3.2.2 Fonctionnement du nouveau système
Le programme du système actuel du ventilateur final est exécuté suivant trois boutons logiciel que sont : D, M et A qui sont des boutons standards dans l’usine adopté pour chaque séquence. Le D est mis pour la disponibilité de tous les actionneurs présents dans la séquence afin de signaler un quelconque défaut. Ensuite le M est mis pour la marche automatique donc une impulsion dessus permet d’envoyer l’ordre de marche et de démarrer toute la séquence. Et enfin le A est pour l’arrêt automatique de toute la séquence. Au tout début pour la séquence il faut s’assurer qu’il est en mode AUTO sinon le mettre. L’appui sur D vérifie la disponibilité de toute la séquence et enfin sur la marche M. Une sirène retentit pendant 10s et ce n’est qu’après que commence le démarrage même de la séquence.
Le démarrage donc du variateur J1P01V1 conduit au démarrage du moteur J1P01M1 et au ventilateur final ensuite. Ce démarrage peut être par ordre de marche du ventilateur ou par ordre de commande profibus. Retenons juste que lorsque le moteur tourne le ventilateur tourne car les deux sont reliés par deux roues tournantes raccordées par les courroies. Il se poursuit alors le démarrage du ventilateur de refroidissement du moteur J1P01M1. Une consigne supérieure ou égale à 90% est mise alors pour la marche effective.
Si un défaut survient lors du fonctionnement on peut l’acquitter et chercher à résoudre la panne mais si celui est dangereux il peut éteindre le moteur et par conséquent la séquence.
Sinon une impulsion sur le bouton d’arrêt peut aussi éteindre toute la séquence. En mode manuel la marche et l’arrêt de la séquence se fait par le bouton poussoir de marche/arrêt.
Des boutons poussoir plus vite et moins vite s’ajoute aussi pour augmenter ou diminuer au gré la consigne de vitesse soit de 0,1. Ce mode s’applique uniquement au cours de la maintenance sur l’équipement. La figure 3.2 présente le grafcet du fonctionnement du nouveau système :
Figure 3.2 – Grafcet du nouveau système
Le tableau 3.1 suivant présente les noms de mnémoniques utilisés dans le grafcet tableau3.1 – Liste des mnémoniques suite
Mnémonique Description
J1P01M1 Moteur du ventilateur
J1P01V1 Variateur du moteur
J1P01M3 Moteur de refroidissement
3.3 Mise en oeuvre du nouveau système
La mise en oeuvre du nouveau système a été possible grâce a l’installation et à la configuration du variateur de vitesse ABB choisi et de la communication profibus.
3.3.1 Généralités sur les Variateurs de vitesses
3.3.1.1 Définition d’un variateur de vitesse
Le variateur de vitesse est un dispositif destiné à régler la vitesse et le moment d’un moteur électrique à courant alternatif en faisant varier la fréquence et la tension respec-tivement le courant délivrées à la sortie de celui-ci ; il réduit la consommation d’énergie et génère efficacement de l’énergie et améliore le contrôle du process.
3.3.1.2 Avantages du variateur de vitesse
Les variateurs de vitesse sont réputés pour leur souplesse et leur intelligence embar-quée. Ils ont pour principal avantages de favoriser : l’amélioration et l’augmentation de la productivité, la réduction de l’usure du matériel, des coûts de maintenance et d’ex-ploitation. Ils permettent une réduction jusqu’à 50% de la consommation électrique des moteurs.
3.3.1.3 Inconvénient des variateurs de vitesse
Les variateurs de vitesse étant des charges non linéaires ils ont pour principal in-convénient de provoquer des perturbations harmoniques sur les réseaux électriques. Ces courants harmoniques génèrent des parasites radioélectriques et des pertes en chaleur dans les conducteurs et dans le transformateur d’alimentation.
