Les Travaux Pratiques en CPGE

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Les Travaux Pratiques en CPGE Powered By Docstoc
					Les Travaux Pratiques en CPGE
        24 et 25 mai 2004 à l’ENCPB,
        Rue Pirandello, Paris 13ème



 Le cahier des charges d’un TP en SII

          P.BERTHET    B.LACAGE
      Professeurs de SII filière PT
 Le cahier des charges d’un TP en SII
I. Analyse fonctionnelle externe d’un sujet d’activité de TP,

II. Analyse fonctionnelle interne d’un sujet d’activité de TP,

III. Exemple 1 : chaîne d’information « communiquer » les
       réseaux,

IV. Exemple 2 : chaîne d’énergie « distribuer » les variateurs
      4 quadrants,

V. Conclusion.
        I. Analyse fonctionnelle externe d’un sujet d’activité de TP
                         I.1 Expression du besoin

 A qui le produit rend-il service ?                                 Sur quoi agit-il ?


                    Etudiant en                               Formation
                      CPGE




                                      Activité cognitive de
           Pour faire quoi ?
                                       travaux pratiques




                          Acquérir des compétences de mise en œuvre,
Dans quel but ?
                        Etablir une relation forte entre le modèle et le réel.
I.2 Définition des contraintes et des fonctions de service d’un sujet
d’activité de TP


            Enseignant                              Étudiant

                             FS2
                                                FS1


                        Sujet de l’activité de TP



                        C1


    Programme de la                C2
                                             Système technique
       formation
I.2 Définition des contraintes et des fonctions de service
                 d’un sujet d’activité de TP

               Contraintes                                       Exemples
   C1 : Acquérir des compétences                  PTSI : analyse structurelle des produits
    pratiques explicitement définies dans le        introduite en début d’année par des
    programme                                       activités de TP,
                                                   PT : Capteurs de position, vitesse,
   C2 : Manipuler des solutions techniques         accélération,effort, pression,débit et
    retenues dans le programme                      température.


         Fonctions de service                                    Exemples
   FS1 : Définir les manipulations réalisées      PTSI : préciser les déplacements relatifs
    sur le système technique (commander,            possibles entre les solides en contact,
    déplacer, mesurer, régler, programmer,
    tester, identifier…),                          SII : veiller à la réussite manipulatoire de
   FS2 : Préciser le travail à faire et les        l’élève tout en favorisant la réflexion
    conditions de réalisation de ce travail         (lutter contre le presse bouton)
 II. Analyse fonctionnelle interne d’un sujet d’activité de TP : FS1

Définir les manipulations   Identifier
réalisées sur le système    l’architecture de la    Identifier les constituants
technique                   chaîne d’information
                                                    Identifier les
                                                    entrées/sorties


                                                    Identifier les liaisons


                            Caractériser les flux   Rechercher le support
                            d’information           d’information


                                                    Repérer les points de
                                                    mesure


                                                    Choisir, implanter et
                                                    utiliser un appareil de
                                                    mesure
        III. Exemple 1 : chaîne d’information
             « communiquer », les réseaux
 Les différentes représentations de
  l’organisation informatique des
  systèmes,
 Les connaissances et compétences
  terminales définies dans les
  programmes PTSI – PT,
 Deux exemples de cahiers des charges
  d’activités élèves en TP :
    – Différentes architectures matérielles
      des réseaux locaux industriels et bus
      de terrain,
    – Les différents modes de transmission
      (série ou parallèle) des réseaux
      locaux industriels et bus de terrain,
 Une définition des fonctionnalités des
  produits supports.
             III. Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
III.1 Les différentes représentations de l’organisation informatique des systèmes

