A.- É T U D E D E S C O N S T R U C T I O N S

CLASSES DE PREMIÈRE ET TERMINALE

A 1 - Mécanique

I. OBJECTIFS DU PROGRAMME

La mécanique est. la science des lois du mouvement et de l'équilibre.Elle est la base du dimensionnement des mécanismes, des structures etouvrages.

L'enseignement de la mécanique vise à donner aux élèves, à traversl'étude de systèmes réels, les connaissances et les méthodes leur permet-tant :

- la compréhension du comportement de tout ou partie du système ;- le développement de capacités transversales (méthode, rigueur, ana-

lyse du réel et modélisation, validation expérimentale).II prend en compte le programme de physique de I classe de seconde.

II. PROGRAMME

1. Modélisation des liaisons et des actions mécaniques

1.1. Modélisation des liaisons

1.1.1. - Solide.- Définition : solide - système de solides.- Repérage d'un solide par rapport à un autre solide.

1.1.2. - Cinématique des liaisons entre solides dans le cas de liaisons sansjeu.- Cinématique du contact :

contact ponctuel, contact linéique, contact surfacique, surfaces en contact, repères locaux associés, degrés de liberté - paramétrage des mouvements possibles.

- Liaisons élémentaires : définition, centre de liaison et repères locaux associés, déplacements possibles et paramétrage, schématisation normalisée (plane et spatiale).

7.2. Modélisation des actions mécaniques

1.2.1. - Actions mécaniques sur u n solidea) Actions mécaniques de contact (frottement negligé)- Notion d'action (force) élémentaire de contact :

modélisation par l'association d'un point et d'un vecteur

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m o m e n t e n u n point, signification concrète d e la notion d emoment, modélisation vectorielle, évolution du moment d'un pointà un autre.

- Champ surfacique d'actions élémentaires de contact entre deuxsolides :0 image spatiale torseur associé cas d e l'action d'un fluide sur la surface d'un solide.

- Contact linéique et ponctuel traités comme limite d'un contactsut-facique.- Critères de passage à une modélisation plane. Modélisation desactions de contact par un glisseur ou par un couple. Eléments deréduction d'un glisseur en un point de son axe, relation avec lareprésentation usuelle d'une force.

b) Incidence du phénomène de frottement sur la modélisation

c) Actions mécaniques à distance- Champ volumique d'actions élémentaires exercées à distance :

effet de gravitation, effets magnétiques et électromagnétiques.

Se limiter au cas où ces actions sont modélisables par un glisseur ou uncouple.

1.2.2. - Actions mécaniques dans les liaisons entre solidesa) Liaisons parfaites dans l'espace et dans le plan- Torseur transmissible par les liaisons usuelles : appui ponctuel,linéaire rectiligne et circulaire, rotule, appui plan, pivot, pivot glissant,glissière. Composantes à l'origine du repère local associé.- Forme particulière du torseur transmissible en modélisation plane.

Composante à l'origine du repère local associé et en un pointquelconque.

b) Liaisons avec frottement en modélisation plane.

1.2.3. - Principe des actions mutuelles

1.3. Isolement d'un système de solides- Frontière d'isolement.- Identification des actions extérieures s'exerçant sur le système.- Mise e n évidence des actions intérieures par déplacement d e la ’

frontière d'isolement.

2. Cinématique

2.1. Mouvement relatif de deux solides en liaison glissière ou pivot

2.1.1. - Rappels :- Définition de mouvements (rotation et translation).- Repère fixe, repère mobile.

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i - Paramétrage.- Points.- Trajectoire de points d'un solide par rapport à un repère donné.

2.1.2. - Caractérisation du mouvement d'un point d'un solide par rapport àun repère donné:- représentants vectoriels de la position, de la vitesse et de I'accélé-ration,- champ des vecteurs vitesse d'un solide:

en mouvement de translation, en mouvement de rotation autour d'un axe fixe,

- pour u n mouvement résultant d e l'association d e mouvementsuniformes et uniformément variés :

représentation graphique (graphe des déplacements et des vi-tesses), expression analytique (relations entre déplacement, vitesse et

accélérat ion).

2.2. Mouvements plans entre solides

- Champs des vecteurs vitesse d'un solide.- Equiprojectivité.- Centre instantané de rotation.- Mouvement relatif. Composition des vecteurs vitesse.

3. Statique

3.1. Principe fondamental de la statique plane

- Traduction graphique dans le plan : cas de solides ou de systèmesde solides soumis à des actions modélisées par deux glisseurs ou troisglisseurs dont les axes ne sont pas parallèles.

- Traduction vectorielle dans le plan et dans l'espace.

3.2. Résolution d'un problème de statique

3.2.1. - Hypothèses sur :

- l'assimilation des corps réels à des solides ;- les actions dont l'effet peut être négligé;- la prise e n compte o u non d u phénomène d'adhérence (ou d efrottement).

3.2.2. - Algorithme de résolution :

- Bilan des actions sur u n système isolé.- Identification des inconnues.- Possibilité de résolution (isostatisme).- Ordonnancement des isolements.- Choix d'une méthode de résolution.

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Les méthodes graphiques seront envisagées uniquement pour résoudrel'équilibre de solides ou systèmes de solides soumis à des actions modéli-sées par deux glisseurs o u par trois gtisseurs dont les axes n e sont pasparallèles.

4. Energétique et dynamique

4.1. Energétique

4.1.1.

4.1.2.

4.1.3

- Travail :

- Définition.- Travail élémentaire d'une action modélisée par un glisseur agissantsur un solide animé d'un mouvement de translation rectiligne.- Travail élémentaire d'une action modélisée par u n glisseur o u u ntorseur couple agissant sur un solide anime d'un mouvement derotation autour d'un axe fixe.

- Puissance :- Définition- Puissance développée par une action modétisée par u n glisseuragissant sur un solide animé d'un mouvement de translation rectiligne.- Puissance développée par une action modélisée par un glisseur ouun torseur couple agissant sur un solide animé d'un mouvement derotation autour d'un axe fixe.

--

- Autres formes de l'énergie :

Energie:Définition.Différentes formes de l'énergie mécanique: énergie potentielle :- de pesanteur,- de pression,- élastique,

énergie cinétique(cas d'un système dans lequel les mouvements des solides sontdes translations rectilignes ou des rotations autour d'un axe princi-pal d'inertie fixe).

électrique, hydraulique, calorifique (frottement, viscosités, effet Joule, capacité calorifique), chimique (moteur à combustion interne).

4.1.4. - Conversion de puissance - Rendement :- Différentes expressions de la puissance- Caractéristiques des actionneurs.- Exemples de conversion de puissance.- Rendement global d"un système.

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i 4.1.5. - Théorème de l'énergie cinétique :- Enoncé.- Application à l'étude de systèmes de solides comportant :

uniquement des éléments animés de mouvement de translationrectiligne,e uniquement des éléments animés d e mouvement d e rotationautour d'un axe fixe. des éléments animés de mouvement de translation rectiligne et

des éléments animés de mouvement de rotation autour d'un axefixe.

- Conservationde l'énergie mécanique totale d'un système isolé.

NOTA : expliciter la notion « d'inertie des éléments de la charge ramenéeà l'arbre d u moteur >>, utilisée d e manière usuelle dans le domaine d eI'électrotechnique.

4.2. Dynamique du solide

- Principe fondamental de la dynamique : énoncé général.- Application du principe fondamental de la dynamique au

de translation rectiligne.mouvement

- Application du principe fondamental de la dynamique au mouvementde rotation du solide autour d'un axe principal d'inertie fixe noté Oz.

Nota: les moments d'inertie usuels notés J par rapport à l'axe principalseront fournis.

5. Résistance des matériaux

- Hypothèses de la RDM : sur les solides déformables, sur les actions exercées.- Identification de la nature des sollicitations, en fonction des actions

mécaniques extérieures (traction, compression, cisaillement, torsion, flexion).- Identification des concentrations d e contraintes e n fonction des

variations de forme.

Nota : mise en évidence, à partir d'expérimentations ou de simulations.En liaison avec l'étude de système, montrer que la RDM conditionne tesdimensions et les formes des constituants des chaînes cinématiques.

6. Mécanique des fluides

- Théorème de Pascal.- Théorème d'Archimède.- Mise en évidence des pertes de charge.

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Ill. ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES

L'enseignement de la mécanique repose sur :- l'analyse détaillée du comportement d'un solide ou d'un système de

solides face à un ensemble de facteurs favorisant ou modifiant :. son équilibre (statique), son mouvement (cinématique, dynamique), son aptitude à transmettre la puissance (énergétique), sa forme (résistance des matériaux).

Nota: les parties cinématique, dynamique et énergétique aideront à unemeilleure appréhension de l'étude des chaînes de conversion d'énergie dansles procédés de force motrice du domaine de I'électrotechnique.

La partie énergétique devra être traitée en complémentarité avec leprogramme de physique appliquée.

- Le passage de la réalité physique à la modélisation grâce à I'utilisa-tien d'outils mathématiques qui privilégient les méthodes graphiques o uanalytiques.

- L'interprétation des résultats mathématiques obtenus, et leur confron-tation avec la réalité technologique.

- La maîtrise du système international d'unités- L'approche expérimentale de phénomènes permettant aux élèves une

concrétisation des connaissances et concepts mis en évidence (approche dedécouverte et de validation).

- L'utilisation de l'outil informatique pour exécuter des calculs, simulerdes déplacements, déformations, analyser l'influence d'un paramètre isolésur le comportement d'un système... tout en ayant un regard critique quantaux résultats fournis par les logiciels utilisés.

L'enseignement de la mécanique se doit :- de ne pas dissocier aspects technologiques et résolution des pro-

blèmes;- développer chez les élèves l'aptitude à: analyser les données disponibles, comprendre et interpréter les phénomènes observés, modéliser à partir d'hypothèses justifiées,

e appliquer les lois et théorèmes, interpréter les résultats obtenus.

IV. COMPÉTENCES ATTENDUES

1. Modélisation des liaisons et des actions mécaniques

En possession de :-- dessin d'ensemble et/ou d e schémas;

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r- catalogues ou notices techniques ;- structures et/ou mécanismes réels : isoler u n système, dresser le bilan des actions mécaniques extérieures qui s'exercent sur

le système matériel isolé (caractère plan ou spatial), modéliser les actions subies par le système.

