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Des erreurs de typographie se sont glissées dans le sujet, mais les candidats n’ont pas été pénalisés. Ces erreurs seront mentionnées le moment venu dans le corrigé

PARTIE A: GENERALITES SUR LE SOUDAGE PAR POINTS A-1- Fusion des tôles sous les électrodes : A partir des propriétés géométriques du volume concerné et des propriétés des matériaux donnés dans le dossier technique

A-1-1. Donner l’expression de la résistance électrique que présentent les tôles au passage du courant: Rt1+ Rt2 en fonction des paramètres électriques et géométriques de l’ensemble « tôles+électrodes » On appellera le diamètre de l'électrode d et l'épaisseur d'une tôle e

4.

..2..221 2d

e

S

eRtRt

A-1-2. Courbe de réglage Ieff = f(Dt)

tIeffS

etIeffRtRtQfusionTambianteTfusioncSeQ ....2..21].[...2. 22

te

QfusionTambianteTfusionce

S

Ieff

...2

]..[.2.2

2

t

KSte

QfusionTambianteTfusionceSIeff

1

.....2

].[..2..

avec S=4

.2d

application numérique : *** le sujet conduisait à considérer que l’on fait fondre toute la masse avec un Qf de 272 J/kg, le résultat qui en découle est masse de fer à chauffer : 0,443g quantité de chaleur à apporter : 312 J I²t = 29,64 .106 A²s En réalité, Qf=272 10 3 J/kg Ce qui nous donne les valeurs suivantes : Quantité de chaleur à apporter : 428,6 J I²t = 43,28.106 A²s

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Comportement de la zone de contact tôle – tôle. Justifier sans calcul les affirmations suivantes.

A-1-3. La résistance de contact Rc3 a une valeur importante par rapport à la résistance des tôles. A cause de la rugosité de la surface des tôles, les surfaces ne se touchent que par quelques points de contact qui représentent une surface très petite (environ 10%, la section réelle de passage de courant est très faible donc la résistance de cette zone est plus élevée)

A-1-4. La fusion commence toujours dans cette zone. L'effet Joule produit est proportionnel à la résistance dans laquelle passe le courant, il est donc beaucoup plus grand dans cette résistance de contact que dans les tôles, l'échauffement de cette zone sera beaucoup plus conséquent et le fer atteindra sa température de fusion très vite à cet endroit.

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A-1-5. La résistance de contact décroît très vite et la durée de cette phase est très courte (en pratique inférieure à 20 ms).

Cette diminution de résistance est due à deux phénomènes: - Le phénomène de micro-constriction dure très peu de temps, en effet dès que le

courant passe, la section de passage du courant augmente et s'étale rapidement à toute la surface de contact

- Dès que le métal entre en fusion, cette zone se liquéfiant disparaît et la résistance de contact disparaît

A-1-6. Il faut appliquer un effort de serrage déterminé (ni trop fort ni trop faible)

sur les tôles. La résistance de contact a une valeur à peu près inversement proportionnelle à l’effort de serrage.

- Si l’effort de serrage est trop important, la résistance de contact produit un effet joule trop faible pour déclencher la fusion à cet endroit. Le point de soudure sera de mauvaise qualité

- Si l’effort de serrage est trop faible, la résistance de contact produit un effet joule trop important, la fusion sera très brutale et risque de projeter du métal en fusion. Le point de soudure sera défectueux

- Si l’effort de serrage est vraiment trop faible, la résistance de contact est telle que la régulation de courant efficace arrive en limite de fonctionnement, l’intensité sera trop faible et la fusion ne sera pas atteinte.

Comportement de la zone de contact électrode - tôle Justifier sans calcul les affirmations suivantes.

A-1-7. Les résistances de contact Rc1 et Rc2 ont une valeur faible par rapport à Rc3 Le phénomène est le même que pour l'espace tôle - tôle mais l'électrode, en cuivre légèrement allié, est très malléable, la surface de contact est donc très grande, la résistance est donc très faible.

A-1-8. En cours de soudage, la température superficielle peut atteindre quelques 600°C, la structure de l'électrode en cuivre va se modifier au fur et à mesure des soudures qu'elle réalise:

- la surface de contact va augmenter - la résistivité va augmenter à cause de la présence du zinc à la surface des tôles à souder.

Préciser les incidences de ces phénomènes sur la qualité des points de soudure et sur la durée de vie des électrodes.

- la malléabilité du cuivre augmente avec la température, les efforts de serrage

successifs que subit l'électrode chaude va la déformer en augmentant la surface de contact

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- le zinc fond à 418°C et se vaporise à 906°C, ce métal fondu (voire vaporisé) va

diffuser (constitution d'un alliage par interpénétration des molécules) à l'intérieur de l'électrode pour former du laiton, l'extrémité de l'électrode voit donc sa résistivité augmenter au fur et à mesure des points de soudure qu'elle réalise

l'intensité efficace est constante, la section de passage du courant augmente il faut pour réaliser le point de soudure dans les mêmes conditions, augmenter l'intensité efficace au fur et à mesure des points de soudures pour garder une densité de courant constante: correction de Ieff en fonction du nombre de points de soudure réalisés le laiton étant plus résistif que le cuivre, l'électrode va devenir de plus en plus résistive, elle va chauffer plus, se déformer plus et la tension d’alimentation finira par atteindre la valeur maximum : il faudra donc supprimer cette pellicule de laiton en surface de l'électrode par rodage périodique (tous les 300 points de soudure), ceci ne pouvant se faire que 3 fois, on change les électrodes tous les 1000 à 1200 points de soudure

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Tension entre électrodes: A-1-9. Calculer la valeur efficace de la tension à appliquer entre les électrodes

pour réaliser un point de soudure en supposant que les tôles ne sont que résistives.

IeffRcRtRcRtRcU .22311 =(20+5+200+5+20).10.10-3= 2,5V

La qualité du point de soudure: En pratique, une certaine tolérance de réglage des 3 paramètres (Ieff, Dt et effort de serrage) est possible.

A-1-10. Remplir le tableau du document réponse DR1 en indiquant les effets indésirables observés lorsqu’on s’écarte trop des réglages optimaux.

Dt et effort de serrage corrects

Ieff trop important Tôles trouées et éjection de matière

Ieff trop faible Tôles collées, point de soudure non fiable

Ieff et effort de serrage corrects:

Dt trop important Tôles trouées et éjection de matière, risque d’écrouissage des tôles

Dt trop faible Tôles collées, point de soudure non fiable

Ieff et Dt corrects: un effort de serrage trop

important Tôles collées, point de soudure non fiable

un effort de serrage trop faible

Tôles collées, point de soudure non fiable

A-2- Procédé A partir du chronogramme (cf DTA fig 4 et page 3/8) détaillant les différentes phases du procédé, construire un Grafcet de macrodescription.