                                         Les niveaux de communication :                            Monde
                                                                                                                     Distance :: Monde (WAN)
                                                                                                                     Distance Monde (WAN)
                                                                                                                     Trafic: Fichiers, gros paquets
                                                                                                                     Trafic: Fichiers, gros paquets
                                                                                                                     Client // serveur et internet
                                                                                                                     Client serveur et internet
                                                                                  Entreprise                         Topologie: Bus, étoile ...
                                                                                                                     Topologie: Bus, étoile ...
                                                                                                                     Perfs: 1 mn
                                                                                                                     Perfs: 1 mn
                                                                                                     Distance :: 2 à 40 km
                                                                                                     Distance 2 à 40 km
                                                                 Unité de                            Trafic: Fichiers, paquets
                                                                                                     Trafic: Fichiers, paquets
                                                                                                     Client // serveur et Intranet
                                                                                                     Client serveur et Intranet
                                                                 production                          Topologie: Bus, étoile
                                                                                                     Topologie: Bus, étoile
                                                                                                     Perfs: 1 à 30 s
                                                                                                     Perfs: 1 à 30 s
                                                                                                     Médium: Électrique
                                                                                                     Médium: Électrique
                                 Systèmes techniques :
                                                                            Distance :: 10 m à 15 km
                                                                            Distance 10 m à 15 km
                                 - systèmes automatisés                     Trafic: Données, Services
                                                                            Trafic: Données, Services
                                                                            Topologie: Bus, étoile
                                                                            Topologie: Bus, étoile
                                  - objets techniques divers,               Perfs: 5 à 100 ms (cycle API)
                                                                            Perfs: 5 à 100 ms (cycle API)
                                 grand public, …                            Médium: Électrique, optique, radio,...
                                                                            Médium: Électrique, optique, radio,...

             CIM                                       Distance :: 1 à 100 m
                                                       Distance 1 à 100 m
                                                       Trafic: Données Binaires
                                                       Trafic: Données Binaires
                                                       Topologie: Sans contrainte
                                                       Topologie: Sans contrainte
                                                       Perfs: 2 à 10 ms (cycle API)
                                                       Perfs: 2 à 10 ms (cycle API)
                                                       Médium: Électrique simple
                                                       Médium: Électrique simple



         4          Entreprise
                    Usine
         3
                    Atelier
         2
         1          Cellule
                    Terrain
         0
          III. Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
III.1 Les différentes représentations de l’organisation informatique des systèmes


                                                                     Internet
Station robotique de peinture
Ethernet
Bus de terrain
(FIPIO)
                                         …...
                     Station 1           Station 2                Station N
Supervision
  Atelier




                                 Flex U.I.            Flex U.I.               Flex U.I.


           Sauvegarde PC 
               Restaure PC


                                                     SUPERVISEUR
       Flex U.I.                                        FlexUI



                   Sauvegarde
                    CD-Rom
             III. Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
       III.2 Les connaissances et compétences terminales définies dans les
                                             programmes PTSI – PT
                                                  PIII.1.2.c Fonction « communiquer »
PIII.3- L'information                             • architecture matérielle ;
• définition et nature, information et            • les modes de transmission (série et parallèle) ;
      support d'information ;
                                                  • notion de service ;
• information discrète (TOR et numérique),
      codage ;                                    • adressage logique et matériel ;
• information analogique.                         •notion de protocole.


