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Étude d’un Système Technique Industriel Bac Génie Électronique Session 2009 Éle

Étude d’un Système Technique Industriel Bac Génie Électronique Session 2009 Électronique 9IEELME1 BACCALAURÉAT SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité génie électronique Session 2009 Étude des Systèmes Techniques Industriels DISTRIBUTEUR DE PRÉPARATIONS CHAUDES Électronique Durée Conseillée 4 h 30 Lecture du sujet : 15mn Étude fonctionnelle : 15mn Étude FP1 : 1h30mn Étude FP2 : 1h15mn Étude FP4, FP5 et FP9 : 1h15mn Bac Génie Électronique Session 2009 Étude d’un Système Technique Industriel 9IEELME1 Sujet Électronique Page C1 sur 9 SUJET A. Analyse fonctionnelle : Q1- Quels avantages présente le paiement par clef électronique pour l’utilisateur du distributeur de préparations chaudes ? Q2- Quel type de liaison permet la communication entre la clef de paiement et le distributeur de préparations chaudes ? Q3- Quelle est la fonction du bol B et des électrodes E1 ,E2 et E3 ? Q4- Pourquoi le signal électrique envoyé sur l’électrode E1 doit il avoir une valeur moyenne nulle ? B. Étude des fonctions FP1 et FP3 : « Contrôle du niveau d’eau dans le chauffe-eau » et « Remplissage du chauffe-eau » La fonction FP1 peut se décomposer selon le schéma fonctionnel suivant : 1. Étude de la fonction FS11 : « Génération d’un signal électrique sur l’électrode E1 » Cahier des charges de la fonction : La fonction FS11 doit envoyer sur l’électrode E1 du bol de détection du niveau d’eau un signal rectangulaire de valeur moyenne nulle et de fréquence environ 300Hz. Q5- Encadrer sur le document réponse DR1 (page CR1), le schéma structurel associé à la fonction FS11. Q6- À l’aide de la documentation constructeur du 4093 (page CAN1), tracer le signal PT2 en fonction du signal PT1 sur le document réponse DR2 (page CR2). Indiquer les valeurs des tensions remarquables de PT1 et PT2. Q7- Calculer les temps haut et bas (tH, tL), la période et la fréquence du signal obtenu en PT2. Commande de l’électrovanne de remplissage FS13 Génération d’un signal électrique sur l’électrode E1 FS11 Détection du signal sur les électrodes réceptrices E2 E3 FS12 Détection d’un disfonctionnement lors du remplissage FS14 BOL E1 E2 E3 MAX MIN EVEF ALE Remplissage chauffe-eau FP3 Eau Eau Vers le chauffe-eau EVON EVOFF Info visuelle alarme Bac Génie Électronique Session 2009 Étude d’un Système Technique Industriel 9IEELME1 Sujet Électronique Page C2 sur 9 Q8- Justifier la présence de C2 dans le montage par rapport au cahier des charges. Q9- Tracer alors le signal E1 sur le document réponse DR2 (page CR2). 2. Étude de la fonction FS12 : « Détecter le signal sur les électrodes réceptrices des niveaux haut (électrode E3) et bas (électrode E2) » Cahier des charges de la fonction : La fonction FS12 doit, lorsqu’elle détecte un signal sur une des deux électrodes (ou les deux), indiquer si le niveau d’eau a atteint son niveau maximum ou son niveau minimum. Lorsque le niveau d’eau est minimum (E2 et E3 hors de l’eau), la sortie MIN est au niveau logique 1 sinon elle est au niveau logique 0. Lorsque le niveau d’eau est maximum (E2 et E3 dans l’eau), la sortie MAX est au niveau logique 1 sinon elle est au niveau logique 0. Q10- Encadrer sur le document réponse DR1 (page CR1), le schéma structurel associé à la fonction FS12. Q11- Calculer la tension de référence VREF. Des mesures effectuées sur les signaux NB et NH ont donné les chronogrammes représentés sur le document réponse DR3 (page CR2). Q12- Après avoir reporté la valeur de la tension VREF calculée précédemment en superposition avec le signal NB, tracer le chronogramme de MIN attendu. Vous justifierez vos résultats en indiquant la fonction du circuit intégré U2. Q13- Après avoir reporté la valeur de la tension VREF calculée précédemment en superposition avec le signal NH, tracer le chronogramme de MAX attendu. Vous justifierez vos résultats en indiquant la fonction du circuit intégré U3. Q14- Compléter le document réponse DR3 (page CR2) en indiquant les instants où le bol est vide. Q15- Compléter alors les chronogrammes de MIN et MAX liés à la fonction FS12 sur le document réponse DR4 (page CR3). 