Projet GE2-GE3 2013 :
Entreprise / Client : COOPER SAFETY
Auteurs : PARENT Matio / BOUJAT Isabelle
Responsable Projet : LAFFONT Jacques
Tuteur industriel : BERNARD Jonathan / PRADELLE Pierre-Emmanuel / Gaudillat Romain

1. Résumé
2. Introduction
3. Présentation du Sujet
4. Cahier des Charges
5. Developpement
6. Gestion de Projet

1. W.B.S.
2. Gantt

7. Notes d'application

1. sujet 1

8. Bilan

1. Etat d'avancement
2. Perspectives

9. Bibliographie


Résumé

Dans le cadre des études de 4ème et 5ème année d’école d’ingénieur à Polytech Clermont-Ferrand, les étudiants travaillent sur des problématiques d'entreprise afin de compléter leur formation professionnelle.
En collaboration avec COOPER safety, spécialiste dans les dispositifs de sécurité anti-incendie, une nouvelle méthode permettant d'alimenter une charge grâce à plusieurs alimentations est en cours de développement.

Actuellement chaque sirène fonctionne grâce à une alimentation unique. Le problème rencontré est que si cette alimentation tombe en panne le jour d’un incendie ou que des opérations de maintenance doivent être réalisés sur celle-ci, alors l'avertissement sonore n'est plus garanti.

Cooper Safety souhaite donc réaliser une mise en parallèle de 3 alimentations pour plus de sécurité. Avec ce système si l’une des cartes (alimentation) tombe en panne, les deux autres prendrons le relais pour garantir le fonctionnement de la sirène.

Les objectifs principaux du projet sont donc:
- Modifier l'architecture des cartes convertisseur de tension 15V > 48V fournies par Cooper Safety afin d'obtenir une tension variable de 40V à 56V.
Concevoir des cartes de mesure. Elles seront nécessaires pour réaliser un système de régulation lors de la connexion en parallèle des cartes.
- Développer une méthode permettant la mise en parallèle de sources de tension.


Introduction

Assurer le fonctionnement d’une sirène incendie en toute circonstance est un enjeu important pour l'entreprise Cooper Safety. Grâce à la communication et l’autorégulation entre plusieurs sources d'alimentation, il deviendra possible de garantir le fonctionnement d'une alarme anti-incendie même si l'une des sources est momentanément indisponible.
L'utilisation de plusieurs sources pose les problèmes suivants:
- La masse commune
- Les tensions de sortie qui doivent être égales
- La régulation interne de chaque carte

Ce projet en cours de développement a été réalisé par un binôme d'étudiants en Génie Électrique de Polytech Clermont Ferrand. Durant plus de 200h de projets, avec le matériel fourni par l'entreprise un prototype sera mis en place.
Si cette solution est fonctionnelle alors une production à plus grande échelle sera envisageable.


Présentation du Sujet

Spécialiste des installations des dispositifs de sécurité incendie dans les grands bâtiments industriels, EATON (Anciennement Cooper Safety) tient à développer un système d'alimentation d'une charge grâce à plusieurs convertisseurs.
Afin d'améliorer la maintenance de ces systèmes, l'entreprise souhaite pouvoir visualiser de nombreux points sur chaque convertisseur tels que la température, la charge des batteries, la tension de sortie...

L'entreprise

EATON est une entreprise Internationale spécialisée dans les composants et systèmes électriques. Elle fournit des solutions éconergétiques afin d'aider les clients à gérer efficacement l'énergie électrique, hydraulique et mécanique. Eaton a acquis Cooper Industries en Novembre 2012.

Le laboratoire pour lequel nous avons réalisé ce projet est basée à RIOM et est spécialisée dans les systèmes pour la sécurité des personnes.

Chiffres clés:
Chiffre d'affaire des sociétés EATON-COOPER 2012 : 21,8 milliards de dollars.
Nombre d'employés : 102 000 employés
Implantations dans plus de 175 pays.