La numérisation de l'information se limite au     Pour les solutions techniques relatives aux réseaux locaux industriels et
     principe de l'échantillonnage et de la               bus de terrain.
                                                  L'étudiant doit être capable :
     conversion (CAN et CNA).
                                                  • d'extraire de la documentation fournie les valeurs caractéristiques des solutions
                                                             techniques retenues,
PIII.5.a) Systèmes combinatoires                  • de renseigner les critères de choix retenus en phase de conception partielle d'une chaîne
• définition d'un système combinatoire ;                     d'information,
                                                  • de choisir une partie des constituants d’une chaîne d’information respectant un cahier des
• algèbre de Boole. Théorème de De                           charges fourni,
      Morgan ;                                    • d'implanter en phase d'étude (schémas et/ou dessins) et en travaux pratiques les
• opérateurs logiques fondamentaux ;                         constituants d'une chaîne d'information en s’assurant de la compatibilité des
                                                             signaux électriques : tension, courant et fréquence,
• spécification d'une fonction booléenne :
                                                  • d’effectuer des mesures de caractéristiques liées au fonctionnement du système après
      table de vérité, tableau de Karnaugh ;
                                                             intégration de la chaîne d’acquisition au système. Ces relevés permettent de
• techniques de simplification : méthode                     valider le choix du capteur retenu,
      algébrique et méthode de Karnaugh ;         • modifier une spécification comportementale à l’aide d’un éditeur (atelier logiciel, interface
• logigrammes ;                                              de développement rapide) et tester le fonctionnement du système.
                                                  Les modèles relatifs au comportement des solutions techniques retenues dans ce
• exemples de réalisations câblées :                         programme sont fournis aux étudiants sous forme littérale (exemple : PID
      électroniques ou électromécaniques et                  numérique).
      programmées ;                               Aucune exigence quant à l'utilisation d'outil de programmation n'est au programme
                                                             (utilisation de progiciel en travaux pratiques d'automatique).
     III. Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
    III. 3 Un cahier des charges d’activités élèves en TP visant à connaître les différentes
            architectures matérielles des réseaux locaux industriels et bus de terrain
       L’élève doit être capable :
     D’identifier et de caractériser en analyse structurelle d’un produit et/ou d’un système les constituants réalisant la
      chaîne d’information : capteur, carte d’acquisition, carte réseau, ordinateur, automate programmable industriel, serveur
      de communication, liaison série, liaison éthernet …
     De choisir et d’implanter en travaux pratiques les constituants d'une chaîne d'information en s’assurant de la
      compatibilité des signaux électriques : tension, courant et fréquence


                                 Liaison série RS485




                                                              Liaison Ethernet TCP/IP




                     TSX 37-21 équipé de 16 entrées                                     Micro-ordinateur PC équipé
                                                                                        d’une carte réseau Ethernet
                     et 12 sorties statiques

                                               Serveur de communication TSX ETZ 410 :
                                               module passerelle Uni-Telway/TCP-IP
                                               autonome qui permet de réaliser la
                                               connexion des automates TSX Micro sur un
                                               réseau Ethernet TCP-IP.
       Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
III 2 Un cahier des charges d’activités élèves en TP visant à connaître les différents modes
     de transmission (série ou parallèle) des réseaux locaux industriels et bus de terrain

L’élève choisit et implante le système de mesure lui permettant d’identifier le support de
                 l’information aux différentes étapes de sa transmission.

                                                               Solutions techniques
                Fonctions techniques
                                                   Carte réseau intégrant l’ensemble des
    Transformer un mot binaire parallèle en mot   composants réalisant les fonctions techniques
     binaire série,                                nécessaires à la communication de
    Fabriquer une trame conformément à un         l’information :
     protocole déterminé,                           –   multiplexeur, démultiplexeur
    Coder en bande de base,                        –   codeur, décodeur,
    Transmettre en bande de base (faible           –   émetteur (transceivers)
     distance) ou transmettre en modulation.        –   ports physiques,
                                                    –   pilote (carte/système d’exploitation)
                                                   Câble
    III. Chaîne d’information « communiquer », les réseaux
       III.4 Une définition des fonctionnalités des ou de la chaîne(s)
                     d’information des produits supports
    être une chaîne d’information d’un système ou d’un produit, configurée pour
     permettre l’accessibilité aux élèves en analyse structurelle directe,
    être une chaîne d’information communicante interne au produit : réseau de
     capteurs et d’actionneurs (CAN, ASi…)
    être une chaîne d’information communicante externe au produit : en réseau
     bus de terrain (Profibus, FIPIO, Interbus, Modbus, …),
    être une chaîne d’information communicante externe au produit : en réseau
     local industriel (Ethernet, FIPWAY,…),
    être une chaîne d’information configurée (prise d’information pour carte
     d’acquisition, oscilloscope et analyseur de protocole) pour permettre l’analyse
     de l’état de l’information à différents niveaux de sa transmission : grandeur
     numérique parallèle, grandeur numérique série, trame (séquence codée),
     émission de la séquence d’information modulée.
            Exemple de TP et de simulation en sciences physiques : modulation
            et démodulation d’amplitude.
          IV. Exemple 2 : chaîne d’énergie
         « distribuer », variateur pour MCC
Programmes PTSI
I 1.b Décomposition structurelle
…les constituants des chaînes fonctionnelles
   (actionneurs,…variateurs,…) sont identifiés

Programme de PT:
I.1 Analyse des systèmes existants .
 justifier des solutions techniques
 analyser des comportements de tout ou partie
   d’un système.