3.3.1.4 Choix du variateur de vitesse ACS880 ABB
Les paramètres essentiels dimensionnant un variateur sont la puissance utile nominale du moteur et sa tension d’alimentation. Le lieu d’installation du variateur entre aussi en compte. En effet l’environnement dans lequel sera installé le variateur de vitesse, condi-tionne le degré de protection (indice de protection) du variateur. Le variateur de vitesse ACS880 ABB est le variateur choisi pour commander le moteur. La vue du variateur présentée à la figure 3.3 montre le variateur choisi :
Figure 3.3 – Vue du variateur de vitesse
3.3.2 Communication profibus
Une commande a été installée en plus des raccordements filaires entre les entrées/sorties de l’automate et du variateur.Le raccordement filaire permet la liaison direct entre les en-trés tout ou rien du variateur et de l’automate. la nouvelle commande est la commande par profibus. L’avantage d’avoir deux modes de commande pour le variateur est que l’al-ternance sur l’un quand survient un problème de maintenance sur l’autre
3.3.2.1 Définition et généralités
Le PROFIBUS est un standard de bus de terrain industriel ; Il permet l’échange de données entre des matériels de différentes marques sans adaptation spéciale des interfaces ; répondant ainsi aux besoins d’un large éventail d’applications.
Optimisée en termes de vitesse, cette variante est spécialement adaptée pour la com-munication entre les systèmes d’automatisation et les périphériques décentralisés. Elle
offreaussi une connectivité « Plug and Play » pour les appareils de terrain. Pour la com-munication de l’ automate programmable industriel avec le périphérique qu’est le variateur de vitesse, le choix est porté sur le PROFIBUS-DP(DP = Decentralized Peripherals) 3.3.2.2 Caractéristiques du PROFIBUS-DP
La communication PROFIBUS se fait par un seul câble profibus de couleur violet et des connecteurs ERNI mais gère en même temps plusieurs paramètres. Il est donc moins couteux et facile pour le câblage. Voici alors ces avantages :
— Remplace le câblage parallèle coûteux entre API/PC et E/S ;
— Rapide, il permet de transmettre 1 Ko d’E/S en moins de 2 ms ;
— Outils puissants réduisant les coûts de développement ;
— Pris en charge par tous les grands constructeurs d’API ;
— Grande diversité de produits, par ex. API/PC, E/S, entraînements, vannes, co-deurs ;
— Possibilité de transmission cyclique et acyclique des données ;
— Configurations mono-maître et multi-maîtres ;
— Jusqu’à 246 octets d’E/S par station.
3.3.2.3 Protocole de communication
Le protocole de communication du PROFIBUS-DP se fait via une configuration PRO-FIBUS MAITRE-ESCLAVE car il y a émission et réception de données avec réponse et émission de données sans acquittement. PROFIBUS différencie les équipements maîtres des équipements esclaves. Les équipements maîtres gèrent la communication des données sur le bus. Un maître peut envoyer des messages sans requête externe lorsqu’il détient les droits d’accès au bus. Les maîtres sont également appelés stations actives dans le pro-tocole Profibus. Les équipements esclaves sont des équipements périphériques. Il s’agit d’équipements d’entrée/sortie, de vannes, de variateurs et de transmetteurs de mesure.
Ces équipements n’ont pas accès au bus et ne peuvent qu’acquitter les messages reçus ou envoyer des messages au maître à la demande de celui-ci. Les esclaves sont également appelés stations passives.
3.3.2.4 Systèmes PROFIBUS-DP
PROFIBUS-DP peut être exploité en configuration mono-maître ou multi-maîtres.
Un réseau PROFIBUS-DP mono-maître est constitué de 1 à 125 esclaves, d’un maître de classe 1 (API) et, facultativement, d’un maître de classe 2, celui-ci étant un configurateur.
La configuration mono-maître permet d’atteindre les temps de cycle les plus courts. Il est possible de transmettre 1 Ko d’E/S en moins de 2 ms. Grâce à cette configuration PROFIBUS-DP, les stations actives peuvent toutes accéder aux données des appareils qui
leur sont assignés en commun. Le maître DP de classe 2 peut lire les données de diagnostic de tous les équipements raccordés au bus. La communication profibus est possible grâce aux modules maitres et esclaves profibus car l’esclave profibus envoie les informations au maitre sur la demande de celui-ci et au tour du maitre d’envoyer les infos a l’automate.