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A-3- Le refroidissement en soudage par résistance

A-3-1 Justifier la présence de deux circuits de refroidissement par soudeuse (cf DTA fig 8). Dans la soudeuse, les deux électrodes sont des zones à échauffement important Le moteur de serrage et le transformateur le sont un peu moins Les électrodes ne sont pas dans les mêmes conditions de refroidissement, il faut donc pouvoir régler indépendamment le débit d’eau dans chacune d’ elles d’où deux circuits indépendants Un circuit de refroidissement est constitué de l'électrode mobile et le transformateur L'autre circuit de refroidissement est constitué de l'électrode fixe et le moteur L'eau froide passe d'abord dans les électrodes Le réglage de débit est indépendant pour chacun de ces circuits

A-3-2 Calculer la puissance évacuée par l'eau de refroidissement pour chaque soudeuse (cf DTA )

WTTcQTTct

mPTTcmQ m 836010.4180.

60

12).(.).(.:).(. 121212

A-3-3 En déduire la puissance totale dissipée par l’ensemble des soudeuses MWkWPP 688,666888360.800.800max

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PARTIE B: LE CIRCUIT DE PUISSANCE DE LA SOUDEUSE

PARTIE B1: ETUDE DU MODULATEUR D'ENERGIE DE LA SOUDEUSE "50 HZ":

B1-I MODELISATION de l’ensemble « TRANSFORMATEUR + ELECTRODES »

B1-I-a. Déterminer Zs , module de l’impédance du modèle équivalent de la soudeuse représenté figure 2 du DTB1

ns I

UZ

2

20

avec U20 valeur efficace de la tension secondaire du transformateur à vide = 13,5V sous tension primaire nominale de valeur efficace U1n = 400V I2n valeur efficace nominale relevée lors de l'essai « électrodes serrées » pour le point de fonctionnement suivant : -pleine conduction -tension primaire nominale de valeur efficace U1n = 400V AN :

m587023000

513Zs ,

,

B1-I-b. En déduire Zp , module de l’impédance du modèle équivalent de la

soudeuse représenté figure 3 du DTB1

B1-I-c. - Montrer que l’expression du courant primaire i1 (t) peut se mettre sous la

forme :

tBAetit

Lp

Rp

sin)(1

- Exprimer A et B en fonction de U1m , Zp , ψ et φ

Le rapport de transformation du transformateur m est donné par la relation :

n1

20

U

Um

AN :

033750400

513m ,

,

Par ailleurs

2s

p m

ZZ

)(

AN :

5150033750

105870Z

2

3

p ,),(

.,

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L’expression du courant i1 en fonction du temps est la somme de 2 termes : - un terme iL(t) résultant du fonctionnement en régime libre du système - un terme iF(t) résultant du fonctionnement en régime forcé du système * iL(t)

)(

.)(

tL

R

L

LPLP

P

P

eAti

soit

0dt

diLiR

Pour une conduction à partir de l’angle ѱ *iF(t) Une solution particulière de l’équation différentielle s’écrit :

)tsin(Z

U)t(i

P

M1F

avec : -U1M valeur maximale de la tension u1(t)

- )R

L(arctg

P

P ou )Z

Rcos(ar

P

P

Soit )t(

L

R

P

M11

P

P

Ae))tsin(Z

U()t(i

A

t , le courant i1(t) s’annule, soit )sin(Z

UA

P

M1 =0

Par suite :

( )

1 11( ) ( sin( )) ( sin( ) )

P

P

Rt

LM M

P P

U Ui t t e

Z Z

B1-I-d. Exprimer φ en fonction de Rp et Zp

)Z

Rcos(ar

P

P

B A

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B1-I-e. En déduire la valeur de ψ pour laquelle la conduction des thyristors

devient continue.

Pour ѱ = φ, le terme sin (ѱ - φ) est nul et l’expression du courant i1(t) devient :

)tsin(Z

U)t(i

P

M11

La conduction des thyristors devient continue et le courant i1(t) est sinusoïdal pour

B1-I-f. Relever φ

En déduire les valeurs de Rp et Lp à 50 Hz

Lors de ce relevé, la limite de la conduction continue est obtenue pour ѱ = φ =24°

(réglage par la console) D’après l’expression établie en B1-I-d , on a :

)cos(ZR PP avec φ = 24° AN :

47,0)24cos(.515,0RP 2P

2PP RZL

AN : 2 20,515 0,47 0,21PL à 50 Hz

B1-I-g. Relever la valeur maximale de ψ Justifier la nécessité de cette butée vis-à-vis du courant de maintien ( Ithhold ) des thyristors.

La butée ѱ =153° est donnée par la courbe %Imax(ψ) ; elle permet d’assurer la mise

en conduction des thyristors en garantissant une valeur du courant principal supérieure à la valeur du courant de maintien de ceux-ci.

B1-II VERIFICATION DES PERFORMANCES DE SOUDAGE

B1-II-a. Calculer Rpt et Lpt à 50 Hz, respectivement résistance et inductance

totales ramenées au primaire du transformateur

Ppt

toPpt

LLm

RRR

2

car Lto est négligeable AN :

Page 10 sur 36

3

2

0,265.100,5 0,733

0,03375

0,2

pt

pt

R

L

B1-II-b. En déduire :

- Zpt , module de l’impédance totale ramenée au primaire - φ, argument de Zpt

* 2pt

2ptpt )L(RZ

AN ;

76,02.0733,0Z 22pt

* )R

Larctan(

pt

pt

AN :

157330

20)

,

,arctan(

B1-II-c. Montrer que la valeur de 1 est régie par la relation :

tgtg ee )sin()sin(1

1 Pour t= 1, le courant i1 s’annule, par suite :

tg

tg

1

)(L

R

1

e)((sin(

e

1)sin(

0)e))((sin()sin(

1

1pt

pt

en posant pt

pt

R

Ltg

soit

tgtg1 e)sin(e)sin(

1

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B1-II-d. Etablir l’expression de UT , valeur efficace de la tension primaire du transformateur en fonction de :

-U1 valeur efficace de la tension d’alimentation réseau - 1 -ψ

D’après la figure 6 du document DTB1

d)sinU(

1dt)tsinU(

T

2U 21

M1

12

M12T

1

12M1

1 2M1

2T 2

2sin

2

Ud)

2

2cos1)(U(

1U

2

2sin2sinUU 112

12T

2

2sin2sinUU 11

1T

B1-II-e. A l’aide de la figure 7 du DTB1, déterminer la plage de réglage de ѱ permettant d’atteindre la valeur efficace du courant de soudage de 12 kA quelque soit U1

AN :

0,76. 12000.0,03375 307,8TU V

La tension d’alimentation réseau peut subir des fluctuations en valeur efficace de +/-10% La valeur efficace minimale U1m de la tension primaire U1 vaut :

U1m = 0,9.400 = 360V soit 855,0U

U

m1

T et un angle ѱ m lu sur la courbe figure 7 du document DTB1

de 68°. La valeur efficace maximale U1M de la tension primaire U1 vaut :

U1M = 1,1.400 = 440V soit 7,0U

U

M1

T et un angle ѱ M lu sur la courbe figure 7 du document DTB1 de

91°.