2. Cinématique

A partir d'un dessin de mécanisme etfou de fiches techniques:a) Un solide étant lié à un autre solide par une liaison glissière ou pivot

parfaitement définie, l'un des solides étant fixe,- le graphe de vitesse étant donné :. établir la loi du mouvement, déterminer les caractéristiques de ce mouvement ;- une loi de mouvement étant donnée, et une caractéristique spécifiée

(course, V maxi, . ..) : établir les expressions algébriques du mouvement tracer les graphes associés.

b) Un mécanisme dont le traitement peut être effectué au moyen d'uneprojection sur un plan défini :

- construire le graphe des liaisons.Le paramétrage des mouvements étant fourni :- déterminer graphiquement (ou analytiquement) les champs des vec-

teurs vitesse des solides et les relations entre les mouvements.

3. Statique

A partir d'un système réel ou des dessins et notices le définissant :- justifier des hypothèses simplificatrices (données) au niveau des liai-

sons;- vérifier que le problème est résolvable ;- élaborer un ordonnancement des isolements ;- déterminer analytiquement ou graphiquement les actions de liaison ;- interpréter les résultats obtenus par un retour à la technologie mise

en œuvre: performances, validation de solutions constructives.

/Vota: en Terminale, des logiciels de calcul assistés par ordinateurdevront permettre de traiter des applications spatiales, les torseurs mécani-ques de liaison étant quelconques.

Dans les cas où la résolution n'est pas assistée par ordinateur, lesmodèles associés aux actions mécaniques devront être réductibles à desglisseurs coplanaires.

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4. Energétique et dynamique

a) Energétique

Pour un système de solides dont les éléments sont animés de mouve-ment de translation rectiligne ou de mouvement de rotation autour d'un axefixe :

- justifier le choix d'un actionneur capable d'imposer au système desconditions cinétiques données ;

- calculer les caractéristiques cinétiques imposées au système par unactionneur donné ;

- calculer le rendement global de tout ou partie du système.

b) DynamiquePour u n élément d'actionneur o u d'un mécanisme entièrement défini

(dessins. fiches techniques...), en mouvement de translation rectiligne ou derotation ’autour d'un axe principal d'inertie fixe :

- déterminer les actions extérieures ou de liaisons permettant d'obtenirune accélération spécifiée ;

- déterminer les actions de liaison et la vitesse de déplacement pourune action extérieure imposée (glisseur ou torseur couple).

5. Résistance des matériaux

A partir d'un système réel ou des dessins et notices Je définissant, lemodèle étant fourni :

- définir la nature des sollicitations engendrées sur un élément;- identifier une zone critique.

6. Mécanique des fluides

A partir d'un système réel représentant un circuit hydraulique didactiséou des dessins et notices le définissant :

- indiquer l'influence des variations de formes et des changements dedirection sur les pertes de charge.

A 2 - Construction

I. OBJECTIFS DU PROGRAMME

Le programme de construction mécanique s'inscrit dans le prolongementd e l'option TSA (technologie des systèmes automatises) des classes d eseconde

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A travers l'étude de produits industriels réels conformes aux productionsdu moment, l'enseignement de la construction vise à faire acquérir auxélèves les connaissances, les méthodes et les démarches leur permettant:

1) l'analyse des fonctions, la compréhension de leur agencement et dessolutions technologiques associées dans un contexte industriel précis(marché, performances, coûts) de tout ou partie d'un système dans lequelI'électrotechnique occupe une place significative ;

2) l'utilisation des outils modernes de communication technique :méthodes de description fonctionnelle ou temporelle et de représentationmatérielle symbolique (dessin technique et schématisation) ;

3) une sensibilisation. aux problèmes de qualité, d'analyse de la valeur,d'évolution des solutions constructives, d'utilisation des ressources consti-tuées en bases de données, en fonction de critères liés à l'économie et àl'innovation...

E n privilégiant l'analyse de mkanismes existants proches de I'électro-technique, cette formation développe la culture technologique et les possibi-lités de communication du Bachelier de cette discipline.

II. PROGRAMME

La présentation du programme ne doit en aucun cas induire une traduc-tion pédagogique linéaire. En effet, la construction comme la mécanique doitprendre appui sur l'étude de systèmes et de sous-systèmes qui concrétisentla solution disponible à un moment donné pour résoudre un problème àvariables et critères multiples.

1. Les outils de comunication technique

1.1. Outils d'analyse et de description fonctionnelle des systèmes

- Cahier des charges fonctionnel.- Analyse fonctionnelle en cohérence avec le programme d'électrotech-

nique (voir chapitre II 1.2. : Aspects méthodologiques pour l'étude dessystèmes).

1.2. Outils de représentation des solutions matérielles

Dessin technique manuel et/ou assisté par ordinateur.- Projections normalisées.- Perspectives cavalière et isométrique.- Dessin à main levée (croquis, perspectives).Schémas :- schématisation normalisée des liaisons et chaînes cinématiques.

2. Etude des liaisons mécaniques

2.1. Analyse structurelle- Cas des chaînes de liaisons unidirectionnelles entre solides.- Application à l'identification des cotes relatives à une condition

fonctionnelle donnée.- Ajustements.

2.2. Liaisons complètes- Utilisation de composants obstacles (clavettes, goupilles...).- Utilisation du phénomène d'adhérence.- Utilisation d'éléments d'apport : soudage, collage.

2.3. Liaison pivot et liaison glissière- Guidages avec glissement relatif des surfaces fonctionnelles.- Guidages avec interposition d'éléments roulants.

2.4. Fonctions complémentaires

- Lubrification.- Etanchéité entre pièces animées ou non de mouvement relatif.

3. Chaînes cinématiques

3.1. Constituants des chaînes cinématiques

3.1.1. - Actionneurs : moteurs électriques, vérins pneumatiques OU hydrau-liques.- Description et applications, en liaison avec !es cours d'automati-que, d'informatique industrielle et d'électrotechnrque.- Caractéristiques principales (action mécanique développée, vi-tesse...).

3.1.2. - Transmetteurs de puissance pour mouvements de rotation, avecou sans adaptation de couple et de .vitesse.- Transmissions par chaînes et courroies à rapport constant.- Réducteurs à engrenages à trains simples.

3.1.3. - Transmetteurs de puissance avec conversion de rotation en trans-lation et réciproquement.- Mécanismes vis-écrou.- Pignon-crémaillère.- Bielle-manivelle, cames.

3.1.4. - Constituants industriels modulaires à guidage intégré.

3.1.5. - Freins e t embrayages d e machines, accouplements d'arbrescoaxiaux ou à faible défaut de coaxialité.

3.2. Structure

- Schématisation des chaînes cinématiques données par leur dessind'ensemble.

- Fonctions des différents composants.- Caractéristiques: rapport de transmission, vitesses, puissance trans-

mise...

4. Les matériaux

4.1. Rela tien produit-fonctions-procédé-matériau

- Critères d e choix d'un matériau liés à l'environnement d u produit,aux fonctions à assurer, au procédé d'élaboration.

4.2. Matériaux métalliques: acier, fontes, aluminium et ses principauxalliages, cuivre et ses principaux alliages.

4.3. Matériaux plastiques et élastomères: propriétés fondamentales.

4.4. Matériaux composites: notions.

Ill. ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES

La démarche

L'enseignement de la construction, destiné aux élèves de première etterminale qui préparent un baccalauréat technologique « Génie Electrotechni-que » vise à leur faire acquérir une démarche analytique qui prend appui surdes produits ou systèmes réels.

Cette analyse doit permettre aux élèves:- d'appréhender d'une manière non exhaustive les solutions construc-

tives les plus couramment utilisées, en particulier dans le domaine applicatifde I'électrotechnique;

- de développer leur sens critique et leur jugement, par exemple encomparant diverses solutions dans un contexte économique donné.

La communication technique

II s'agit de développer chez l'élève sa capacité de communication et enparticulier ses aptitudes:

- à présenter par écrit, sous la forme la plus appropriée, le résultat deses travaux, de ses analyses, de ses recherches ou de ses réflexions (textes,schémas, dessins, croquis...) ;

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- à s'exprimer avec rigueur en veillant à l'exactitude du vocabulaireutilisé ;

- à effectuer avec goût un travail bien fait dans le respect descontraintes fixées.

Conséquences sur l'enseignement de la construction

Ainsi, l'enseignement de la construction repose sur la connaissance :- des concepts et du vocabulaire technique de base ;- des outils de description et de communication : pour analyser des produits ou des systèmes industriels, p o u r élaborer u n document d e qualité, conforme a u x règles d e

normalisation ;- de la manière d'exploiter des documentations industrielles.

IV. COMPÉTENCES ATTENDUES

On trouvera dans ce chapitre, pour chacun des paragraphes du pro-gramme, la compétence que l'on attend des élèves à l'issue du cycle deformation première e t terminale préparant a u baccalaureat technologrque<< Génie Electrotechnique ».

1. Outils de communication technique

7.1. Outils d'analyse et de description fonctionnelle de systèmes

En possession de tout ou partie du cahier des charges fonctionnel d'unsystème, des dessins et schémas le définissant, de différents niveaux dedescription fonctionnelle :

- identifier les supports d'activités qui réalisent les fonctions.

Pour l'activité directe sur la matière d'œuvre :- identifier les entrées, les sorties et les contraintes d'activité.

1.2. Outils de représentation des solutions matérielles

En possession d'un dessin d'ensemble ou de sous-ensemble issu d'unsystème-:

- représenter le schéma cinématique d'un sous-ensemble ;- représenter les vues nécessaires et suffisantes pour définir les formes

d'une pièce réelle à l'aide d'instruments manuels ou informatisés ;- produire, à main levée, le croquis perspectif d'une pièce.

2. Etude des liaisons mécaniques

2.1. Analyse structurelle

En possession de tout ou partie d'un dessin d'ensemble dans lequel uneliaison est située :

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- trouver les cotes relatives à une condition fonctionnelle donnée dansune chaîne de liaisons unidirectionnelle ;

- interpréter la cotation d'un ajustement.

Cette compétence vaut pour tous les types de liaisons définis dans leprogramme.

