HEI automatique 2005 tc tronc commun semestre 1

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Hautes Etudes d’IngénieurHEI 3 - Tronc CommunEPREUVE D’AUTOMATIQUEDurée : 3 heuresDate : 4 février 2005Documents non autorisés1 . LOGIQUE SEQUENTIELLESoit le cycle quelconque suivant : 6 - 7 - 4 - 21. A l’aide de basules RS, donnez les équations du compteur synchrone décrivant lecycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l’initialisation du compteur).2. A l’aide de bascules JK synchronisées sur front descendant d’horloge possédantdes entrées de forçage non complémentées, donnez les équations du compteur asyn-chrone décrivant le cycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l’initiali-sation du compteur).2 . ETUDE SIMPLIFIEE D’UN DISTRIBUTEUR DE BOISSONS CHAUDESUn distributeur de boissons chaudes permet d’obtenir trois boissons différentes :– E : de l’eau chaude,– C : du café mélangé à de l’eau chaude,– T : du thé à de l’eau chaude.Trois boutons e, c et t permettent de commander les trois électrovannes branchées aux troiscuves contenant les différents ingrédients :– l’eau chaude,– le café,– le thé.Les mélanges sont obtenus soit en appuyant directement sur la boisson désirée, soit en appuyant1simultanément sur deux boutons : e et c ou e et t. Tous les autres mélanges sont interdits.1Nous admettrons que c’est possible...1L’eau chaude est obtenue gratuitement. Par contre, pour obtenir l’un des deux mélanges, il fautintroduire une pièce p qui est restituée (fonction R ) à chaque fausse manoeuvre (mélangespinterdits) ou en ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Hautes Etudes d'Ingénieur HEI 3 - Tronc Commun
EPREUVE D'AUTOMATIQUE
Durée : 3 heures Date : 4 février 2005 Documents non autorisés
1 . LOGIQUE SEQUENTIELLE Soit le cycle quelconque suivant :6 - 7 - 4 - 2 1. A l'aide de basules RS, donnez les équations du compteur synchrone décrivant le cycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l'initialisation du compteur).
2. A l'aide de bascules JK synchronisées sur front descendant d'horloge possédant des entrées de forçage non complémentées, donnez les équations du compteur asyn-chrone décrivant le cycle donné ci-dessus (nous ne prendrons pas en compte l'initiali-sation du compteur).
2 . ETUDE SIMPLIFIEE D'UN DISTRIBUTEUR DE BOISSONS CHAUDES Un distributeur de boissons chaudes permet d'obtenir trois boissons différentes : E: de l'eau chaude, C: du café mélangé à de l'eau chaude, T: du thé mélangé à de l'eau chaude.
Trois boutonse,cettpermettent de commander les trois électrovannes branchées aux trois cuves contenant les différents ingrédients : – l'eau chaude, – le café, – le thé.
Les mélanges sont obtenus soit en appuyant directement sur la boisson désirée, soit en appuyant 1 simultanément sur deux boutons :eetcoueett. Tous les autres mélanges sont interdits. 1 Nous admettrons que c'est possible...
1
L'eau chaude est obtenue gratuitement. Par contre, pour obtenir l'un des deux mélanges, il faut introduire une piècepqui est restituée (fonctionRp) à chaque fausse manoeuvre (mélanges interdits) ou en demandant de l'eau chaude seule.
1. Déterminer les équations logiques deE,C,T,Rpen fonction dee,c,tetp.
2. Réaliser le logigramme correspondant.
3 . ETUDE D'UN DISTRIBUTEUR DE BOISSONS CHAUDES
Après avoir simplifié l'étude du distributeur de boissons chaudes pour l'exercice précédent, nous allons désormais étudier un peu plus en détails l'un des distributeur que nous pouvons voir en salle de pause. Le schéma du fonctionnement de ce distributeur de boissons chaudes est 2 donné à la fin de ce document .
