Projet SNCF
Sommaire
- 1 Découverte du projet
- 2 Etude de la carte électronique
Découverte du projet
Nous avons choisi ce projet parmi la vingtaine proposée en début d'année, car il nous permet à la fois de découvrir un environnement que l'on connait peu, la SNCF et son centre de maintenance, mais aussi la remise à neuf des batteries utilisées dans les différents trains : TGV, RER, Intercité ... Intéressés par les systèmes embarqués et autonomes, ce projet nous permet de faire nos premiers pas dans ce domaine.
Nous nous sommes rendus sur le centre de maintenance de Romilly sur Seine, le jeudi 25 Septembre 2015, afin de rencontrer notre tuteur professionnel de projet, M. Mêlé, ainsi que découvrir la machine sur laquelle nous allons travailler. Nous avons pu visiter une bonne partie du site de maintenance, notre tuteur nous expliquant le type de batterie utilisée (batteries au nickel), ainsi que l'intérêt de changer le liquide électrolytique présent dans ces dernières, à savoir retrouver les pleines capacités de la batterie. Ceci évite donc un gaspillage, et un surcoût en cas de recyclage du liquide par une autre entreprise. Suite à cette visite qui a durée 1h30, M. Mêlé, nous a fourni la carte électronique présente dans la machine et qui contrôle les pompes, ainsi qu'un afficheur et sa connectique également présent dans la machine.
Notre stage nous est fourni par Mr Mêlé opérateur de la SNCF. Nous avons convenue d'un rendez-vous pour voir et connaitre notre projet. Celui-ci consiste à étudier le fonctionnement d'un appareil permettant de remplir des batteries. Celles-ci doivent être "vidangés" afin qu'elles retrouvent leur pleine capacité pour permettre une alimentation en électricité du train. Cette technique consiste à économiser l'achat de nouvelle batterie en les rénovant par le nettoyage et le remplissage.
Notre mission est de reproduire le schéma électrique de la carte, de l'étudier et d'en faire une documentation permettant de tester la carte et de réparer chacun des composants présents sur celle-ci.
Etude de la carte électronique
Reconstitution du schéma de la carte électronique
Pour pouvoir trouver et remplacer un composant en panne, il est nécessaire de reproduire le schéma électrique auquel on associera des points de mesure avec des valeurs à trouver lors d'un bon ou mauvais fonctionnement de ceux-ci. Les valeurs des composants sont enregistrés dans un tableau Excel que l'on exploitera par la suite.
Nous avons choisi de reproduire le schéma de la carte avec le logiciel Eagle, présent à l'IUT. La saisie de ce schéma fut fastueux, nous avons réalisé dans un premier temps le schéma sans simplification,(voir illustration), puis nous avons tenter de le simplifier au maximum, afin qu'il soit plus facilement lisible.
Pour essayer de simplifier le schéma au maximum, nous allons tout d'abord raccourcir les pistes, pour cela nous allons commencer par mettre le transformateur à part. C'est à dire que l'on ne relie pas les pistes directement au circuit secondaire du transformateur, nous allons donc plutôt relier les sorties du transformateur à un vcc, ce qui va nous permettre alors de placer de nouveau ces vcc là où nous avions une piste reliée à la sortie du transformateur, plus précisément à la sortie du condensateur relié au transformateur via le pont de Graetz que nous étudierons plus bas. Nous devons également raccourcir les pistes que l'on ne peut pas mettre de côté, nous allons par exemple plutôt relier un composant au nœud présent sur la piste ceci nous permettra donc plus de clarté dans la lecture du schéma, quitte à déplacer certains composants cela modifiera forcément la disposition du schéma, alors qu'auparavant nous avons essayer de garder visibles les blocs fonctionnels. Nous avons donc trouver un compromis entre la clarté de lecture du schéma et la simplicité de repérage des différents composants.
