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
1
1
1
*
+ "!#!" !%,"- .!# $ !-" &)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
1
1
1
1
1
#
234
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.
5
$$%!"&"'
6
On souhaite assurer la fermeture de la porte dans un temps minimal, tout en contrôlant la vitesse des vantaux de façon àne pas bousculer un passager
Profil de la vitesse V (m.s-1)
Profil de l’accélération a (m.s-2)
Profil du déplacement X (mm)
0,305
0,13
-0,34
1,17
650550433
40
1 2 3
1 2 3
1 2 3
Profils des phases
0 t1 t2 t3 t4
0 t1 t2 t3 t4
0 t1 t2 t3 t4
Phase 1
Mise en mouvement des vantaux
avec une accélération constante
Phase 2
Déplacementdes vantaux
à vitesse rapide et constante
Phase 3
Décélérationconstante
pour atteindre
une vitesse réduite ce qui permet d’effectuer
la fin de fermeture
des vantaux en toute sécurité
7
'
Pour cela, déterminer les durées de chacune des 3 phases…
1 2 3
T1 = t1 T2 = t2-t1 T3 = t3-t2RAPPEL…
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
Durée de la phase
1
T1 = t1
ta X 2
21=
Or la vitesse initiale est nulle : v0 = 0
et la position initiale est nulle : x0 = 0 d’où
Ainsi aX
t2
1 =
Application numérique : 17,104,02
1x
t =
T1 = 0,261 s
xtvta X 002
21 ++=
2
1
1
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
Durée de la phase
2
T2 = t2-t1
On effectue un changement de repère. L’origine du nouveau repère correspond à t1
xtv X 0+= Avec v = 0,305 m.s-1
A t = 0 X = 0 soit x0 = 0
A t = T2 X = 0,433 – 0,04
d’où vxt
X 0−
=
305,004,0433,0
2−= TAinsi
T2 = 1,288 s
2
1
1
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
Durée de la phase
3
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+=
a
v vt 0−
= Application numérique : 34,0305,013,0
3 −−= T
T3 = 0,514 s
2
1
1
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
Pour cela, déterminer pour la phase 2, la force électromotrice E…
1. Détermination de la vitesse angulaire de la poulie motrice
RV
=ω DV
2=ωd’où 075,0
305,02 ×= ωd’où = 8,13 rd.s-1
2. Détermination de la vitesse angulaire du moteur
= 56,93 rd.s-1
3. Détermination de la force électromotrice E du moteur
KE e ×=d’où
r =Ωω
d’où r ω
=Ω = 7 x 8,13d’où
E = 0,28 x 56,93E = 15,94 V
3
1
1
1
*
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
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
c
m = d’où 28,0454,0
I =
I = 1,622 A
1
0,5
0,5
/
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)
Pour cela, déterminer pour la phase 2, la tension Umoy…
IU rE moy −= d’où IEU rmoy +=
Application numérique : 62,194,15 2xU moy +=
Umoy = 19,2 V
1
0,5
0,5
1
0,5
0,5
'(")"$$ $! ! " !! "$!& ! ,)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 %
5
'$*"( " ! & # 8
Les trois phases… En déduire leur durée respective…
La tension Umoy est représentative de la vitesse de l’arbre moteur
1 2 3
Phase 1
Mise en mouvement des vantaux
avec une accélération constante, la vitesse
est linéaire
Phase 2
Déplacementdes vantaux
à vitesse rapide et constante
Phase 3
Décélérationconstante
pour atteindre
une vitesse réduite, la vitesse est
linéaire
T1=0,25 s
T2=1,3 s
T3=0,6 s
2
11
6
'$*"( " ! & # 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
0,5
7
'$*"( " ! & # 8
Relever la tension Umoy pendant la phase [2] et comparer…
2
Umoy = 20 VUmoy calculée Umoy = 19,2 V
Umoydéterminée graphiquement
Umoy = 20 V
Ces résultats sont compatibles
