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CAE4AL S Session 2012 Brevet de Technicien Supérieur CONTRÔLE INDUSTRIEL et RÉG

CAE4AL S Session 2012 Brevet de Technicien Supérieur CONTRÔLE INDUSTRIEL et RÉGULATION AUTOMATIQUE U42 – Automatismes et logique Durée : 2 heures Coefficient : 2 Aucun document autorisé. Calculatrices interdites. Tout autre matériel est interdit. Avant de composer, assurez-vous que l’exemplaire qui vous a été remis est bien complet. Ce sujet comporte 11 pages numérotées de 1/11 à 11/11. ATTENTION : Les DOCUMENTS RÉPONSES (pages 8/11 - 9/11) et (pages 10/11 - 11/11) sont fournis en double exemplaire, un exemplaire étant à remettre avec la copie ; l’autre servant de brouillon éventuel. BTS CONTRÔLE INDUSTRIEL ET RÉGULATION AUTOMATIQUE Session 2012 AUTOMATISMES ET LOGIQUE Code : CAE4AL S Page 1/11 CAE4AL S Toutes les parties sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. Pages Barème Sommaire 2 Description du procédé 3 Première partie : Gestion de la stabilisation 3 7 points Deuxième partie : Élaboration de la consigne de débit d'air 4 6 points Troisième partie : Calcul du pointeur 4 4 points Quatrième partie : Mesure du potentiel Redox 5 3 points Annexe 1 : 6 Annexe 2 : 6 Annexe 3 : 7 Document réponse N° 1 8 et 9 Document réponse N° 2 10 et 11 Page 2/11 CAE4AL S Page 3/11 Station d'épuration biologique d'une petite collectivité Le traitement des eaux usées consiste en une succession d'opérations mécaniques (dégrillage, dessablage, dégraissage, décantation) et biologiques (élimination de l'azote ammoniacal, des composés carbonés, etc. à l'aide de bactéries). Un schéma de principe de ce traitement est donné en ANNEXE 1, page 6/11. Ici l'élimination de l'azote et du carbone est réalisée en trois phases : − Anoxie : L'oxygène dissout est quasiment absent et les nitrates sont présents → Des bactéries transforment les nitrates en Azote et en eau, en consommant du carbone (dénitrification). − Aérobie : L'oxygène dissout est présent, il est apporté par aération continue → D'autres bactéries transforment l'azote ammoniacal en nitrates (nitrification). − Stabilisation : Aération discontinue pour alterner les phases de nitrification et de dénitrification (évite les fermentations anaérobies lorsque l'oxygène dissout vient à disparaître) → élimination totale des ions nitrates. L'automatisation des différentes phases est réalisée à l'aide d'un Automate Programmable Industriel, à partir de mesures effectuées par des transmetteurs de débit d'air, de potentiel Redox (électrodes de Platine) et d'oxygène dissout (électrodes de Clark), vers des actionneurs de types vannes TOR et de régulation (systèmes d'aération par insufflation de fines bulles). PREMIÈRE PARTIE : GESTION DE LA STABILISATION Description de la stabilisation : Cette stabilisation est réalisée par une aération intermittente : alternance d'aération (nitrification) et de repos (dénitrification). Ceci tant que le sélecteur est sur automatique (auto). Nitrification : La vanne d'insufflation d'air (V_AIR) s'ouvre. La nitrification est suffisante si elle dure au moins 15 minutes et si la mesure de potentiel Redox (pR) dépasse le seuil haut (correspondant à 150 mV). Par contre, si elle dure plus de 60 minutes, elle s'arrête et une alarme de « montée trop lente » est enclenchée (cette alarme doit être acquittée par l’opérateur avant de poursuivre le cycle pour passer à l'autre phase). Dénitrification : La vanne (V_AIR) se ferme. La dénitrification est suffisante si la mesure de potentiel Redox (pR) passe sous le seuil bas (correspondant à -50 mV) ou si elle dure plus de 4 heures. Elle doit durer au moins 15 minutes, si la mesure de potentiel Redox descend sous le seuil bas en moins de 15 minutes alors une alarme « descente trop rapide » est enclenchée (cette alarme doit être acquittée par l’opérateur avant de poursuivre le cycle pour passer à l'autre phase). 1. Établissez le grafcet gérant la stabilisation en tenant compte de la description et du tableau de variables utiles en ANNEXE 2, page 6/11. CAE4AL S Page 4/11 DEUXIÈME PARTIE : ÉLABORATION DE LA CONSIGNE DE DÉBIT D'AIR La consigne de débit d'air est élaborée à partir d'une mesure mQ_air et d'un delta_air calculé par un module de logique non étudié ici à partir de la mesure d'oxygène dissout. Le principe de l’élaboration est le suivant : Toutes les minutes : - si la mesure d'oxygène dissout oxy est inférieure au seuil bas Oxy_min, alors la consigne cQ_air est égale à la mesure mQ_air plus le delta_air (la consigne ne devra pas être supérieure à 90%). - si la mesure d'oxygène dissout oxy est supérieure au seuil haut Oxy_max, alors la consigne est égale à la mesure mQ_air moins le delta_air (la consigne ne devra pas être inférieure à 20%). Si la mesure d’oxygène est comprise entre les deux seuils, la consigne est inchangée. 