DESS TSI - Première session 2004

Option Systèmes Automatisés

Automatisation et Technologies
Usine de fabrication de parpaings

Durée : 2h, documents personnels et calculatrice autorisés. Les documents sont tirés du concours PLP2 Génie électrique session 2003. Ce sujet comporte deux pages de texte, plus trois figures. En cas d'informations insuffisantes, vous pouvez faire toute supposition qui vous arrange (et ne contredise pas le sujet), à condition de le préciser.

Présentation du dispositif général (voir fig.1) :

La chaîne de fabrication analysée ici est capable de produire des blocs manufacturés, en béton, type parpaings ou hourdis. Elle est constituée de sept parties principales :

• une centrale à béton qui élabore la matière constitutive des blocs à partir d'agrégats (sable et graviers), de ciment, d'eau et éventuellement d'autres adjuvants (Question 1).
• une presse qui moule les blocs et les dépose sur une planche de séchage par quantités dépendant du modèle de bloc (exemple : 5 parpaings de 20x20x50).
• un ascenseur qui empile les planches.
• un transbordeur, constitué de deux chariots à mouvements croisés, sur rails, qui assure le transfert des piles de planches fraîches vers le magasin temporaire et ressort les planches séchées vers le descendeur.
• un magasin temporaire dans lequel séjournent les blocs et qui assure prise et début de séchage. Sa capacité est telle qu'ils y séjournent environ 24 heures.
• un descendeur qui dépile les planches.
• un palettiseur qui décharge les planches et empile les blocs, en les croisant, afin de constituer les lots de commercialisation. Les palettes ainsi constituées sont acheminées par chariot élévateur vers une zone de stockage.

Les agrégats proviennent en partie de la carrière située à proximité immédiate du site de l'usine. Les autres constituants sont achetés.

Description de la centrale à béton (voir fig.2) :

La centrale est constituée d'un malaxeur dans lequel sont introduits les différents éléments du mélange. Les agrégats (sable, graviers...) sont élevés au moyen d'un skip. Ils ont été pesés et transportés par le tapis peseur et le tapis d'amenée. Le ciment est introduit au moyen d'un transporteur à vis d'Archimède. On y ajoute l'eau et les adjuvants si nécessaire. Les quantités et les temps de malaxage dépendent des « recettes » qui ont été élaborées en fonction des blocs à réaliser et des caractéristiques des constituants. Le mélange ainsi réalisé est transporté par le tapis béton vers la presse de moulage. Par une rotation inverse du tapis béton, on peut décharger les rebuts lors du nettoyage du malaxeur en fin de production.

L'état initial de la centrale à béton est défini ainsi : le skip est vide et en position basse; le malaxeur est vide, trappe fermée.

A la demande « arrêt demandé en fin de cycle », le pesage des agrégats ne se fait plus; le skip plein se vide, le malaxage s'effectue, le skip redescend en position basse et le cycle s'arrête.

Le malaxeur n'est pas arrêté entre les gâchées. Sa mise en service s'effectue en « production normale » et en « marches de préparation », dès le début de ces modes de marche. Dans le second cas (choisi par temps froid en particulier), le malaxeur est mise en route à vide pendant 15 mn avant la première gâchée.

Les actions à envisager sont les suivantes (toutes sont monostables sauf celles dont l'arrêt est explicitement cité) :

• marche malaxeur
• arrêt malaxeur
• montée skip (jusqu'en FCA, il monte normalement, de FCA à FCH il bascule et se vide dans le malaxeur)
• descente skip
• pesée (on considère dans ce sujet que l'amenée des agrégats dans la trémie forme une seule action, se terminant quand la quantité désirée sera arrivée sur le tapis peseur)
• avance tapis peseur
• avance tapis d'amenée
• avance tapis béton
• recul tapis béton
• ouverture trappe malaxeur
• ajout adjuvants
• vis silo 1
• vis silo 2
• ouverture vanne eau
• fermeture vanne eau

Les dosages d'adjuvants, d'eau, de ciment des silos 1 et 2 se font par temporisations (de durées différentes) notées respectivement TA, TE, T1 et T2. La durée de malaxage d'une gâchée (notée TM) est très supérieure à ces quatre durées. La « recette » définit ces 5 durées. Dans certaines recettes, TA, T1 ou T2 peuvent être nuls, le ou les produits correspondants n'ont alors pas à être incorporés. Tous les produits sont incorporés à partir du moment où le skip commence à se vider (en FCA).

Les tapis eux aussi sont arrêtés au bout d'un certain temps. Il n'y a donc besoin que de peu de capteurs, vous préciserez ceux dont vous aurez besoin (s'il y en a).

Question 1 : Tracez le Grafcet de la centrale à béton, conformément aux indications données jusqu'ici. Évidemment, pendant le malaxage d'une gâchée, on prépare (en temps masqué) les gâchées suivantes.

Le GEMMA (fig.3) du dispositif peut être mis en oeuvre à l'aide d'un Grafcet. Ce sera un Grafcet maître, qui commandera différents Grafcets esclaves dont un proche de celui de la question précédente. La supervision du processus (et donc aussi le Grafcet maître) sera effectuée sur un ordinateur programmable en C.

Question 2 : Tracez ce Grafcet (8 étapes) puis écrivez le programme correspondant (en C). On suppose disposer d'un ensemble de fonctions en C, que vous n'avez évidement pas à détailler ici, qui permettent de lancer une tâche (un Grafcet esclave) et vérifier les capteurs. Vous leur donnerez simplement un nom explicite, par exemple « lancer_production_normale( ); »

Question subsidiaire : Dans une démarche d'assurance qualité, il est décidé de spécifier le fonctionnement global de l'unité de production par SADT. Tracez les schémas (actigrammes) A-0 et A0. Puis commencez à détailler le premier actigramme définissant la centrale à béton.

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Patrick TRAU, ULP - IPST avril 04