Analyse du système technique

RENOVATION DE L’ECLAIRAGE DE LA GARE DE
GARDANNE
A.
Support
Cahier des charges S.N.C.F.
Installation prototype d’éclairage
B.
Compétences mises en œuvre
Concevoir des solutions techniques et des processus de fabrication dans le
T1. 3 respect du cahier des charges et des contraintes imposées par le procédé.
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Cahier des charges fonctionnel
 Données techniques
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C08 Concevoir une solution technique
TRAVAIL DEMANDE
 Concevoir le programme de gestion de l’armoire d’éclairage équipé d’un lubio
RESULTATS ATTENDUS
 Production du programme d’automatisme
T1.1
Analyser les appels d’offre et les cahiers des charges
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Cahier des Clause Techniques Particulières de modernisation de la gare de Gardanne
 Eléments de chiffrage
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C01 Analyser un dossier
TRAVAIL DEMANDE
 Calcul du temps de retour sur investissement de l’installation d’un variateur de lumière
RESULTAT ATTENDU
 L’estimation financière est réalisée
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Rénovation de l’éclairage de la gare de GARDANNE
Page 1
Elaborer une offre adaptée (chiffrage et devis) au cahier des charges en déterminant
T1.5 les moyens d’exécution prévisionnels
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Documents techniques issus du cahier des charges
 Site fournisseurs (Schneider)
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C11 Estimer les coûts prévisionnels
TRAVAIL DEMANDE
 Elaboration du chiffrage du coût du coffret N°1 d’alimentation de l’éclairage du mat 1 et
des tronçons 5, 7 et 8
RESULTATS ATTENDUS
 Le devis est élaboré
C.
Contenus d’enseignement
Économie et gestion :
Seuil de rentabilité
Etude de coût
Les équipements communicants
Entrée/sorties et modules distribués
Atelier logicilel
D.
Documentation pédagogique
Diaporama « Pilotage à distance de l’éclairage de la gare de Gardanne »
E.
Documentation technique
Cahier des Contraintes Techniques et Professionnelles fourni par la S.N.C.F.
Dossier technique des coffrets d’éclairage
Document constructeur variateur de lumière LUBIO
F.
Conditions de réalisation
temps imparti : 3 heures
situation : travail en binôme avec remise d’un compte-rendu en fin de séance
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RENOVATION DE L’ECLAIRAGE DE LA GARE DE GARDANNE
OBJECTIF
Dans le cadre de la rénovation de l’éclairage dans plusieurs sites S.N.C.F., de nouvelles solutions
technologiques sont mises en œuvre pour réduire la consommation d’énergie tout en assurant le confort et
la sécurité.
Ces économies d’énergie peuvent être réalisées soit par le remplacement des lampes par des lampes avec
un meilleur rendement, soit par intégration de système de contrôle d’éclairage automatisé. Dans ce cas,
l’allumage et le niveau d’éclairement sont gérés en fonction du niveau d’ensoleillement, des horaires…
Le problème posé consiste, après avoir analyser l’intérêt financier du projet, à réaliser le schéma
électrique d’un coffret d’alimentation de lampes à décharge.
La S.N.C.F. a réalisé l’étude d’éclairage et choisi les lampes appropriées avant la rédaction du C.C.T.P.
de modernisation de l’éclairage de la gare de Gardanne. Cette partie est donc hors étude tout comme
l’analyse de la distribution.
SYNOPTIQUE
Marche/arrêt
forcé
Interrupteur
crépusculaire
Synchro
horaire
Variateur de lumière
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AUTOMATISME
Concevoir des solutions techniques et des processus de fabrication dans le
T1. 3 respect du cahier des charges et des contraintes imposées par le procédé.
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Cahier des charges fonctionnel
 Données techniques
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C08 Concevoir une solution technique
TRAVAIL DEMANDE
 Concevoir le programme de gestion de l’armoire d’éclairage équipé d’un lubio
RESULTATS ATTENDUS
 Production du programme d’automatisme
Analyse du système technique :
Le prototype présent dans l’atelier central a été développé pour le bureau d’étude du Service « projet et
maintenance des installations » de la S.N.C.F.,.
Prendre connaissance du dossier technique. Les armoires sont reliées entre elles par un câble profibus et
un câble électrique selon le synoptique du dossier.
B.1.
Décrire le rôle de l’armoire maître (supervision)
Alimentation en énergie des armoires d’éclairage
Mesures des grandeurs U, I,…
Commande de l’armoire esclave par l’intermédiaire du bus profibus
B.2. Décrire le rôle de l’armoire esclave (éclairage)
Alimentation des luminaires avec une tension variable
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Configuration matérielle
L’automatisme est constitué d’un API siemens 315 et d’entrées sorties déportées ET200S 151-1, reliées
par une connexion PROFIBUS :
Profibus
L’objectif est de réaliser le programme qui permet de piloter à distance le coffret d’alimentation des
luminaires.
Lancer le logiciel simatic manager (dossier automatisme).
Désarchiver le fichier « ecl_etud » fourni sur le site Internet de la section.
Ouvrir l’onglet « configuration de réseau »
Analyse de la configuration matérielle du module d’entrées/sorties déportées
Double cliquer sur l’icône du module IM 151-1
B.3.
En déduire :
 le nombre d’entrées du module
déporté :
16 E
o _____

