BTS CIRA - 2012 - Académie de Nancy-Metz

Session 2012 1 Brevet de Technicien Supérieur 1 CONTRÔLE INDUSTRIEL et
RÉGULATION AUTOMATIQUE
U42 - Automatismes et logique
Durée : 2 heures Coefficient : 2
Aucun document autorisé. Calculatrices interdites. Tout autre matériel est interdit. Avant de composer, assurez-vous que l'exemplaire qui vous a été remis est
bien complet. Ce sujet comporte 11 pages numérotées de 1/11 à 11/11. 1 ATTENTION :
2 Les DOCUMENTS RÉPONSES (pages 8/11 - 9/11) et (pages 10/11 - 11/11)
3 sont fournis en double exemplaire, un exemplaire étant
4 à remettre avec la copie ; l'autre servant de brouillon éventuel. Toutes les parties sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. Pages Barème Sommaire 2 Description du procédé 3 Première partie : Gestion de la stabilisation 3
7 points Deuxième partie : Élaboration de la consigne de débit d'air 4
6 points Troisième partie : Calcul du pointeur 4 4
points Quatrième partie : Mesure du potentiel Redox 5
3 points Annexe 1 : 6 Annexe 2 : 6 Annexe 3 : 7 Document réponse N° 1 8 et 9 Document réponse N° 2 10 et 11
5 Station d'épuration biologique d'une petite collectivité Le traitement des eaux usées consiste en une succession d'opérations
mécaniques (dégrillage, dessablage, dégraissage, décantation) et
biologiques (élimination de l'azote ammoniacal, des composés carbonés, etc.
à l'aide de bactéries). Un schéma de principe de ce traitement est donné en
ANNEXE 1, page 6/11. Ici l'élimination de l'azote et du carbone est réalisée en trois phases : - Anoxie : L'oxygène dissout est quasiment absent et les nitrates sont
présents > Des bactéries transforment les nitrates en Azote et en eau, en
consommant du carbone (dénitrification).
- Aérobie : L'oxygène dissout est présent, il est apporté par aération
continue > D'autres bactéries transforment l'azote ammoniacal en nitrates
(nitrification).
- Stabilisation : Aération discontinue pour alterner les phases de
nitrification et de dénitrification (évite les fermentations anaérobies
lorsque l'oxygène dissout vient à disparaître) > élimination totale des
ions nitrates. L'automatisation des différentes phases est réalisée à l'aide d'un Automate
Programmable Industriel, à partir de mesures effectuées par des
transmetteurs de débit d'air, de potentiel Redox (électrodes de Platine) et
d'oxygène dissout (électrodes de Clark), vers des actionneurs de types
vannes TOR et de régulation (systèmes d'aération par insufflation de fines
bulles). 2 PremiÈre partie : Gestion de la Stabilisation
1
2 Description de la stabilisation :
Cette stabilisation est réalisée par une aération intermittente :
alternance d'aération (nitrification) et de repos (dénitrification). Ceci
tant que le sélecteur est sur automatique (auto). Nitrification :
La vanne d'insufflation d'air (V_AIR) s'ouvre.
La nitrification est suffisante si elle dure au moins 15 minutes et si la
mesure de potentiel Redox (pR) dépasse le seuil haut (correspondant à 150
mV). Par contre, si elle dure plus de 60 minutes, elle s'arrête et une
alarme de « montée trop lente » est enclenchée (cette alarme doit être
acquittée par l'opérateur avant de poursuivre le cycle pour passer à
l'autre phase). Dénitrification :
La vanne (V_AIR) se ferme.
La dénitrification est suffisante si la mesure de potentiel Redox (pR)
passe sous le seuil bas (correspondant à -50 mV) ou si elle dure plus de 4
heures. Elle doit durer au moins 15 minutes, si la mesure de potentiel
Redox descend sous le seuil bas en moins de 15 minutes alors une alarme «
descente trop rapide » est enclenchée (cette alarme doit être acquittée par
l'opérateur avant de poursuivre le cycle pour passer à l'autre phase). 1. Établissez le grafcet gérant la stabilisation en tenant compte de la
description et du tableau de variables utiles en ANNEXE 2, page 6/11. DeuxiÈme partie : Élaboration de la consigne de dÉbit d'air
La consigne de débit d'air est élaborée à partir d'une mesure mQ_air et
d'un delta_air calculé par un module de logique non étudié ici à partir de
la mesure d'oxygène dissout. Le principe de l'élaboration est le suivant :
Toutes les minutes :
- si la mesure d'oxygène dissout oxy est inférieure au seuil bas Oxy_min,
alors la consigne cQ_air est égale à la mesure mQ_air plus le delta_air
(la consigne ne devra pas être supérieure à 90%).