La configuration mono-maître du système est présentée à la figure 3.4 du chapitre :
Figure 3.4 – Configuration mono-maître
3.3.2.5 Maître PROFIBUS : PRM (Profibus Remote Master)
Le PRM est un module autonome conçu pour offrir des fonctionnalités de maître Profibus DPV0 et DPV1 aux automates M340, Premium et Quantum. Il est intégré dans l’architecture de l’automate en tant. La figure 3.5 montre la vue du PRM installée pour la configuration de la communication profibus :
Figure 3.5 – Vue du PRM
3.3.2.6 Description du PRM
Le TCSEGPA23F14F est le nom de l’équipement PRM. Il comprend 4 voyants de lumière dont :
— SF le défaut de système ;
— BUSF le défaut du bus ;
— RUN/STOP ;
— CLS2 ;
Son adresse MAC est le 00 :80 :F4 :FC :9F :A7. Il a 2 Connecteurs RJ45 pour la liaison Ethernet (commutateur intégré) ; un Connecteur SUB D 9 broches pour la liaison Profibus et une Borne à vis pour la connexion de l’alimentation 24 VCC (voir la section Alimentation).
3.3.2.7 Configuration DTM du PRM
La configuration Profibus est assurée grâce à la technologie FDT/DTM. 3 DTM sont fournis avec le module PRM : Le PRM passerelle DTM est utilisé dans Unity Pro, un outil de configuration Profibus capable de configurer le PRM comme la passerelle DTM
pour le M580 à CPU maître DTM intégré et le future BMENOC0301 pour le M580.
3.3.2.8 Installation du PRM
Pour la configuration du PRM pour un variateur il faut des étapes à suivre pour l’installation ; il faut donc procéder à l’installation du :
1. Le DTM maître du PRM (MASTER DTM V1.1) pour les échanges acyclique suivant le programme d’installation du fabricant.
2. Un fichier GSD ajouté à la bibliothèque de DTM générique pour pouvoir intégrer le nouvel équipement :
— Choisir le PRM passerelle (Gateway) ;
— Choisir le fichier GSD : ABB 10959 ; 3. Configurer l’adresse IP du module PRM
— Ramener l’adresse IP de l’usine à : 10. 10. 159. 167. Les deux derniers nombres sont les deux derniers nombres de l’adresse (MAC) du PRM au format décimal.
— L’adresse (MAC) est indiquée sur le panneau avant du module.
— L’adresse qui sera utilisée pour se connecter au PRM : 192. 168. 0. 21 ;
— Le masque réseau : 255. 255. 0. 0 ; 4. Configurer l’adresse de l’esclave profibus
— Cliquer sur le PRM Gateway ;
— Cliquer sur Equipements profibus puis choisir l’adresse 2 (0 à 125) ; 5. Configurer les entrées et sorties du module PRM
6. Lancer la régénération de tout le projet
7. Se connecter à l’automate et transférer le projet
3.3.3 Connecteur ERNI ERbic PROFIBUS
Les connecteurs ERbic sont des connecteurs de bus qui permettent de faire la liaison entre plusieurs esclaves profibus pour pouvoir les relier a un seul maitre profibus . Ils permettent aussi la liaison entre maître et esclave profibus pour leurs échanges de données.
Le connecteur mâle SUB-D 9 broches avec terminaison de ligne (jaune) 490 NAD 911 03 permet la liaison entre maitre et esclave profibus. Avec pour seul esclave comme variateur le choix s’est porté pour ce connecteur. Il est présenté à la figure 3.6 :
Figure 3.6 – Vue du connecteur
Le câble de connexion profibus de couleur violet est un câble rigide qui a 2 fils à paires torsadées blindés. Il est disponible en longueurs de 100 ou 400 m.
3.3.4 Esclave PROFIBUS
Le FPBA-01 de la série F est un module adaptateur PROFIBUS DP qui prend en charge les communications DP-V0 et DP-V1. Il détecte automatiquement le type de té-légramme utilisé et prend en charge les messages PPO 1 à 8 et les tété-légrammes standard (STD) 1 et 2. Ce module coupleur permet de raccorder le variateur au réseau d’automa-tisme. Il prend en charge les variateurs ABB. La communication du variateur via l’auto-mate se fait grâce au FPBA-01 car il communique avec PRM à travers la communication PROFIBUS. il est présenté à la figure 3.7 du document :
Figure 3.7 – Vue du FPBA-01
3.3.4.1 Programme de communication du PRM avec l’esclave
La communication du PRM avec l’esclave se fait via la table d’échange préalablement établie. Le module esclave utilise des PPO (Objets de données) pour l’échange de données.
