Projets Génie Electrique 2004

P03A2

Réalisation d'un bloc de commande pour système de ventilation clos

Etudiants : Stéphane Messina et Jean-Pierre Tinard
Tuteur Technique : Eric Rioux et Jacques Laffont
Tuteur Industriel : Jean-Yves Rignault

PRESENTATION DU PROJET :

Cadre :

Le projet est né d'un besoin exprimé par la société Oxygen qui fabrique des hottes d'aspiration utilisées dans des domaines tels que l'expérimentation médicale et biologique, l'industrie pharmaceutique.

Structure :

Le but du projet est de réaliser un système permettant l'interconnexion des hottes d'un même local et de pouvoir les gérer au moyen d'une interface unique en supprimant notamment le potentiomètre de régulation qui ne permet pas d'avoir une régulation très précise de la ventilation.

CAHIER DES CHARGES

Cette partie contient le cahier des charges qui a été proposé au client puis retenu. Elle se décompose en deux parties :

Interface Homme/Machine

Elle permet à l'opérateur de gérer le système au moyen des différentes touches et de connaître en temps réel l'état dans lequel se trouve le système. Celle-ci comprendra :

• Réglage de la vitesse nominale de rotation des moteurs de soufflage et réglage des valeurs minimales et maximales acceptables.
• Réglage de la vitesse nominale de rotation des moteurs d'extraction et réglage des valeurs minimales et maximales acceptables.
• Choix parmi deux modes de fonctionnement : travail/veille
• Réglage de la temporisation de la durée d'activation des lampes à UV de 15 minutes à l'infini.
• Choix du type d'alarme
• Gestion de défauts
• Menu maintenance
• Gestion des relais néons (2A), UV (2A), gaz (2A), prises auxiliaires (6A)

Régulation

• Régulation de la vitesse des moteurs (550 W maximum) avec une précision de 10%
• Emission/Réception de la consigne suivant le rôle de la carte (Maître ou esclave)
• Possibilité d'interconnecter jusqu'à 32 cartes de régulation

SOLUTIONS RETENUES

Carte Régulation

Nous avons tout d'abord étudié la faisabilité de la commande du moteur. Etant donné que la précédente commande du moteur s'effectuait par un triac et que cette solution est satisfaisante, nous avons choisi de la reconduire. La commande du triac est réalisée par MLI (Modulation à Largeur d'Impulsions) permettant de faire varier la tension aux bornes du moteur et donc sa vitesse. Cette vitesse sera mesurée par un capteur à effet Hall associé à une hélice (solution déjà existante et souhaitée par le client). La génération de cette commande MLI est réalisée par un microcontrôleur. Afin que la commande soit optimale, la génération de la MLI doit se faire en synchronisation par rapport au réseau. La synchronisation de la commande MLI par rapport au réseau est effectuée en détectant le passage à zéro de la tension du secteur. Dans le but d'apporter une sécurité lors de la commutation de la charge, nous avons opté pour une commande du triac par le biais d'un opto-triac qui permet d'isoler le microcontrôleur du secteur.

Carte Interface Homme/Machine

Pour des raisons économiques et pratiques, nous avons choisi d'utiliser le même modèle de microcontrôleur que pour la carte régulation. Cependant, le nombre d'entrées/sorties disponibles n'étant pas suffisant, nous avons opté pour un module d'extension des entrées/sorties du type I2C. Pour gérer la temporisation des UV (de 15 minutes à l'infini), une horloge temps réelle du type I2C est utilisée.

Communication réseau

Pour interconnecter les différentes cartes entre elles, nous avons décidé d'utiliser le réseau CAN (Controller Area Network) qui intègre de plus en plus de systèmes dédiés à l'échange d'informations. Pour ce faire, nous avons favorisé l'emploi de composants spécifiques (Contrôleur et driver CAN) permettant de contrôler et filtrer les informations circulant sur le bus.

Validations des solutions

Nous avons tout d'abord testé les solutions matérielles retenues que sont la synchronisation par rapport au réseau, la commande du triac par retard à l'amorçage, ainsi que la mesure de vitesse avant d'entamer la phase de placement/routage de la carte de régulation.

AVANCEMENT

A l'issue des séances de projet, nous avons réalisé la carte de régulation qui permet de:
- choisir sa configuration ( maître/esclave)
- si la carte fonctionne en tant que maître, celle-ci est capable de recevoir une consigne par bus CAN (provenant d'un PC équipée d'une carte de communication CAN), de réguler la vitesse du moteur en fonction de cette consigne et de l'information capteur (par comparaison entre consigne et vitesse puis incrémentation ou décrémentation de l'instant d'amorçage du triac) puis d'émettre l'instant d'amorçage vers le PC qui fait office d'esclave. La régulation s'effectue par rapport à la durée d'un tour du moteur.
- La carte maître est capable de détecter et signaler un défaut du capteur.
- si la carte est configurée en tant qu'esclave, celle-ci utilise les informations transmises par la carte maître (instant d'amorçage du triac), les traitent et les appliquent.
- Le fonctionnement d'une carte de régulation est donc validé.
- Le placement/routage de cette carte est réalisé, une carte a été tirée.
- Concernant la carte interface, le placement/routage de cette carte est terminé, mais aucune fonction n'a été programmée.