Session Juin 2004 Presentation Correction - Frees2i.bordeaux.free.fr/Sujets Bac SI/Session...

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PRESENTATION DU SYSTEMEdurée conseillée : ? min pour la lecture des pages

PREMIERE PARTIE : ETUDE FONCTIONNELLEdurée conseillée : ? minutes 10points

DEUXIEME PARTIE : ETUDE DE L’ETAPE DE COULISSEMENTdurée conseillée : ? minutes 33points

TROISIEME PARTIE : ETUDE DE L’ETAPE DE VERROUILLAGEdurée conseillée : ? minutes 37points

QUATRIEME PARTIE : VALORISATION DE L’ETUDE GLOBALEdurée conseillée : ? minutes 8points maximum de bonus

Dans les transport en commun, la sécurité des personnes transportées constitue un souci prioritaire, préalable à celui de la rapidité et du confort. Le dispositif de portes d’accès aux passagers doit satisfaire à un certain nombre de contraintes.

Chacune des 12 portes d’accès de passagers au tramway est constituée de deux vantaux coulissants. Le coulissement des vantaux s’effectue à l’extérieur de la rame, ensuite ils s’escamotent vers l’intérieur et se verrouillent mécaniquement, ce qui autorise le tramway à quitter la station.

La fermeture des vantaux s’opère en trois étapes. Pour tout point d’un

vantail, on observe la trajectoire par rapport au montant de la porte :

- De A à C Etape de COULISSEMENT. La trajectoire est une droite AC.

- De C à E Etape de LOUVOIEMENT. La trajectoire est un arc de cercle CE.

- De E à G Etape de VERROUILLAGE. La trajectoire est une droite EG.

! ! " # $! % " $ !& !!'"$&$!& ! " "" !( $)3

1ère étape : de A à C. Etape de coulissement

C’est un mouvement de translation rectiligne selon l’axe X

2ème étape : de C à E. Etape de louvoiement

C’est un mouvement de translation circulaire

3ème étape : de E à G. Etape de verrouillage

C’est un mouvement de translation rectiligne selon l’axe Y

+ "!#!" !%,"- .!# $ !-" &)3

Les unités informatiques de supervision permettent de centraliser des informations ou de transmettre des ordres vers l’ensemble des

12 portes ou inversement.

Ces unités informatiques sont en relation également avec les unités indépendantes (climatisation, pantographe…)

« Chaque tramway est doté d’un système autonome de communication et de gestion de l’information, en relation avec toutes les unités indépendantes (la climatisation, le pantographe, les portes d’accès…). Ce système comprend deux unités informatiques de supervision, situées dans chacun des postes de conduite, aux extrémités de la rame. Certaines informations doivent être centralisées et transmises depuis les deux postes de conduite vers l’ensemble des 12 portes, ou inversement. »

+# ! !" ,"!%%!* 0 )4

2 3 4 5

2 : énergie électrique modulée – Tension –Rapport cyclique

3 : énergie mécanique de rotation – Vitesse angulaire - Couple

4 : énergie mécanique de rotation – Vitesse angulaire - Couple

5 : énergie mécanique de translation – Vitesse linéaire - Force

L’objet de cette étude consiste àvalider l’optimisation du temps de

fermeture des vantaux lors de l’étape de coulissement, dans le respect de

la sécurité des personnes

Les deux vantaux coulissants sont suspendus à la poutre de fermeture par l’intermédiaire de glissières àbilles.

