Contrôle et régulation 2005 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

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Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Contrôle et régulation 2005. Retrouvez le corrigé Contrôle et régulation 2005 sur Bankexam.fr.
Publié le : lundi 4 juin 2007
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             !  "    #$ %&'  &     (   ) (   ( ( (   Durée de l'épreuve : 3 heures coefficient : 5                     
 *  +$ ,  $ &-.#$  / $0 #-  1 2  * 3  #- 42  * ,56$*&  $  #-  $ 
  +$ ,7#$6#$6  8 $0 #- 9 $ 82 *  3  $ / #- : $ 2 *  * ,56$*&  $  #- / $ ;2            (<   ((  = >  (  ( 2  1  
?  !    @   A   B (     &$#$  Ce procédé a pour objectif la fabrication du butanal ou nbutylaldéhyde. Dans un réacteur chimique on introduit :   * Un mélange de trois groupes de gaz dont on régule la proportion : ·  Propène gazeux ·  Gaz de synthèse ·  Gaz recyclés   * Une solution catalytique    La pression dans le réacteur est régulée à 18 bars. La température est maintenue à 95°C grâce à la circulation d’un fluide réfrigérant dans la double enveloppe du réacteur.    
 
Gaz évacués
 (     
Gaz injectés :  Propène gazeux  Gaz de synthèse  Réactifs gazeux recyclés   
Solution catalytique régulation de pression
régulation de température
2
Fluide réfrigérant Butanal liquide
 
 
Le schéma de fabrication du butanal est présenté en annexe 1, page 8.   * &-.#$ , ,&C$ , .$ 5#$#.D$' 52  La mesure de débit est réalisée par un organe déprimogène. Un transmetteur de pression différentielle et un extracteur de racine carrée lui sont associés. 2 L'organe déprimogène choisi est un venturi. Tracer l'allure de l'évolution de la pression statique dans cet élément sur le documentréponse R1, page 11. 2 Quelle est l'utilité de l'extracteur de racine carrée ? 2/ Réaliser sur votre copie, le schéma TI complet de la boucle de régulation. Faire apparaître l'ensemble de l'instrumentation. L'appareillage est électronique (délivrant un signal normalisé 420 mA) à l'exception de la vanne automatique qui est pneumatique. On souhaite enregistrer le signal de mesure D P à la sortie du transmetteur. 2; Considérant l’aspect sécurité, déterminer le sens d’action de la vanne FV5. 2 Déterminer le sens d’action du régulateur. Justifier votre réponse. 29 On isole  le régulateur FIC5 de la boucle de régulation. En mode automatique on réalise un échelon de mesure M en maintenant W constante et on enregistre la réponse du signal de commande Y. Le signal d’écart WM est nul pour t < 0.  
M (%) 20 10 0 1
2
3
                        1 2  L’équation fonctionnelle du régulateur FIC5 est : Y(t) 1 Kp. ( W(t) % M(t) !# T1i 0t ( W(t) % M(t) ! .dt # Yo  où M est la valeur de la mesure, W la valeur de la consigne.  3
Y (%) 50 sortie 40 30 20
3
mesure
temps (min)
temps (min)
 
 Pt100. 2Protsfiei relt reemréà stsiceanJu.  tnenu'dos e edn adm. Ila unettrrtnal  eetrumste éurpoe ernnlotanu resopdohtém eA ccmoap402m .A sortie ignal de ares nuéd trvilfi3  elssoe e ndeuT taqitumoena  van/La. 2lagebâc ed améhcs nudi cleel cergn à t tecasseJ .itiuserfin  eécpr eonétT  im(nir/ép) correspondan,$$#&6$,5$&# telsinacllu sac*s.  -.#&sélipae st eéa r ednér ànu ros eLa mesur@A éparuter eedt meipncri pler ueiqmennoitcnof ed etype de ancesistxElp200 .P 1tr cera treluallonimret te eigoln ductional  sigédibd  uf no tnedeIifntr ies lec edammo.edn2 onnelles de la brgnaedru sofcnitutarépmet ed noiatulég rdee clouedssc ibrsec uoroises t29Lre ropmelleesnoet ses lép rs ountsonué hclereém e àboucle fs dune tsS 2Ve EFMRNE SMA oE (Ormalu nouo tnemeON etrev lur S).mecudoe tnr pénoesR  2apge 12, détermineuq rs(lesa )bmesgela) (srpcodes moteervone/s van(dnepsnoroerruc a dnssee  c àt)av aL;2 .noitcest de cnne TV2 tsqieué racaétirntcee.aglgaurpoc reettesuJ ifitur2 Corbe Cou X eruseM E  engi5 % Cons60 % 6esns. s leporéfits rei.egauJ  o ; elues ellennrtporo pnsioct a : oga eérlgd  ertioropoon pacti seucevao étnetb misesodes lro tsngienW nod  eoces ont é(t). Ellesrrcoe ha cndpoedom euqlgér ed vée.dériique Induqle r àuobrelc prs oropontillnei ,egétnelar te ionnelle et intérgla e ; ocaitno
0  30  60  90  120  150  180  te(ms)p  s   28 On remarque, en fonctionnement, des variations de pression importantes en amont de la vanne TV2. Ces variations perturbent le débit. La qualité de cette régulation étant insuffisante, proposer une amélioration. Le schéma sera à réaliser sur le documentréponse R2, page 12. Nommer cette régulation.
50 %  
55 %  
Courbe 3  
 