2.2. Liaisons complètes

En possession des documents des constructeurs et des contrainteslocales à respecter:

- représenter une. liaison complète portant sur l'adaptation d'élémentsstandards (exemple : adaptation d'une poulie préalésée sur l'arbre d'unmoteur, fixation d'un capteur sur son support...).

2.3. Liaisons pivot et liaison glissière

En possession de tout ou partie d'un dessin d'ensemble :

- identifier les éléments et les surfaces fonctionnelles d'un guidage ;- identifier les conditions fonctionnelles relatives à la fonction de gui-

dage.

2.4. Fonctions complémentaires

En possession d'un dessin d'ensemble :- identifier la logique d'un dispositif de lubrification ;- repérer et identifier les dispositifs d'étanchéité.

3. Chaînes cinématiques

3.1. Constituants des chaînes cinématiques

Un transmetteur de puissance étant défini par un plan d'ensemble, unplan spécifique ou des documents du constructeur:

- établir le schéma cinématique du transmetteur ou trouver sonschéma conventionnel global dans une base de données ;

- exprimer les paramètres cinématiques de sortie du transmetteur enfonction des paramètres d'entrée dans les limites permises par le pro-gramme de cinématique.

3.2. Structure

Un mécanisme industriel étant défini par un plan d'ensemble et sinécessaire par des documents de constructeurs:

- établir le schéma cinématique du mécanisme ;- établir la relation permettant d'exprimer les paramètres cinématiques

de sortie en fonction : des paramètres cinématiques de I'actionneur, de la loi d'entrée-sortie des composants de la chaîne.

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4. Matériaux

Sur un dessin d'ensemble utilisant la codification normalisée des ha-chures:

- reconnaître à quelle famille appartient le matériau dans lequel estréalisée une pièce ;

- justifier le choix d'une telle famille par le constructeur en s'appuyantsur la relation produit - fonctions - procédé - matériau.

Sur une nomenclature :- donner la famille à laquelle appartiennent les matériaux désignés

conformément à la norme.

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B. - É T U D E D E S S Y S TÈ M E S T E C H N I Q U E S I N D U S T R I E L S

Bl - Automatique et informatique industrielle

I. Objectifs du programmeII. ProgrammeIll. Aspects méthodologiquesIV. Compétences attendues

B 2 - Electrotechnique

I. Objectifs du programmeII. Contenus de formation. Méthodologie. Compétences

attendues

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i- B.- É T U D E D E S S YS T È M ES T E CH N IQ U E S

INDUSTRIELS

61 - Automatique et informatique industrielle

I. OBJECTIFS DU PROGRAMME

L'automatique est la science des méthodes et démarches permettantl'étude et la réalisation des automatismes industriels.

C 'es t u n e discipl ine q u i privi légie l 'aspect « s y s t è m e » d a n s l e sdémarches qu'elle utilise. Elle impose de s'intéresser aux fonctions desobjets qui constituent :

- les parties commande ;- les parties opératives ;- les interfaces d e commande, d e dialogue, d e puissance, e t aux

contraintes physiques et humaines de l'environnement.

L'informatique industrielle est étroitement associée à l'automatique, dansla réalisation des fonctions caractéristiques des objets de commande et detraitement.

L'enseignement de l'automatique et de l'informatique industrielle viseessentiellement à faire acquérir aux élèves, par l'assimilation des principauxconcepts de base, une formation d'esprit leur permettant de bien appréhen-der le fonctionnement des automatismes.

II doit en particulier leur permettre de décrire avec une précision suffi-sante les relations et les interactions entre le système et le milieu extérieurd'une part, entre les constituants de ce système d'autre part.

II s'intéresse aux « modèles » qui décrivent l'évolution temporelle dufonctionnement en réponse aux informations, consignes qu'il reçoit et. auxperturbations qu'il subit.

Cet enseignement, qui permet l'exploration de quelques solutions tech-nologiques relatives aux constituants qui coopèrent dans l'automatisme, apour objectif principal l'identification, dans le système, des fonctions princi-pales de cet automatisme.

II. PROGRAMME

II ne s'agit en aucun cas d'une présentation chronologique des connais-sances et compétences à faire acquérir aux élèves.

4 14 1

I. Objectifs de l'automatisation des systèmes

- Coûts et qualité.- Critères d'exploitation (sûreté, sécurité, maintenance, . ..).- Flexibilité et évolutivité.

2. Analyse fonctionnelle des systèmes automatisés

2,1. Structuration verticale d'un système automatisé- Concept de tâche : fonction, flux associes (matière d'œuvre, énergie, information), contraintes (données de contrôles), moyen(s) associé(s) à une tâche.- Décomposition d'une tâche en sous-tâches.

2.2. Fonctions principales d'un système automatisé

2.2.1. - Fonctions et relations internes au système- Fonction « Acquérir les informations ».- Fonction « Traiter les informations >>.- Fonction << Commander la puissance ».- Chaîne fonctionnelle associée à une tâche.

2.2.2. - Relations entre le système et son environnement- Fonction « Dialoguer >>.- Fonction « Communiquer ».

3. Représentation de l'information

3.1. Nature d'une information- Caractère d'une information : logique, numérique, analogique.- Correspondance entre le phénomène physique et l'image information-

nelle.

3.2. Fonctions logiques

3.2.1. - Outils de description d'une fonction logique- table d e verité ;- équations booléennes ;- logigramme.

3.2.2. - Théorème de De Morgan.

3.2.3. - Opérateurs logiques.

i-3.2.4. - Fonction mémoire

- Concept d'état.- Table de vérité et équation(s) logique(s).- Priorité d'une entrée.- Principe d'obtention d'un effet mémoire :

par boucle interne, par maintien physique de l'état, applications : bascule(s) R S - relais.

- Intégration de fonction mémoire dans divers constituants.

3.2.5. - Fonction comptage

3.2.6. - Fonction retard ou temporisation

3.2.7. - Transcodage :- binaire - GRAY;- B C D - 7 segments.

3.3. Numération et représentation des nombres

- Système de numération : base 2 ; base 16,

. représentation hexadécimale des nombres binaires.- Opérations en base 2: addition, soustraction.

- Représentations codées binaires: binaire pur, BCD, GRAY.

3.4. Représentation des données pour le traitement numérique

- Types de données. Variables. Constantes.- Représentation binaire des nombres formatés entiers non signés, signés, nombres réels : virgule fixe, virgule flottante.- Listes de données : sélection d'une donnée dans une liste: rang, adresse.

4. Commande des systèmes

4.1. Commande à effet direct: traitement combinatoire

- Définition : information (entrée) - ordre ou commande (sortie).- Expression logique des ordres.- Notion de sensibilité des ordres aux entrées.- Cas d'application : sécurités câblées.

4343

4.2. Commande fonction de /'état: traitement séquentiel

- Définition : information + état + ordre.- Expression logique des ordres. Evolution de l'état : graphe des états.- Illustration :

mémoire à priorité à l'arrêt, télérupteur.- Notion d'état réceptif à une entrée : réceptivité.

4.3. Commande en boucle fermée

- S c h é m a d e principe.- Qualité d'un avertissement : précision, rapidité.- Mise en évidence

5. Outils de description

5.1. Concepts de base

- Bloc.- Alternative.- Répétition.- Parallélisme.

qualitative de l'influence du gain.

du fonctionnement d'un automatisme

5.2. Représentations littérales structurées

- Structures de base : SI..... ALORS..... SINONRÉPÉTER..... JUSQU'ATANT QUE..... RÉPÉTERPOUR..... RÉPÉTER

5.3. GRA FCET

- Concepts et structures de base :e trois premières règles d'évolution, étape :- ordre associé à une étape,- variable associée à l'état d'une étape,

transition et réceptivité associée :- variables associées : front, niveau logique,

prise en compte d u temps, macro-étape, structures de base : aiguillage, parallélisme structural.

Remarque: on montrera la correspondance entre les concepts GRAF-CET et la représentation littérale structurée.

5.4. Chronogrammes

- Exploitation d'un chronogramme.

6. Description du fonctionnement des systèmes automatisés

6.1. Description fonctionnelle

6.1 .I. - Cahier des charges fonctionnel

6.1.2. - Niveau d e spécification et d'analyse

6.1.2.1. - Notion de point de vue- Système.- Partie opérative-Partie commande.- Frontière d'isolement.

6.1.2.2. - Spécifications- Fonctionnelles.- Technologiques.- Opérationnelles.

6.1.3. - Modes de marche et d'arrêt d'un système

6.1.3.1. - Cas d'étude : principales boucles opérationnelles associées à- la marche normale ;- une marche de réglage ;- un arrêt de sécurité.

6.1.3.2. - Outil graphique de représentation.

6.2. Description technologique

6.2.1. - Représentation des solutions technologiques câblées :

- Logigramme.- Schéma à contact.

Nota: il s'agit de représenter des solutions technologiques relatives àune partie du système pour laquelle une solution câblée a .été retenue.

6.2.2. - Représentation des solutions technologiques programmées.

- Langage universel : initiation à la programmation (Pascal ou Basic structuré).- Langage orienté application : programmation du GRAFCET, assistance à la programmation.

7. Réalisations technologiques

7.1. Fonction acquisition de données- Structure générale d'une chaîne d'acquisition de données et fonc-

tions associées : détection, transduction, conditionnement, adaptation, trans-mission.

- Détecteurs pour automatismes pneumatiques et électriques.- Capteurs analogiques et numériques.- Exemples d'utilisation.

7.2. Fonction traitement- Traitement des données : logiques, numériques, analogiques.- Moyens de traitement : typologie, domaines d'utilisation.- Constituants programmables : structure et fonctionnement interne :- processeur(s), mémoire(s), bus internes, circuits d'inter-face,- spécificités des constituants industriels : adaptation à la partie opé-rative (modules d'entréekortie), mise en œuvre,

principe du fonctionnement en temps réel :- standard : cycle acquisition-traitement-affectation par horloge tempsréel ; temps de cycle et de réponse,- notion d'interruption.

- Automates programmables industriels : spécificités, modules d'entréeskorties modulaires, implantation d'un programme sur automate programmable.