La plage de réglage de ѱ donc de 68 à 91° pour compenser les fluctuations du réseau

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0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

UT/U1

YY m Y M

B1-II-f. Déterminer l'évolution de cette plage de réglage en tenant compte de la

loi de compensation d’usure des électrodes (cf DTB1).

La valeur maximale du courant de soudage après compensation est obtenue après 300 points de soudure (entre 2 rodages) ; elle vaut :

))300

N(1,01(II S2maxS2 avec I2S = 12kA et N = 300 points

AN : kA2,13)1,1.(12I maxS2

-la butée minimum est obtenue pour I2Smax= 13,2kA et U1m = 360V ,

UT = Zpt . I2Smax = 338,6V , 94,0U

U

m1

T et ѱ m=50°

-La butée maximum est obtenue pour I2S = 12 kA et U1M = 440V soit ѱ M=91° (cf

question précédente)

La plage de réglage de ѱ est de [50° , 91°]

B1-II-g. Le cycle de soudage décrit figure 5 du DTB1 prévoit 15 alternances

maximum pour 1 point de soudure. Vérifier que les conditions de fonctionnement imposées par ce cycle n’entraînent pas un échauffement excessif du transformateur (cf DTB1).

La contrainte thermique I2t imposée au transformateur par le cycle de soudage ne doit pas dépasser celle imposée par le fonctionnement du transformateur en régime permanent, ce qui implique :

ѱ m (B1-II-f) ѱ m (B1-II-e) ѱ M

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on2S

2P2 tITI avec

I2P : valeur efficace du courant secondaire du transformateur en régime permanent (7,4 kA) IS : valeur efficace du courant de soudage imposé par le cycle (12kA) T : période du cycle de soudage (3s) ton : durée de passage du courant de soudage de 0,3s (15 périodes secteur) soit un courant de soudage:

onPS t

TII 2

AN :

3,0

34,7IS kA

kA4,23kA12IS

Le transformateur ne subira pas d’échauffement excessif. B1-II-h. A l’aide du DTB1

- calculer le facteur de marche FM de la soudeuse ; - vérifier que l’intensité du courant équivalent thermique Ith est inférieure à la valeur nominale du courant secondaire I2np du transformateur.

* Le temps de repos correspond au rodage et à l’évacuation des pièces entre 2 cycles de 300 points : il est en moyenne de 30 s. * On négligera l’effet de la compensation d’usure d’électrodes.

Le facteur de marche FM est à calculer dans le cas d’un fonctionnement discontinu (300 points , 1 point d’une durée maximale de TS=0,3s toutes les 3s), soit : -un temps de cycle TC = 300x3s + 30 s = 930 s -des temps de soudage TS identiques de 0,3 s . soit

%7,9930

3,0.300FM

L’intensité équivalente thermique du courant secondaire est calculée sur 60s de fonctionnement (cf document technique DTB1), ce qui donne :

60

TI20I S

2S2

th

..

AN :

kA8,360

)3,0.12000.(20I

2

th < 7,4 kA

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B1-III GENERATION D’HARMONIQUES DE COURANT Remarque du jury de correction : la partie sous harmoniques n’a pas été abordée volontairement.

B1-III-a. - Déterminer les valeurs du fondamental et des harmoniques de tension de la tension uT relatifs à la valeur efficace de la tension U1=400 V et appelés

F% , H3% , H5% , H7% et H9% pour les valeurs de ѱ suivantes : 60°, 70°, 80°et 90°. - Reporter les valeurs dans le document réponse DR2

B1-III-b. - En déduire, pour la valeur de ѱ égale à 80° (valeur efficace U1 ≈ 400

V) et pour une valeur efficace du courant I1 de 405 A, les valeurs du fondamental et des harmoniques de courant appelés IF , IH3 , IH5, IH7 et IH9.

- Reporter les valeurs dans le document réponse DR3. - Tracer le spectre harmonique de courant.

S21 I.mI

AN :

A40512000033750I1 ., et une valeur efficace de la tension aux bornes du transformateur

12

pt2

pt1ptT I.LRI.ZU

AN :

V314405.2,075,0U 22T

L’angle ѱ suit les fluctuations du réseau : pour calculer la valeur efficace du

On relève sur la figure 9 du document technique DTB1 les valeurs suivantes pour une valeur efficace de la tension d’alimentation U1 = 400V:

ѱ en ° Valeur efficace UT (V)

Fondamental F (V)

H3 (V) H5 (V) H7 (V) H9 (V)

60 360 335 96 63 30 18 70 339 305 115 60 24 31 80 313 271 129 49 34 36 90 284 234 139 38 46 27

Le même tableau établi en valeurs relatives donne

ѱ en ° Valeur efficace UT (%)

Fondamental F (%)

H3 (%) H5 (%) H7 (%) H9 (%)

60 90 83,75 24 15,75 7,5 4,5 70 84,75 76,25 29 15 6 7,75 80 78,3 67,75 32.25 12,25 8,5 9 90 71 58,5 33.75 9,5 11,5 6.75

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fondamental et des harmoniques de tension , il faut tenir compte des variations de U1, d’où le tableau suivant :

ѱ en ° UT (V) UT/U1 (cf

figure 7 du

DTB1)

U1 (V) F (V) H3(V) H5(V) H7(V) H9(V)

60 314 0,9 349 292 84 55 26 16 70 314 0,85 369 281 107 55 22 29 80 314 0,78 403 273 130 49 34 36 90 314 0,71 442 259 149 42 51 30

Pour le fondamental, la valeur efficace du courant est :

ptZ

FIF

Pour les harmoniques, la valeur efficace du courant est :

ptn

nn Z

HIH avec 2pt

2ptptn nLRZ

d’où les tableaux de résultats suivant : Rang de

l’harmonique Fondamental Rang 3 Rang 5 Rang 7 Rang 9

Zptn () 0,776 0,96 1,25 1,59 1,95

ѱ (°) I1 (A) IF (A) IH3 (A) IH5 (A) IH7 (A) IH9 (A)

80 405 348 134 39 21 19

Et le spectre harmonique suivant pour ѱ = 80° (U1 # 400V)

0

50

100

150

200

250

300

350

1 2 3 4 5

Harmoniques de courant pour U1= 400V (Y =80°)

IF(en A)

IH3

IH5

IH7 IH9

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B1-III-c. Calculer pour ѱ= 80°, le taux de distorsion harmonique TDHI% relatif à la valeur efficace I1

on rappelle que 1

2222

I

9IH7IH5IH3IH100TDHI

.%

B1-III-d.