Grâce à cette table on choisit les paramètres voulus comme par exemple la consigne de vitesse, la recopie de vitesse, l’intensité du moteur etc. Ces données sont envoyées par des messages PPO qui prend en compte des PZD. Les données envoyées étant sur 16 bit et que les PPO et PZD sont sur des bytes. 1 BYTE = 8 bit ; 1 WORD = 2 BYTE =16 bit.
Il faut un décalage à gauche pour concaténer les 2 BYTE pour avoir un WORD.
3.3.4.2 Communication Ethernet du PRM avec les réseaux automates
La communication du PRM avec l’automate se fait via la communication Ethernet.
Le PRM installé et configuré doit communiquer avec le réseau automate. Il communique avec l’automate si la lumière verte de RUN clignote. Cette communication est possible si l’adresse IP de l’usine est bien configurée.
3.3.5 Architecture réseau proposée
La configuration du système s’est fait suivant l’architecture réseau de la figure 3.8. il est conçu comme suit :
— Connexion du variateur avec le module PRM via le câble profibus
— Connection du PRM avec l’automate via la câble profibus
— Connexion de l’automate avec le switch PLC des automates via le câble Ethernet
• L’automate programmable industriel utilisé est le M580. Le Modicon M580 est développé par SCHNEIDER ELECTRIC France. Elle est composée de l’au-tomate programmable industriel BME P58 2040 aussi appelé module central
processing unit (CPU) et du module de communication Ethernet BME NOC 0301.4.
— Connexion des switch PLC et PC via le serveur
• Le réseau PC consiste à mettre en réseau tous les PC par les serveurs centralisés du système ;
• Le réseau PLC consiste à mettre en réseau les automates. Ceux-ci commu-niquent ensuite avec le réseau de communication profibus ;
— Connexion de l’ordinateur de supervision avec le switch PC
• La supervision consiste à lancer les opérations à distance pour tout équipement principalement la séquence du ventilateur final ;
Chapitre3.LENOUVEAUSYSTEME Figure3.8–Architectureréseau Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparFinafaGloriaCostelleGNIMAGNON-EPAC2018page
3.3.6 Programmation du système sur API
La programmation consiste à interpréter le fonctionnement du système en un langage qui facilite sa traduction en langage machine. Après rédaction du code, le programme est transféré dans un automate.
3.3.6.1 Automate Programmable Industriel
L’Automate Programmable Industriel (API) est un appareil électronique program-mable. Particulièrement adapté à l’environnement industriel, il réalise des fonctions d’au-tomatisme pour assurer la commande de pré-actionneurs et d’actionneurs. Il fonctionne à base d’informations logique, analogique ou numérique reçues du système. Les contraintes du milieu industriel sont pour la plupart les suivantes :
— Influences externes :
• Mise en oeuvre du matériel aisée (pas de langage de programmation complexe) ;
• Dépannage relativement simple ;
• Possibilité de modifier le système en cours de fonctionnement ;
— Matériel :
• Evolutif ;
• Modulaire ;
• Implantation aisée.
L’utilisation des API dans le monde industriel est très fréquente car il prend un grand avantage sur la logique câblée. Il permet le traitement rapide de l’information et la réduc-tion de l’encombrement des circuits de commande.
3.3.6.2 Structure interne d’un API
La figure 3.9 montre la structure interne d’un API :
— Module d’alimentation : il assure la distribution d’énergie aux différents modules.
— Unité centrale : à base de microprocesseur, elle réalise toutes les fonctions logiques, arithmétiques et de traitement numérique (transfert, comptage, temporisation).
— Le bus interne : il permet la communication entre les blocs de l’automate et les éventuelles extensions.
— Mémoires : elles permettent de stocker le système d’exploitation (ROM ou PROM), le programme (EEPROM) et les données système lors du fonctionnement (RAM).
Figure 3.9 – Structure interne d’un automate programmable Cette dernière est généralement secourue par pile ou batterie.
— Interfaces d’entrées/sorties :
• Interface d’entrée : elle permet de recevoir les informations du Système Auto-matisé de Production pupitre et de mettre en forme (filtrage) ce signal tout en l’isolant électriquement (optocouplage).