7.3. Fonction commande de puissance

7.3.1. - Circuits de puissance pneumatique- Structure d'une ligne d'alimentation pneumatique : fonction et

schématisation des constituants :0 préactionneurs pneumatiques et électropneumatiques, constituants de modulation de l'énergie : fonction et schématisa-

tion des principaux constituants : régleurs de vitesse, limiteurs depression.

7.3.2. - Circuits de puissance hydraulique- Structure d 'une ligne d'alimentation d 'un vérin o u d 'un moteurhydraulique : fonctions, schématisation des constituants.

7.3.3. - Circuits de puissance électrique- Actionneurs électriques : typologie, principaux domaines d'emploi,(vitesse constante ou variable).- Structure d'une ligne d'alimentation d'un moteur asynchrone : fonc-tion et schématisation des constituants, intégration des fonctions.- Fonction commutation Tout ou Rien :

commutateur électrique : contacteur, commutateur électronique : relais statique.

- Fonction commande proportionnelle : variateur d e vitesse pourmoteur asynchrone.

7.4. Fonction dialogue

- Nécessité du dialogue : de conduite, de réglage, de dépannage.- Moyens techniques associés.- Organisation des moyens techniques de dialogue : pupitres.

7.5. Fonction communication

- Nécessité des communications.- Mode de transmission des données : série ou parallèle.- Moyens de transmission : câbles, liaisons optiques.- Notion de réseau.

8. Comportement des systèmes réels

8.1. Comportements des Constituants

- Temps de réponse.- Défaillance des constituants : notion de discordance.- Dualité entre situation d e la partie commande e t état d e la partie

opérative.

8.2. Sûreté de fonctionnement

- Notion de risque (sécurité et disponibilité).- Prévention intrinsèque ou par disposition - types de sécurités.- Surveillance du fonctionnement : combinatoire de sécurité dans les réceptivités.

Ill. ASPECTS MÉTHODOLOGIQUES

L'automatique et l'informatique industrielie permettant l'étude et la réali-sation des automatismes, ceux-ci constituent un élément prépondérant dansla démarche de formation.

La mise en œuvre du programme implique d'associer étroitement :- l'observation d'automatismes industriels, nécessaire à la prise e n

compte des facteurs influant sur le fonctionnement d'un système automa-tisé;

- l'expérimentation conduite sur tout ou partie d'un système automa-tisé, permettant pour chacune des fonctions caractéristiques d'un automa-tisme l'identification des paramètres fonctionnels ;

- le raisonnement théorique qui permet l'exploitation rigoureuse etméthodique des phénomènes observés et des contraintes fonctionnelles.

4646

L'enseignement de l'automatique et de l'informatique industrielle se doitd'éviter les études théoriques sans relation avec le concret. L'aptitude àposer et à résoudre un problème, la prise en compte des phénomènesphysiques ne seront obtenus qu'en prenant d'abord la mesure des réalités.

L a classe d e Première sera principalement réservée à la « lecture » :identification des fonctions, analyse des phénomènes et des systèmes.

La classe de Terminale permettra d'aborder << l'écriture >> dans le cadred'activités de synthèse.

IV. COMPÉTENCES ATTENDUES

Remarque préliminaire:

On trouvera dans ce chapitre, pour chacun des paragraphes du pro-gramme, la compétence que l'on attend des élèves à l'issue des deuxannées d'études (Première et Terminale) conduisant au baccalauréat techno-logique STI, spécialité : Génie électrotechnique.

1.

2.

Objectifs de l'automatisation des systèmes

Analyse fonctionnelle des systèmes

En présence d'un système automatisé en situation de fonctionnement oude sa représentation complète, en possessron des elements ae aescnpuondu fonctionnement et de la réalisation technologique :

- pour le système : désigner les tâches opératives exécutées en fonctionnement normal, identifier les moyens techniques associés aux fonctions principales ;- pour une tâche :0 caractériser les flux et les moyens associés.

3. Représentation de l'information

3.2. Fonctions logiques

Tout o u partie d'un circuit logique d'E/S o u d'un constituant de traite-ment logique, réel, étant donné ou défini par un mode de représentationadapté :

- identifier les opérateurs et fonctions élémentaires utilisés ;- écrire les équations logiques associées ;- valider le comportement réel du circuit ou du constituant en réponse

à des entrées spécifiées.Une fonction mémoire étant utilisée dans un système :- reconnaître la nature de la priorité pour cette fonction mémoire.

3.3. Numération et représentation des nombres

et

3.4. Représentation des données pour le traitement numérique

Un algorithme de traitement numérique ou une partie de programmeétant définis :

- caractériser les variables associées;- calculer le résultat d'une opération numérique ou logique à partir de

données représentées en binaire ou en hexadécimal ;- définir une donnée ou une instruction repérée par une adresse dans

une liste.

4. Commande des systèmes

4.1. Commande à effet direct: traitement combinatoire

Un système automatisé étant donné et défini par tout ou partie dudossier technique, une spécification fonctionnelle de sécurité directe étantdonnée:

- établir les expressions logiques réduites des ordres (commande despréactionneurs).

4.2. Commande fonction de /'état: traitement séquentiel

Une chaîne fonctionnelle de commande associée à une tâche étantdéfinie :

- caractériser la nature d e la commande (séquentielle o u combina-toire) ;

- établir le graphe des états successifs.

4.3. Commande en boucle fermée

Une chaîne fonctionnelle de commande en vitesse ou en position enboucle fermée d'un équipement réel étant identifiée et schématisée :

- définir à partir du schéma la fonction des éléments constitutifs de lachaîne de commande en boucle fermée;

- indiquer qualitativement l'influence du réglage du gain sur ses perfor-mances.

5. Outils de description du fonctionnement d'un automatisme

5.1. Concepts de base

5.2. Représentations littérales structurées

A partir de l'observation du fonctionnement d'un système simple dontles tâches principales sont définies:

.

- mettre en évidence, sous forme d'une listel'enchaînement structuré des tâches.

Un algorithme étant donné, la liste des variables- établir une représentation littérale structurée

rithme.

ou d'un programme,

étant définie :associée à ce t algo-

5.3. GRAFCET

Le fonctionnement normal et la conduite d'une partie commande étantdéfinis par :

- un GRAFCET complet, selon un point de vue précisé ;- l'ensemble des éléments et documents requis : lister et caractériser les entrées-sorties associées, comprendre e t justifier u n e structure o u u n élément spécifié d u

GRAFCET (en vue d'une réalisation, d'une maintenance du système, . ..). établir l'expression d'une réceptivité associée à une transition, décrire les actions associées à une étape.

Etant donnés :- tout ou partie d'un cahier des charges fonctionnel d'un système de

production ;- une description partielle (littérale, chronogramme, GRAFCET, . ..) du

fonctionnement attendu ;- les documents et éléments nécessaires : lister les informations et ordres échangés entre le milieu extérieur et la

partie isolée (cycle, tâche,...) : informations issues de la partie opérative,consignes, messages, informations internes à la partie commande (issuesd'autres étapes, . ..). temporisations, ordres continus ou mémorisés, . . .

construire le GRAFCET conforme au cahier des charges fonctionnel etau fonctionnement attendu à partir des données listées précédemment.

décrire sous forme littérale le fonctionnement du système.

5.4. Chronogrammes

Un chronogramme relatif à quelques variables étant fourni :- lire et exploiter les informations en vue de leur utilisation dans une

autre forme de description.

6. Description du fonctionnement des systèmes automatisés

6.1. Description fonctionnelle

Un système automatisé étant défini par :- un cahier des charges fonctionnel ;- une analyse selon u n point de vue spécifié (sous forme de GRAF-

CET, représentation littérale, . ..) ;- des spécifications complémentaires ;

- des documents annexes (schémas, . ..) :>' compléter le GRAFCET par la prise e n compte des spécifications

caractéristiques d'une boucle opérationnelle.

6.2. Description technologique

Une analyse selon un point de vue partie opérative étant spécifiée, lechoix d e la partie commande étant fait e t les modules d'entréeskor-tiesdéfinis, le(s) langage(s) de réalisation défini(s), des indications concernant laréalisation de certaines spécifications étant fournies :

- caractériser et lister les variables d'Entrées/Sorties associées, carac-tériser les variables auxiliaires éventuellement nécessaires ;

- établir le GRAFCET selon le point de vue Partie commande.

A partir d'une bibliothèque de symboles fournie :- identifier sur un schéma les composants représentés (en puissance

et commande).

Pour la partie du système pour laquelle une solution câblée a étéretenue, à partir de l'expression logique d'une commande à effet direct :

- établir le logigramme o u le schéma à contact.

A partir d'une analyse traduite par une représentation tittérale structurée,d'un jeu réduit d'instructions (langage universel) :

- coder l'analyse dans ce langage.

7. Réalisations technologiques

7.1. Fonction acquisition de données

Une chaîne d'acquisition de données étant définie :- caractériser les signaux transmis.

Un besoin d'information tout ou rien étant parfaitement défini tant aupoint de vue partie opérative que partie commande, un outil de choix étantdonné:

- choisir un type de détecteur.

7.2. Fonction traitement

En possession des affectations des entrées-sorties et du GRAFCETétabli selon un point de vue « partie commande » :

- coder et/ou implanter un programme sur automate.Une description selon un point de vue Partie commande étant donnée,

exploiter un progiciel pour :- implanter un GRAFCET sur API ;- documenter la réalisation.

7.3. Fonction commande de puissance

Un vérin pneumatique étant défini par des caractéristiques de fonction-nement précises (course, vitesse, efforts, nombre de manœuvres) et son

5 15 1

implantation sur la partie opérative étant connue, les documentations techni-ques et les éléments de calculs étant fournis :

- choisir le vérin ;- la partie commande étant précisée, définir tout ou partie du circuit

d'alimentation du vérin.Un moteur asynchrone étant choisi à partir de caractéristiques techni-

ques connues (vitesse constante ou variable), les documentations techniquesétant fournies :

- définir les fonctions des constituants de la ligne d'alimentation dumoteur;

- identifier les composants standards réalisant ces fonctions ;Un vérin hydraulique et son circuit d'alimentation étant définis, les

documents techniques étant fournis :- définir les fonctions assurées par les différents constituants du cir-

cuit.

