A barrière est conçue de manière à pouvoir modifier ses paramètres cinématiques en phase d’ouverture ou de fermeture. Les performances cinématiques que l’on programme sont-elles atteintes ? Le choix du moteur est-il optimisé ?

OBJECTIFS PEDAGOGIQUES

A partir d’un système réel et d’instruments de mesure, l’élève doit pouvoir

• mettre en œuvre une démarche de modélisation pour appliquer le PFD ou le PFS
• effectuer des mesures de caractéristiques électriques, cinématiques et d’actions mécaniques
• analyser des écarts entre valeurs annoncées, mesurées et/ou calculées.

SITUATION PEDAGOGIQUE

PRÉREQUIS  

modélisation des actions mécaniques, PFD et PFS

NATURE DU TP

Acquisition de connaissances   □                Approfondissement de connaissances         ⌧

MATÉRIEL MIS EN OEUVRE - DOCUMENTS  A UTILISER

La barrière Sympact avec son logiciel de pilotage, appareils de mesures électriques et mécaniques.

CONDITIONS DE RÉALISATION

2x2h en groupe

RESULTATS ET PRODUCTION ATTENDUS

Il s'agit d’analyser et de modéliser le fonctionnement de la barrière, afin de valider le choix du motoréducteur.

Ces résultats devront être présentés dans un compte rendu et dans un diaporama utilisé lors de l’exposé final.

CRITERES D’EVALUATION

Validité de la modélisation des actions mécaniques, de l’application du PFD, qualité des prises de mesures et de leur exploitation, validité des résultats et pertinence des conclusions, qualité de l’oral.

PROBLÉMATIQUE :                   

La barrière est conçue de manière à pouvoir modifier ses paramètres cinématiques en phase d’ouverture ou de fermeture. Les performances cinématiques que l’on programme sont-elles atteintes ? Le choix du moteur est-il optimisé ?

La barrière SYMPACT est un modèle de barrière conçu et diffusé par la société ERO spécialisée dans le contrôle d’accès. Cette société installe des barrières dans de nombreux sites privés, publics ou commerciaux avec des contraintes chaque fois différentes. La barrière SYMPACT offre la particularité de pouvoir recevoir différentes configurations qui lui permettent de s’adapter à différents contextes d’utilisation.[pic 1]

Pour accéder au paramétrage de la barrière, vous pouvez lancer, dans l’ordinateur raccordé à la barrière,  dans le menu « démarrer – tous les programmes », l’environnement multimédia Sympact.

[pic 2]

Le rôle de la barrière est d’obturer ou libérer un passage ; pour cela, une lisse (barrière) est entraînée par un système bielle/manivelle mu par un motoréducteur, lui-même piloté par un variateur de vitesse.

Ce variateur est l’élément qui permet de configurer les mouvements désirés.

En cas de coupure de courant, un ressort à pour rôle de :

• remonter la lisse sur les barrières de type autoroute,
• descendre la barrière sur les accès de parc privé en changeant le réglage du mors de réglage, la barrière.

Vous retrouvez la structure de la chaîne d’énergie ci-dessous.

[pic 3]

L’utilisation qui nous intéresse est la barrière d’autoroute ; en effet, dans ce cas, les vitesses demandées sollicitent davantage le système.

Cependant, une particularité de la barrière est l’action du ressort : lorsque la barrière est fermées, en bas, il n’est pas possible d’arrêter le moteur puisque le ressort exerce un couple qui la ferait remonter. La solution, visible sur le schéma ci-dessous est de maintenir une consigne de vitesse faible lorsque la barrière est fermée ; cela génère un couple suffisant pour la maintenir fermée contre sa butée.

[pic 4]

1. Fonctionnement d’une machine asynchrone et mouvement uniforme

Dans une machine asynchrone, des bobines liées au stator (partie fixe), alimentées par les tensions de la distribution triphasée créent un champ magnétique tournant que le rotor va suivre à une vitesse proche de la vitesse de synchronisme Ns. On a :                                   

avec         Ns en tr / s     f = fréquence d’alimentation en Hz         p = nombre de paires de pôles

Le moteur de la barrière comporte 2 paires de pôles.

Ce champ entraîne le rotor  à une vitesse N légèrement inférieure, d’où le nom de moteur asynchrone.

La différence Ns – N  entre ces vitesses s’appelle le glissement.

Remarque préliminaire : la barrière n’est pas reliée directement à l’arbre du moteur électrique ; en sortie du moteur se trouve un réducteur, puis un mécanisme de bielle-manivelle à coulisse ; en réalité, il faut 15 tours de moteur pour que la barrière tourne d’un quart de tour.

• Si le moteur est alimenté à la fréquence du secteur, soit 50Hz, et que l’on suppose que la totalité du mouvement de fermeture est uniforme avec un glissement nul, quelle serait la durée de fermeture ?

1. Programmation de la barrière et mesure

En réalité, la fermeture ne peut être considérée comme uniforme ; en effet, les phases d’accélération et de décélération n’ont pas des durées négligeables devant la phase de mouvement uniforme dans les conditions normales de fonctionnement.

L’environnement numérique de travail (ENT) de Sympact permet de régler l’accélération, la vitesse de rotation (fréquence de pilotage) et la décélération.

• Dans l’ENT, passez en mode mesure ; faites varier les consignes des trois phases et testez le fonctionnement pour voir leur influence. Faites deux ou trois essais.
• Programmez la barrière avec les valeurs suivantes :

• rampe d’accélération : 125 Hz / s soit 62,5tr/s²
• fréquence de pilotage (vitesse de la phase uniforme) : 40 Hz soit 20tr/s
• rampe de décélération : 100 Hz / s soit 50tr/s²
• fréquence de maintien (en position basse) : 12 Hz

• Puis lancez une mesure de durée 2s. Sur la courbe, faites apparaître aussi le couple moteur. Récupérez la courbe avec PDF creator et imprimez-la.

1. Tracé de la courbe de la consigne

Objectif : comparer le mouvement de la lisse mesuré à celui programmé. Analyser l’écart.
Rappel : pour obtenir la fermeture, le moteur doit tourner de 15 tours.

Démarche proposée :

1. Calculez la durée et l’angle parcouru en phase d’accélération et phase de décélération.
2. Déduisez-en l’angle parcouru en phase uniforme, puis la durée de cette phase.
3. Faites la graduation en tr/s sur la courbe imprimée.
4. Tracez sur la feuille de la courbe mesurée le graphe de la consigne programmée.

Conseil : effectuez tous les calculs avec l’unité tr/s.

Remarque : n’oubliez pas, la rotation de la lisse se finit au moment où commence la phase de maintien, qui n’existe que pour contrer le couple du ressort qui ferait remonter la lisse (configuration télépéage).

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