PRINCIPE GLOBAL DE FONCTIONNEMENT Le principe de fonctionnement de notre distributeur de boissons chaudes est le suivant : 1. Un responsable met le distributeur en route grâce à un bouton de marche/arrêt. 2. L'utilisateur insère dans un premier temps la somme requise (voire plus) dans la ma-chine. 3 3. La machine rend la monnaie si nécessaire grâce à un algorithme particulier . 4 4. L'utilisateur choisit la boisson désirée , – café court, – café long, – chocolat, – cappuccino. et il détermine la quantité de sucre désirée : – pas de sucre, – sucré, – très sucré. 5. La machine libère un gobelet. 6. La machine prépare les doses de constituants nécessaires : – une dose de sucre en poudre soit grande, soit moyenne ou pas de sucre, – une dose de café, de chocolat ou de cappuccino, – un volume d'eau en fonction de la boisson commandée. Les différentes poudres, le sucre et l'eau sont stockés dans des réservoirs commandés par un système de vannes temporisées et calibrées pour les doses désirées. Si l'un des réservoirs de poudre est vide, alors les boissons faisant intervenir leur contenu sont in-disponibles et ceci est signalé par un voyant sur le panneau de commande. Si le réservoir d'eau est vide ou s'il n'y a plus de gobelet, l'appareil est hors service. 2 Les �chellesne sont pas respect�espour une plus grande "clart�"du sch�ma. 3 Non �tudi�ici. 4 A®n de simpli®er cette �tude,nous n'avons pas pris en compte tous les types de boissons qui sont r�ellement disponibles ces distributeurs automatiques.
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7. Les constituants sont mélangés dans un malaxeur. 8. Une vanne libère le mélange qui passe alors, aspiré par une pompe, dans un échangeur (constamment en marche) qui réchauffe le liquide et débouche sur le gobelet. 9. Lorsque le liquide est écoulé, un signal sonore indique à l'utilisateur qu'il peut retirer sa boisson. 10. Un système de vidange se met en marche : – chaque pompe est activée, les vannes nécessaires sont ouvertes, – l'eau traverse tout le système à partir du malaxeur jusqu'au conduit menant au gobe-let. Elle est ensuite déversée vers un égout par déplacement de ce conduit.
L'utilisateur choisit sa boisson à l'aide d'un panneau de commande composé de boutons pous-soirs permettant de choisir la boisson désirée et de voyants lumineux qui renseignent des indis-ponibilités de la machine. Nous avons un bouton poussoir pour chaque type de boisson et pour chaque quantité de sucre, soit 7 boutons poussoirs. Un voyant lumineux peut s'allumer en face de chaque boisson indisponible et un autre signifie l'épuisement du sucre, soit la présence de 5 voyants sur le panneau de commande.
Les tableaux ci-dessous résument l'ensemble des capteurs et des actions :
Référence m valid nbeau neau1 neau2 nbsuc nbcap nbcho nbcaf techb techh vsvs+ vgob1+ vgob1vgob2+ vgob2nbgob caf cour caf long choc capp sucr+ sucr0 sucr
Description des capteurs Bouton de mise en marche Bouton de validation Niveau bas du réservoir d'eau Niveau d'eau 1 Niveau d'eau 2 Niveau bas de sucre Niveau bas de cappuccino Niveau bas de chocolat Niveau bas de café Température du fluide dans l'échangeur Température du fluide dans l'échangeur Vérin rentré Vérin sorti Vérin de maintien des gobelets sorti Vérin de maintien des gobelets rentré Vérin de maintien des gobelets sorti Vérin de maintien des gobelets rentré Niveau bas de gobelets Appui sur le bouton "Café court" Appui sur le bouton "Café long" Appui sur le bouton "Chocolat" Appui sur le bouton "Cappuccino" Appui sur le bouton "Plus sucré" Appui sur le bouton "Non sucré" Appui sur le bouton "Moins sucré"