7.4. Fonction dialoguer

Un besoin de dialogue étant défini par un ensemble de documents :- comprendre et expliquer l'organisation du pupitre.

7.5. Fonction communication

Une transmission de données étant réalisée entre constituants program-mables, le message à transmettre étant défini :

- identifier le mode de transmission des données ;- évaluer le temps de transmission minimum du message.

8. Comportement des systèmes réels

8.1. Comportements des constituants

Un svstème automatisé se trouvant en dysfonctionnement dans unesituation déterminée :

- analyser la situation deopérative ;

- rechercher la réceptivité

la partie commande et l'état de la partie

attendue.

B2 - Electrotechnique

I. OBJECTIFS DU PROGRAMME

L'utilisation de l'énergie électrique dans les systèmes industriels deproduction et dans le domaine domestique prend une place de plus en plusgrande. Les systèmes utilisés sont le plus souvent automatisés : c'est cette

52

approche qui sera privilégiée. Le programme d'étude des systèmes deconversion de l'énergie é!ectrique concerne essentiellement la production, ladistribution et l'utilisation de l'énergie électrique, l'accent étant mis sur :

- les puissances mises en jeu et les rendements, grandeurs caractéris-tiques de l'aspect énergétique dominant ;

- la sécurité et les protections, soucis permanents de I'électrotechni-cien.

L'étude des systèmes automatisés, en général, est faite dans le module<< Automatique et Informatique industrielle >>. Le point de vue qui sera déve-loppé dans le programme suivant est celui de la gestion de /'énergie dans lesystème, caractéristique du champ technologique de I'électrotechnicien.

Un système est un ensemble d'éléments organisés en fonction d'un butet définis par des fonctions (approche fonctionnelle) o u des constituants(approche matérielle).

Ces éléments se coordonnent entre eux par des relations.Tout système d e conversion d'énergie est organisé pour agir sur les

processeurs (moyens techniques qui réalisent les fonctions) caractéristiquesdes tâches dont I'enchaînernent constitue le processus de réalisation.

Le processus permet de conduire un ensemble d'opérations élaborantu n produit o u u n service selon u n procédé déterminé et a u moyen desprocesseurs (unités de traitement, de transformation, . ..).

L'étude des propriétés des matériaux utilisés par I'électrotechnicien apour objectif principal de justifier les dispositions constructives retenuesdans les différents constituants et composants électriques :

- nature, formes et traitements des matériaux utilisés ;- influence des paramètres extérieurs sur leurs propriétés ;- limites des plages d'utilisation ;- fonctions assurées, rendement, pertes énergétiques, fiabilité, coût.

II. CONTENUS DE FORMATION. MÉTHODOLOGIE.COMPETENCES ATTENDUES

Plan général de l'étude des systèmes de conversion de l'énergie électrique

1. Système de production, de transport et de distribution7.1. Economie générale du système1.2. Livraison: distribution automatisée, gestion économique des ali-

men ta tiens

2. Systèmes terminaux de conversion de l'énergie électrique2.1. Etude globale du système2.1 .I. Nature des systèmes étudiés2.1.2. Aspects méthodologiques pour l'étude des systèmes2.1.2.1. Approche fonctionnelle2.1.2.2. Approche matérielle

53

2.1.2.3. Approche séquentielle et temporelle des tâches qui caractéri-sent le processus du système.

2.1.3. Compétences attendues2.2. Programme relatif au sous-système de gestion de l'énergie2.2.1. Etude d e la chaîne directe des énergies mises e n jeu dans le

système automatisé2.2.2. Etude de la chaîne inverse de circulation de l'énergie ; cas de la

force motrice2.2.3. Etude des fonctions qui interviennent dans la chaîne de conver-

sion de l'énergie2.2.3.1. Fonction alimenter2.2.3.2. Fonction distribuer2.2.3.3. Fonction protéger les matériels2.2.3.4. Fonction protéger les personnes2.2.3.5. Fonction commander la puissance2.2.3.5.1. Par contrôle « tout ou rien »2.2.3.5.2. Par modulation de l'énergie2.2.3.6. Fonction convertir l'énergie2.3. Programme relatif au sous-système de traitement des données2.3.1. Fonction adapter les entrées2.3.2. Fonction adapter les sorties2.3.3. Fonction traiter les données adaptées2.4. Programme relatif au sous-système d'acquisition des données2.5. Programme relatif au sous-système de dialogue et/ou communica-

tion

3. Etude des matériaux et technologie de construction

1. Système de production, de transport et de distribution

1.1. Economie générale du système

Production de l'électricité- Ressources énergétiques nationales.- Types et caractéristiques des centrales électriques (hydraulique et

thermique).- Complémentarité des solutions sur le plan économique.- Possibilité de stockage de l'énergie (barrages-réservoirs).

Transport de l'électricité- Structure du réseau national de transport.- Rôle des postes d'interconnexion.- Surveillance du réseau.- Condition du transport (nature du courant, limitation de la tension).- Lignes de transport et pertes énergétiques.- Origines des perturbations et protections.

L'objectif sera de faire comprendre aux élèves l'économie du systèmenational de production et de transport de l'électricité en insistant sur lesordres de grandeur:

.- des puissances produites et transportées ;- des différents paramètres électriques.- des dimensions des machines et appareillages.

L'enseignement s'appuiera sur des documents édités par le producteurnational et les fabricants de matériels haute tension.

Autant que possible des visites de sites compléteront l'information desélèves.

1.2. Livraison: gestion économique d e s alimentations, distribution auto-ma tisée

Situation et rôle du système de distribution automatiséeAprès s'être attaché à produire l'énergie en quantité suffisante, puis à la

distribuer partout où elle pouvait être utile, l'homme apprend désormais àmieux gérer son utilisation.

Buts recherchés:- confort accru à moindre coût pour le consommateur;- réduction des points de consommation pour le producteur-distribu-

teur (investissements lourds, mal employés et problèmes d'exploitation) ;- réduction de la facture totale pour le comptable national ;- augmentat ion d e l a valeur a joutée d e s équipements p o u r les

constructeurs et les installateurs qui proposent des solutions plus attrac-tives ;

Paramètres à prendre en compte:- rapport entre l'énergie destinée à l'éclairage et a u chauffage des

bâtiments (industriels, commerciaux ou résidentiels) et la consommationtotale au point de livraison concernée. L'énergie destinée aux bâtiments estun gisement d'économie important ;

- les ordres de grandeurs comparés d u coût des formes d'énergiesqu'il est possible d'utiliser ;

- le temps d e récupération d e l'investissement consenti par mètrecarré de bâtiment.

Remarque:L'électricité n'est pas stockable et sa consommation est affectée par

des aléas importants (température, activité économique, . ..) : son prix estdonc fortement variable en fonction du temps et des saisons. Ces con-traintes se retrouvent naturellement dans les tarifs. Une optimisation efficacenécessite la connaissance de tous les paramètres influant sur la facturationde l'énergie électrique.

Facteurs d'économie:Les économies peuvent être réalisées en agissant sur les trois facteurs

suivants :- Diminuer la prime fixe Régulariser la consommation. Ecrêter les pointes exceptionnelles.

- Fonctions de gestion d'énergie..........

Limitation par déclenchement.Délestage de charges non prioritaires.Ecrêtage par deuxième source d'énergie.Amélioration du facteur de puissance.Programmation temporelle.Régulation automatique.Télécommande de distribution.Téléréglage.Télésurveillance-télédiagnostic.Gestion des alimentations.

- Diminuer la consommation Agir sur la quantité d'énergie utilisée. Agir sur le prix (périodes tarifaires).- Diminuer les dépenses d'exploitation Automatiser la distribution. Automatiser ies tâches de surveillance.

Compétences attenduesLe schéma et le dossier technique d'une installation d'utilisation ration-

nelle de l'énergie étant fournis :- déterminer les priorités d'alimentations et leurs hiérarchies ;- définir les fonctions de gestion mises en œuvre.

Le cahier des charges d'une installation terminale, la documentationtechnique et les conditions tarifaires étant fournis :

- rechercher les fonctions nécessaires ;- choisir le matériel adapté ;- mettre en œuvre le système d'alimentation terminale.

2. Systèmes terminaux de conversion d'énergie électrique

2.1. Etude globale du système

2.1.1. - Nature des systèmes étudiésLes systèmes automatisés étudiés devront comporter un système de

conversion d'énergie, agissant sur les processeurs, au service d'un procédéchoisi dans l'un des domaines suivants :

- I'électrothermie ;- I'électrochimie ;- l'éclairage ;- la force motrice.Où la conversion d'énergie prend une place prépondérante.L'enseignement des systèmes à dominante électrotechnique doit éviter

les études théoriques qui ne seraient pas en relation avec le concret, et oùles modélisations ne seraient pas confrontées aux phénomènes physiquesmesurés sur le système réel dans son contexte dynamique.

56

i Dans le cas où l'on ne disposerait pas du système physique, on aurarecours à des dossiers d'exemples industriels effectivement réalisés, ou desdispositifs de simulation industriels.

2.1.2. - Aspects méthodologiques pour l'étude des systèmesLe système automatisé sera appréhendé selon trois approches complé-

mentaires :- approche fonctionnelle (modélisation des activités du système) ;- approche matérielle (mise en œuvre du système et représentation

6ymbolique de ses constituants) ;- approche séquentielle (modélisation de l'évolution temporelle de

l'activité du système).

Ces trois approches doivent permettre, d'une part, de spécifier lecahier des charges du système par l'emploi de modèles formels structuréset, d'autre part, de mettre en œuvre des constituants du système et, enfin,de valider les propriétés des modèles au moyen de mesurages conduitssur le système réel.

Une critique technico-économique des solutions retenues sera conduitedès que les connaissances acquises seront jugées suffisantes.

2.1.2.1. - Approche fonctionnelleII s'agit de modéliser les activités conduites par les processeurs définis

pour spécifier le système existant.L'approche fonctionnelle sera conduite selon la méthode d'analyse des-

cendante, elle fera apparaître :- la nature de la matière d'œuvre prise en compte par le procédé ;- l'activité conduite par le processus sur la matière d'œuvre ;- la valeur ajoutée par le système automatisé ;- les comptes rendus nécessaires aux dialogues hommekystème’ et

inter-systèmes ;- l'énergie nécessaire aux processeurs pour conduire les activités que

nécessite le procédé ;- les données de contrôle et de commande d u système automatisé.

