BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR

BREVET DE TECHNICIEN SUPERIEUR
INFORMATIQUE ET RESEAUX
POUR L' INDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUES Session 2006
EPREUVE E.4
Etude d'un système informatisé
Durée : 6h00 Coefficient 5 « Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16
novembre 1999). » Aucun document autorisé.
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BTS INFORMATIQUE ET RESEAUX
POUR L' INDUSTRIE ET LES SERVICES TECHNIQUES Session 2006 EPREUVE E.4
Etude d'un système informatisé
COMMANDE AUTOMATISEE DES CENTRALES HYDRAULIQUES
DU RHIN Sujet Durée : 6h00 Coefficient 5
« Calculatrice autorisée (conformément à la circulaire n° 99-186 du 16
novembre 1999). »
Aucun document autorisé Toutes les réponses sont à fournir dans le livret « Document réponse » à
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à cet effet. Si nécessaire, le candidat a la possibilité de rectifier ses
réponses sur la page non imprimée en regard. On ne justifiera une réponse que si le document le demande. Temps conseillés et barèmes indicatifs : |Lecture du sujet : |30 minutes | |
|B) Etude des éléments du système |45 minutes |10 points |
|C) Analyse UML |60 minutes |20 points |
|D) Conception & Codage |90 minutes |25 points |
|E) Communication - Réseau |45 minutes |25 points |
|F) Architecture matérielle du PHV |60 minutes |20 points |
|Relecture |30 minutes | | Sommaire A. Présentation du système 3
A.1 La problématique : 3
A.2 Le système technique : 4
A.3 Glossaire 9
B. Etude du fonctionnement 10
B.1 Calcul de marnage & puissance : 10
B.2 Répartition des débits au PA de Kembs : 11
B.3 Liaison fibre optique : 11
B.4 Synchronisation horaire : 11
C. Analyse UML 12
C.1 contexte 12
C.2 expression des besoins 12
C.3 scénario planification des éclusées 13
C.4 scénario régulation du débit 15
C.5 identification des éléments de la structure 16
D. Conception et codage au PA 18
D.1 Conception générale : 18
D.2 Codage: 19
E. COMMUNICATION ET RESEAUX 21
E.1 MODBUS. 21
E.2 Réseaux du P.A. 21
E.3 Composition des API 22
F. Architecture matérielle du PHV 23
F.1. Adressage des ports série du CDS1 24
F.2. Configuration des ports série d'un module "IP-Serial" 25 Présentation du système 1 La problématique :
NB : Les mots notés en gras sont spécifiques au métier et sont définis dans
le glossaire à la fin de cette partie A. EDF produit de l'électricité en fonction de la demande qui varie selon la
tranche horaire.
Cette courbe fournie sur Internet par le RTE (Gestionnaire du réseau de
transport de l'électricité) illustre tout à fait le problème :
[pic] L'énergie hydraulique, en particulier celle fournie par le Rhin contribue à
l'adaptation de la production aux besoins.
Dix centrales hydroélectriques sont installées le long du Rhin de Kembs à
Iffezheim. Pour augmenter la puissance électrique, on procède à des
éclusées, c'est à dire des rétentions d'eau pendant les heures creuses que
l'on restitue pendant les heures dites pleines ; cette opération entraîne
un marnage (changement de niveau d'eau) des biefs du Rhin. Le niveau doit
rester dans des valeurs contractuelles (pour la navigation fluviale).
Les 10 centrales hydroélectriques que nous appellerons par la suite PA
(Poste Automatisé) sont commandées depuis le poste central appelé PHV
(Poste Hydraulique de la Vallée du Rhin). Celui-ci donne les consignes de
débit pour chacun des PA, adaptées aux périodes creuses ou pleines de
production. 2 Le système technique : o Le Rhin et le canal d'Alsace :
[pic]
Chaque site est composé d'un PA et d'une écluse pour assurer la navigation.
Le poste central PHV est situé à Kembs. Les éclusées et le marnage : Le principe de la modulation de la production de la puissance électrique
consiste à retenir en heure creuse un volume d'eau dans les biefs amonts,
ce qui a pour conséquence de faire baisser le niveau d'eau des biefs avals.
De même on turbinera ce volume en vidant les biefs amonts en heure pleine
au profit des biefs avals. Ceci permet d'obtenir un débit nominal constant
à l'entrée et à la sortie du dispositif tout en différant le transfert d'un
volume d'eau dont on pourra contrôler la descente sur 24 heures.
