Sujet Épreuve E41 - BTS CIRA - session 2015 (doc) (link ... - Eduscol

Session 2015 Brevet de Technicien Supérieur
CONTRÔLE INDUSTRIEL
ET RÉGULATION AUTOMATIQUE Durée : 3 heures Coefficient : 4
Matériel autorisé : - Toutes les calculatrices de poche y compris les calculatrices
programmables, alphanumériques ou à écran graphique à condition que leur
fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage d'imprimante
(Circulaire n° 99-186, 16/11/1999). Tout autre matériel est interdit. Aucun document autorisé. Documents à rendre avec la copie : Le document réponse 1 (pages 12/13 et 13/13), est fourni en double
exemplaire, un exemplaire étant à remettre avec la copie, l'autre servant
de brouillon éventuel. Dès que le sujet vous est remis, assurez-vous qu'il est complet.
Le sujet se compose de 13 pages, numérotées de 1/13 à 13/13. S'il apparaît au candidat qu'une donnée est manquante ou erronée, il pourra
formuler toutes les hypothèses qu'il jugera nécessaires pour résoudre les
questions posées. Il justifiera alors clairement et précisément ces
hypothèses.
|BTS CONTRÔLE INDUSTRIEL ET RÉGULATION AUTOMATIQUE |Session 2015|
|INSTRUMENTATION ET RÉGULATION |Code : CAE4IR |Page 1/13 |
[pic] Le procédé partiellement dessiné en page 3 est issu d'une industrie
laitière. Pour la fabrication du produit final, on réalise un mélange entre trois
produits, issus des trois cuves A, B et C. L'envoi des produits dans la cuve de mélange est géré par un automate
programmable. L'étude ne portera pas sur le pilotage des électrovannes qui
servent à assurer la bonne recette. Pour la cuve A, une régulation de niveau sera à mettre en place au cours
de l'épreuve. Pour des raisons de fabrication, le produit de la cuve B doit être
maintenu à une température constante. D'autre part, la cuve est maintenue
sous pression afin de faciliter l'écoulement du produit. Pour la cuve C, l'instrumentation sera étudiée et la stratégie de
régulation sera améliorée lors de l'épreuve.
Chaque partie peut être traitée de façon indépendante et dans n'importe
quel ordre mais la copie sera rédigée de façon à distinguer les 3 parties. - L'étude de la cuve A comporte uniquement de l'instrumentation. - L'étude de la cuve B comporte une partie instrumentation et une partie
régulation de température. - L'étude de la cuve C comporte une partie instrumentation et une partie
régulation de niveau.
Page 2/13 Cette boucle sera à compléter M LIC2 LT2 Arrivée d'air comprimé à 3 bars
LV3
Entrée M produit C
Cette boucle sera à compléter
Entrée produit A
LV2 Cuve A Débit de recyclage Qrc FT3
Cuve C
LT3 Débit de recyclage Qra
DPT FY
Entrée Qs
LV4
Qsc
produit B
LV1
M
Arrivée d'air comprimé à 3 bars LIC1 Cuve B
Bp Hp
LT1 TV1
Débit eau chaude
TE1 TT1 TC1
Gestion du mélange et du recyclage
[pic] [pic] [pic]
4 Caractéristiques de la cuve et du transmetteur de niveau
Cuve A : cuve cylindrique de diamètre D = 2,00 m.
On rappelle que la relation entre la section d'un cylindre et son diamètre
est ?? = ???? .
4
Le transmetteur de niveau à ultrasons délivre un signal de type 4-20 mA
pour un niveau
variant de 0 à 2,50 m. 5 Mesure de niveau de la cuve A
Elle s'effectue à l'aide d'un transmetteur de niveau par ultrasons dans une
cuve cylindrique. Q1. D'après le principe de fonctionnement du transmetteur, quelle grandeur
physique, mesurée par ce transmetteur, évolue lorsque le niveau varie
?
6 Indication du volume de la cuve A
Le transmetteur possède une option qui permet d'afficher le volume de
produit restant dans la cuve, en m3. Q2. À partir des informations concernant la cuve A, déterminer le
coefficient multiplicateur k à programmer dans le transmetteur de
niveau sachant que :
V = k .N, avec V le volume en m3 et N le niveau en %. 7 Vanne et boucle de niveau Cahier des charges : Sur la page 4, plusieurs schémas concernant l'ensemble « corps de vanne-
servomoteur » et la régulation de niveau sont proposés.