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Remarques
nbeau= 0s'il y a de l'eau neau1 = 1lorsqu'il y a de l'eau neau2 = 1lorsqu'il y a de l'eau nbsuc= 0s'il y a du sucre nbcap= 0s'il y a du cappuccino nbcho= 0s'il y a du chocolat nbcaf= 0s'il y a du café techb= 0si la température < 87 degrés techh= 0si la température < 93 degrés Capteur de position Capteur de position Capteur de position Capteur de position Capteur de position Capteur de position nbgob= 0s'il n'y a plus de gobelet Bouton poussoir Bouton poussoir Bouton poussoir Bouton poussoir Bouton poussoir Bouton poussoir Bouton poussoir
Référence Peau Veau1 Veau2 Veau3 Vsuc Vcap Vcho Vcaf Mx Vech Pserv Pech Vvap Veauf Vser+ Vser-Vgob1+ Vgob1-Vgob2+ Vgob2-HS Cafe Choc Capp Sucr Bip
Description des actions Pompe de l'eau Ouverture de la vanne d'eau 1 Ouverture de la vanne d'eau 2 Ouverture de la vanne d'eau 3 Ouverture de la vanne du récipient de sucre Ouverture de la vanne du récipient de cappuccino Ouverture de la vanne du récipient de chocolat Ouverture de la vanne du récipient de café Rotation du malaxeur Ouverture de la vanne vers l'échangeur Pompe de service Pompe de l'échangeur Ouverture de la vanne de vapeur Ouverture de la vanne d'eau froide Sortie du vérin de service Rentrée du vérin de service Sortie du vérin de maintien des gobelets Rentrée du vérin de maintien des gobelets Sortie du vérin de maintien des gobelets Rentrée du vérin de maintien des gobelets Voyant HS allumé Voyant indiquant l'absence de café Voyant indiquant l'absence de chocolat Voyant indiquant l'absence de cappuccino Voyant indiquant l'absence de sucre Signal sonore de boisson prête
Remarques
Vanne simple effet Vanne simple effet Vanne simple effet Vanne simple effet Vanne simple effet Vanne simple effet Vanne simple effet Moteur électrique Vanne simple effet
Vanne simple effet Vanne simple effet Vérin double effet Vérin double effet Vérin double effet Vérin double effet Vérin double effet Vérin double effet Diode Diode Diode Diode Diode
GESTION DES VOYANTS ET DU NIVEAU DES INGREDIENTS Afin d'utiliser le distributeur de boissons chaudes dans les meilleures conditions, il est préfé-rable qu'une série de test soit mis en place afin d'activer ou de mettre hors service le distributeur. En effet, il faut s'assurer que les différents réservoirs ne sont pas vides : il doit donc rester de l'eau (nbeau), du sucre (nbsuc), du café (nbcaf), du chocolat (nbcho), du cappuccino (nbcap) 5 et des gobelets (nbgob) .
S'il n'y a plus d'eau ou s'il n'y a plus de gobelet, la machine est alors hors service et le voyant HSest allumé. Le distributeur ne refonctionnera que si de l'eau est rajoutée ou que des gobelets sont de nouveau insérés. Un appui sur le boutonvalidpermet de relancer le grafcet. S'il n'y a plus de sucre, de chocolat, de café ou de cappuccino, le voyant correspondant est allumé et il le reste tant que le réservoir correspondant n'est pas réapprovisionné. Cependant, ceci ne met pas le distributeur hors service.