Pendant toute cette étape de coulissement, la poutre

de fermeture est maintenue fixe à l’extérieur de la rame

par les barres de conjugaison.

$$%!"&"'

On souhaite assurer la fermeture de la porte dans un temps minimal, tout en contrôlant la vitesse des vantaux de façon àne pas bousculer un passager

Profil de la vitesse V (m.s-1)

Profil de l’accélération a (m.s-2)

Profil du déplacement X (mm)

650550433

Profils des phases

0 t1 t2 t3 t4

Phase 1

Mise en mouvement des vantaux

avec une accélération constante

Phase 2

Déplacementdes vantaux

à vitesse rapide et constante

Phase 3

Décélérationconstante

pour atteindre

une vitesse réduite ce qui permet d’effectuer

la fin de fermeture

des vantaux en toute sécurité

Pour cela, déterminer les durées de chacune des 3 phases…

T1 = t1 T2 = t2-t1 T3 = t3-t2RAPPEL…

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Durée de la phase

T1 = t1

ta X 2

Or la vitesse initiale est nulle : v0 = 0

et la position initiale est nulle : x0 = 0 d’où

Ainsi aX

Application numérique : 17,104,02

T1 = 0,261 s

xtvta X 002

21 ++=

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Durée de la phase

T2 = t2-t1

On effectue un changement de repère. L’origine du nouveau repère correspond à t1

xtv X 0+= Avec v = 0,305 m.s-1

A t = 0 X = 0 soit x0 = 0

A t = T2 X = 0,433 – 0,04

d’où vxt

X 0−

305,004,0433,0

2−= TAinsi

T2 = 1,288 s

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Durée de la phase

T3 = t3-t2

On effectue un changement de repère. L’origine du nouveau repère correspond à t2

xtvta X 002

21 ++=

A t = 0 v = 0,305 m.s-1 soit v0 = 0,305 m.s-1

A t = T3 v = 0,13 m.s-1

Avec a = - 0,34 m.s-2

vt av 0+=

v vt 0−

= Application numérique : 34,0305,013,0

3 −−= T

T3 = 0,514 s

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Pour cela, déterminer pour la phase 2, la force électromotrice E…

1. Détermination de la vitesse angulaire de la poulie motrice

=ω DV

2=ωd’où 075,0

305,02 ×= ωd’où = 8,13 rd.s-1

2. Détermination de la vitesse angulaire du moteur

= 56,93 rd.s-1

3. Détermination de la force électromotrice E du moteur

KE e ×=d’où

r =Ωω

d’où r ω

=Ω = 7 x 8,13d’où

E = 0,28 x 56,93E = 15,94 V

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Pour cela, déterminer pour la phase 2, le courant moteur I…

1. Détermination du couple moteur Cm :

rCC mrm ×= Application numérique :71

18,3 ×=C m mNC m .454,0=

2. Détermination du courant moteur I :

IKC xcm = soitKCI

m = d’où 28,0454,0

I = 1,622 A

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)

Pour cela, déterminer pour la phase 2, la tension Umoy…

IU rE moy −= d’où IEU rmoy +=

Application numérique : 62,194,15 2xU moy +=

Umoy = 19,2 V

'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)1

Pour cela, déterminer pour la phase 2, le rapport cyclique en %…

Umoy = 24 x d’où24

U moy =α

Application numérique :24

2,19 100x =α = 80 %

'$*"( " ! & # 8

Les trois phases… En déduire leur durée respective…

La tension Umoy est représentative de la vitesse de l’arbre moteur

Phase 1

Mise en mouvement des vantaux

avec une accélération constante, la vitesse

est linéaire

Phase 2

Déplacementdes vantaux

à vitesse rapide et constante

Phase 3

Décélérationconstante

pour atteindre

une vitesse réduite, la vitesse est

linéaire

T1=0,25 s

T2=1,3 s

T3=0,6 s

'$*"( " ! & # 8

Comparer les valeurs obtenues avec les temps calculés précédemment…

T1 T2 T3

Temps calculés

Temps déterminés graphiquement

T1 = 0,261 s T2 = 1,288 s T3 = 0,514 s

T1=0,25 s T2=1,3 s T3=0,6 s

Ces résultats sont compatibles

'$*"( " ! & # 8

Relever la tension Umoy pendant la phase [2] et comparer…

Umoy = 20 VUmoy calculée Umoy = 19,2 V

Umoydéterminée graphiquement

Umoy = 20 V

Ces résultats sont compatibles

'$*"( " ! & # 8

Relever la tension Umoy à la fin de la phase [3]…

Umoy = 10 V

'$*"( " ! & # 8

…et calculer la vitesse du vantail correspondante (le courant absorbé est de 1,62 A)