Les dispositions constructives prises par l’entreprise pour - réduire les harmoniques renvoyés au réseau - relever le facteur de puissance global d’une ligne de soudage Sont :

l’alimentation 400 V des soudeuses entre phases la répartition équilibrée des soudeuses d’une ligne de production

sur les 3 phases une compensation globale par batterie de condensateurs au

secondaire du transformateur d’alimentation HTA/BTA.

Justifier ces dispositions. Les 2 premières dispositions associent des groupements similaires de soudeuses en triangle : de ce fait et dans le cadre d’un fonctionnement statistiquement régulier, les harmoniques 3 et multiples de 3 présents dans la ligne d’alimentation (qui sont ici prépondérants) sont atténués.

Le taux d’harmoniques TDHI% est réduit au minimum à 11% pour ѱ = 80° ‘au lieu de

35% Dès lors, une compensation globale de facteur de puissance -par condensateurs -basée sur le fondamental des tensions et courants est mise en place.

Le taux de distorsion harmonique relatif à la valeur efficace I1 est donné par l’expression

1

2222

I

9IH7IH5IH3IH100TDHI

.%

AN :

ѱ (°) TDHI%

80 35,2

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PARTIE C: SYSTEME DE SERRAGE DES ELECTRODES PARTIE C1: MOTORISATION PAR VERIN

C1-I A l’aide du DTC1, déterminer le diamètre et la section du piston du vérin. L’effort de serrage maximum est de 640 daN sous 10 bars ; d’après le document technique, on choisit le vérin : -de diamètre 100mm -de section de piston 78,5cm2 -d’effort dynamique 750 daN sous 10 bars

C1-II Déterminer :

- le taux de charge moyen du vérin: Tcm en % - le taux de charge maximum du vérin TcM en % - la valeur maximale de la tension de commande du régulateur UcM.

On rappelle que:

100.max

%disponibleimumEffort

moyenEffortTcm

100.max

max%

disponibleimumEffort

imumEffortTcM

AN : 400

% .100 53,3%750

Tcm

Le taux de charge maximum vaut AN :

640% .100 85,3%

750TcM

La valeur maximale de la tension de commande régulateur vaut :

VdisponibleimumEffort

imumEffortucM 53,810.

max

max

C1-III - Construire la fonction de transfert de l'effort de serrage en fonction de la tension de commande Fs = f(uc) pour la plage de réglage (130-525 bars). - En déduire l’incertitude maximale ΔFs en daN liée au réglage de Fs.

La plage de réglage d’effort 130-525 daN correspond à une variation de uc de 1,73-7V

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L’incertitude pour 5V vaut +/-10% soit 37,5 daN L’incertitude pour 6V vaut +/-9% soit 40,5 daN L’incertitude pour 7V vaut +/-7,5% soit 39,4 daN L’incertitude maximale est donc de 40,5 daN

C1-IV Etablir le schéma de raccordement pneumatique du régulateur, de l’électro-

distributeur et du vérin.

C1-V Proposer une solution technique industrielle qui permet d'atteindre la précision

requise (5%) sur toute la plage de fonctionnement. Le moyen d'obtenir une plus grande précision dans l'effort de serrage est d'insérer une boucle de régulation d'effort de serrage avec un capteur d'effort situé sur le bras mobile, un régulateur de type PID avec une sortie 0-10V qui commande un régulateur de pression

525 daN

750 daN

0 10V

Tension de commande uc issue de la CPC

130 daN

1,73V 7V

Effort

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PARTIE C2: MOTORISATION PAR MOTEUR ELECTRIQUE Ce moteur est du type synchrone autopiloté d'indice de protection IP55 refroidi à l'eau

C2-I Le cycle de fonctionnement. Déplacement de l’électrode mobile Position

t

t

t

Vitesse

Accélération

L

Fermeture Ouverture

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7

Serrage

Tc

Effort de serrage

t

Attente

Durées maximales pour respecter le cycle de soudage ;Tc = 3s T1 = T3 = T5 = T7 = 0,1s T2 = T6 = 0,1s T4 = 0,9s

C2-II Les caractéristiques du mouvement de la pince,

C2-II-a Calculer la longueur L du déplacement de l'électrode (cf DTC2 fig, 3), D'après la fig 3 du document DTC, l'angle de rotation de la pince est α = 30° d’où une longueur d'arc de .1DL L = 390 * 30 / 180 * π = 204,2 mm

Pour la suite des calculs, on prendra L=200 mm, C2-II-b Calculer l'accélération et la vitesse de croisière de l'électrode pour

respecter le cycle de fonctionnement imposé, Le mouvement est uniformément accéléré pendant les périodes d'accélération et de décélération

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002 ...

2

1ltvtal

Le mouvement est linéaire pendant la phase de vitesse constante

00. ltvl Les temps T1, T2 et T3 sont connus

D’où

, a = 10000 mm/s² et Vm = 1000 mm/s 50 mm parcouru pendant l'accélération et la décélération et 100 mm à vitesse constante

C2-III Les caractéristiques mécaniques du moteur,

C2-III-a Définir les grandeurs qui permettront de choisir le moteur parmi les deux propositions du constructeur (cf DTC2),

Un moteur est caractérisé par

- la vitesse maximale - le couple équivalent thermique - le couple maximum toléré en fonction du facteur de marche

C2-III-b Donner les expressions littérales des grandeurs définies dans la question

précédente, Calculer les valeurs numériques correspondantes,

En déduire le moteur le mieux adapté (cf DTC2), Le moteur fonctionne suivant 4 régimes différents: - Régime dynamique: accélération et décélération de la pince - Régime établi : vitesse constante de la pince - Régime statique: serrage de la pince: - Régime de repos: machine à l’arrêt entre deux points de soudure

Vitesse maxi du moteur

La soudeuse est en phase d'approche (vitesse positive)

* Déplacement X qui provoque la fermeture complète de la pince

12. .sin( / 2)X D

X = 2.195.sin (30/2) = 100,9 mm * Nombre de tours correspondant du moteur

p

XNt , p: pas de la vis

Nt = 100,9/ 5 = 20,18 tours

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* Vitesse de déplacement de l'extrémité de la vis:

2

1max1 .D

DVV

V1=1000.195/390=500mm/s soit 0,5 m/s * Vitesse de rotation maxi du moteur

p

Vn 1

max

nmax = 500/5=100 tr/s soit 100*60 = 6000 tr/min

Couple moteur On applique le principe fondamental de la dynamique

dt

dJCC eqrm

.