Ces données (ou contraintes d'activités) peuvent concerner : la qualité de l'énergie, le réglage du procédé, l'exploitation et la maintenance du système automatisé, la configuration du processus ;- les fonctions nécessaires au système automatisé pour un niveau de

détail donné ;- les relations entre les fonctions e t les flux d e matières d'œuvre,

d'énergies et d'informations qui caractérisent ces relations.

Tout système automatisé peut faire l'objet d'une première décompositionfonctionnelle faisant apparaître des sous-systèmes organisés pour mettre enévidence le point de vue « Gestion d'énergie » soit :

- agir sur la matière d'œuvre, ou l'état d'un mobile ;- gérer l'énergie nécessaire à l'activité des différents processeurs ;

57

- acquérir les données pertinentes qui qualifient l'activité du systèmeautomatisé ;

- traiter les données (informations internes ou externes au système)selon le programme d'action sur la matière d'œuvre, ou sur l'état d'unmobile ;

- communiquer avec le système automatisé.

La modélisation fonctionnelle doit permettre :- la mise en évidence du concept d'intégration : du système dans son environnement opérationnel, des moyens techniques qui portent les processeurs définis pour la

synthèse des fonctions ;- la compréhension de fonctions pluritechniques ;- la compréhension des relations internes au système et notamment

des rétroactions, régulations eWou asservissements ;- de montrer que de trop nombreuses relations entre les fonctions

conduisent à la multiplication d'interfaces qui augmentent la complexité dusystème et les causes de mauvais fonctionnement.

2.1.2.2. - Approche matérielleL'approche matérielle des solutions constructives et des constituants

mis en œuvre dans le système doit permettre :- de définir l'organisation et les liaisons entre les constituants mis en

œuvre dans le système ;- de caractériser ces constituants ;- de définir les adaptations nécessaires entre les constituants (inter-

faces, fixations, connexions, liaisons mécaniques) ;- de représenter dans le langage symbolique normalisé adapté (dessin

technique, schémas, plan d'implantation, repérage de connexions) : des solutions techniques mises en œuvre dans le système, des modifications qui peuvent concerner des technologies à carac-

tères mécanique, électrique, pneumatique, hydraulique ;- de comparer les constituants du système à des constituants simi-

laires référencés dans les ressources documentaires de constructeurs oubanques de données.

2.1.2.3. - Approche séquentielle et temporelle des tâches qui caractérisentle processus du système

L'analyse fonctionnelle ne peut caractériser le système pour l'analysedes contraintes temporelles liées à l'emploi de certains constituants ou pourl'enchaînement des tâches opératives nécessaires au processus.

II est donc nécessaire de spécifier le fonctionnement d u système aumoyen d'une modélisation appropriée à l'analyse de l'état des variablespertinentes dans le temps.

Les modélisations proposées feront référence aux outils suivants :- GRAFCET, GEMMA ;- diagramme de phases ;- chronogramme ;- représentations littérales structurées ;- diagrammes des états.

58

>' L'analyse temporelle de l'état des variables doit permettre :- de caractériser les types de commandes du système: commande à effet direct (traitement combinatoire), commande fonction de l'état et de la réceptivité associée (traitement

séquentiel), commande en boucle fermée (asservissement, régulation) ;- d e justifier les compromis entre les solutions techniques à carac-

tères matériel et logiciel ;- d e mettre e n relation le programme d'action (commande) e t la

demande énergétique qui lui correspond.

2.1.3. - Compétences attendues

En présence d'un système automatisé, les schémas, le programme (oule type de commande) et la documentation technique étant fournis:

- justifier une décomposition fonctionnelle d u système automatiséselon la méthode d'analyse descendante (point de vue gestion d'énergie) ;

- définir, sur la décomposition matérielle, la frontière des fonctions etrepérer les contrôles énergétiques ou informationnels de chacune d'elles;

- désigner, justifier, choisir, mettre en œuvre les constituants qui réali-sent la synthèse des fonctions ;

- valider les propriétés définies pa r les modélisations d u systèmeautomatisé au moyen de dispositions de mesures et essais ;

- proposer une modélisation du sous-système de gestion d'énergie etvalider cette modélisation au moyen d'essais et de mesurages conduits surle système automatisé ;

- montrer que la performance d u système est limitée par la mise enœuvre du sous-système le moins performant ;

- caractériser la commande d u système e t les sous-systèmes d etraitement et d'acquisition des données;

- désigner les relations qui permettent des rétroactions (régulations ouasservissements) ;

- régler le gain de la chaîne d'actions et ajuster les correcteursassociés, à l'aide de mesurages ou d'observations, afin d'obtenir le compor-tement attendu du système automatisé ;

- identifier les contraintes de stabilité du système automatisé ;- modifier l'enchaînement des tâches pour satisfaire une autre configu-

ration du processus de réalisation ;- montrer que les moyens techniques qui réalisent les fonctions évo-

luent très rapidement dans le temps, que l'architecture fonctionnelle est engénéral plus stable et que les données ou contraintes d'activités constituentles entités les plus constantes dans l'évolution des systèmes.

2.2. Programme relatif au sous-système de gestion de l'énergie

2.2.1. - Etude d e la chaîne directe des énergies mises e n jeu dans lesystème automatisé

La chaîne directe achemine l'énergie depuis la source électrique jus-qu'au procédé au travers de sous-systèmes de puissance.

Ces sous-systèmes concernent généralement :- l'alimentation en énergie ;- la distribution d'énergie ;- la protection des matériels ;- la protection des personnes ;- la commande et/ou la modulation d'énergie- la conversion d'énergie ;- les actions sur la matière d'œuvre ou sur l'état d'un mobile traités

par le système automatisé.

Compétences attenduesEn présence d'un système automatisé et avec les ressources documen-

taires nécessaires :- montrer que le programme d'action sur la matière d'œuvre (ou sur

l'état d'un mobile) conditionne la nature, la quantité et la qualité de l'énergiedélivrée ;

- justifier les choix fonctionnels et technologiques (constituants) retenuspour réaliser la synthèse des sous-systèmes de puissance en tenant comptedes caractéristiques de la source d'alimentation électrique ;

- justifier les méthodes et les dispositions technologiques mises enœuvre dans l'association des protections ;

- agir sur le système, de manière à dépasser ses performances nomi-nales, au moyen de surcharges et/ou de défauts d'exploitation. Cette actiondoit permettre de valider l'aptitude des protections par référence à la norme,à la documentation constructeur et au cahier des charges du systèmeautomatisé ;

- installer des mesurages pertinents pour tester la conformité descomportements du système automatisé (par référence aux modèles at-tendus) ;

- critiquer les choix de constituants aux plans technique et écono-mique.

2.2.2. - Etude de la chaîne inverse de circulation de l'énergie. Cas de laforce motrice

Lorsque le système automatisé appartient a u domaine, d e !a forcemotrice, le processus peut accumuler et restituer d e l'énergie mecanrque(inertie etfou charge entraînante).

Pour ce type de système automatisé, il convient d'analyser les condi-tions de la récupération (ou de la dissipation) de cette énergie depuis leprocessus jusqu'à la source d'énergie électrique (chaîne inverse).

Compétences attenduesEn présence d'un système automatisé qui comporte une chaîne cinéma-

tique capable de constituer une charge entraînante (de manière statique oudynamique) :

- étudier le fonctionnement de la chaîne cinématique, dans les quatrequadrants définis par le plan formé par les grandeurs couple et vitesse, envue de déterminer son éventuelle réversibilité (régimes statique et/ou dyna-mique) ;

6 06 0

vérifier la réversibilité du convertisseur électromécanique d'énergie' (motir/génératrice) ;

- établir les conditions de réversibilité en courant et en tension dumodulateur d'énergie (convertisseur statique) ;

- vérifier les possibilités d e réversibilité d e la source d'énergie et ,lorsque la source n'est pas réversible, justifier les solutions technologiquesqui permettent le stockage et/ou la dissipation de l'énergie.

C e s é tudes e t vérif ications permettront l a m ise e n év idence d e séchanges énergétiques dans le système automatisé.

2.2.3. - Etude des fonctions qui interviennent dans la chaîne de conversionde l'énergie

- Fonction alimenter (générer).- Fonction distribuer (transmettre, séparer, isoler, consigner,...).- Fonction protéger les matériels (interrompre absolument, transmettre,

limiter, signaler).- Fonction protéger les personnes (interrompre si I défaut > I sécurité,

interdire, isoler, signaler,...).- Fonction commander la puissance : contrôle tout ou rien (établir, interrompre, transmettre), modulation de l'énergie (régler, asservir, réguler).- Fonction convertir l'énergie (transformer, convertir).

Structura tien pour l'étude des font tiens, aspects méthodologiques- Caractériser /a fonction: cette caractérisation sera établie à partir de

la modélisation fonctionnelle.La spécification doit faire apparaître :- les grandeurs d'entrées ;- les activités produites sur les entrées ;- les sorties attendues;- les contraintes d'activités ;- les moyens techniques qui réalisent la fonction s'ils sont connus.- Définir les grandeurs physiques mises e n jeu: il s'agit de préciser

leurs variations en fonction des paramètres significatifs (temps, température,pression, . ..).

- Choisir /es constituants qui réalisent la fonction: les constituants,appareils ou appareillages sont choisis, mis en œuvre et exploités à partirdes références constructeur.

- Définir les situations d'apprentissage: toutes les fois o ù cela serapossible, la situation d'apprentissage devra privilégier une pédagogie del'action permettant de valider l'aptitude à la fonction dans son environnementdynamique.

2.2.3.1. - Fonction alimenter (générer) Caractérisa tien des sources d'énergie électrique- Nature de l'énergie potentielle stockée en amont de la source.- Nature de la transformation énergétique opérée par la source.

6 16 1

- Qualités de l'énergie électrique produite.- Conditions de couplage des sources.- Spécification d'exploitation de la source en liaison avec le dispositif

de protection des personnes. Régimes de neutre.- Protections de la source.