E : Force électromotrice du moteur

Umoy : Tension moyenne d’alimentation du moteur

r : Résistance d’induit du moteur

I : Courant absorbé par le moteur

Ke : Constante de force électromotrice

: Vitesse angulaire de l’arbre moteur

: Vitesse angulaire en sortie du réducteur

r : Rapport de réduction du réducteur

V : Vitesse linéaire du vantail

D : Diamètre primitif de la poulie motrice

IU rE moy −=

KE e ×=

r =Ωω

d’où

imoy ×××−=

Application numérique :

( )[ ]2075,0

62,1210 ××××−=V

V = 0,129 m.s-1

Lorsqu’un effort résistant supérieur à 150 N est détecté pendant une durée de plus de 0,2 s au cours de la fermeture des vantaux, le microcontrôleur inverse la commande moteur dans un délai de

0,5 s maximum.Intensitéimportante correspondant à la phase de démarrage du moteur

Surintensité liée au blocage du vantail

Temps de réaction du système de commande

La tension s’inverse : le vantail s’ouvre

'+("*"-& $$ $! !9 8

Calculer le couple Cmr correspondant à un effort résistant de 150 N

FC mr ×=

Application numérique : 2075,0

150×=C mr

Cmr = 5,625 N.m

Le couple moteur rCC mrm ×= soit 71

625,5 ×=C m d’où Cm = 0,8 N.m

Le courant consommé par le moteur KCI

m = soit 28,08,0

I = d’où I = 2,87 A

* '+("*"-& $$ $! !9 8

Relever sur l’oscillogramme les durées pendant lesquelles le courant est supérieur ou égal à 2,9 A (courant correspondant au couple précédent)

t ≤ 0,2 s t = 0,5 s

Phase de démarrage Phase de blocage

/ '+("*"-& $$ $! !9 8

Conclure sur :

- L’évolution des oscillogrammes de la tension et du courant,

- L’évolution du mouvement de la porte.

Intensitéimportante correspondant à la phase de démarrage du moteur

Surintensité liée au blocage du vantail

Temps de réaction du système de commande

La tension s’inverse : le vantail s’ouvre

Lors d’une détection d’une présence par une cellule photoélectrique, la porte interrompt immédiatement son mouvement de fermeture et repart en cycle d’ouverture. Cela implique :

- La prise en compte de l’information logique Infobar délivrée par la cellule dans l’algorithme de fermeture de la porte

- L’influence sur le sens de rotation du moteur dont le schéma fonctionnel est donné ci-dessous…

) &'≥ '*+ (

&', " ≥ (

Temp_ouv

'#,("*"# !!" :" "!! -; ! !8

A partir de l’analyse du schéma fonctionnel de commande du moteur, compléter les chronogrammes…

A partir de l’analyse de l’algorithme de fermeture de la porte, compléterles chronogrammes…

'#,("*"# !!" :" "!! -; ! !8

Infobar

Aut_mot

Sens_mot

Détection d’un passager

Fermeture de la porte

Détection d’une force > 150 N : la porte est complètement ouverte

Ouverture de la porte3

Arrêt du moteur 3 s

Fermeture de la porte6

Détection d’une force > 150 N : la porte est complètement fermée

Arrêt 8

L’objet de cette étude consiste àanalyser la solution technique mise

en œuvre pour maintenir et contrôler le verrouillage des portes, lors de l’étape de verrouillage, dans le

respect de la sécurité des personnes.

Lors de la fermeture des vantaux et àl’issue de l’étape de verrouillage, un dispositif permet de maintenir les portes en position fermée, le moto réducteur n’étant plus alimenté. Le cahier des charges impose à ce dispositif…

- De contenir un effort de poussée de 250 N appliqué

sur chaque vantail,

- De communiquer à l’unitéde supervision l’information « fin de course verrouillée »

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/ 0 # 1

Pour desLa ligne de train LT est constituée d’un ensemble de fils électriques véhiculant des informations logiques en 0-24 V.