1
0,5
0,5
'$*"( " ! & # 8
Relever la tension Umoy à la fin de la phase [3]…
3
Umoy = 10 V
0,5
'$*"( " ! & # 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
DV
2=ω
d’où
21 D
rVK
IrUe
imoy ×××−=
Application numérique :
( )[ ]2075,0
71
28,01
62,1210 ××××−=V
V = 0,129 m.s-1
2
1
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
'+("*"-& $$ $! !9 8
Calculer le couple Cmr correspondant à un effort résistant de 150 N
2D
FC mr ×=
Application numérique : 2075,0
150×=C mr
Cmr = 5,625 N.m
Le couple moteur rCC mrm ×= soit 71
625,5 ×=C m d’où Cm = 0,8 N.m
Le courant consommé par le moteur KCI
c
m = soit 28,08,0
I = d’où I = 2,87 A
# $
2
1
1
* '+("*"-& $$ $! !9 8
2,9 A
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
2
1 1
/ '+("*"-& $$ $! !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
1
0,5
0,5
1
! "
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
5
'#,("*"# !!" :" "!! -; ! !8
A partir de l’analyse du schéma fonctionnel de commande du moteur, compléter les chronogrammes…
&
2
1
1
6
A partir de l’analyse de l’algorithme de fermeture de la porte, compléterles chronogrammes…
'#,("*"# !!" :" "!! -; ! !8
5 V
0 V
Infobar
t
5 V
0 V
Csup
t
5 V
0 V
Aut_mot
t
5 V
0 V
Sens_mot
t.
Détection d’un passager
Fermeture de la porte
Détection d’une force > 150 N : la porte est complètement ouverte
1
1
2
2
Ouverture de la porte3
3
4
4
Arrêt du moteur 3 s
5
5
Fermeture de la porte6
6
Détection d’une force > 150 N : la porte est complètement fermée
7
7
Arrêt 8
8
2
1
1
7
2<
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 »
- "$"$= "!!$(*"$&$! !#! 8
-" ! '"!=% # !> "!9! ?%)""8
-(")" & $ ,$$ > ? - $ !& 8
/ 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.
* -(")"$$!!! $# $ !" ! .8
Pour cela, compléter le tableau…
24 V
0 V
11
6
12
5
13
4
0 V
24 V
14
3
15
2
16
1
###$"
#$%
5
5
Contact de verrouillage
ouvert
État de FP4
(0v ou 24V)
État de FP5
(0v ou 24V)
Manœuvre tramway
#' 0V 24 V Interdite
#'' 0 V O V Interdite
#6 24 V 0 V Interdite
#'' 0 V 24 V Interdite
! 24 V 24 V Autorisée
Cette information répond-t-elle au critère C5 ?
Cette information ne répond pas au critère C5 car le conducteur ne peut
pas localiser précisément la porte non verrouillée, il sait simplement
qu’au moins une porte (droite, gauche ou les deux) n’est pas
verrouillée.
/
/ -""$$!!! $# $ !" 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.
"'
"/
1
/47 5 8
-""$$!!! $# $ !" 9! +8
Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB…Analyse du protocole du bus de terrain MVB
' %!$ "
!0"! 1'&%)!!
'&%)!!&!2"$!"3!4"5
= #,# $ !
"$!"'3&"5
= #,# $ !
Un protocole définit la procédure d’établissement de connexion, de transfert de message, de fin de connexion entre le maître (ordinateur) et les esclaves (unités électroniques indépendantes)
Chaque élément raccordé sur le bus possède une adresse de 12 bits. Pour les platines de portes, les 8 bits de poids forts sont figés à 48H et les 4 bits de poids faible sont paramétrables par la mise en place de cavaliers sur les cartes électroniques ECDU.
5
/47 5 8
-""$$!!! $# $ !" 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.
6
/47 5 8
-""$$!!! $# $ !" 9! +8
Déterminer les deux trames transmises sur le bus de terrain MVB…Analyse du protocole du bus de terrain MVB : exemple
48H
7
/47 5 8
-""$$!!! $# $ !" 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