Grandeurs physiques mises en jeu-------

Puissance, tension et fréquence nominales. Forme d'onde.Puissance admissible. Surcharge admissible.Puissance de court-circuit. Tension de court-circuit.Résistance, réactance, impédance équivalente de la source.Température normale d'emploi.Résistance de terre du neutre.Facteur de puissance.

Nature des sources, structures particulières- Livraison B T par EDF et adaptation BT/TBT.- Livraison M T par EDF et transformateur associé MT/BT.- Groupe électrogène. Alternateur. Dispositif Normal/Secours.- Alimentation statique sans coupure et alimentation stabilisée.- Accumulateurs. Piles.- Thermocouple et sondes génératrices.- Cellules solaires.- Générateurs de signaux.- Compensateurs d'énergie réactive en BT.- Transformateur d'isolement.

Compétences attenduesLe dossier technique d'une installation existante étant fourni :- justifier le choix de la source d'alimentation et ses conditions

d'exploitation.

2.2.3.2. - Fonction distribuer (transmettre, séparer, isoler, consigner)

Caractérisa tien de la dis tribution d'énergie électrique- Nature et qualités et l'énergie à distribuer.- Conditions de distribution d'énergie. Contexte. Distance. Types de

locaux.- Chute de tension admissible. Courant admissible.- Section des conducteurs.- Dispositions et conditions de la consignation et de la signalisation.- Disposition de « Pleine apparence » du sectionnement de tête de

distribution.

Grandeurs physiques associées- Tension .d'isolement.- Courant nominal.- Tension no'minale. Echelons normalisés : TBT. BT. HT. THT.

62

i - Tenue aux efforts électrodynamiques. la en K A crête.- Tenue diélectrique à la fréquence industrielle en KV.- Tenue à l'onde de choc en KV.- Courant de court-circuit au point considéré.

Appareillages et structures particulières- Canalisations électriques industrielles et domestiques.- Modes de pose.- Connecteurs et types de raccordements industriels.- Sectionneurs. Dispositifs de consignation et de précoupure.- I s o l a t e u r s . ,-

Compétences attendues

Le schéma, le cahier des charges, la norme et la documentation techni-que étant fournis, choisir:

- le dispositif d e sectionnementkonsignation ;- les éléments constitutifs de la canalisation électrique et son mode de

pose.

2.2.3.3. - Fonction protéger les matériels (interrompre absolument, trans-mettre, limiter, signaler)

Caractérisation de la protection des matériels-

tien.-----

défaut.---

circuits-

Caractérisation de la chaîne fonctionnelle : défaut/détection/élimina-

Caractéristique I. Surcharge fonction du temps.Détection des courants de défaut.Nature de la coupure. Technique de coupure.Programme d'action sur les contacts de coupure.Dispositifs de communication de la présence ou de l'évolution du

Sélectivité de la protection (ampèremétrique, chronologique, logique).Filiation de l'appareillage de protection.Coordination des protections des circuits de distribution et desterminaux.Limitation de courant.

. Grandeurs physiques associées- Courant nominal.- Tension d'isolement et tension nominale d'emploi.- Pouvoir de coupure > Icc au point considéré d u réseau.- Pouvoir de fermeture > Icc au point considéré d u réseau,- Tenue aux efforts électrodynamiques > Icc.- Contrainte thermique.- Temps admissible de la surcharge. Courant de réglage.- Surtension admissible.- Tension d'arc. Tension réseau.- Durée de vie.

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* Appareillages et structures particulières- Fusibles. Types.- Discontacteur. Disjoncteur. Contacteur-Disjoncteur.- Relais thermique, magnétique, à maxi/mini d e courant , o rd re d e

phases,...- Relais image thermique.- Dispositifs moteurs pour l'organe de coupure.- Dispositifs d e communication d e l'état effectif d e l'organe d e COU-

pure.- Formes et nature des contacts de coupure. Chambre de coupure.- Limiteurs de surtension et limiteurs de courant.- Relais de puissance.- Appareils de surveillance et d'équilibre de charge des lignes et

câbles.- Systèmes de réarmement automatique.

Compétences attendues- Le schéma et le cahier des charges d'un système d'alimentation en

énergie électrique (domaine industriel ou domestique) étant fournis : identifier les matériels qui concourent à assurer la protection ; définir les priorités d'interruption en cas de défaut.- En présence d'un circuit terminal en fonctionnement, les conditions

d'exploitation étant définies : valider les conditions de fonctionnement des protections.

2.2.3.4. - Fonction protéger les personnes (interrompre si I défaut > Isécurité, interdire, isoler, signaler)

Caractérisation de la protection des personnes- Cas où le courant de défaut porte la masse à un potentiel dange-

reux : caractérisation de la chaîne fonctionnelle DéfaWDétectiorVElimination.- Cas où le courant de défaut ne porte pas la masse à un potentiel

dangereux :. caractérisation d e la chaîne fonctionnelle DéfauVDétectionSignalisa-

tion/Recherche/Elimination.- Principe de la détection.- Courbe de sécurité - Courant de défaut maximum admissible.- Nature des locaux.- Régimes de Neutre IT. TT. T N et Ilot IT dans u n réseau TN.

Grandeurs physiques associées- Courant de défaut.- Temps maximum de présence du défaut.- Tensions de sécurité.- Fréquence et forme de l'onde du défaut.- Résistance d'isolement.

64

1 - Résistance de la prise de terre des masses d'utilisation.- Résistance de la prise de terre d u neutre.

Appareillages et struc turcs particulières--------

F u s i b l e s .Disjoncteur.Interrupteur et disjoncteur différentiels.Relais différentiel à courant résiduel.Contrôleur permanent d'isolement.Limiteur de surtension.Dispositifs de localisation de défaut.Pince ampèremétrique.

Campé tentes attenduesEn présence d'un système d'alimentation en énergie (domaine domesti-

que ou industriel), le cahier des charges, la norme étant fournis :- identifier et justifier u n régime de neutre ;- identifier les matériels qui concourent à assurer la protection ;- valider la conformi té d e la protection a u moyen d e mesurages

pertinents.

2.2.3.5. - Fonction commander la puissance

2.2.3.5.1. - Par contrôle « tout ou rien » (établir, interrompre, transmettre)

Caractérisation du contrôle « tout ou rien »- Caractère volontaire de la commande par action manuelle automa-

tique.- Fonctionnement monostable ou bistable.- Conditions d'exploitation de la commande.- Puissance d'appel et d e maintien e n courant alternatif (temps d e

réponse de la communication).- Type de charge.- Freinage.- Type de réseau.

* Grandeurs physiques associées--------

Pouvoir de coupure.Pouvoir de fermeture.Intensité nominale d'emploi.Tenue aux efforts électrodynamiques.Tension nominale d'emploi.Fréquence nominale - Forme d'onde.Catégorie d'emploi - Cadence de manœuvre.Durée de vie.

Appareillage et structures particulières.- Interrupteurs.- Contacteurs.

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- Disjoncteurs.- Disjoncteur-Contacteur.- Contacteur délesteur.- Types de commandes ou télécommandes.- Circuits de communication de l'état de la commande.

Compétences attendues

Le cahier des charges de l'application, les caractéristiques de la sourceet la nature des protections étant fournis :

- choisir l'appareil de commande à l'aide de documents constructeur ;- mettre en œuvre l'appareil de commande.

2.2.3.5.2. - Par ondulation d'énergie (régler, asservir, réguler)

Caractérisation de la modulation ou de la variation- Caractères d e la charge à contrôler - Etats d e la charge (vitesse,

température, luminosité) : obtenir différents états, régler un débit ou ajuster une cadence de production, maintenir un état constant, asservir u n état à une variable, faire varier une vitesse de rotation de façon à maintenir une vitesse

linéaire constante.- Caractère de la source.- Réversibilités de la charge, du convertisseur d'énergie, du variateur

ou convertisseur statique, de la source.- Définition du plan formé par les grandeurs couple et vitesse, cas de

la force motrice.- Plage de variation - Précision - Bande passante.- Niveau de régulation.- Niveau de stabilité.- Principe de commande des interrupteurs statiques.- Asservissements de vitesse, de couple, de tension, de courant, de

température.- Freinage.

Grandeurs physiques associées- Puissance courant, tension, fréquence, forme d'onde.- Précisions statique et dynamique.- Image du couple.- Intensité maximale autorisée.- Gain.- Température.- Image de la vitesse.- Image de l'accélération.- Temps.- Caractéristiques électriques des données *de contrôle.- Nature et type de la liaison avec l'unité de traitement.

66

Convertisseurs statiques- Variateur de vitesse.- Démarreurs.- Gradateurs.- Cartes optionnelles pour convertisseurs.- Capteurs associés à la boucle de retour.- Dispositifs de sécurité associés.- Dispositifs de dialoguekommunication associés à la commande par

unité de traitement (API, Micro-ordinateur, système de commande numé-rique). .-

- Réseaux correcteurs.

Compétences attendues(Voir Fonction convertir l'énergie).

2.2.3.6. - Fonction convertir l'énergie

Caractérisation de la conversion d'énergie- Type de conversion : Energie électriqueknergie lumineuse, Energie

électriqueknergie thermique, Energie électriqueknergie chimique, Energieélectriqueknergie mécanique.

- Classe de protection.- Type de service - Facteur de marche - Déclassement.- Classe de tenue en température - Classe d'isolement.- Conditions d'exploitation et de maintenance.- Milieu ambiant.- Ventilation.

’

Grandeurs physiques associées- Flux lumineux.- Température.- Tension, courant, fréquence, forme d'onde.- Couple, vitesse, accélération, moment d'inertie.- Niveau sonore.- Facteur de forme du courant.- Perte d'induction avec la température.

Récepteurs-Actionneurs------

plan..-

-

Lampes et tubes. Afficheurs. Sonneries.Radiateurs et fours industriels.Climatiseurs.Moteurs asynchrones.Moteurs universels.Moteurs à courant continu à collecteur. Types Couples et à Entrefer-

Moteur synchrone auto-piloté.Moteur pas à pas.