Le bus de véhicule multifonctionnel MVB est un bus de terrain, de type liaison RS485, et transporte des messages à une vitesse de 1,5 Mbits/s.

Le tramway ne peut pas démarrer tant

! 2 3 " #

"! 2 4

que toutes les portes ne sont pas correctement fermées et verrouillées

raisons de sécurité, leconducteur est informé duverrouillage des 12 portes(numérotées de 1 à 6 et de11 à 16) par la ligne de trainLT et par le bus de terrain MVB.

* -(")"$$!!! $# $ !" ! .8

Pour cela, compléter le tableau…

Contact de verrouillage

ouvert

État de FP4

(0v ou 24V)

État de FP5

(0v ou 24V)

Manœuvre tramway

#' 0V 24 V Interdite

#'' 0 V O V Interdite

#6 24 V 0 V Interdite

#'' 0 V 24 V Interdite

! 24 V 24 V Autorisée

Cette information répond-t-elle au critère C5 ?

Cette information ne répond pas au critère C5 car le conducteur ne peut

pas localiser précisément la porte non verrouillée, il sait simplement

qu’au moins une porte (droite, gauche ou les deux) n’est pas

verrouillée.

/ -""$$!!! $# $ !" 9! +8

/47 5 8

Pour cela, compléter le tableau…

Porte Niveau de S6 Adresse basseInformations

transmises sur le bus MVB

O V 4H 4H, S6=0

24 V 7H 7H, S6=1

#'6 O V BH BH, S6=0

L’information “ est transmise vers le poste de conduite via le bus de terrain MVB.

Chaque contact de porte transmet l’information de verrouillage porte [S6] sur la carte électronique EDCU.

L’information est ensuite codifiée puis envoyée par la carte électronique au poste de conduite via le bus de terrain MVB.

/47 5 8

-""$$!!! $# $ !" 9! +8

Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB…Analyse du protocole du bus de terrain MVB

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!0"! 1'&%)!!

'&%)!!&!2"$!"3!4"5

= #,# $ !

"$!"'3&"5

= #,# $ !

Un protocole définit la procédure d’établissement de connexion, de transfert de message, de fin de connexion entre le maître (ordinateur) et les esclaves (unités électroniques indépendantes)

Chaque élément raccordé sur le bus possède une adresse de 12 bits. Pour les platines de portes, les 8 bits de poids forts sont figés à 48H et les 4 bits de poids faible sont paramétrables par la mise en place de cavaliers sur les cartes électroniques ECDU.

/47 5 8

-""$$!!! $# $ !" 9! +8

Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB…Analyse du protocole du bus de terrain MVB

Le maître interroge un des esclaves et attend sa réponse...

L’esclave concerné répond...

Le message se termine par un signal électrique spécifique (ED : End delimiter)

L’émetteur du message génère l’octet de contrôle avec un algorithme spécifique. Celui qui reçoit le message effectue la même opération et peut ainsi vérifier s’il n’y a pas eu d’erreur de transmission.

/47 5 8

-""$$!!! $# $ !" 9! +8

Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB…Analyse du protocole du bus de terrain MVB : exemple

/47 5 8

-""$$!!! $# $ !" 9! +8

Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB lorsque…

Le maître interroge la porte 15 sur l’état de son contact de verrouillage,

La porte 15 répond qu’elle n’est pas verrouillée à cause d’un obstacle.

Le maître interroge la porte 15 et attend sa réponse...

1 1101 0000 0010 0100 1000 1010 xxxx xxxxPorte 15

La porte 15 répond...

1 1001 1000 xxxx x1xx xxx0 xxxx xxxx xxxx

Porte non verrouilléePorte bloquée par un obstacle

/47 5 8

-""$$!!! $# $ !" 9! +8

Cette information répond-elle au critère C5 ?

"! 2 4

Oui, car le conducteur est informé du numéro de la porte qui n’est pas verrouillée

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