Modèle de concours de recrutement des techniciens spécialisés en électromécanique des systèmes automatisés — ONDA 2019 — Épreuve de spécialité

Ce modèle est l'épreuve de spécialité du concours de recrutement 2019 de l'Office National Des Aéroports (ONDA), profil technicien spécialisé en électromécanique des systèmes automatisés, passée le 25/09/2019. Durée : 2 heures, sans document ni appareil électronique. Le sujet compte quatre parties, soit 40 points au total : A) logique séquentielle (14 points), B) moteur asynchrone triphasé (10 points), C) automate programmable industriel, GRAFCET (10 points) et questions de cours (6 points).

💡 Le compteur modulo 8 vaut à lui seul 8 points : traitez-le avec méthode (table des états, tables de Karnaugh de J et K, schéma). Pour le moteur, calculez dans l'ordre du bilan des puissances : Pa → pertes stator → Ptr → Pjr = g·Ptr → Pu. Une erreur au début se propage à toutes les questions suivantes.

Partie A : logique séquentielle

1. Table de vérité (A et B jouent le rôle de J et K ; Pr et Cr sont des entrées asynchrones actives à 0, ici à 1) :

   A (J)	B (K)	Qn+1 après le front d'horloge	Fonction
   0	0	Qn	mémoire
   0	1	0	mise à 0
   1	0	1	mise à 1
   1	1	Q̄n	basculement

   Pr = 0 force Q = 1 et Cr = 0 force Q = 0, quelle que soit l'horloge.
2. C'est une bascule JK (portes NAND bouclées par Q et Q̄, avec Preset et Clear). Elle mémorise un bit. Avec J = K = 1, elle bascule à chaque front et divise la fréquence par 2 : c'est l'élément de base des compteurs, des diviseurs de fréquence et des registres.
3. Compteur synchrone : toutes les bascules reçoivent la même horloge et changent d'état en même temps ; il est rapide, sans états transitoires parasites, mais demande une logique de commande des entrées. Compteur asynchrone : l'horloge n'attaque que la première bascule, et chaque bascule est pilotée par la sortie de la précédente ; il est simple, mais les retards de propagation s'additionnent et créent des états intermédiaires parasites.
4. Compteur asynchrone (sortie qui attaque l'horloge de la bascule suivante) :

   Horloge	Compteur	Décompteur
   Front montant	Q̄	Q
   Front descendant	Q	Q̄

5. Compteur synchrone modulo 8 (3 bascules JK, Q₂Q₁Q₀ de 000 à 111). Pour une bascule JK, les transitions s'obtiennent ainsi : 0→0 : J = 0, K = X ; 0→1 : J = 1, K = X ; 1→0 : J = X, K = 1 ; 1→1 : J = X, K = 0.

   État Q2 Q1 Q0	Suivant	J2 K2	J1 K1	J0 K0
   000	001	0 X	0 X	1 X
   001	010	0 X	1 X	X 1
   010	011	0 X	X 0	1 X
   011	100	1 X	X 1	X 1
   100	101	X 0	0 X	1 X
   101	110	X 0	1 X	X 1
   110	111	X 0	X 0	1 X
   111	000	X 1	X 1	X 1

   Les tables de Karnaugh donnent : J0 = K0 = 1 ; J1 = K1 = Q0 ; J2 = K2 = Q0·Q1. Schéma : une horloge commune aux trois bascules, J0 et K0 reliés à 1, J1 et K1 reliés à Q0, et une porte ET (Q0, Q1) qui commande J2 et K2. Les entrées Cr sont reliées ensemble pour la remise à zéro.