67

Compétences attenduesEn présence d'un système de conversion d'énergie, le dossier technique

étant fourni :- justifier le choix du convertisseur d'énergie ;- justifier le choix du modulateur (variateur, démarreur, gradateur) asso-

cié au convertisseur d'énergie ;- configurer le modulateur (mettre en œuvre des éléments optionnels

disponibles) ;- effectuer les réglages externes du modulateur ;- analyser le circuit de puissance du modulateur et tester son bon

fonctionnement ;- identifier les éléments externes des boucles de rétroaction et les

caractériser ;- vérifier, à l'aide de mesurages pertinents, les performances attendues

du système de conversion.

2.3. Programme relatif au sous-système de traitement des données (traiterles données)

Etude des fonctions qui interviennent dans le sous-système de traite-ment des données.

- Fonction adapter les entrées.- Fonction traiter les données adaptées.- Fonction adapter les sorties.

2.3.1. - Fonction adapter les entrées- Mettre en forme.- Eliminer les parasites.- Assurer la séparation galvanique.- Visualiser les états.- Séquencer, transmettre les états.

Caractérisa tien des dispositifs d'adap ta tien des entrées- Type d u signal (TOR - analogique - numérique).- Qualité du signal.- Type de capteur raccordé.- Nature de la liaison avec le Capte;r.- Extension, modularité.- Conversion Analogique/numérique.

Grandeurs physiques mises en jeu- Tension d'alimentation.- Fréquence.- Tension, courant d'entrée.- Temps minimum de maintien du signal.- Temps de réponse.- Temps de séquencement- Plages des tensions d'utilisation.

68

i * Structures matérielles- Interfaces d'entrées TOR, numériques, analogiques.- Coupleurs.- interfaces séries, parallèles (RS 232, IEEE,...).- Modem.

Compétences attendues(Voir Fonction adapter

2.3.2. - Fonction -adapter

les sorties).

les sorties- Mémoriser le résultat du traitement.- Assurer la séparation galvanique.- Amplifier le signal pour l'adapter à la charge.- Protéger.- Visualiser.- Séquencer les états.

Caractérisa tien des dispositifs d'adap ta tien des sorties- Type du signal (TOR, numérique, analogique).- Type de sortie à commander.- Nature de la liaison avec la sortie.- Extension, modularité.- Conversion Numérique/Analogique.

Grandeurs physiques mises en jeu- Courant permanent maximal.- Courant de pointe.- Courant de charge minimal.- Temps de réponse.- Tension d'isolement.- Temps de séquencement.

. Structures matérielles- Interfaces de sorties (TOR, à relais, statiques).- Interfaces Numérique/Analogique.- Coupleurs.- Interfaces séries, parallèles.- Modem.

Compétences attenduesLe schéma, les contraintes temporelles, les documents constructeurs

étant fournis :- identifier les fonctions assurées par les interfaces ;- justifier le choix des interfaces TOR, analogïques ou numériques ;- mettre en œuvre les interfaces TOR, analogiques, numériques.

69

2.3.3. - Fonction traiter les données adaptées Caractérisation des dispositifs de traitement des données Architecture matérielle :- Fonctions logiques de base.- Opérateurs combinatoires : codage, multiplexage, comparaison.- Mémoires : moyens d'écriture, de lecture, stabilité (Monostable, Bistable), permanence de I'étatialimentation, capacité, extension, modularité.- Dispositifs de comptage, temporisation.- Registres.- Bus série, parallèle.- Unité arithmétique et logique.- Microsystèmes.- Sûreté et sécurité de fonctionnement.

Architecture logicielle- Notion de temps réel. Temps de réponse.- Chaîne : Acquisition des entrées/traitementkmission des sorties.- Surveillance. Chien de garde.

Grandeurs physiques mises en jeu- Niveau de tension des états logiques.- Tension d'alimentation.- Précision stabilité de la tension d'alimentation.- Seuil de sensibilité aux parasites.- Consommation.- Température de fonctionnement.

Structures matérielles- Automates programmables industriels.- Micro-système, système minimum.- Micro-ordinateur industriel.- Cartes spécifiques dites « intelligentes ».

Compétences attendues- Mettre en œuvre des composants pour faire la synthèse d'un fonc-

tionnement en logique câblée.- A partir d'un outil de synthèse directe du cahier des charges d'un

automatisme, assurer le téléchargement d'un micro-système ou d'un API.- Installer des moyens de mesurage permettant d'évaluer le temps de

réponse de la chaîne Acquisition des entrées/traitement/émission des sorties.

2.4. Programme relatif au sous-système d'acquisition des données (acquérirles données)

Caractérisa tien des détecteurs et capteurs d'information- Type et nature de l'information à délivrer (tout ou rien, numérique,

analogique).

7070

i--------

Nature de l'information à détecter.Type d'action (directe, indirecte).Encombrement, fixations.ProtectionlAgents extérieurs.Sensibilité, fidélité, linéarité, hystérésis, . . .Etendue de mesure.Nature de la liaison avec l'organe de traitement.

Grandeurs physiques mises en jeu- Courant, tension (valeurs nominales).- Impédance de sortie.'- Tension d'isolement.- Puissance d'emploi.: Température d'emploi.- Force, température, débit, pression, temps, déplacement, vitesse,

accélération, position, . . .- Résistance, capacité, inductance.- Temps de réponse.- Durée de vie.

Détecteurs et cap teurs d'informa tien- Interrupteurs de position à action mécanique.- Détecteurs de. proximité (magnétiques, capacitifs, inductifs, optiques).- Capteurs utilisant la transformation d'une grandeur physique mesurée

(non électrique) en grandeur susceptible d'être mesurée par des procédésélectriques.

Compétences attendues- Choisir un interrupteur de position et un détecteur de proximité.- Vérifier la relation attendue qui lie la grandeur physique à capter à la

grandeur électrique image fournie à l'unité de traitement du système.

2.5. Programme relatif au sous-système de dialogue et/ou communication(communiquer, dialoguer, informer: signaler, alarmer)

Caractérisa tien des dispositifs de communica tien- Hiérarchisation des communications (exploitation, maintenance, su-

pervision).- Support physique de la communication.- Représentation symbolique de l'information.- Nature et type de la liaison entre le milieu extérieur et le dispositif de

communication.- Nature e t type d e la liaison avec les fonctions traitement e t com-

mande.- Dispositifs de réglages.- Cas d'utilisation : signalisation de défaut, diagnostic de pannes, suivi

de processus.- Accès de l'homme à l'organe de dialogue : ergonomie, sécurité.- Protections/milieu extérieur.

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Grandeurs physiques mises en jeu- Tension d'alimentation. Tension d'isolement.- Consommation.- Nature et type de l'information (grandeur caractéristique de I'informa-

tien émise).- Courant, fréquence, tension du signal délivré.- Vitesse de transmission.- Grandeur physique liée a l'émission : format, luminosité, COUleUr,...

Structures matérielles qui réalisent la fonction communica tien-dialogue- Composants industriels de communication homme/machine : boutons poussoirs, roues codeuses, commutateurs, . . . . claviers, consoles, lecteurs de cartes, écrans tactiles, analyse vocale.- Composants industriels de communication machine/homme : voyants, afficheurs, écrans, imprimantes,

. synoptiques de suivi de processus et de diagnostic de pannes, synthèse vocale.- Composants industriels de communication machine/machine : coupleurs, liaisons séries, parallèles, . . .- Composants qui intègrent les règles de sécurité (séparation, coupure

visible, arrêt d'urgence, consignation d'ouverture de circuit, . ..) : boutons poussoirs, sectionneurs.

* Compétences attendues- Choisir les composants de dialogue qui assurent la sécurité.- Utiliser un logiciel de conduite et de surveillance de processus.- Définir le cahier des charges permettant d'assurer la communication,

valider ce cahier des charges sur un système industriel programmable.

3. Etude des matériaux et technologie de construction

Programme

- Classification fonctionnelle des matériaux utilisés couramment e nélectrotechnique (conducteur, résistant, magnétique).

- Définition des paramètres extérieurs modifiant les propriétés intrinsè-ques des matériaux (température, pression, rayonnement, champs électriqueet magnétique, vieillissement, composition de l'atmosphère ambiante).

- Matériaux conducteurs : grandeurs caractéristiques : conductivité, résistivité, influence de la

fréquence du courant, influence des paramètres extérieurs : variation de la conductivité avec

la température, avec le champ magnétique, avec le rayonnement, résistanceà la corrosion,

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,i. plage d'utilisation et limites d'emploi, pertes par effet Joule dans les circuits, principaux matériaux: cuivre et alliages, aluminium et alliages, semi-

conducteurs, notion sur les supraconducteurs.- Matériaux résistants : grandeurs caractéristiques : résistivité, cœfficient de température, cœf-

ficient de dilatation, rayonnement, température d'emploi, de changementd'état cristallin, de fusion,

principaux matériaux: carbone, fonte, tungstène, alliages nickel-chrome, chrome-aluminium, fer-nickel-chrome.

- Matériaux isolants : grandeurs caractéristiques : structure, rigidité diélectrique, angle d e

perte, résistivité, température d'emploi, de polymérisation, de plasticité, comportement sous l'action d'un champ électrique : claquage, effets

de surface,. classification des isolants suivant la nature (organique, minérale), l'état

(liquide, solide, pulvérulent), la forme (vernis, émail, tissu, feuille, planche).- Matériaux ferromagnétiques : grandeurs caractéristiques: perméabilité magnétique, point de curie,

courbe d'induction, saturation, cycle d'hystérésis, aimantation rémanente,champ coercrtrf,

pertes énergétiques dans les circuits magnétiques : par hystérésis, parcourant de Foucault,

. principaux matériaux magnétiques:matériaux pour aimants permanents.

acier doux, tôles au silicium,

- Mise en œuvre des différents conducteurs (câbles, câblage imprimé,Wrapping,...) pour la réalisation de composants électrotechniques, de circuitset d'installations.

- Problèmes liés à la connectique.- Mise en œuvre des matériaux magnétiques dans les circuits magnéti-

ques (nature, forme).

Aspects méthodologiques

Pour l'étude des matériaux et la technologie de construction, on éviterales descriptions sous forme de catalogue. L'articulation avec l'étude dessystèmes de conversion de l'énergie électrique sera recherchée.

A partir d'un constituant ou de l'exemple d'une solution technologiquechoisis de manière pertinente dans un système ou une fonction étudiés :

- on fera l'inventaire des principaux matériaux utilisés.