sujet Épreuve E41 session 2015 BTS électrotechnique ... - Eduscol

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR ELECTROTECHNIQUE
SESSION 2015
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EPREUVE E.4.1
Etude d'un système technique industriel Pré-étude et
modélisation Durée : 4 heures - Coefficient : 3 Matériel autorisé :
Calculatrice à fonctionnement autonome autorisée conformément à la
circulaire N°99-186 du 16/11/99.
L'usage de tout autre matériel ou document est interdit.
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Le sujet comporte 27 pages numérotées de 1/27 à 27/27
dont 5 annexes et
4 documents-réponses numérotés de 25/27 à 27/27. Ces documents-réponses sont à rendre avec vos feuilles de copie.
-------------------- Il sera tenu compte de la qualité de la rédaction, en particulier pour
les réponses aux questions ne nécessitant pas de calcul.
Le correcteur attend des phrases complètes respectant la syntaxe de la
langue française. Chaque réponse sera clairement précédée du numéro de
la question à laquelle elle se reporte. Utiliser les notations employées dans le texte, justifier toutes les
réponses et présenter clairement les résultats. |BTS ELECTROTECHNIQUE |SESSION 2015 |
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Encocheuse SCHAAL 3 pour plafond métallique.
Présentation générale - Mise en situation
La société DURLUMEN fabrique depuis 1969 des réflecteurs pour luminaires
et appareils d'éclairage. Il s'agit de plafonds métalliques alvéolaires
permettant à l'éclairage de s'intégrer et de se fondre harmonieusement
dans les plafonds.
L'objectif du groupe est d'aménager l'espace de manière positive et
fonctionnelle en créant une harmonie avec le plafond et l'éclairage. La
société possède des clients dans le monde entier et pour tout type
d'infrastructure (particuliers, entreprises, collectivités, hôtels,
musées, aéroports, commerces ...).
Processus étudié
Les produits fabriqués à VESOUL sont des plafonds métalliques alvéolaires.
La matière utilisée est soit de l'aluminium, soit de l'acier galvanisé
peint. Tous ces produits sont élaborés sur une unité de production nommée
ligne d'encochage SCHAAL 3, objet du support d'étude.
Présentation et schéma synoptique de l'ensemble SCHAAL 3
La ligne d'encochage SCHAAL 3 est divisée en cinq parties principales : - un dévidoir qui permet l'alimentation en bande de matière brute ;
- un redresseur mécanique (et ses capteurs) mettant en forme la
matière ;
- deux pinces d'amenage qui présentent la bande métallique à la
presse ;
- une presse mécanique avec ses trois outils d'encochage et de
cisaillement ;
- une trappe d'évacuation qui évacue le produit fini. Sens de défilement de la bande Rouleau de bande métallique
Capteur de position à ultrasons et détecteurs de positions extrêmes Un outil de cisaillement Deux outils d'encochage Motorisation par moteur asynchrone triphasé et variateur
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Enjeux
La commande automatisée de l'ensemble SCHAAL 3 est devenue obsolète. Le
matériel utilisé qui date du début des années 1980 est devenu introuvable.
Il existe alors un risque élevé d'arrêt de production en cas de
défaillance de cette partie commande.
La rénovation totale de cette partie est donc une nécessité pour assurer
la pérennité de l'installation. Cette rénovation doit également avoir pour objectif la gestion d'un 4ème
outil permettant la réalisation de nouvelles encoches dans les bandes
métalliques.
La commande actuelle est non évolutive, il est alors impossible de
réaliser un ajout d'outil sans la modifier totalement. Afin de répondre aux exigences des industriels en termes de délais de
réalisation et de réactivité de la production, une augmentation de la
cadence de réalisation des pièces est sérieusement envisagée. La cadence
actuelle maximale de la presse est de 300 coups par minute. L'objectif
souhaité est de 400 coups par minute. Le bénéfice d'une telle rénovation est donc triple pour l'entreprise : - un système de commande récent et viable permettant d'assurer la
continuité de la production et un dépannage facile et rapide en
cas de défaillance ;
- une souplesse de programmation et une adaptabilité aux contraintes
de production liées à la programmation de nouveaux outils ;
- une augmentation de la productivité par augmentation de la
cadence.