, L’énoncé précisait que le moment d’inertie équivalent à l’ensemble des pièces en mouvement ramené sur l’arbre moteur (rotor compris) Jeq était de 1400 10-3 kg.m² Les candidats pouvaient se rendre compte que cette valeur donnait un résultat inacceptable , la valeur réelle de Jeq était 1,400 10-3 kg.m² Les candidats ayant fait le calcul avec 1400 10-3 kg.m² n’ont bien sûr pas été pénalisés * Pendant la phase de vitesse constante:

Le couple résistant est nul donc le couple moteur vaut 0 * Pendant la phase d'accélération:

max .2.1 100.2.6283 / ²

1 0,1

ndrad s

dt T

Nmdt

dJC eqacc 8,86283.10.1400. 61

* Pendant la phase de décélération:

Nmdt

dJC eqdec 8,86283.10.1400. 61

* Pendant la phase de serrage:

D2

D1

F2: serrage

F1 Vis au pas de 5mmC1

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- le couple moteur que doit fournir le moteur pour développer une force de serrage de 550 daN au niveau des électrodes,

DaND

DFF 1100

195

390.550.

1

221

D’où un couple moteur

1 1. . .2. . 2.msp p

C F r Fr

où r est le rayon primitif de la vis sans fin

0,00511000. 8,75

2.msC Nm

- la vitesse maximale que doit fournir le moteur est de 6000 tr/min - le couple nominal du moteur doit être supérieur ou égal au couple équivalent thermique La constante de temps thermique du moteur étant de 2 min, on peut considérer que le couple équivalent thermique permettra de dimensionner le moteur Couple équivalent thermique:

c

decaccmsdecaccn

i

n

iieqth T

TCTCTCTCTC

t

tCC 6

25

24

23

21

2

1

1

2......

2 2 2 2 2(8,8) .0,1 ( 8,8) .0,1 8,75 .0,9 (8,8) .0,1 ( 8,8) .0,15,77

3eqthC Nm

5,77nC Nm

Choix du moteur : La documentation constructeur donnait la vitesse nominale des moteurs mais omettait la vitesse maximale qui est en réalité de 6000 tr/min , le couple permanent admissible étant alors réduit de moitié.(9,5/2 Nm) Les deux moteurs conviennent. Le choix se fera donc par rapport à la tension d’alimentation du moteur 345 V Le variateur est alimenté en triphasé 400 V , la plage d’utilisation du variateur sera plus importante et le courant consommé plus faible. On choisit le moteur B. Vérification du régime impulsionnel - le couple maxi ne doit pas engendrer une intensité supérieure à l'intensité maxi admissible par le moteur .

- L’intensité maximale que peut supporter le moteur est 6,4A en régime permanent ou

2,5 .6,4A si le facteur de marche ne dépasse pas 30%

Lors des phases d’accélération et de décélération , on atteint 6000 tr/min avec un

couple maxi de 8,8Nm , l’intensité absorbée est 8,8/1,48=5,95Aqui est inférieure à

8A :.

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C2-IV Les caractéristiques du codeur de position La position finale de l'électrode mobile doit être précise (+ / - 0,2 mm) Cette précision est définie par le codeur de position placé sur le rotor du moteur,

1. Choisir le codeur parmi les 2 propositions du constructeur (cf DTC2), La course totale est de 200mm, ce qui correspond à une rotation du rotor de 20,18 tours Une distance de 0,2 mm correspond à 20,18*0,2/200=0,02018 tour, il faut donc que le codeur ait plus de que 1/0,02018=50 pas, un codeur de 512 pas suffit largement

2. En déduire la fréquence maxi des impulsions, la fréquence maximale des impulsions est atteinte quand le rotor tourne à 6000 tr/min soit une fréquence de 100*512=51200 impulsions / s

C2-V Solution adoptée par le constructeur de la soudeuse, Pour la suite du problème, on admettra que c'est le moteur B qui est choisi,

C2-V-a Le moteur, Recenser les avantages de ce type de moteur dans cette application,

De par son principe de construction, ce moteur synchrone supporte bien les surintensités et il évacue bien la chaleur dégagée essentiellement au stator Ce qui lui permet de produire

- des accélérations importantes, - des cycles de fonctionnement très courts - un couple à l’arrêt

C2-V-b La structure du variateur de vitesse: circuit de puissance, Filtre Onduleur MLI

M

Onduleur MLI

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C2-V-c La structure du variateur de vitesse: circuit de contrôle

R

Codeur

M3

Ampli de puissance

Analyse du codeur

Valeur réellepositionvitesse

Id,iq

Régulateur de courant

Filtre valeur de référence de courant

Valeur de consigne en mode régulation de courant _consI_ext

Régulateur de vitesse

Filtre de référence régulateur de vitesse

Valeur de consigneen mode régulation de vitesse

Action directe sur la vitesse

Valeur de consignevitese supplémentaire

Générateur de profil

Consigneset validation profil

Limitation de saut

Ctrl_Kpp Ctrl_nmax Ctrl_TAUrefn Ctrl_Kpnctrl_KTn

Ctrl_Imax

Ctrl_TAUrefi

Ctrl_TAUrefp

Ctrl_Kfp

Sel_2

Resolver

C

Vitesse

Posit ion

C2-V-c-1 Autopilotage:

- Préciser la fonction du resolver Il permet de connaître la position du rotor et ainsi de commander l'onduleur pour alimenter correctement le stator du moteur pour avoir un couple moteur maximum

C2-V-c-2 Régulation du courant:

- Localiser par un trait de couleur la boucle de régulation du courant sur DR5, - Indiquer le type d'action du régulateur, - Préciser la valeur de la limitation de courant qu'il faut programmer dans cette application pour un couple max de 10 Nm,

Le régulateur est du type PI afin d'avoir une erreur nulle Le moteur consomme au maximum 5,9 A, la limitation de courant est réglée à 6 A

C2-V-c-3 Régulation de la vitesse:

- Identifier sur DR5 la boucle de régulation de vitesse, - Indiquer le type d'action du régulateur, - Indiquer les variables de réglage affectées à ce régulateur et le rôle de chacune d'elles, - Identifier le capteur de vitesse, - Préciser la nature du signal de sortie de ce capteur, - Préciser la variable de limitation de vitesse,

Le régulateur est du type PID Variables: Ctrl_Kpn et Ctrl_KTn, l'action dérivée n'est pas accessible La modération de l'action P permet de garder un fonctionnement stable L'action intégrale permet de rendre l'erreur de vitesse nulle

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L'action dérivée augmente la vitesse de réponse Le capteur de vitesse est le codeur incrémental Le signal qu'il fournit est un créneau dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation La variable de limitation de vitesse est Ctrl_nmax