5 Faites attention aux remarques donn�esdans les deux tableaux pr�c�dent.
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DOSAGE DES BOISSONS Le dosage des différentes boissons se fait à l'aide de trois sous-grafcets, permettant de doser le sucre, la poudre (café, chocolat, cappucino) et l'eau suivant la boisson demandée. Toutes les vannes sont intialement fermées. Les dosages se font de la manière suivante : dosage du sucre :pour obtenir la quantité de sucre demandée par l'utilisateur, la vanneVsuc 6 s'ouvre plus ou moins longtemps . Ainsi, si la boisson est demandée "plus sucrée" (appui sur le bouton "Plus sucré" =sucr+), la vanne va s'ouvrir durant 1,5s. Si la boisson est demandée "moins sucrée" (appui sur le bouton "Moins sucré" =sucr), la vanne s'ouvrira durant 1s. Ceci ne peut se faire que s'il y a du sucre dans le réservoir ! Bien évidemment, cette vanne ne s'ouvrira pas si la boisson est demandée sans sucre. Dans tous les cas, l'utilisateur devra appuyer sur l'un des trois boutons. dosage des poudres :de manière équivalente, si les réservoirs de poudres ne sont pas vides, les doses de poudres sont obtenues en ouvrant pendant un certain temps les différentes vannes. Ainsi, lorsque l'utilisateur demande un chocolat (appui sur le bouton "Chocolat" =choc), la vanneVchos'ouvre pendant 2,5s, la vanneVcafs'ouvre pendant 2s si un café est demandé et la vanneVcaps'ouvre pendant 2s pour un cappuccino. dosage de l'eau :si le réservoir d'eau n'est pas vide, la quantité d'eau à ajouter est différente selon que l'utilisateur demande un café long, un chocolat, un cappuccino ou un café court. Deux cas peuvent se présenter : – si l'utilisateur a choisi un café long (caf long), un chocolat (choc) ou un cappuccino (capp), le niveau d'eauneau1est nécessaire. Pour cela, il faut ouvrir les vannesVeau1etVeau2, et actionner la pompePeau. Lorsque le niveauneau1est atteint la vanneVeau1se ferme et la pompe est arrêtée. – si l'utilisateur a choisi un café court (caf cour), le principe est le même mais il faut obtenir un niveauneau2. Dans les deux cas, nous ouvrons ensuite la vanneVeau3pendant 5 secondes afin de laisser le temps à la dose d'eau de descendre dans le malaxeur, avant de refermer toutes les différentes vannes.
PREPARATION DES GOBELETS La préparation du gobelet se fait dans un grafcet parallèle à la préparation de la boisson. Initia-lement, les vérinsVgob1etVgob2sont sortis pour maintenir les gobelets (actionsVgob1+et Vgob2+maintenues). Pour libérer le gobelet du bas de la pile à l'aide du vérinVgob2, il faut vérifier que le vérinVserest dirigé de sorte que le liquide puisse aller vers les égouts (vs). Ceci permet de laisser tomber un gobelet en rentrant complètement le vérinVgob2(vgob2) par l'actionVgob2-. Nous supposons que le gobelet a alors eu le temps de tomber et nous res-sortons le vérinVgob2. Une fois ce vérin complètement sorti (vgob2+), nous rentrons le vérin Vgob1pour libérer les gobelets et faire ainsi descendre toute la pile de gobelets d'un cran. Une fois ce vérin complètement rentré (vgob1), nous le faisons ressortir pour maintenir le haut de la pile de gobelets. Lorsque le vérinVgob1est complètement sorti, le vérinVserest mis en position pour assurer le service vers le gobelet qui a été précédemment libéré.
6 D'où le terme de vanne temporis�eet calibr�edans le principe global de fonctionnement de ce distributeur
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VIDANGE Ce sous-grafcet intervient après qu'une boisson ait été servie. Il s'agit de nettoyer la machine après chaque utilisation afin de ne pas altérer le goût de la boisson commandée avec les "restes" de la boisson précédente. Pour cela, le vérin de serviceVserdoit être positionné vers les égoûts. Nous ouvrons ensuite les vannes d'eauVeau1,Veau2,Veau3et nous mettons en marche la pompe à eauPeauainsi que le malaxeurMxpour favoriser son nettoyage. Nous laissons l'eau s'écouler pendant 6 secondes. Nous stoppons la pompe à eauPeauet nous refermons la vanneVeau1. Nous ouvrons alors la vanne de l'échangeurVechet mettons en marche la pompe de servicePserv. Après 6 secondes nous arrêtons toutes les différentes actions liées à cette vidange et refermons toutes les différentes vannes afin de retrouver la configuration initiale.