Création des composants sur Eagle
Afin de respecter le schéma électrique au maximum, nous avons du créer certains composants peu commun. Ainsi nous avons créer les différents fusibles, le relai car ceux présents dans la librairie de base du logiciel ne correspondait pas tout à fait à celui présent sur notre carte, le transformateur car à nouveau il était absent de la librairie de base. Nous avons également créer le composant principal de la carte : le microcontroleur. Pour pouvoir créer des composant, nous utilisons bien sûr le même logiciel que pour reproduire le schéma électrique : Eagle. Pour ceci, il suffit de cliquer sur l'onglet fichier, puis nouveau et enfin librairie. A partir de là, il faut tout d'abord recréer le schématique du composant, c'est à dire la fonction interne qu'il exécute, ensuite, une fois le schéma terminé, il faut maintenant créer son board, le board est la représentation physique du composant. Pour finir il suffit de relier le schématique et le board en précisant quelle patte du schématique correspond à quelle patte du board.
Schéma Simplifié de la Carte
Image
Composants de la carte
Alimentation
Circuit Primaire
Sur notre carte se trouve un transformateur, ce composant permet de passer d'une tension à une autre, par exemple il permet de passer d'une tension de 230V sinusoïdal (réseau EDF) à une tension de 12V. Attention la tension en sortie est toujours une sinusoïdale de même fréquence que celle à l'entrée du transformateur. Lors de l'étude préliminaire de la carte nous ne comprîmes pas vraiment la présence de ce transformateur, étant donné que notre tuteur professionnel nous avais indiqué le fait que la machine remplit les batteries uniquement lorsqu'elle est branchée sur sa batterie et non pas sur le secteur. Puis en étudiant les différentes photos de l'unité de remplissage, nous avons remarqué que la carte s'occupe également de la recharge de la batterie, lorsque l'on est branché sur le secteur. Ce qui explique donc la présence du transformateur. Au circuit primaire du transformateur, on remarque la présence de sécurité, via des composants tels que un fusible de caractéristique 250V et 500mA, qui va évité une sur-intensité et un condensateur, qui lui va nous permettre de protéger les composants en cas de sur-tension. C'est grâce au fusible présent à l'entrée du circuit primaire, entre la phase et le neutre, que nous avons pu déterminé la tension d'entrée du transformateur : le réseau EDF soit environ 230V 50Hz.
Circuit Secondaire
Le circuit secondaire de notre transformateur est directement relié à un pont de Graetz (voir ci-contre), également appelé un pont de diode. Ce type de montage permet de passer d'une tension alternative à une tension continue. Mais le pont seul ne permet pas d'avoir une tension parfaitement continue sans aucune variation, c'est donc pour cela, qu'un condensateur de forte capacité (4700µF) est placé juste après le pont de Graetz, il permet lui de linéariser la tension et donc de supprimer toutes les petites variations restantes à la sortie du pont. Le secondaire du transformateur alimente à la fois la carte électronique et donc les composants présents, il alimente aussi la batterie, pour la recharge, à travers les bornes B+ et B-, mais aussi les deux pompes présentes dans l'unité de remplissage via les bornes P+ et P-. C'est grâce aux caractéristiques de ces pompes que nous avons pu déterminer la tension délivrée au secondaire à savoir comme dans notre exemple précédent : 12V. Nous en avons déduit que le transformateur permettait la recharge de la batterie, car l'unité de remplissage ne peut pas effectuer sa fonction principale lorsqu'elle est branchée au secteur.