le type de ces entrées :
o _____
24V DC
 le nombre de sorties du module
déporté :
8S
o _____
 le type de ces sorties :
o _____
TOR à relais
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Analyse de la configuration matérielle du module automate « maître »
B.4. De même, déterminer :

le nombre d’entrées de l’automate : 16 E

le type de ces entrées : 24V DC

le nombre de sorties de l’automate :

le type de ces sorties :
8S
TOR à relais
Configuration réseau
B.5.
Citer les noms des protocoles utilisés

pour la communication entre le PC et l’automate « maître « : ethernet

pour la communication entre l’automate et les entrées sorties déportées :
profibus
B.6. Identifier les ports à configurer pour saisir l’adresse IP de l’automate maître, l’adresse profibus
de l’automate maître et l’adresse profibus du périphérique d’entrées/sorties déportées.
Adresse IP
automate maître
Adresse profibus
automate maître
Adresse profibus
entrées/sorties déportés
L’adresse IP de l’automate est 172.28.176.88, le masque est 255.255.252.0 et l’adresse du routeur du
lycée est 172.28.179.242.
B.7. Double-cliquer sur le port éthernet de l’automate maître et configurer son adresse IP.
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B.8. En observant les switchs sur le
périphérique décentralisé ET200S (armoire
LUBIO), en déduire son adresse profibus :
Adresse =
3
B.9. Double-cliquer sur le module
d’entrées :sorties déportées et saisir son
adresse profibus.
B.10. Enregistrer et compiler la configuration.
Puis, faire vérifier par le professeur.
Programmation
Analyse du fonctionnement : voyants de l’armoire de supervision
L’objectif est la création du programme de gestion des voyants « Armoire lubio sous tension » et « Lubio sous
tension » localisés en face avant de l’armoire de supervision.
Exploitation du dossier technique :
km 4 / E 3.0
(Armoire lubio sous tension)
H 3
/ A 4.3
Profibus
km 20 / E 3.3
H 4 / A 4.0
(Lubio sous tension)
En vous aidant des éléments du dosssier technique : schémas électriques, schéma d’implantation,
mnémoniques…,
B.11. compléter sur la figure ci-dessus les noms des voyants, des contacts et les affectations des
entrées/sorties API (ex : A2.1 ; E…) à prendre en compte.
Programmation
B.12. Réaliser le programme, en langage à contacts, pour allumer les voyants « Armoire lubio sous
tension » et « Lubio sous tension ». Il sera organisé en une fonction FC1 (contrôle lubio) appelée
depuis un bloc d’organisation OB1.
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Insertion
d’une
fonction avec
Step7
Définition
des
propriétés
de la
fonction
Appel de fonction
depuis bloc
d’organisation
OB1
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Validation
B.13. Faite valider le programme par le professeur. Charger la fonction créée dans l’automate pour
vérifier son bon fonctionnement.
Analyse du fonctionnement : lubio en mode économique
Exploitation du dossier technique :
A_2.1
__
S_24
_
S_4_/ E_0.2
__
E_3.1
__
Profibus
H_5_/ A_4.1
__
H_22
_
KM22
En vous aidant des éléments du dosssier technique : schémas électriques, schéma d’implantation,
mnémoniques…,
B.14. compléter sur la figure ci-dessus les noms des voyants, des contacts et les affectations des
entrées/sorties API
Programmation