ECHANGEUR L'échangeur de chaleur est chargé de réchauffer la boisson demandée, après que le mélange soit fait. Le fluide coloporteur est supposé garder une température presque constante tout au long du fonctionnement. La température doit être comprise entre 87 et 93 degrés. La régulation de la température ne se fait que si la machine n'est pas hors service. Dans ce cas, la pompe de l'échangeurPechfonctionne continuellement. La température est déterminée par les deux capteurstechbettechh. Si la température du fluide est inférieure à 87 degrés, nous ouvrons la vanne de vapeurVvappendant 10 secondes pour réchauffer le fluide de l'échangeur. Si la température est supérieure à 93 degrés, c'est la vanne d'eau froideVeaufqui est ouverte pendant 10 secondes pour refroidir le fluide. Une temporisation de 30 secondes permet d'at-tendre les effets du refroidissement ou de réchauffement sur le fluide coloporteur. Le grafcet reprend ensuite le même cycle continuellement.
QUESTIONS : Pour gérer ce distributeur de boissons chaudes, nous n'allons pas utiliser de bit interne indiquant la fin des différents cycles. Nous allons dans un premier temps écrire les différents sous-grafcets sans prendre en considération les différentes synchronisations qu'il devrait y avoir avec le graf-cet principal. La synchronisation ne se fera que pour la dernière question, avec l'écriture du grafcet principal.
1.Ecrire le sous-grafcet de "gestion des voyants"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 20).
2.Ecrire le sous-grafcet de "dosage du sucre"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 50).
3.Matérialiser le sous-grafcet précédent à l'aide de bascules RS et commentez vos résultats.
4.Ecrire le sous-grafcet de "dosage des poudres"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 60).
5.Ecrire le sous-grafcet de "dosage de l'eau"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 70).
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6.Ecrire le sous-grafcet de la séquence "préparation du gobelet"(commencez la numé-rotation de vos étapes à la valeur 80).
7.Ecrire le sous-gracet de "vidange"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 90)et le traduire en langage littéral.
8.Ecrire le sous-gracet de "l'échangeur"(commencez la numérotation de vos étapes à la valeur 100).
9. Lorsque l'eau et les différents composants sont au niveau du malaxeurMx, ce dernier se met en marche pendant 3 secondes. La vanneVechs'ouvre et la pompePservest mise en route pour permettre à la boisson de passer dans l'échangeur et d'arriver dans le gobelet. Après 5 secondes, le signal sonoreBipest activé pendant 0.5 s pour indiquer à l'utilisateur que sa boisson est prête. A partir des sous-grafcets des questions précédentes et des informations données ci-dessus, donnez nalement le grafcet maître régissant l'ensemble du système et modierles différents sous-grafcets en conséquence pour permettre une bonne syn-chronistion des uns avec les autres(tout en restant clairs, vous ferez vos modifications directement sur vos sous-grafcets en utilisant une couleur différente).
RAPPEL La table de vérité du fonctionnement de la bascule JK est la suivante :
J 0 0 1 1
K 0 1 0 1
Qn+1 Qn 0 1 Qn
7
La table de vérité du fonctionnement de la bascule RS est la suivante :
R 0 0 1 1
S 0 1 0 1
Qn+1 Qn 1 0 Interdit
nbcaf Vcaf
m cafcour caflong choc capp sucr+ sucr0 sucr−
Mx
HS Cafe Choc Capp Sucr
nbcho Vcho
techb
techh
Sens de circulation du fluide coloporteur
Pech
Vvap
nbcap Vcap
Vech
nbsuc Vsuc
Veauf
8
Peau
Pserv
Vserv
neau1
neau2
vers les égoûts
nbeau
Vgob1 Vgob2
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