Fonction de démarrage
On supposera que V+ est une tension continue de 12V former à partir d'une partie d'un schéma que nous ne pouvons étudier. Celle-i permettra d'alimenter les pompes sous ce régime et d'autres parties du système. Les condensateurs identifiés C6, C16 et C8, C17 jouent la rôle de filtre passe-haut et de filtre passe-bas afin de supprimer les fréquences parasites et obtenir une tension continue "pur". Lors de l'appui sur le bouton de démarrage de la carte, le régulateur de tension est mise en marche afin de convertir notre tension d'entrée V+ de 12V continue en une tension de sortie de 5V continue que l'on appellera Pin1. Cette dernière alimentera une bonne partie du système dont la Pin N°1 de notre microcontrôleur (d'où son nom) qui permettra ça mise en marche et alimentera une led Verte afin d'indiquer que la demande de mise en marche a été effectuée. On peut voir à l'aide de la datasheet de notre régulateur que pour une tension de 12 V à son entrée, sa sortie est de 5V :
http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/stmicroelectronics/2143.pdf
Commande moteurs
Dans un relais, la partie bobine sert de commande afin de contrôler la partie puissance présente sur l'autre partie de celui-ci l'interrupteur. On observe que la diode D7 a pour rôle de dissiper le courant résiduel provenant de la bobine lorsque celle-ci est utilisé afin d'éviter une surtension a ses bornes. Le transistor T1 est commandé par la Pin N°18 de notre microcontrôleur. Dans le cas où cette dernière est mise à un niveau logique 0 (c'est à dire que la tension est nulle), la tension Vbe au borne de notre transistor est nul donc celui-ci est bloqué. Le courant ne peut alors pas circuler dans la bobine et le relais est à son état de repos (ici pattes en l'air). Au contraire, si la Pin 18 est à un état logique 1 (c'est à dire qu'il y a présence d'une tension, ici chaque pin peut fournir 20mA sous 5V), la tension Vbe est supérieur à 0.7V, le transistor est allant passant. Le courant circule alors dans la bobine et l'interrupteur bascule permettant ainsi à P+ d'avoir une tension identique à V+ soit 12V.
Détecteur de surtension
Passons maintenant à une autre partie de notre carte, il s'agit ici d'un détecteur de surtension, comme son nom l'indique, il va permettre d'informer l'utilisateur d'un éventuel défaut de type surtension présent sur la carte. La diode identifiée D13, est une diode d'écretage, elle permet de prendre uniquement les tensions supérieures à la tension V+. Ainsi tant que P- est une masse, c'est à dire tant qu'elle reste à 0V, alors le transistor est bloqué. donc la patte 8 du composant ST62T20C6 est à 5V. En revanche si P- possède une certaine tension alors le transistor deviens passant au bout d'une durée Ƭ = RxC, mais ici on ne peut pas déterminer cette valeur puisqu'il nous est impossible de connaitre la valeur du condensateur C. Dans ce cas là, la patte 8 passe alors à 0V.
Commande de la LED 2
La LED 2 est donc ici une Led bicolore à masse commune. Cela signifie que la patte de droite et de gauche commande chacune une couleur de la Led tandis que la patte du milieu est la masse commune. Cette Led est commandée par la patte 19 du ST62T20C6. Si la patte 19 de ce dernier est à Ol, alors le transistor référencé Q3 dans notre schéma est bloqué, en revanche le transistor Q1 est quant à lui passant. Dans cette configuration, la Led s'allume soit orange soit rouge pour indiquer une erreur à l'utilisateur. Si la patte 19 du composant est à 1l, alors le transistor Q3 est passant et la Led est éteinte. Ce qui indique alors qu'il n'y a pas d'erreur et donc que la carte fonctionne correctement.
Etude du composants ST62T20C6
Notre composant ne fait pas partie de la famille des Pick et il a fallu trouver un logiciel et un support pour traiter le ST62 de la marque STMicroElectronics. Pour cela, nous avons utilisé le BeeProg+ de la marque ELNEC.
Cette appareil est un programmeur universel pouvant lire, écrire ou effacer un microcontrôleur. Cependant, pour pouvoir copier entièrement le programme d'un micro-contrôleur, il est nécessaire de copier également l'état des fusibles de celui-ci. On observe alors deux étapes de fonctionnement du logiciel. La partie projet promet de conserver les paramètres du logiciel contenant le type de composants, le type de programmeur et l'état du microcontrôleur (contenant l'état des fusibles). Enfin, le buffer contient en Hexadécimal toutes les valeurs des entrées et sorties. L'avantage de ce type d'appareil, est qu'il est compatible avec la majorité des microcontroleur. C'est ainsi que nous avons pus extraire le programme contenu dans notre composant. Ceci dis il reste complexe à déchiffrer car comme dis précédemment toutes la valeurs des entrées et sorties est en hexadécimal.