- si la mesure d'oxygène dissout oxy est supérieure au seuil haut Oxy_max,
alors la consigne est égale à la mesure mQ_air moins le delta_air (la
consigne ne devra pas être inférieure à 20%). Si la mesure d'oxygène est
comprise entre les deux seuils, la consigne est inchangée. 2. Complétez l'organigramme de calcul de la consigne de débit d'air et
du bornage de celle-ci entre 20 et 90 %, en tenant compte de la
description et du tableau de variables utiles en ANNEXE 2, page 6/11.
(Document réponse 1, pages 8/11 et 9/11)
6 TroisiÈme partie : Calcul du pointeur
Nous devons calculer la moyenne (rangée à l'adresse %MW430) des 5 dernières
mesures de débit rangées dans 5 mots (de 16 bits) contigus de la mémoire de
l'automate (%MW420 à %MW428, les mots de 16 bits étant numérotés de 2 en
2).
Pour ce faire, à chaque fois que l'on rangera une mesure dans un de ces 5
mots, on positionnera un index (%MW10) sur sa valeur suivante. L'index
évoluera ainsi de la valeur 0 à la valeur 4 pour repasser ensuite à la
valeur 0, etc. La relation entre l'index et l'adresse mémoire
correspondante est donnée dans le tableau ci-dessous : |index i (%MW10) |adresse (%MW..) |pointeur P (%MW4) |
|0 |420 |3 360 |
|1 |422 | |
|2 |424 |3 392 |
|3 | |3 408 |
|4 |428 |3 424 | Pour établir la relation entre l'index et l'adresse correspondante, on
utilise l'adressage indirect qui permet d'écrire une seule instruction
quelle que soit la valeur de l'index. L'instruction de transfert MOVE s'écrira par exemple : Où le pointeur est un mot (ici %MW4), écrit entre crochets [ ]. Ce pointeur
contient lui-même l'adresse considérée décalée de 3 bits à gauche (soit
multipliée par 8 en décimal). Dans l'exemple ci-dessus, si %MW4 contient 3
392, la mesure %IW20 sera rangée à l'adresse %MW424. 3. Sur le document réponse 2, pages 10/11 et 11/11 : 3.1 Compléter le tableau avec les valeurs manquantes.
3.2 Établissez l'équation reliant la valeur du pointeur P à l'index
i correspondant, P = f(i).
3.3 À l'aide des fonctions logiques décrites en ANNEXE 3 page 7/11,
proposez un logigramme permettant de générer le pointeur à partir
de l'index. 7
8 QuatriÈme partie : Mesure du potentiel Redox Schéma fonctionnel : La notice technique de l'ensemble sonde-transmetteur annonce une mesure à
1,5mV près, soit 0,3% de l'E.M. Extrait du catalogue : |Caractéristiques des modules d'entrées analogiques |
|Type de modules d'entrées |A |B |C |D |
|Nombre de voies |2 |4 |8 |4 |
|Gamme d'entrées |0-20 mA ou 4-20 mA, configurable |
|Conversion |8 bits |10 bits | 12 bits |16 bits |
|analogique/numérique | | | | |
|Période d'acquisition Cycle |27 |51 |30 |1 |
|normal (ms) | | | | |
|Échelle de prix |1 |2 |3 |4 | La résolution d'un module est le plus petit écart entre deux valeurs
numériques contiguës, exprimé en % de l'Etendue de Mesure du module.
4. Choisissez dans le tableau ci-dessus un module d'entrées analogiques
permettant de récupérer l'information avec une résolution plus petite
que l'erreur maxi de la sonde et au moindre coût.
Argumentez votre choix par le calcul.
(Rappel : les valeurs numériques d'un module d'entrée sur 8 bits vont de
0 à 255.
28 = 256, 210 = 1 024, 212 = 4 096, 216 = 65 536) Annexe 1 : Schéma de principe du traitement
Annexe 2 : Tableau des variables |Entrées |Type |Commentaire |
|auto |Sélecteur 2 positions stables |à 1 si sélecteur sur auto |
|acq |Bouton poussoir d'acquittement | |
|pR |Signal issu de la sonde Redox |valeur numérique sur 10 bits |
|oxy |Signal issu de la sonde d'oxygène |valeur numérique sur 10 bits |
| |dissout |