C2-V-c-4 Régulation de la position: - Identifier sur DR5 la boucle de régulation de position, - Indiquer le type d'action du régulateur, - Identifier le capteur de position, - Que se passe-t-il si le gain Kp est trop grand? - Que se passe-t-il si le gain Kp est trop petit? Peut-on admettre un dépassement de la réponse à un échelon de consigne? Justifier la réponse,

Le régulateur est du type P afin d'avoir une erreur nulle, il n'est pas nécessaire d'avoir une action intégral si on peut admettre une erreur de traînage Variable: Ctrl_Kpp C'est toujours le codeur incrémental la mesure de la position est construite à partir de l'intégrale de la vitesse d'où nécessité de traitement du signal de ce codeur Kp trop petit: réponse molle de la régulation de position: erreur de traînage importante: risque de ne pas respecter le temps de réponse Kp trop grand: réponse trop rapide de la régulation qui provoquera un dépassement de consigne et ainsi perturbera le serrage de la pince: Réglage inadmissible

C2-V-c-5 Régulation de l'effort de serrage: solution économique

On utilise la propriété qu'a le couple moteur d'être proportionnel à l'intensité absorbée par le moteur pour un moteur synchrone à aimants permanents commandé à Y=0 (isd=0), la relation est :

sqvsq ipiKtC ..3. avec p: nombre de paire de pôles Φv: flux rotorique

- Identifier sur le DR5 ce qui fera office de boucle de régulation de l'effort de serrage, - Indiquer ce qui correspond au signal de mesure de l'effort de serrage,

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- Où doit-on appliquer le signal de consigne d'effort (quand la soudeuse fonctionne en phase serrage)? - Après avoir rappelé la définition de la robustesse d'un asservissement, préciser d'où peuvent provenir les dérives des paramètres,

Comme l'intensité est l'image du couple moteur et que pendant le serrage, le fonctionnement est stable (pas de mouvement donc pas d'accélération: couple moteur = couple résistant), l'intensité est l'image du couple résistant donc de la force exercée par les pinces sur les tôles Réguler l'effort de serrage revient à réguler le courant absorbé par le moteur Le signal de mesure de l'effort est la valeur efficace de l'intensité absorbée par le moteur La consigne d'effort sera appliquée sur l'entrée _consI_ext et le sélecteur sel2 sera ms en position haute La robustesse d'un asservissement est la faculté qu'il a de garder des performances optimales malgré la dérive des paramètres des constituants de la boucle Dans notre cas, dérive en fonction de la température de la valeur du flux, des non linéarités des caractéristiques magnétiques, de la température ambiante (dilatation des matériaux de la chaîne d'action), de la température du moteur

C2-V-c-6 Régulation de l'effort de serrage: solution plus précise

Pour améliorer les performances (précision et robustesse), on ajoute un capteur de force pièzo-électrique délivrant un signal dont la fréquence est proportionnelle à la force mesurée, - Préciser les endroits où ce capteur peut être installé, - Compléter DR5 en intégrant cette solution,

Ce capteur de force s'installe à l'extrémité de la vis juste avant l'articulation 7 car il doit être placé assez loin des électrodes pour éviter les excès de température et es projections de métal, Il faut prévoir un régulateur extérieur (intégré dans le microsystème de contrôle commande) dont le signal de sortie (grandeur réglante) est connecté à l'entrée “ _cons_Iext “ et le commutateur sel2 doit être placé en position haute

C2-V-c-7 Coefficients de mise à l'échelle "utilisateur":

cf figure 4 DTC2 Pour faciliter le réglage du variateur, les paramètres à fournir sont exprimées en grandeurs "utilisateur", à savoir:

-l'épaisseur totale de tôles ept en mm -la vitesse maxi de déplacement de l'électrode Vmax en mm / s

- Exprimer les variables POS et VIT en fonction de L, ept et Vmax - En déduire les facteurs d'échelle

pour le déplacement (Ks = Ns / Ds en impulsions / mm)

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pour la vitesse (Kv = Nv / Dv en impulsions / s)

Remarque : Ni et Di sont des nombres entiers,

200mm ->20,18 tours soit un total de 20,18*512 impulsions=10332 impulsions d’où Ks = 10332 / 200=2583 / 50 Vitesse maxi = 1000 mm/s pour une vitesse de rotation du moteur de 100 tr/s soit 100*512=51200 impuls/s d’où Kv = 51200 / 1000 = 512 / 10

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PARTIE D: L'ALIMENTATION DE L'ATELIER DE SOUDAGE EN ENERGIE ELECTRIQUE:

D-1. LE POSTE DE LIVRAISON HTB

Caractéristiques de l'installation: (cf DTD fig1),

D-1-1. Justifier la présence de deux arrivées 90 kV, Deux lignes d'arrivée indépendantes permettent d'améliorer la continuité de service: en cas d'avarie sur une ligne, la seconde ligne permet encore l'alimentation de l'usine, Il aurait été plus judicieux d'avoir deux arrivées issues de deux zones géographiques différentes, Autre intérêt: si une ligne d'arrivée doit être coupée pour entretien, il y a possibilité d'alimenter l'ensemble de l'usine par la deuxième arrivée,

D-1-2. Calculer et commenter la valeur du facteur de puissance de l'arrivée 1,

tg φ=Q/P = 5,3/15,7=0,338 Le cos φ est de 0,947, valeur suffisante puisque supérieure à la valeur minimale acceptée par EDF (0,93) il n'entraîne pas de pénalités financières

D-1-3. Les transformateurs sont munis d'un régleur en charge, préciser son rôle, Compenser les variations lentes de la tension en ajustant la tension secondaire à 20 kV par crans successifs

- Quelle que soit la valeur de la tension primaire (fluctuation) - Quelle que soit la charge moyenne du transformateur (chute de tension interne) - Quelle que soit la tension primaire de chaque transformateur, les primaires sont

alimentés par des lignes séparées de grande longueur et la tension primaire n'est pas forcément la même

D-2. EFFET D'UNE PERTURBATION

D-2-1. Déterminer les composantes symétriques de tension simple produites pendant ce défaut,

Nous mesurons sur le relevé de la perturbation les valeurs efficaces suivantes : - avant la perturbation: VA = VB = VC = 53,3 kV - pendant la perturbation: VA = 63,95 kV, VB = 61,28 kV et VC = 22,65 kV

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VA

VB

VC

3V0

VA

VC

3Vd

3Vi

La composante homopolaire V0 = (VA + VB + VC) / 3 La composante directe Vd = (VA + a VB + a²VC) / 3 La composante inverse Vi = (VA + a² VB + aVC) / 3

