoir écrire quantitativement la CEM, on distingue :  L’émissivité électromagnétique (EMI = ElectroMagnetic Interference) qui indique le pouvoir perturbateur d’un équipement électrique et  L’immunité (susceptibilité) électromagnétique qui indique la capacité à supporter les perturbations (« susceptibilité aux perturbations électromagnétique » EMS = ElectroMagnetic Susceptibility). Il s’agit d’assurer un fonctionnement satisfaisant des composants de l’armoire électrique sans générer de perturbations électromagnétiques. L’étude portera sur l’implantation de 6 contrôleurs CMMS-ST FESTO pour moteur Pas à Pas, d’un contrôleur SFC-DC FESTO pour moteur à courant continu et de l’API Modicon M340 sur une plaque CEM (Compatibilité Électromagnétique). Espace maximal disponible : L = 1000 mm h = 400 mm À uploads/Industriel/ 970-bts-crsa-e52-2013-pdf.pdf