Schéma de principe:

Le projet est composé de 3 parties distinctes :

- Réaliser : le monitoring de l'alimentation qui aura pour but de réaliser plusieurs mesures (tension, courant, température...) et les renvoyer sur un ordinateur connecté au système
- Produire une carte électronique permettant de réguler les différents modules de convertisseur.
- Optimisation des convertisseurs qui auront été mis a disposition par l'industriel.


Cahier des Charges

Conception et réalisation de modules convertisseurs intelligents:

• Convertir une alimentation 15V en une alimentation 48V +/- 8V (pour une puissance d’une dizaine de watts)
• Mesurer :

- la tension de sortie avec une tolérance de l’ordre de 5%
- le courant de sortie avec une tolérance de l’ordre de 5%
- la puissance instantanée de sortie avec une tolérance de l’ordre de de 5%
- la température avec une tolérance de l’ordre de de 5%

• Renvoyer sur un BUS CAN les informations mesurées pour chaque convertisseur
• Pour chaque convertisseur esclave, prendre en compte les valeurs mesurées par le convertisseur maître
• Pour chaque convertisseur ajuster automatiquement la tension de sortie dans une plage de 40V à 56V pour obtenir un courant de sortie égal au courant de sortie du maître.
• Le système devra se stabiliser en 250ms.
• Chaque module aura une adresse propre sur le bus CAN (codage par switch par exemple).

Développement

Variation de la tension de sortie de l'alimentation

En intégrant un potentiomètre numérique à l'architecture de l'alimentation fournie par l'entreprise, nous obtenons une tension variable en sortie. Ce qui permettra de modifier les tensions délivrées vers la charge ainsi que de réaliser une régulation précise. La résistance numérique fonctionne en utilisant le protocole I2C. Ce protocole pourra être réutilisé pour le capteur de température.

Dans les notes d'application jointe la courbe de variation de la sortie en fonction du pas de résistance.
Pas de tension obtenu : 0.5V

Réalisation des mesures

Les mesures des tensions de sortie sont faites à l'aide d'un AOP.
Précision des mesures: 0.5V près soit 1% nécessaire pour une meilleure régulation
Les mesures des courants sont faits à l'aide d'un pont de résistances.

Carte électronique développée:

Mise en parallèle des alimentations

Pour éviter les retours de courant, des diodes permettront d’empêcher ce phénomène et ainsi rendre possible la mise en parallèle des sources d'alimentation. D'après les études théoriques et après tests, il a été nécessaire de rajouter une résistance afin d'avoir une plus grande amplitude de réglage disponible.
Différence de potentiel entre V1 et V2 : 2 V max
La chute de tension aux bornes de R1 peut être compensée par une hausse de la valeur de consigne.

Chute de tension aux bornes de R1 : 0.75V
Rendement de 97%


Gestion de Projet


W.B.S.


Gantt


Notes d'application

Note d'application.pdf


Bilan

Tâches effectuées

►Test et validation de l’ensemble des composants
►Réalisation des mesures courant et tension
►Variation de tension d’alimentation

Tâches restantes

►Communication CAN
►Régulation

Livrables

►Carte de regulation
►Programmes C


Analyse Critique


Perspectives

Améliorations possibles pour ce système:

►Augmenter la précision du potentiomètre numérique pour avoir une meilleure régulation
►Utiliser der composants traversants si possible qui seront plus faciles à remplacer


Bilan Personnel

Ce projet nous a été très utile dans notre formation car il nous a permis de réaliser un travail d’équipe qui est très important en tant qu' ingénieur.
De plus il nous a permis de voir comment se déroule concrètement un vrai projet et à quel point il est difficile de prévoir à l’avance comment et quand il va se terminer car nous avons eu beaucoup de difficultés à gérer le temps.
Techniquement il nous a permis d’être plus autonome notamment en ce qui concerne le travail de recherche de solutions aux problèmes tels que mesures, programmes C et protocoles I2C.

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