V0= 22,37 kV Vd= 47,66 kV Vi= 3,67 kV

D-2-2. En déduire les composantes directe et inverse des tensions composées Ud et Ui,

Exprimer les en pourcentage de la valeur efficace de la tension composée normale,

Soit Ud =Vd * 1,732 = 82,55 kV Ui = Vi * 1,732 = 6,37 kV Soit une baisse de tension directe de (92,3 – 82,55) / 92,3 * 100 = 10,50 % une composante inverse de 6,37 / 92,3*100= 6,9 % une composante homopolaire de 0 car il n'y a pas de neutre

D-2-3. En déduire l'impact qu'a eu ce défaut sur le fonctionnement La norme EN 50160 autorise une fluctuation de la tension de +/- 10% - des moteurs de l'usine Pour les moteurs alimentés par un variateur de vitesse du type redresseur / filtrage capacitif en tête, la variation de tension n’aura aucun effet sur la vitesse, sauf une augmentation d’intensité dans les phases d’alimentation ayant la tension la plus élevée Pour les autres moteurs, une baisse de tension de 10,5 % implique une diminution du couple moteur d'environ 21%: une augmentation de la composante directe de l’intensité absorbée d’environ 10,5 % . Par contre, la composante inverse va créer un champ tournant inverse d’où une surintensité qui provoquera un échauffement supplémentaire du moteur

- de l'éclairage

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, il est généralement branché en phase et neutre, il faut recalculer les tensions secondaires en tenant compte des indices horaires des transformateurs. Remarque : dans le plus mauvais des cas où le transformateur est couplé en triangle / étoile, les tensions simples (ramenées à 230 V pour les tensions simples et 400V pour les tensions composées, on trouve V1= 219 V soit 95,21% : acceptable (moins de 10%) V2= 191,65 V soit 83,32% : inacceptable (plus de 10%) V3= 210 V soit 91,27% : acceptable (moins de 10%) U12= 354 V soit 88,49% : inacceptable (plus de 10%) U23= 337,11 V soit 84,27%: inacceptable (plus de 10%) U31= 383,84 V soit 95,96% : acceptable (moins de 10%) la baisse de tension va entraîner une baisse d'intensité lumineuse des lampes à incandescence et un risque pour les appareils alimentés par la phase la plus faible d’une extinction des tubes fluorescents suivie d'un réallumage (fluctuation ressentie) et d’une extinction des lampes luminescentes (qui ne pourront se réallumer qu'après un refroidissement assez long): risque de gêne et de danger dans les endroits sensibles,

- des automatismes, les automates ne vont pas réagir (alimentation continue filtrée) mais les circuits de commande à relais et contacteurs risquent d'être perturbés si la tension descend en dessous de 0,85 Vn et même sous 0,7 Vn pour certains contacteurs (baisse de tension de durée semblable au temps de réponse),risque de coupures de circuits intempestives, D-3. LE RESEAU BTA SOUDURE

D-3-1. Caractéristiques d'une soudeuse triphasée équivalente

8.0cos

7873*410

5.13*138003*

1

20max*2max3

2533*410

5.13*44403*

1

20*23

558186*3max*3max3

18060*3*33

AV

VII

AV

VnpInI

kVASS

kVASnnS

D-3-2. Puissance moyenne totale installée kVAananSmoyeqS 180010128110285581133 ....*...max

D-3-3. Le facteur de puissance,

- vérifier que l'énergie réactive fournie par cette batterie de condensateurs est suffisante pour ramener le cos de l'ensemble à 0,92

var10806.0*18002sin*33 kmoyeqSmoyeqQ kWmoyeqSmoyeqP 14408.0*18002cos*33

Pour avoir un cosφ1 de 0,92, il faut fournir var423)456.075.0(*1440)21(*3 ktgtgmoyeqPionQcompensat

Ce qui correspond aux deux batteries de condensateurs de 250 kvar

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- Justifier le fait que la compensation de cos soit fixe bien que le fonctionnement des soudeuses varie fortement,

Les séquences de fonctionnement des soudeuses sont très courtes (15 périodes maxi toutes les 3 s), une compensation automatique par relais varmétrique n'a pas le temps de réagir La compensation se fait par valeur moyenne;

- Justifier l'emploi d'inductances montées en série avec ces condensateurs,

L’installation d’inductances (dites de choc ) en série avec les condensateurs permet la réduction des courants d’enclenchement à des valeurs acceptables pour l’organe de manœuvre correspondant Celles-ci s’avèrent nécessaires car la puissance de court circuit du réseau est très importante par rapport à la puissance de la batterie à connecter.

D-3-4. Schéma équivalent du tronçon étudié,

- Déterminer la position des deux points M et M',

Les points M et M' se situent au milieu de chaque canalis qui réalise la boucle d'alimentation

- Montrer que le tronçon étudié peut se représenter par le schéma équivalent des figures 7 et 7bis du DTD, Les deux M et M’ correspondent aux points milieux des deux tronçons

Z T71

Z AB

Z BD/2

Z T91

Z AB

Z BD/2

Z BD/2Z BD/2

It/2

Z réseau HTB

It/2

I9 I7

IA

IB

Z T71

Z AB

Z BD/4

Z T91

Z AB

Z BD/4

Z réseau HTB

It

I9 I7

Z Tr/2

Z AB/2

Zc

Z réseau HTB

It

Z BD/8

It

C

M

M’

B

A D

ZCD ZCD

ZBC/2 ZBC/2

ZBC/2 ZBC/2

ZBC/4 ZBC/4 ZBC/8

Zréseau HTB/2 Zréseau HTB/2 Zréseau HTB/2

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- Déterminer les impédances du réseau équivalent,

R en mΩ X en mΩ

Ztr 0,735 4,253

Zcan 0,446 0,148

Zc 0,341 0,114

D-3-5. Chute de tension maximale en cours de soudage: Remarque du jury : le calcul de la chute de tension a été fait avec les valeurs données dans l’énoncé du sujet

D-3-5-a Donner la relation qui permet de déterminer la chute de tension

XtrIcXtrRtraxpUP *)sin*cos*(*Im*[*31

D-3-5-b Donner la relation qui permet de déterminer la chute de tension totale "ΔUP2" au point P2

]sin*cos**Im*

*)sin*cos*(*Im*[*32

XcanRcanaxp

XtrIcXtrRtraxpUP

D-3-5-c Donner la relation qui permet de déterminer la chute de tension

totale "DUP3" au point P3 (aux bornes d'une soudeuse monophasée), sincos**Im*223 XcRcaxUPUP

D-3-5-d Exprimer la relation qui donne la tension U3 aux bornes d'une

soudeuse monophasé en fonction de "p" (on prendra U10 = 410V) DUP3 est de la forme ap+b - Déterminer a et b