. Le positionneur électropneumatique (non représenté) est réglé de
manière à ce que la pression augmente lorsque le signal de type 4-20
mA augmente.
. En absence de signal de commande, la vanne de régulation LV est
fermée.
. Lorsque le signal de commande augmente, le niveau augmente. Q3. En interprétant les informations du cahier des charges, choisir le
numéro du schéma (figure 1) de la vanne adapté au cahier des charges
en justifiant votre réponse.
Q4. Choisir le numéro du schéma TI adapté au cahier des charges en
justifiant votre réponse.
[pic] Mesure du débit de recyclage du produit A
Le fluide est visqueux. La mesure de débit se fait par un organe
déprimogène associé à un transmetteur de pression différentielle. Q5. Recopier sur votre copie le schéma ci-dessous et tracer l'allure de
l'évolution de la pression statique dans cet élément. Q6. Justifier l'utilité d'un extracteur de racine carrée ? [pic]
9 La chaîne de mesure de température
. La mesure de température est réalisée à l'aide d'une sonde
de type « PT100 3 fils ».
. Celle-ci est reliée à un conditionneur qui délivre en sortie un
courant d'intensité variant de 4,00 mA à 20,00 mA. Il a été réglé de
façon à prendre en compte une température minimale de 15,0 °C et une
température maximale de 80,0 °C.
. Sur la documentation technique du régulateur, il est mentionné que
pour une utilisation avec un transmetteur de type 4-20 mA, il faut
brancher entre les 2 bornes (V +) et (V -) une résistance de 2,49
ohms.
. Le régulateur est programmé de façon à avoir en affichage des
informations en unités physiques. Le schéma d'aide au câblage est fourni ci-dessous.
Schéma d'aide au câblage de la partie mesure de la boucle de
température Q7. Expliquer l'intérêt d'un montage à 3 fils par rapport à un montage à
2 fils. Au cours d'une opération de maintenance préventive avec un thermomètre
étalon, l'opérateur observe un décalage de 7,5 °C entre la mesure affichée
sur le régulateur et celle indiquée par cet étalon. Il décide de vérifier les 3 éléments présents dans cette chaîne (page 7). Test n° 1 : le régulateur
Il remplace le transmetteur d'étendue de mesure (15 - 80 °C) par un
générateur de courant. Pour un courant d'intensité 12,00 mA, le régulateur affiche une
température de 40,0 °C. Un voltmètre de précision branché en parallèle
sur l'entrée du régulateur mesure 29,88 mV. Pour un courant d'intensité 4,00 mA, le régulateur affiche une
température de 15,0 °C et le voltmètre indique 9,96 mV. Q8. Vérifier par calcul que la résistance branchée en entrée du
régulateur est correcte. Q9. Justifier que le paramètre dans le régulateur, correspondant à
l'échelle maximale du transmetteur, est mal configuré. Test n ° 2 : la sonde « PT 100 »
Résistance (?) de la sonde « PT 100 » en fonction de la température (°C)
(documentation du fournisseur de la sonde).
L'opérateur déconnecte la sonde « PT 100 » et branche entre ses bornes
un ohmmètre. Q10. Quelle valeur doit-il obtenir à la température ambiante de 25,0 °C
? Q11. Proposer un encadrement de la température si la valeur de la
résistance mesurée est de 120,7 ? ? Test n ° 3 : le transmetteur
Q12. Proposer un schéma de câblage qui permet de tester le transmetteur
seul, en vous aidant du schéma de la figure 4. Q13. Proposer en 5 lignes maximum un protocole de test pour valider un
bon réglage du transmetteur.
[pic]
14 Sens d'action et identification de la boucle de température
Afin de déterminer les paramètres du régulateur TC1, celui-ci est
positionné en mode manuel avec un signal de commande Y qui assure une
mesure M au point de fonctionnement. L'opérateur ne disposant pas de système d'enregistrement, il réalise une
réponse indicielle en prenant des points de mesure à des intervalles de
temps réguliers après avoir effectué une variation du signal de commande de
15 %. Le tableau des relevés est fourni ci-dessous :
[pic] Rappel : le transmetteur de température est étalonné entre 15,0 °C et 80,0
°C. À la fin de l'enregistrement, la mesure de température se stabilise à
53,4 °C. L'opérateur estime alors que la fonction de transfert peut être assimilée à
celle d'un système du premier ordre retardé. Q14. En exploitant le table