Les éclusées consistent à ajouter ou retrancher au débit naturel du Rhin un
débit de modulation selon les formules ci-dessous : |Dt = Dn + Dm |
| |
|Dt : Débit total à turbiner(m3/s) |
|Dn : Débit naturel du Rhin au PA |
|(m3/s) |
|Dm : Débit de modulation (m3/s) |
|Période de rétention : Dm < 0 |
|Période de lâcher : Dm > 0 |
|Période d'équilibre : Dm = 0 | Le débit de modulation est fonction de la modulation maximale donnée, pour
chaque PA, par le tableau ci-contre et d'un coefficient de modulation que
l'on choisit dans un intervalle ]0,1]. |Dm = Mmax * Cm * k |
| |
|Dm : Débit de modulation (m3/s) |
|Mmax : modulation maximale (m3/s) |
|Cm : coefficient de modulation |
|k : = -1 pendant une période de |
|rétention |
|+1 pendant une période de lâcher |
|0 pendant une période d'équilibre | Par exemple : Au PA d'Ottmarsheim, avec un débit naturel de 500m3/s, durant
une période de lâcher (k=+1) avec Cm=0,5 entraîne un débit total égal à
537 m3/s. On remarque que les deux PA extrémités ne font jamais d'éclusées pour les
raisons suivantes :
. Le niveau du bief au port de Bâle (en amont du PA de Kembs) doit
rester constant.
. Le débit sortant du Rhin après Iffezheim doit être égal au débit
entrant à Bâle augmenté de ceux des affluents (en tenant compte du
temps de transfert). Le coefficient de modulation est le même pour tous les PA sauf si un PA ne
peut participer aux éclusées pour des raisons techniques. Les éclusées sont programmées la veille. On y choisit :
. le coefficient de modulation (le même toute la journée);
. les plages horaires des éclusées ainsi que leur type (rétention,
lâcher ou équilibre). La courbe ci-dessous illustre l'interaction entre le débit réel et le
marnage du bief amont pour le PA d'Ottmarsheim : [pic]
Le schéma ci-dessous illustre les marnages aux différents PA entre 0H et 7H
:
Le niveau d'un bief donné va augmenter si le débit de son PA amont est
supérieur au débit de son PA aval et inversement. [pic] La consigne de débit :
Chaque PA reçoit du PHV:
o une valeur de débit naturel rafraîchie toutes les 5 minutes et qui
correspond au débit naturel du fleuve ainsi que de tous les affluents.
Elle tient aussi compte de la distance entre les usines car une
variation de 100m3/s à Bale n'est pas envoyée en même temps à Kembs et
à Iffezheim (1h40 plus tard).
o une valeur de débit de modulation (durant les éclusées, donc positive
ou négative) qui vient se rajouter à celle naturelle pour former la
consigne totale que le calculateur du PA va ensuite répartir entre ses
différents groupes. Contexte global du système :
Le système est composé du PHV et des différents PA, eux mêmes composés d'un
calculateur et d'API.
[pic]
Le PA et ses groupes :
Le PA est composé d'un calculateur Bull SPS5 et d'un nombre de groupes
allant de 6 à 10 selon les PA.
Un groupe est composé de 2 API (automates TSX37) dont un assure entre autre
la commande :
o d'une turbine couplée à un alternateur,
o des vannes de délestage,
o des organes nécessaires au couplage de la tension produite sur le
réseau Edf.
Le 2ème automate n'est là que pour des raisons de sécurités, en
fonctionnement normal cet automate est passif.
L'automate actif reçoit des informations de capteurs avec notamment le
débit mesuré et le niveau en amont.
Le calculateur reçoit du PHV les valeurs de débit naturel et débit de
modulation, en déduit la consigne de débit total et attribue ou non à
chaque groupe un quota de ce débit en fonction de l'algorithme de
répartition présenté en annexe 2. Si le PA pour des raisons techniques ne peut mettre en service les
turbines, l'eau passe par les vannes des déversoirs : dans ce cas, les
vannes sont également commandées par l'automate pour assurer le débit de
consigne. L'opérateur du PA peut mettre chacune des turbines :
o en mode automatique (le calculateur du PA calcule le débit),
o en mode manuel (l'opérateur fixe un débit)
o à l'arrêt. Les turbines :
On peut avoir 3 sortes de turbines : les Kaplan,