Problématique
Notre étude portera, dans un premier temps, sur l'étude des capteurs à
ultrasons et la motorisation du redresseur afin d'alimenter correctement
la presse en bande métallique. Nous aborderons dans un second temps la compréhension du cycle de
fonctionnement de la presse et des outils afin de vérifier s'il est
possible d'augmenter la cadence de production. Ce sujet est composé de trois parties A, B et C indépendantes. Des informations complémentaires sur le fonctionnement de chacune des
parties de l'ensemble SCHAAL 3 sont disponibles si nécessaire en annexe 6.
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PARTIE A : CAPTEUR TÉLÉMETRIQUE À ULTRASONS Un capteur télémétrique à ultrasons placé en amont de la presse mécanique
(sortie du redresseur mécanique) permet de contrôler la position de la
bande d'aluminium et par conséquent la tension mécanique de cette dernière
dans l'accumulateur en boucle.
Il est alors possible d'interagir avec le redresseur mécanique pour
adapter la vitesse de déroulement en fonction du rythme de production.
Ceci permet d'éviter de dérouler trop de bande ou au contraire que celle-
ci, entraînée par l'encocheuse soit trop tendue (tension mécanique trop
importante). Nous analyserons, dans cette partie, comment évoluent les
conditions de fonctionnement de ce capteur dans le cas d'une augmentation
de la cadence de production. Le capteur à ultrasons est composé d'un émetteur, d'un récepteur et d'un
module électronique de traitement.
La figure 1 illustre le positionnement du capteur dans la chaîne de
production.
Emetteur-récepteur
ultrasons
9 Fonctionnement de l'émetteur
Accumulateur en boucle L'émetteur envoie une onde ultrasonore ue de période T1 en direction de la
bande. Celle-ci n'est pas émise en continue mais envoyée périodiquement
par train d'ondes (trames sinusoïdales) d'une durée T2. Ces trames se
répètent à intervalles réguliers toutes les T3 secondes (T3 = 27,5 ms).
L'annexe 1, page 17, présente les chronogrammes des trames émises. 1. Déterminer, en précisant l'unité, la valeur de la période T1 de
l'onde ultrasonore sinusoïdale émise pendant une trame. 2. En déduire la valeur de la fréquence f1. 3. Déterminer la valeur de la durée pendant laquelle est émise la
trame T2.
On pourra se reporter à l'annexe 2, page 18, qui permet d'apprécier la
durée de la trame T2 sur une échelle plus adaptée. |BTS ELECTROTECHNIQUE |SESSION 2015 |
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10 Propagation des ultrasons
Les ondes ultrasonores se propagent dans l'air à une vitesse c.
À pression constante, cette vitesse dépend de la température selon la
relation :
c ' Avec :
? : coefficient adiabatique de l'air
Rs : capacité thermique de l'air
T : température exprimée en kelvin Lorsque la température ? est comprise entre 253 K et 313 K, les
coefficients ? et Rs sont considérés constants.
On prendra pour la suite du problème ? = 1,4 et Rs = 287 J.kg-1.K-1 L'échelle de température en kelvin a pour origine le « zéro absolu » qui
correspond à la plus petite température possible.
La loi de conversion des kelvin en degrés celsius est : ? = T - 273 avec ? en °C et T en K. 1. Donner la valeur, en kelvin, de la température T25 qui correspond à
25°C 2. Cette valeur de T25 est-elle compatible avec le domaine où les
coefficients
? et Rs sont considérés constants ? 3. Calculer, à l'aide de la relation donnée précédemment, la valeur de
la vitesse c25 (unité m.s-1) pour la température T25 = 25°C. 11 Fonctionnement du récepteur
L'onde ultrasonore émise par l'émetteur se propage dans l'air, pour la
température T25 = 25°C, à la célérité c 25 = 346 m.s-1. 1. L'onde ultrasonore se réfléchit sur la bande métallique pour
ensuite être captée par le récepteur à ultrasons.
Le relevé d'oscilloscope figurant sur l'annexe 2, page 18,
représente les chronogrammes de la trame ue émise par l'émett