Automatique 2004 Tronc commun Hautes Etudes d'Ingénieur (Lille)

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Examen du Supérieur Hautes Etudes d'Ingénieur (Lille). Sujet de Automatique 2004. Retrouvez le corrigé Automatique 2004 sur Bankexam.fr.

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• Publié par: bankexam
• Publié le: 09 août 2008
• Nombre de lectures: 79
• Langue: Français

Extrait

Hautes Etudes d’Ingénieur
HEI 3 - Tronc Commun
EPREUVE D’AUTOMATIQUE
Durée : 3 heures
Date : 23 juin 2004
Documents non autorisés
1 . TRANSCODEUR
Soit un système logique à quatre entrées a , a , a , a et quatre sorties b , b , b , b (a et b sont les3 2 1 0 3 2 1 0 3 3
bits de poids fort de chacun des mots binaire). Ce système reçoit sur ses entrées le code binaire réfléchi
d’un chiffre décimal et produit en sortie le code binaire à exces de 3 correspondant. Le code à excès de
3 d’un chiffre A est égal au code binaire naturel du nombre décimal A + 3. Un tel système est
appelé "transcodeur".
La table suivante vous définit le codage binaire réfléchi (CBR) des chiffres décimaux :
N CBR
0 0 0 0 0
1 0 0 0 1
2 0 0 1 1
3 0 0 1 0
4 0 1 1 0
5 0 1 1 1
6 0 1 0 1
7 0 1 0 0
8 1 1 0 0
9 1 1 0 1
1. Ecrire la table de vérité des 4 fonctions logiques réalisées par ce système.
2. Donner les premières et deuxièmes formes technologiques les plus simples de ces 4 fonctions.
3. Réaliser le logigramme des bitsb etb de ce transcodeur uniquement à l’aide de portes NOR3 2
et de portes NON.
12 . SYNTHESE D’UN COMPTEUR SYNCHRONE
Soit le compteur synchrone suivant :