3. Étude de la fonction FS13 : « Commande de l’électrovanne de remplissage » Cahier des charges de la fonction : La fonction FS13 doit ouvrir l’électrovanne d’arrivée d’eau froide lorsque le chauffe-eau est vide et la fermer lorsque le chauffe-eau est plein. Q16- Encadrer sur le document réponse DR1 (page CR1), le schéma structurel associé à la fonction FS13. Q17- À l’aide de la documentation constructeur du 4013 (page CAN1), définir la fonction de la structure réalisée par le circuit intégré U4. Bac Génie Électronique Session 2009 Étude d’un Système Technique Industriel 9IEELME1 Sujet Électronique Page C3 sur 9 Q18- Élaborer alors la table de vérité en utilisant le nom des entrées (MIN et MAX) et des sorties (EVON et EVOFF) de la fonction FS13. Q19- Compléter alors les chronogrammes EVON et EVOFF liés à la fonction FS13 sur le document réponse DR4 (page CR3). On considère que le transistor T1 fonctionne en régime de commutation. Q20- Quel est l’état de T1 lorsque EVON est au niveau logique 0 et à 1. Compléter alors l’état de T1 sur le document réponse DR4 (page CR3). Q21- Quel est le rôle de la diode D5 ? Justifier sa présence dans l’application. Q22- Quel est l’état de l’électrovanne EV (ouverte ou fermée) lorsque EVON est au niveau logique 0 et à 1. Compléter alors l’état de l’électrovanne sur le document réponse DR4 (page CR3). 4. Étude de la fonction FS14 : « Détection d’un disfonctionnement lors du remplissage » Cahier des charges de la fonction : La fonction FS14 doit déclencher un signal d’alarme et permettre la visualisation de cette alarme si le chauffe-eau ne s’est pas rempli au bout de 15s. Le niveau actif de ce signal d’alarme, nommé ALE, est à définir dans l’étude qui suit. Q23- Encadrer sur le document réponse DR1 (page CR1), le schéma structurel associé à la fonction FS14. Q24- À l’aide de la documentation constructeur du 4538 (page CAN1), définir le mode de fonctionnement de la structure réalisée par le circuit intégré U5. Q25- Déterminer l’expression de la durée de l’état instable du signal de sortie TMP15. Calculer cette valeur. Q26- À l’aide de la documentation constructeur du 4013 (page CAN1), définir le nom de la structure réalisée par le circuit intégré U6. Expliquer succinctement le rôle des entrées EVON, EVOFF et TMP15 sur cette structure. Q27- Compléter alors les chronogrammes de ALE et TMP15 liés à la fonction FS14 sur le document réponse DR4 (page CR3) en précisant les niveaux et fronts actifs des signaux de commande et les durées caractéristiques. On considère que le transistor T2 fonctionne en régime de commutation. Q28- Quel est l’état de T2 lorsque ALE est au niveau logique 0 et à 1. Compléter alors l’état de T2 et de la led D6 sur le document réponse DR4 (page CR3). Q29- Pourquoi l’alarme se déclenche t-elle lors du 2ème remplissage du chauffe-eau et pas lors du 1er remplissage ? Bac Génie Électronique Session 2009 Étude d’un Système Technique Industriel 9IEELME1 Sujet Électronique Page C4 sur 9 C. Étude de la fonction FP2 : « Régulation de la température de l’eau » La fonction FP2 peut se décomposer selon le schéma fonctionnel partiel suivant : Principe de la régulation de température : Afin d'avoir un chauffage rapide, une température d'eau constante et une consommation d'énergie moindre, la régulation de température s'effectue avec un signal rectangulaire nommé VMLI dont on fait varier le rapport cyclique. On appelle la température mesurée : Vmes et la température de consigne : Vcons Si 0° C < Vmes < Vcons -10° C: - le signal de commande VMLI a un rapport cyclique η=1 - le chauffage est maximal Si Vcons -10° C < Vmes < Vcons : - le rapport cyclique η du signal de commande VMLI est compris entre 0 et 1 (voir graphique ci-contre) - le chauffage est proportionnel à la température mesurée Si Vmes > Vcons : - le signal de commande VMLI a un rapport cyclique η=0 - l’eau n’est pas chauffée. Pour l’étude qui suit la consigne de température est réglée à 70° C Q30- A partir de la température de consigne, pour quelles valeurs de température de l’eau le chauffage sera t-il maximum ? Q31- Quelle sera la valeur du rapport cyclique du signal de commande de chauffage si la température mesurée est de 60° C, 65° C puis 70° C ? Mesure et conversion de la température de l’eau en tension analogique FS21 Élaboration de la consigne de température de l’eau FS22 Amplification de la différence entre la consigne et la température de l’eau FS23 Génération d’un signal en dents de scie FS24 Élaboration du signal VMLI FS25 VMLI VTRI VBP VMES VCONS Chauffage θmes 100% 0% θcons – 10°C θcons η=1 η=0 Chauffage max Pas de chauffage Chauffage proportionnel Bac Génie Électronique Session 2009 Étude d’un Système Technique Industriel 9IEELME1 Sujet Électronique Page C5 sur 9 5. Étude de uploads/Industriel/ distributeur-prepa-chaudes-el.pdf