3 *[Im *( *cos *sin ) Im * *cos *sin ]a ax Rtr Xtr ax Rcan Xcan

sincos**Im*2* XcRcaxXtrIcb

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- Tracer la courbe d'évolution de la tension U3=f(p),,

UP3 = f(p)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 2 4 6 8 10 12 14 16

D-3-5-e Quelle probabilité a-t-on d'avoir des mauvais points de soudure à cause d'une tension trop faible (cf §VII,b du DTD) ? On rappelle que le nombre total de soudeuses équivalentes est de 28

il ne faut pas dépasser 12 soudeuses triphasées équivalentes fonctionnant simultanément (Umini = 360V) La probabilité est de 5,64E-6 soit 12 * 5,64 points défectueux pour 1 000 000 soit 67 points défectueux pour 1 000 000 Par jour, l'ensemble des soudeuses réalisent 4000*2400 = 9 600 000 points , il faut s'attendre à avoir 643 points de soudures défectueux par jour donc plusieurs arrêts de production

Ic 704

Ismax 786

Rtr 0,000735

xtr 0,004253

Rcan 0,000105

Xcan 0,000035

Rc 0,0000341

Xc 0,000114

P 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

U10 410 410 410 410 410 410 410 410 410 410 410 410 410

DUP1 -0,91 3,36 7,64 11,91 16,19 20,46 24,74 29,01 33,28 37,56 41,83 46,11 50,38

DUP2 -0,77 3,65 8,07 12,48 16,90 21,32 25,74 30,15 34,57 38,99 43,41 47,82 52,24

DUP3 -0,62 3,80 8,22 12,63 17,05 21,47 25,89 30,30 34,72 39,14 43,56 47,97 52,39

UP3 411 406 402 397 393 389 384 380 375 371 366 362 358

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D-3-5-f De quelle réserve de puissance dispose-t-on sur ce tronçon ? - Remarque du jury : le document ressources indiquait une puissance nominale

des transformateurs de 1250 kVA dans le tableau et 1200 kVA dans le schéma - Les deux solutions ont été considérées comme exactes - La réserve de puissance est de 2* 1200 kVA – 1800kVA = 600 kVA ou 2 .1250-

1800=700 kVA

D-3-6. AJOUT DES 30 SOUDEUSES "1000 Hz"

D-3-6-a Que devient la puissance moyenne installée ?

3 3max. . 1 1 . 558* (28 5).0.1 1 28 5 1 .0.1 2077S moyeq S n a n a kVA

la puissance moyenne ne dépasse pas les 2500 kVA disponibles sur ce tronçon

D-3-6-b Que devient le facteur de puissance ? Le facteur de puissance n'en est que meilleur car le facteur de puissance des nouvelles soudeuses est de 0,98

D-3-6-c En déduire la probabilité d'avoir un point de soudure défectueux à cause

d'un nombre trop grand de soudeuses fonctionnant simultanément (cf §VII,b du DTD),

La probabilité d'avoir une chute de tension trop forte (U<360V) donnée pour n=14 comme précédemment Il faut refaire le calcul de probabilité avec n = 33 au lieu de 28 On trouve une probabilité de 3,88E-5 soit 38,8*12 points de soudure défectueux pour 1000 000 de points de soudure soit 466 points défectueux Comme la chaîne réalise 4000 points de soudures par véhicule et 2400 véhicules par jour, le risque de point de soudure défectueux à cause de la chute de tension est de 4474 points défectueux par jour,

D-3-6-d Conclusion: Peut-on ajouter les 30 soudeuses "1000 Hz"?

Oui sans trop de problème, ce calcul est très majorant et prend en compte le pire des cas, ce qui en pratique n'est pas atteint

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PARTIE E : LA COMMUNICATION DANS L’ATELIER DE SOUDAGE Questionnement : E-I- Communication entre le robot et sa soudeuse La figure 1 du DTE montre la communication entre le séquenceur d’un robot et la CPS de la soudeuse associée,

E-I-1. Définir les expressions : liaison RS 485 liaison point à point protocole INTERBUS,

-Liaison RS485 : réalisation matérielle au niveau couche physique de la communication -Protocole Interbus : *Protocole : langage commun entr’équipement du réseau défini dans la couche application (couche 7) de la communication ; il gère en particulier le canal des données du processus et les messages, *Interbus : réseau de communication développé par un constructeur particulier (Phoenix Contact),qui maintenant est normalisé

E-I-2. A partir des données fournies dans le dossier technique DTE , caractériser la liaison RS 485 en indiquant :

sa nature son type son type de transmission,

-Nature : liaison série -Type : full duplex (câble 5 fils) -Type de transmission : liaison asynchrone -Type de connexion : multipoint E-II- Communication entre le robot et sa soudeuse

E-II-1. Sur le document réponse DR 6 : - proposer un schéma architectural de l’ensemble du réseau répondant aux caractéristiques demandées

- préciser la nature des média utilisés, voir schéma suivant

E-II-2. Lister les matériels de connexion nécessaires, voir schéma suivant

E-II-3. - Définir l’adresse exacte de l’îlot 5 au niveau du réseau d’atelier et le masque correspondant, Adresse IP :192,168,0,5 masque réseau :255,255,255,0

- Définir l’adresse exacte du robot 8 de l’îlot 3 et le masque correspondant, Adresse IP :192,168,3,8 masque réseau :255,255,255,0

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Cellule Robot + soudeuse

Cellule Robot + soudeuse

Switch

Switch Switch Switch Switch

Switch

Téléphoneportable des techniciens de maintenance

Réseau GSM envoi de SMS

Serveur 1 Serveur 2 (redondance)

Supervision 1de l’atelier

Supervision 2de l’atelier

ILOT i

Réseau ETHERNET industriel redondant 100 Mbits/s en boucle fibre optique (adresse IP: 192.168.0.XXX)

Passerelle MODBUS TCP/IP INTERBUS

Gestion réseau

80 Switch pour 80 îlots de production

Automate programmable gestion des périphériquesde l’îlot

Pupitre dedialogue local

Automate programmablegestion de la chaînede production

Gestion des défauts

Réseau de communication ETHERNET de l’atelier de soudage

Routeur

Cellule Robot + soudeuse

Cellule Robot + soudeuse

Switch

ILOT i+1

Réseau ETHERNET 100 Mbits/sen étoile paires torsadées

Automate programmablegestion des périphériquesde l’îlot

Pupitre dedialogue local

RouteurRouteur

Routeur

Routeur

Routeur Adresse IP192.168.i.0

Adresse IP: 192.168.0.i

Adresse IP:192.168.i.1

192.168.i.2

Adresse IP:192.168.0.102

Adresse IP:192.168.0.101

Adresse IP:192.168.0.i+1