BTS CIRA - Eduscol

CAE4AL Session 2015 Brevet de Technicien Supérieur CONTRÔLE INDUSTRIEL
et RÉGULATION AUTOMATIQUE Durée : 2 heures Coefficient : 2 Aucun document autorisé. Calculatrices interdites.
Tout autre matériel est interdit.
Documents à rendre avec la copie : Les DOCUMENTS RÉPONSES n° 1 (pages 9/12 et 10/12) et n° 2 (pages 11/12 et
12/12) sont fournis 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 12 pages, numérotées de 1/12 à
12/12. 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|
|AUTOMATISMES ET LOGIQUE |Code : CAE4AL |Page 1/12 |
Toutes les parties sont indépendantes et peuvent être traitées
séparément ; il est cependant recommandé de les traiter après avoir
lu l'intégralité du sujet. |Sommaire |Pages | |
|Description du procédé |2 | |
|Première partie : cycle de trempe |3 | |
|Deuxième partie : contrôle du niveau d'huile - sécurité |4 | |
|Troisième partie : régulation du niveau d'huile |5 | |
|Quatrième partie : mesure et régulation de la température |6 | |
|de l'huile | | |
|Annexe 1 : schéma du cycle de trempe |7 | |
|Annexe 2 : tableau des variables, cycle de trempe |7 | |
|Annexe 3 : circuit d'huile de trempe |8 | |
|Annexe 4 : tableau des variables, bac de trempe |8 | |
|Documents réponses |9 à 12 | |
Une entreprise usine et assemble les pièces entrant dans la composition
d'une boite de vitesse d'automobile.
Les principaux composants arrivent sur le site à l'état brut de fonderie
ou de forge. Une succession de techniques d'usinage permet de leur donner
leur forme définitive.
Après l'usinage, les pièces sont orientées vers le traitement thermique
pour des opérations de carbonitruration qui permettent de durcir les
pièces en surface. Leur résistance est ainsi largement améliorée.
L'assemblage s'effectue à partir des pièces usinées sur place et des
composants complémentaires achetés à l'extérieur, soit en moyenne 300
composants par boite de vitesse.
Traitement thermique
Le traitement thermique s'opère en plusieurs étapes : . les pièces subissent dans un premier temps un lavage dans des
machines à laver pour enlever les impuretés dues à l'usinage ; . puis elles sont envoyées sur des plateaux vers les fours où elles
subissent la carbonitruration. Il s'agit d'un traitement
thermochimique dont la durée est de 4 à 6 heures. La température est
comprise entre 800 °C et 900 °C. Différents gaz sont injectés dans le
four et viennent enrichir la surface des pièces en carbone et en
azote ; . à leur sortie du four, les pièces subissent une trempe à huile à la
température de 160 °C pendant 5 à 6 minutes. En effet, une fois
que la pièce a été enrichie, il faut la refroidir rapidement afin
d'améliorer sa dureté tout en limitant sa déformation. C'est cette
étape qui est étudiée dans ce sujet ; . après avoir été traitées, les pièces sont de nouveau lavées. Puis
elles retournent à l'usinage pour être rectifiées et vérifiées avant
d'être assemblées. Description de la trempe à l'huile
Le schéma du cycle de trempe est représenté en annexe 1, page 7. L'atmosphère du four est explosive car les gaz qui y sont injectés
réagissent pour donner du dihydrogène H2 et du monoxyde de carbone CO ; la
température qui règne dans le four est supérieure à 800 °C.
Il est essentiel pour la sécurité qu'il n'y ait aucune communication entre
l'intérieur et l'extérieur du four. C'est pourquoi une tôle sépare en deux
la partie haute du bac de trempe, l'huile doit toujours couvrir le bas de
cette cloison. Dans le cas contraire, l'installation doit être arrêtée et
le four doit être purgé (les gaz explosifs sont évacués et remplacés par un
gaz neutre). Les pièces, placées sur des plateaux, se déplacent horizontalement dans
l'installation grâce à des pousseuses à chaîne. Les plateaux sont plongés dans le bac de trempe grâce à deux ascenseurs (R
et Q). Deux vérins « simple effet » permettent les mouvements des
ascenseurs. Au repos, les ascenseurs sont en position basse, soumis à leur
propre poids. Pour faire monter un ascenseur, on commande le distributeur
VMR. Un motoréducteur permet de faire passer les ascenseurs et leur chargement
d'une partie à l'autre du bac de trempe. Le transfert de l'ascenseur R du
côté "four" vers le côté "machine à laver" correspond à une rotation de
180° dans le sens direct, le retour s'effectue dans le sens indirect.