4
 
)%e  telt mespd 'action intégraldnabrp eroponoitllnenoe e té (Xpnnletcoi229el .termDé la inerap à rue ed ritruaéqn soon fonti la struterminerr gélutatcru eud292éD
/ *
 ; *
 
 
 5. , &-.#$ ,F#& , -#G @&-.#$ BB;A /2 Quel est le nom de cette boucle ? /2  La consigne de FFIC4 estelle interne ou externe ? Justifier. /2/  Le transmetteur FT2 (420 mA) délivre un signal de 13,6 mA. Déduire la valeur du signal W en pourcentage de l’étendue de mesure. i X et W est k = /2;  Sachant que le rapport de proportion entre les sgnauxWX= 0,83, calculer la valeur de X lorsque FT2 délivre un courant de 13,6 mA.
5. , &-.#$ ,  @&-.#$ A ;2  On constate que la boucle régulation comporte deux actionneurs. Quel est le nom de ce mode de régulation ? ;2  Les deux vannes ontelles le même sens d’action ? Justifier la réponse.
5
 
R6
F4 sel S2
E5
filtrat
D3
(<?  !  @   A  $$D#- , H.$ &$#$  Sur une autre unité de l'usine, la réaction chimique de deux produits (solution A et solution B), dans un réacteur R6 permet la synthèse d'un sel par cristallisation. La suspension récupérée est ensuite traitée dans un filtre presse F4. Le sel est convoyé par une vis extrudeuse vers un sécheur S2. Le filtrat alimentera, après réchauffement dans un échangeur E5, une colonne de rectification D3.  Solution A Solution B               suspension    $$D#- , H.$  Du fait de la nature de la suspension récupérée en sortie du réacteur, les toiles filtrantes de F4 se colmatent. Le filtre sera donc équipé d'un dispositif de lavage des toiles qui consiste à faire circuler, dans le filtre fermé, une solution acide capable de dissoudre le produit incrusté dans les toiles (voir annexe 2, page 9). La solution nettoyante est préparée dans un bac L. On la fait circuler dans le filtre fermé à l'aide d'une pompe P2, avec retour au bac le temps nécessaire au parfait nettoyage.  (&.6$ , 5D5.  Le grafcet traduisant le fonctionnement décrit cidessous, est donné en annexe 3, page 10. Le cycle ne peut commencer que si les bacs A et L  sont vides et que l'opérateur appuie sur le bouton m. Alors, simultanément, il y aura dosage de l'acide technique dans le bac A jusqu'au niveau haut repéré par hA et dosage de l'eau de dilution dans le bac L jusqu'au niveau bas repéré par hL.  Ensuite, il y aura chargement de l'acide technique dans le bac L par la pompe P1 et ouverture de l'électrovanne EV3. En fin de chargement, il y aura homogénéisation de la solution de lavage pendant 5 minutes obtenue par l’ouverture de l'électrovanne EV4 et la mise en marche de la pompe P2. En fin de temps d'homogénéisation, il y aura lavage du filtre pendant 15 minutes par ouverture de l'électrovanne EV5, la pompe  P2 étant maintenue en service. La fin du cycle sera réalisée par l'ouverture de la vanne EV6 et P2 toujours en service permettant la neutralisation de la solution polluée jusqu'à ce que le bac L soit vide.  6  
 
 *   
 
 
 
 
  Donner, sur le documentréponse A1, page 13, les équations logiques associées aux * transitions notées t 1 et t 2  (réceptivités).   *  Exprimer, sur le documentréponse A1, les équations de fonctionnement des sorties P2 et EV1.   * / Remplir, sur le documentréponse A1, les chronogrammes montrant l'évolution d'une partie du grafcet.   * ; Afin de simplifier l'équation de sortie de la pompe P2, nous choisissons de modifier la structure du grafcet pour que la commande pompe P2 n'intervienne que dans une étape du grafcet, sans incidence sur le fonctionnement décrit précédemment.  Proposer une solution en complétant le documentréponse A2, page 14.
7
 
3   B#C5#$ , C$##. &#5$  Schéma indiquant les boucles de régulation (ce n’est pas un schéma TI) I/P FY FIC Qsc 5 0,07 m 3 /h Solution catalytique FV5 M  Vers PV2 torche 18 bar PIC 1
70° C Propène 25 bar gazeux préchauffé PV1 FT LV3 2 w FFIC x 4 I/P FY FT °  70 C 1 Gaz de 29 bar synthèse  
 
95°C IC T  2
I/P FY
ER TV2 Remarque : ER → Eau de Refroidissement Q B  Vers F1 Réactifs gazeux  recyclés
8  
3
EV6
EV5
P2
EV4
Vers la neutralisation 
EV2 ACIDE EV1  hA Bac d'acide technique bA
EAU
Filtre
  EV1 à EV6 sont des électrovannes monostables fermées au repos.  HV1, HV2, HV3 sont des vannes manuelles.  bA, hA, bL, hL sont des capteurs de niveau logiques (donnent l'information "1" lorsque le niveau est au dessus du capteur).
HV3 HV2 Purge 9  
 
HV1 P1
EV3 L hL Bac de solution de lavage bL
#-6#%&5.7,$#..#$#., 
 
0
3 /  #H5$  
m . bA . bL 1 EV1  si hA t 1
2 P1 bA
3 P2  5min/X3
4 P2 15min/X4
5 P2 t 2
EV2  si hL
EV3
EV4
EV5
EV6
10
 
 
(56$*&  I , #5 .# 5   .$ , .#  $#$' ,#  $
 
 
Pression
11
 
 
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