D Q D Q D Q D Q 0 0 1 1 2 2 3 3
D Q D Q D Q D Q
Q Q Q Q H H H H
H
1. En sachant que la valeur initiale de ce compteur est la valeur décimale 1, déterminer en
expliquant clairement votre résultat la séquence réalisée par ce compteur.
2. Donner, si possible, les équations permettant de réaliser cette séquence en technologie asyn-
chrone à l’aide de bascules JK front descendant et possédant des entrées de forçage non
complémentées (nous ne prendrons pas en compte le bouton initialisation pour la réalisation
asynchrone de ce compteur).
3 . AUTOMATISATION D’UN PROCESSUS DE BRASSAGE
Présentation du processus
Selon la législation française en vigueur, la dénomination "bière" est réservée à la boisson obtenue par
fermentation alcoolique d’un moût préparé à partir du malt de céréales, de sucres alimentaires, de hou-
blon et d’eau potable. La fabrication simplifiée de la bière comprend trois grandes étapes : le maltage, le
brassage et la fermentation.
– LE MALTAGE - Le maltage est l’opération consistant à humidifier une céréale pour commencer une
germination qui est interrompue par séchage. L’orge est l’ingrédient de base utilisé lors de la fabrica-
tion de la bière mais l’amidon contenu dans ces grains d’orge n’est à l’état brut, ni soluble dans l’eau,
ni fermentiscible. Pour cela, l’orge est donc transformée en malt d’orge (appelé malt tout simplement
par abus de langage). Plus la température de séchage augmente, plus le malt devient caramélisé voire
foncé. En continuant d’augmenter la température, le grain d’orge peut être torréfié comme le café pour
obtenir un malt noir. L’opération de maltage est également nécessaire pour le froment (blé), indispen-
sable au brassage des bières dites "blanches". Selon le type de bière qu’il désire fabriquer, le brasseur
choisira différents malts.
– LE BRASSAGE - Le but du brassage est d’obtenir à partir des matières premières (eau, malt et hou-
blon) un jus sucré et aromatisé, appelé moût. Nous étudierons cette opération plus en détail par la
suite.
– LA FERMENTATION - Le maltage a permis de faciliter l’extraction de l’amidon contenu dans l’orge
pour l’opération de brassage. L’amidon a ainsi été transformé en sucres fermentiscibles et le moût a
2été stérilisé et additionné de houblons. La dernière étape, la fermentation permet alors par addition de
levures, de transformer les sucres présents dans le moût en alcool et en CO . Une fois fermentée, la2
bière peut être conditionnée en bouteilles ou en fûts.
MALT MALT MALT MALT
PILSEN MUNICH CHOCOLAT DE
FROMENT
MO−AGIT
EAU
CHAUDE
VA−PILS VA−MUN VA−CHO VA−FRO
VA−EAU
CONCASSEUR
MO−CONCHOUBLON
AMERISANT
HOUBLON
CUVE D’EMPATAGEAROMATIQUE
PMP−MALT
VA−AMER
VA−AROM
VA−EMP
VA empat−vide
PMP−MAISH
va2va1
CUVE D’EBULLITION
temp−ebul
CUVE FILTRE
VA−EBUL
VA−FILebul−vide
filt−vide
PMP−MOUT
PMP−FILvers la cuve
de fermentation
FIG. 1: Schéma du processus de brassage de la bière
Dans ce cahier des charges, nous allons principalement nous intéresser à l’opération de brassage. De
nouveau, ce cycle comporte trois tâches différentes :
– le concassage et l’empâtage,
– la filtration,
– l’ébulition.
Le schéma de la figure 1 (figure agrandie à la fin de l’énoncé) permet d’appréhender les différentes étapes
du brassage :
– Concassage et empâtage - Avant d’être utilisés lors du brassage, les grains de malt doivent d’abord
être grossièrement concassés pour faciliter l’extraction de l’amidon qu’ils contiennent. Selon le type
de bière désiré, nous pouvons utiliser plusieurs sortes de malt et même d’autres céréales (froment,
maïs, riz, etc.). Le malt concassé est mélangé à de l’eau chaude dans la cuve d’empâtage et est ensuite
brassé et chauffé à des températures précises, durant des périodes de temps prédéterminées, afin de
permettre une transformation complète de l’amidon du malt et des céréales utilisées en sucres. Nous
obtenons ainsi un jus sucré ayant déjà la couleur de la future bière, la maische.
– Filtration - L’opération précédente a permis d’obtenir au final un jus sucré mélangé aux restes de
malt. L’ensemble de la cuve d’empatâge est alors vidé dans une cuve filtre qui permet de retenir les
drêches (les résidus d’écorces de malt) et de laisser passer le jus sucré dans le fond de la cuve. Les
écorces de malt s’accumulent au niveau du filtre et forment au fur et à mesure une nouvelle couche
filtrante à travers laquelle est retenue de fines particules. Généralement, le jus récupéré en dessous est
3reversé à nouveau sur cette couche filtrante pour en ressortir mieux filtré et plus clair que la première
fois. Le jus, appelé moût, est ensuite transvasé dans la cuve d’ébullition pour la dernière opération.
– Ebullition - Le moût est alors porté à ébullition pendant une heure ou deux, pour le stériliser, le
concentrer et détruire les derniers éléments encore actifs. C’est également à ce moment que nous
ajoutons le houblon pour donner l’amertume et l’arôme désiré à la bière. Certains houblons ont des
propriétés amérisantes et sont ajoutés en début d’ébullition. D’autres, appelés houblons arômatiques,
sont ajoutés à la fin de la cuisson. Le moût passe ensuite dans un échangeur thermique pour que sa
température en sortie corresponde aux levures utilisées pour la fermentation (entre 6 et 25 degrés).
Analyse détaillée du brassage d’une bière de type "Dunkel Weissen"
Après avoir vu le principe de brassage d’une bière, nous allons nous intéresser à la réalisation d’une
bière de type allemande appelée "Dunkel Weissen". Sa spécificité est d’être une bière de type "blanche"
mais noire... par l’utilisation de malt torréfié. Pour le brassage de cette bière, nous allons utiliser du malt
Pilsen comme base de la composition de la bière ainsi que du malt de froment pour qualifier la bière
de "blanche". Le rajout du malt Munich permet d’apporter des arômes de biscuit, de caramel et le malt
Chocolat donnera la couleur à la bière ainsi que des arômes de café.
Matières premières Informations données au processus
Malt Pilsen vol pils
Malt Munich vol mun
Malt Chocolat vol cho
Malt de froment vol fro
Houblon amérisant vol amer arômatique vol arom
Ces quantités, comme les différents volumes d’eau nécessaires sont rentrés manuellement par le bras-
seur. Le processus détaillé du brassage est alors le suivant :
– Concassage et empâtage - Le moteur du concasseur MO CONC et l’agitateur de la cuve d’em-
pâtageMO AGIT sont mis en route, ainsi que la pompePMP MALT qui permet d’achemi-
ner le malt une fois concassé vers la cuve d’empâtage. Après une temporisation de 2 secondes, les
vannes des différents silos à malt et à eau chaude s’ouvrent en même temps et se ferment lorsque le
volume correspondant est atteint pour chacune des matières premiè