B.15. Réaliser les réseaux qui permettent d’activer le relais KM22 (lubio en mode économique) et
d’allumer les voyants correspondants à ce mode. Ces réseaux sont à insérer dans la fonction FC1
(contrôle lubio).
B.16. Avec la même démarche, ajouter les réseaux qui permettent l’arrêt du lubio (relais KM23).
Validation
B.17. Faire valider le programme par le professeur puis charger la fonction dans l’automate pour
vérifier son bon fonctionnement.
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ETUDE ECONOMIQUE
SEUIL DE RENTABILITE
T1.1
Analyser les appels d’offre et les cahiers des charges
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Cahier des Clause Techniques Particulières de modernisation de la gare de Gardanne
 Eléments de chiffrage
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C01 Analyser un dossier
TRAVAIL DEMANDE
 Calcul du temps de retour sur investissement de l’installation d’un variateur de lumière
RESULTAT ATTENDU
 L’estimation financière est réalisée
Données tarifaires
Désignation
Référence
Variateur de lumière maitre 3kVA
Variateur de lumière maître 6kVA
Variateur de lumière esclave 6kVA
Lampe sodium
Lampe sodium
Lampe iodure métallique
Lampe iodure métallique
Tubes fluorescents
Alimentation lampes sodium 600W
Fabricant Prix Unitaire (HT)
Lubio VRI-MP3
Lubio VRI-MP6
Lubio VRI-EP6
SON-T PIA plus 600W
SON-T PIA plus 400W
Schneider
Schneider
Schneider
Philips
Philips
MASTERcitywhite CDO-TT 150W
Philips
CPO-TW, 140W
Philips
MASTER TLD Xtreme 58W
Philips
ZVF320 SON-T600W 230V
Philips
1 635 €
2 167 €
1 144 €
58 €
25 €
30 €
70 €
20 €
398 €
Le coffret N°1 alimente le mât N°1 et les tronçons 5,7 et 8.
A.1. A l’aide du cahier des charges de modernisation de la gare de Gardanne (rubriques 6.8
éclairage des quais et 7.9 appareils d’éclairage du faisceau fret), identifier les récepteurs alimentés
par le coffet éclairage n°1.
mat 1 : 4 projecteurs 2x600W avec lampes au sodium SON-T PIA plus 600W
tronçon 5 : 6 mats de 2x150W avec lampes à iodure métallique MASTERcitywhite CDO-TT 150W
tronçon 8 : 7 mats de 1x150W avec lampes à iodure métallique MASTERcitywhite CDO-TT 150W
tronçon 7 : 11 luminaires 2x58W
Pour économiser l’énergie, l’éclairage est réduit lorsque la gare est peu fréquentée : entre 23h et 6h.
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La mesure de puissance sur les lampes testées montre que la consommation d’électricité est alors
diminuée de 30%.
A.2. Calculer la puissance fournie par le variateur de lumière VRI EP3 esclave 02 lorsque
l’installation fonctionne à pleine puissance et lorsqu’elle fonctionne à puissance réduite.
Puissance absorbée à pleine puissance : 19x150=2850W
Puissance réduite : 2850*0,7=2000W
Le coût moyen du kWh en heures creuses pour la SNCF est de 7 centimes d’euros.
A.3. Déterminer l’économie annuelle réalisée par l’utilisation du vaiateur de lumière Lubio VRIMP6.
économie réalisée : 365*(2,850*0,3)*7*0,07 = 153€
La SNCF estime à 200€ le coût d’une intervention pour remplacer une lampe.
Oûtre la moindre consommation, le variateur de lumière permet d’augmenter la durée de vie des lampes
de 25%.
A.4. Calculer l’économie réalisée chaque année.
cout d’une lampe MASTERcitywhite CDO-TT 150W : 33€
nombre d’heures d’allumage annuel : 365*12 = 4380h
durée de vie économique : 16000h (environ 4 ans)