III 1.1) Chaîne d’énergie:
 renseigner les critères de choix en phase de
   conception…
 effectuer des mesures…
     Analyse fonctionnelle interne d’un sujet d’activité de TP : FS1

Définir les manipulations   Identifier
réalisées sur le système    l’architecture de la     Identifier les constituants
technique                   chaîne énergie
                                                     Identifier les
                                                     entrées/sorties


                                                     Identifier les liaisons


                            Caractériser les flux    Caractériser les
                            d’énergie                paramètres à observer


                                                     Repérer les points de
                                                     mesure


                                                     Choisir, implanter et
                                                     utiliser un appareil de
                                                     mesure
        réseau
                     alternatif

        armoire




                  variateur




                      continu


Actionneur CC
           Fonction distribuer exemple système de levage

         solution technique pour adapter la vitesse du moteur




                           Le moteur peut se trouver dans 4
                           situations différentes, fonction des
                           signes du moment de la charge et de la
                           vitesse de rotation.




On montre en physique que:
La vitesse de rotation n=ke U             il faut moduler U, pour faire
                                         varier n
Le moment rotorique M= kt I
         Fonction distribuer exemple système de levage

     solution technique pour adapter la vitesse du moteur




 redresseur
                        Résistance        hacheur 4
     +                                    quadrants
                        de freinage
condensateur
  Fonction distribuer exemple système de levage
solution technique pour adapter la vitesse du moteur


                                 La commande simultanée
                                 des interrupteurs K1-K4 ou
                                 K2-K3 modifie le signe de la
                                 tension aux bornes du
                                 moteur




                                 La tension moyenne
                                 disponible aux bornes du
                                 moteur est réglée par le
                                 rapport cyclique d.
     Les différentes solutions techniques


Variateur 2 quadrans




A résistance
dissipative



                       Variateurs 4 quadrans



 Restitution
 au réseau
        Chaîne énergie fonctions distribuer, convertir
   Un cahier des charges d’activités élèves en TP concernant ces deux fonctions


  Pour les solutions techniques relatives aux :
  • préactionneurs :…variateur électrique…;
  • actionneurs : moteur…(électrique…).


L’élève identifie les composants depuis l’arrivée réseau jusqu’au moteur ;


il effectue les mesures nécessaires pour caractériser les entrèes/sorties de chaque
module fonctionnel, redresseur, variateur ;

il évalue les écarts entre le comportement simulé par un modèle donné et le
comportement réel observé ;


il renseigne les critères de choix fournis en phase de conception partielle d'une
chaîne d'énergie.
 fonctionnalités de la chaîne d’énergie des produits supports de TP
 être une chaîne d’énergie d’un système ou d’un produit, configurée
  pour permettre l’accessibilité aux élèves en analyse structurelle directe
  (nécessité de sous-systèmes ouverts extraits du système réel).
 être une chaîne d’énergie d’un système ou d’un produit actuel,
  permettant une richesse d’exploitation suffisante (réglages,
  configurations,…).

 être une chaîne d’énergie configurée (prise d’information pour carte
  d’acquisition, oscilloscope …) permettant d’accéder aux grandeurs
  caractérisant l’énergie qui transite dans le système.

 lorsque les mesures effectuées font l’objet d’un post traitement, celui-ci
  doit être précisé dans les documents d’accompagnement. Les mesures
  pouvant être récupérées au format texte transférable dans un tableur.
Exemple de variateur didactisé pour les section GE
               V. Conclusions
   L’organisation structurelle des TP,
   Les TP rédigés avec les supports,
   Les TP d’évaluation aux concours,
   Les coûts des supports,
   Le financement national et local,
   La sécurité des étudiants,
   La mission du groupe de travail « guide
    d’équipement » pour la définition de cahier des
    charges d’activités de TP.

				
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posted:11/26/2011
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