2. Complétez l'organigramme de calcul de la consigne de débit d'air et du bornage de celle- ci entre 20 et 90 %, en tenant compte de la description et du tableau de variables utiles en ANNEXE 2, page 6/11. (Document réponse 1, pages 8/11 et 9/11) TROISIÈME PARTIE : CALCUL DU POINTEUR Nous devons calculer la moyenne (rangée à l'adresse %MW430) des 5 dernières mesures de débit rangées dans 5 mots (de 16 bits) contigus de la mémoire de l'automate (%MW420 à %MW428, les mots de 16 bits étant numérotés de 2 en 2). Pour ce faire, à chaque fois que l'on rangera une mesure dans un de ces 5 mots, on positionnera un index (%MW10) sur sa valeur suivante. L'index évoluera ainsi de la valeur 0 à la valeur 4 pour repasser ensuite à la valeur 0, etc. La relation entre l'index et l'adresse mémoire correspondante est donnée dans le tableau ci-dessous : index i (%MW10) adresse (%MW..) pointeur P (%MW4) 0 420 3 360 1 422 2 424 3 392 3 3 408 4 428 3 424 Pour établir la relation entre l'index et l'adresse correspondante, on utilise l'adressage indirect qui permet d'écrire une seule instruction quelle que soit la valeur de l'index. L'instruction de transfert MOVE s’écrira par exemple : MOVE IN OUT %IW20 %MW[pointeur] Où le pointeur est un mot (ici %MW4), écrit entre crochets [ ]. Ce pointeur contient lui-même l'adresse considérée décalée de 3 bits à gauche (soit multipliée par 8 en décimal). Dans l’exemple ci- dessus, si %MW4 contient 3 392, la mesure %IW20 sera rangée à l’adresse %MW424. CAE4AL S Page 5/11 3. Sur le document réponse 2, pages 10/11 et 11/11 : 3.1 Compléter le tableau avec les valeurs manquantes. 3.2 Établissez l'équation reliant la valeur du pointeur P à l’index i correspondant, P = f(i). 3.3 À l’aide des fonctions logiques décrites en ANNEXE 3 page 7/11, proposez un logigramme permettant de générer le pointeur à partir de l'index. QUATRIÈME PARTIE : MESURE DU POTENTIEL REDOX Schéma fonctionnel : Automate U.C. Numérique Valeur Carte d'entrées Analogiques 4 – 20mA Signal Sonde + Transmetteur EM = 500mV -200mV à +300mV Potentiel Redox La notice technique de l'ensemble sonde-transmetteur annonce une mesure à 1,5mV près, soit 0,3% de l'E.M. Extrait du catalogue : Caractéristiques des modules d’entrées analogiques Type de modules d’entrées A B C D Nombre de voies 2 4 8 4 Gamme d’entrées 0-20 mA ou 4-20 mA, configurable Conversion analogique/numérique 8 bits 10 bits 12 bits 16 bits Période d’acquisition Cycle normal (ms) 27 51 30 1 Échelle de prix 1 2 3 4 La résolution d’un module est le plus petit écart entre deux valeurs numériques contiguës, exprimé en % de l’Etendue de Mesure du module. 4. Choisissez dans le tableau ci-dessus un module d'entrées analogiques permettant de récupérer l'information avec une résolution plus petite que l'erreur maxi de la sonde et au moindre coût. Argumentez votre choix par le calcul. (Rappel : les valeurs numériques d’un module d’entrée sur 8 bits vont de 0 à 255. 28 = 256, 210 = 1 024, 212 = 4 096, 216 = 65 536) Annexe 1 : Schéma de principe du traitement Zone Zone Zone CAE4AL S Annexe 2 : Tableau des variables Page 6/11 Entrées Type Commentaire auto Sélecteur 2 positions stables à 1 si sélecteur sur auto acq Bouton poussoir d’acquittement pR Signal issu de la sonde Redox valeur numérique sur 10 bits oxy Signal issu de la sonde d'oxygène dissout valeur numérique sur 10 bits Sorties V_AIR Vanne d'insufflation d'air Type monostable NF AL_M Alarme montée trop lente Voyant AL_D Alarme descente trop rapide Voyant Seuils et signaux PR_max Seuil haut de potentiel Redox correspond à 150 mV PR_min Seuil bas de potentiel Redox correspond à -50 mV Oxy_max Seuil haut d'oxygène dissout Oxy_min Seuil bas d'oxygène dissout cQ_air Consigne de débit d'air Ne peut évoluer qu’entre 20 % et 90 % delta_air correction de consigne de débit d'air calculé par un module de logique non étudié ici mQ_air moyenne des 5 dernières mesures de débit d'air CAE4AL S Page 7/11 Annexe 3 : Symboles de fonctions logiques sur mots Opérations arithmétiques : MULTIPLICATION, ADDITION, DIVISION IN1, IN2 et OUT : Format mot (16 bits). OUT correspond au résultat de l’opération logique spécifiée exécutée entre les mots présents sur les entrées IN1 et IN2. Une valeur immédiate peut être écrite en décimal en plaçant devant "d". MUL OUT IN1 uploads/Philosophie/bts-cira-2012.pdf