gain espérance de vie : 1an
sans variateur : coût annuel des lampes : 19*30/4 = 142€
avec variateur : coût annuel des lampes : 19*30/5 = 114€
gain facture lampe : 38€
changement des lampes : 1 intervention : coût 200€
coût annuel sans variateur : 200/4=50€
coût annuel avec variateur : 200/5=40€
gain facture main d’œuvre : 10€
économie totale annuelle : 153+38+10=171€
A.5.
En déduire le temps de retour sur investissement.
retour sur investissement : 1144/171 =6,7ans
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ETUDE DE COUTS
Elaborer une offre adaptée (chiffrage et devis) au cahier des charges en déterminant
T1.5 les moyens d’exécution prévisionnels
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 Documents techniques issus du cahier des charges
 Site fournisseurs (Schneider)
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C11 Estimer les coûts prévisionnels
TRAVAIL DEMANDE
 Elaboration du chiffrage du coût du coffret N°1 d’alimentation de l’éclairage du mat 1 et
des tronçons 5, 7 et 8
RESULTATS ATTENDUS
 Le devis est élaboré
Pour le coffret 1, la nomenclature du matériel à prévoir est détaillées dans la rubrique 7.1.3.1 du
C.C.T.P. : « Coffret N°1 ».
Le matériel est à choisir parmi les standards imposés par la SNCF :
désignation
sectionneur
prise de courant
disjoncteur
voyant lumineux à colerette métallique 22mm 230V
bouton tournant colerette métallique 22mm 2 positions
bouton tournant colerette métallique 22mm 3 positions
contacteur 25A 4P commandé en 230V AC
marque
legrand
legrand
gamme
vistop
mosaic
merlin gérin
télémécanique
télémécanique
télémécanique
télémécanique
C60N
XB4BV6.
XB4BD25
XB4BD33
LC1DT25P7
A.6.
Etablir, la liste du matériel à commander pour équiper le coffret.
A.7.
Chiffrer, à l’aide d’un tableur, le coût de cet équipement.
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SCHEMAS
T1.4
Réaliser les dossiers techniques de fabrication et d’exécution.
DONNEES DISPONIBLES POUR REALISER LA TACHE
 C.C.T.P. Modernisation gare de Gardanne
 Dossier technique avec schémas des coffrets éclairage
 Données constructeurs du variateur de lumière LUBIO
COMPETENCE MISE EN OEUVRE
 C10 Réaliser les représentations graphiques nécessaires
TRAVAIL DEMANDE
 Rédaction du schéma électrique du coffret d’alimentation de l’éclairage du mat 1 et des
tronçons 5, 7 et 8
RESULTATS ATTENDUS
 Production du schéma électrique du coffret n°1
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Principe du variateur de lumière à modulation d’amplitude
commande
190-230 V
Lampe à décharges
(au Sodium ou à Iodure métallique)
Variateur Régulateur de lumière
Tension en sortie du
variateur de lumière
Eclairement maxi.
Eclairement réduit
Avec cette solution, le variateur de lumière fournit une tension sinusoïdale comprise entre 190V et 230V.
La luminosité et la consommation des lampes alimentées par un variateur de lumière dépend de
l’amplitude de la tension en sortie du modulateur d’énergie.
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CIRCUIT DE PUISSANCE
Extrait du C.C.T.P. de modernisation de la gare de Gardanne du coffret 1 :
«…
7.13 COFFRET et PLATINE D’ALIMENTATION
7.13.1 Coffret N°1
Le titulaire du présent lot devra la fourniture, la pose et le raccordement par mâts de:


Un coffret qui sera à implanter sur un socle béton côté opposé à la trappe de visite du mât N°1, il sera IP66- IK09
o avec porte pleine, une serrure et une crémone 2 points,
o un socle (pénétration des câbles par le bas),
o une face avant plastronnée, un auvent
Ce coffret sont équipé de :
o 1 sectionneur 4x100A équipé de son dispositif de condamnation / consignation à demeure,
o 1 prise 2x16A+ T, protégée par 1 disjoncteur 2x16A 30mA
o 1 disjoncteur 4x40A, Alimentation Générale mât 1.
o 1 Régulateur et réducteur de tension pour l’éclairage, de type LUBIO-VRI. (Variation Régulation
Information) puissance de 6 kvA de marque Schneider, l’ensemble pour le coffret N° 1 se décompose de 1
VRI-MP6 maître 02 et 1 VRI EP6 esclave 02 , 1kit antenne 2965 1 kit ventilation.
o 8 disjoncteurs 2x10A- 300mA (en aval du VRI-MP6 maître.) (1 par platine de projecteur ) ceci afin d’avoir
toujours un éclairage en cas défaut d’une lampe ou autre appareillage.
o 1 disjoncteur 2x25A- Alimentation Générale tronçon 5 et 8 (en amont du VRI-MP6 Esclave 02.)
o 2 disjoncteur 2x10A- 300mA 1 pour Tronçon 5 et 1 pour tronçon 8 (en aval du VRI-MP6 Esclave.)
o 1 disjoncteur 2x10A- 300mA Tronçon 7 (11 luminaires 2 x58 étanches. Piloté par 1 contacteurs 2x25A
depuis contacts du VRI-MP–6 maître 02.)
o 2 disjoncteurs 2x10A 300mA en réserve.
o 8 platines d’alimentations équipée d’un ballast et de condensateurs, l’ensemble de marque Philips, modèle
ZVF320 SON-T 600 230V SP LV de marque Philips.
Tous les départs seront repérés par étiquettes gravées. Chaque départ comprendra une borne de PE, reliée à la terre
Le tableau sera dimensionné de manière à permettre une extension de 30 % de sa capacité en plus des réserves déjà
prévues.
…»
C.1. Il est demandé, pour le coffret n°1 du système d’éclairage de rédiger les schémas du circuit de
puissance avec TrCiel.
CIRCUIT DE COMMANDE :
C.2. A l’aide du dossier technique contenant les schémas électriques des coffret présents au lycée,
décrire les actions (sur bouton-possoir) possibles pour faire fonctionner le système :
Opération
Actions à réaliser
Mise sous tension armoire maître
Appui sur le BP « mise sous tension » S1
Mise sous tension armoire esclave
- à distance (à travers profibus)
- en local (BP directs)
Mise en marche éclairage
- à distance (à travers profibus)
- en local (BP directs)
Appui sur le BP « mise sous tension armoire » S2
Appui sur le BP « mise sous tension » S20
Appui sur le BP « éclairage nominal » S5
Appui sur le BP « mise sous tension » S23
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(Les emplacements demandés seront donnés sous forme de références croisées : ex 02-H8)
C.3.
Partie armoire supervision :
a. Quel sont les numéros des pages du dossier N° : _ _ _ _ _ _01/02 et 02/02
b. Rôle et ref croisée du S1 _ _ _mise
_ _ sous
_ _ _tension
_ _ _ _ 02-E7
_ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _
c. Rôle du BP en 02-E6_ _ _ _ _arrêt
_ _ _urgence
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _
d. Rôle du composant en 02-H5_ _ _alimentation
_ _ _ _ _ _ _24VDC
_ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _
24V AC
e. Tension d’alimentation des voyants H4 à H10_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
f.
Fonction des éléments TI1 à TI4 folio 01_ _transformateurs
_ _ _ _ _ _ _ _ de
_ _courant
_____ _
g. Tension d’alimentation des voyant H1 et H2_ _230V
_ _ _AC
____________
C.4.
Partie armoire LUBIO (esclave)
h. Rôle du contact en P6 repère 2-23_ _ _éclairage
_ _ _ _ _sous
_ _ _tension
_ _ _ _réduite
_______________
i.
Rôle du contact en P6 repère 2-24_ _ _ éclairage
_ _ _ _ _ _sous
_ _ tension
_ _ _ _ nominale
__ _ ___________
j.
arrêt éclairage
Rôle du contact en P6 repère 2-25_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _
k. Sur quel conducteur mesurez vous le courant dans la lampe ? _phase
_ _ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _
l.
Que représentent les 4 bobines en aval de Q24 ? _ _ _entrées
_ _ _ _automate
_ _ _ _ _ _ _ _ __ _ _ _ _ _ _
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