Partie B : moteur asynchrone triphasé

1. Chaque enroulement supporte 220 V (valeur indiquée en triangle). Sur un réseau 380 V entre phases, il faut un couplage étoile (Y) : 380/√3 = 220 V par enroulement.
2. n = 1455 tr/min est juste en dessous de n_s = 1500 tr/min. Or n_s = 60f/p donne p = 3000/1500 = 2 paires de pôles, soit 4 pôles.
3. g = (n_s − n)/n_s = (1500 − 1455)/1500 = 3 %.
4. À vide, les pertes Joule au stator valent 3·r·I₀² = 3 × 0,65 × 3,2² ≈ 20 W (couplage étoile : courant de ligne = courant d'enroulement). Les pertes Joule au rotor sont négligeables à vide. P_fer = P_a0 − P_js0 − P_méca = 260 − 20 − 130 ≈ 110 W.
5. Fonctionnement nominal : P_a = √3 × U × I × cos φ = √3 × 380 × 6,4 × 0,80 ≈ 3 370 W.
   • Pertes Joule au stator : P_js = 3 × 0,65 × 6,4² ≈ 79,9 W.
   • Puissance transmise au rotor : P_tr = 3 370 − 79,9 − 110 ≈ 3 180 W. Pertes Joule au rotor : P_jr = g·P_tr = 0,03 × 3 180 ≈ 95,4 W.
   • P_u = P_tr − P_jr − P_méca = 3 180 − 95,4 − 130 ≈ 2 955 W, donc η = 2 955 / 3 370 ≈ 87,7 %.
   • Couple utile : T_u = P_u/Ω, avec Ω = 2π × 1455/60 ≈ 152,4 rad/s, soit T_u ≈ 2 955 / 152,4 ≈ 19,4 N·m.

Partie C : automate programmable, GRAFCET point de vue partie commande

Interprétation de l'énoncé : à l'état initial, le pousseur n°1 est rentré (S0) et le pousseur n°2 est sorti (S3). Le pousseur n°2 se recule (K3) pour laisser passer le bagage suspect, puis revient à sa position (K4). Réponse probable : cette lecture correspond au texte « se recule puis retourne à son état initial ».

Les deux branches se rejoignent par une convergence en OU avant l'étape 0. BC et BS étant exclusifs, la divergence est sans conflit. Si le fonctionnement doit être continu, on reboucle sur l'étape 1 au lieu de l'étape 0.

Questions de cours

1. Asservissement : la grandeur de sortie doit suivre une consigne variable (fonctionnement en poursuite, par exemple une position). Régulation : la sortie doit être maintenue à une consigne fixe malgré les perturbations (température, pression, niveau).
2. Avantages de l'alimentation à découpage : rendement élevé (80 à 95 %), donc peu d'échauffement ; faible volume et faible masse (transformateur et filtres travaillant en haute fréquence) ; large plage de tension d'entrée ; possibilité de plusieurs sorties et d'une isolation galvanique. En contrepartie, elle génère des perturbations électromagnétiques à filtrer.
3. Un correcteur PID analogique comprend un comparateur (soustracteur à AOP) qui calcule l'erreur ε = consigne − mesure, puis trois actions : proportionnelle (amplificateur de gain K_p, rapidité), intégrale (intégrateur R-C à AOP, constante T_i, annule l'erreur statique) et dérivée (dérivateur C-R à AOP, constante T_d, anticipe et amortit). Un sommateur à AOP additionne les trois actions.
4. Moteur à courant continu : n ≈ (U − R·I)/(k·Φ). On fait varier la vitesse en agissant sur la tension d'induit U (hacheur, pont redresseur commandé), c'est la méthode principale, ou sur le flux Φ (courant d'excitation : le défluxage permet de dépasser la vitesse nominale). Un rhéostat en série avec l'induit fonctionne aussi, mais avec de fortes pertes.
5. Moteur asynchrone : n = (1 − g)·60f/p. On peut faire varier la fréquence f avec un variateur de fréquence (onduleur, commande U/f constant ou vectorielle), c'est la solution courante ; le nombre de paires de pôles p (moteur Dahlander, deux vitesses) ; ou le glissement g (résistances rotoriques pour un rotor bobiné, baisse de la tension statorique).