L'étude portera sur le cycle "dégradé" pour lequel seul l'ascenseur R est
en fonctionnement. Les conditions initiales pour que le cycle démarre sont
:
- les ascenseurs R et Q sont en position basse ;
- un plateau contenant des pièces se présente à l'extrémité du four ;
- le niveau d'huile dans le bac de trempe est normal ;
- l'étape X200 du GRAFCET GPN (non étudié dans le sujet) est active ;
- la température de l'huile est normale (voisine de 160 °C, l'huile
ayant été préchauffée au préalable). Ensuite :
- l'ascenseur R est remonté par action sur le vérin VR jusqu'en position
haute ;
- les pièces à tremper sont amenées sur le plateau de l'ascenseur R
grâce à une pousseuse à chaîne ;
- l'ascenseur R descend dans le bac ;
- après 5 minutes de trempe, le motoréducteur effectue une rotation de
180° dans le sens direct. Les pièces placées sur le vérin VR se
retrouvent côté sortie et l'ascenseur Q se retrouve côté four ;
- l'ascenseur R est remonté.
- les pièces ayant subi la trempe sont sorties du bac de trempe grâce à
une pousseuse à chaîne afin d'être envoyées au lavage ;
- on laisse alors l'ascenseur R redescendre ;
- le motoréducteur effectue une rotation de 180° dans le sens indirect. Un
nouveau cycle peut alors démarrer.
Question 1 Établir le GRAFCET GTR répondant au cahier des charges précédent (à partir
de l'étape 10).
Le tableau des variables est donné annexe 2, page 7. Le GRAFCET GTR ne représente qu'une partie du cycle de trempe complet dans
lequel les deux ascenseurs sont en fonctionnement. Le GRAFCET gérant le
cycle de trempe complet est noté GT, son étape initiale est numérotée 100. Le schéma du circuit d'huile de trempe est représenté en annexe 3, page 8. Le contrôle du niveau d'huile dans le bac de trempe est primordial. En
fonctionnement normal, le niveau doit être maintenu entre deux seuils :
"niveau bas" (nb) et "niveau haut" (nh). Si, à la suite d'une défaillance (de la pompe d'appoint PA, ou du système
de contrôle...), le niveau devenait insuffisant jusqu'à passer sous la tôle
de séparation, l'atmosphère du four s'échapperait vers l'extérieur et
provoquerait une explosion. Pour éviter un tel accident, il faut arrêter
l'installation dès que le "niveau très bas" (ntb) est atteint et le four
doit être purgé (les gaz explosifs sont évacués du four et remplacés par un
gaz neutre). La sécurité de l'installation est gérée par le GRAFCET d'arrêt d'urgence
GUR, dont l'étape initiale est notée X0. Dans un premier temps le GRAFCET d'arrêt d'urgence GUR force le GRAFCET de
trempe GT dans sa situation initiale (étape 100). La production peut avoir
lieu dès que les conditions de démarrage sont réunies. Dès qu'un "défaut niveau" est détecté (niveau d'huile sous le détecteur
"niveau très bas" (ntb)), le GRAFCET GT est désactivé et le GRAFCET GP,
réalisant la purge du four, est lancé.
GP début (à déterminer) purge terminée
fin (à déterminer) Une fois le four purgé, le défaut peut être acquitté à l'aide du bouton-
poussoir acq. Le GRAFCET GUR est alors réinitialisé. Question 2 Établir le GRAFCET GUR répondant au cahier des charges précédent (à partir
de l'étape 0). Le tableau des variables est donné annexe 4, page 8.
Compléter le document réponse n° 1, page 10.
Question 3 Synchroniser le GRAFCET GP à partir de bits d'étape du GRAFCET GUR.
Compléter le GRAFCET de purge GP sur le document réponse n° 1, page 10
(transitions "début" et "fin"). Le niveau d'huile est maintenu entre les détecteurs "niveau bas" (nb) et
"niveau haut" (nh) grâce à une régulation Tout ou Rien :
- si le niveau d'huile passe sous le détecteur "niveau bas" (nb), la
pompe d'appoint PA
est mise en marche,
- si le niveau d'huile passe au-dessus du détecteur "niveau haut" (nh),
la pompe d'appoint PA est arrêtée. Des défaillances peuvent se produire, et le niveau devenir anormal :
- si le niveau d'huile passe au-dessus du détecteur "niveau très haut"