• Interface de sortie : elle permet de commander les divers préactionneurs et éléments de signalisation du Système Automatisé de Production (S.A.P) tout en assurant l’isolement électrique.
3.3.7 Bilan des entrées/sorties du système
3.3.7.1 Entrées logiques du système
Il existe de façon standard deux types d’entrées à savoir les entrées Tout Ou Rien (TOR) et les entrées analogiques. Dans la présente installation, il y a des entrées de types tout ou rien (réponse de marche des actionneurs, disponibilité ...) et des entrées de types analogiques (consigne de vitesse). Le tableau 3.2 présente la liste des entrées logiques du système :
tableau3.2 – Bilan des entrées logiques du système
Mnémoniques Opérandes Types Commentaires
J1P01M1AV1 %I172 EBOOL Disponibilité
380V du moteur
J1P01M1MS1 %I173 EBOOL BP arrêt local
J1P01M1MF1 %I174 EBOOL BP marche local
J1P01M1MF2 %I166 EBOOL Commande plus
Il existe de façon standard deux types de sorties à savoir les sorties Tout Ou Rien (TOR) et les sorties analogiques. Dans la présente installation, il y a des sorties de types tout ou rien (les ordres de marche) et des sorties de types analogiques (consigne de vitesse).
Le tableau 3." présente la liste des sorties logiques du système :
tableau3.3 – Bilan des sorties logiques du système
Mnémoniques Opérandes Types Commentaires
J1P01M1CF1 %M51 EBOOL Ordre de marche
du moteur
J1P01W1CF1 %M49 EBOOL Ordre de marche
chauffage du moteur
3.3.7.3 Entrées analogiques du système
Le tableau 3-4 Présente la liste des entrées analogiques du système :
tableau3.4 – Bilan des entrées analogiques du système
Mnémoniques Opérandes Types Commentaires
J1P01V1 %IW208 REAL Recopie de vitesse
J1P01A1 %IW209 REAL Intensité du courant
3.3.7.4 Sorties analogiques du système
Le tableau 3-5 Présente la liste des sorties analogiques du système : tableau3.5 – Bilan des entrées analogiques du système
Mnémoniques Opérandes Types Commentaires
J1P01D1 %MW15 REAL Consigne de vitesse
3.3.8 Programme actuel du ventilateur final
UNITY PRO est le logiciel de programmation utilisé pour le programme. Il est un logiciel destiné à programmer les automates Telemecanique Modicon Premium, Modi-con Quantum et ModiModi-con Atrium souple ; Le langage de programmation utilisé pour le programme est le FBD. Ainsi des blocs fonctionnels ont été utilisés pour écrire le pro-gramme. On a d’abord le bloc moteur. Le bloc moteur de la figure 3.10 est un représentant du moteur pour l’exécution de diverses commandes envoyées par l’automate.
Figure 3.10 – Bloc moteur
3.3.9 Procédure de modification du programme du ventilateur final J1P01
3.3.9.1 Reconfiguration du démarrage de la séquence
— Séquence W1S03 : la séquence du ventilateur final
• Bloc pas à pas
o By passer le REP_B c’est à dire le mettre à vrai pour annuler la phase P2_W1S03 de fermeture du registre.
o J1P01S1ZSF_CAL : il permet de calculer la fermeture du registre. Voir ses affectations dans les autres séquences surtout celle du four et le modifier. Il devient J1P01V1SF_CAL pour la fermeture du variateur. On supprime la fermeture du registre.
— Equipement J1P01M1
• Démarrage du moteur
o Phase P3_W1S03 de démarrage du ventilateur électrofiltre ; o Mode régulation manuelle (CRO) ;
o La consigne de vitesse à 100% ou à 90% ; On a alors le démarrage de la séquence W1SO3.
— Equipement J1P01S1 Le code de gestion de fermeture du registre a été déplacé
dans le programme de J1P01M1 pour être renommer.
o On procède donc à la déconnection des commandes d’ouverture et de fer-meture pour le registre.
o On renomme alors J1P01S1CMO en J1P01W1CF1 pour l’ordre de marche du corps de chauffe du moteur.
o On renomme aussi J1P01S1AV1 en J1P01W1AV1 pour la disponibilité du corps de chauffe. Désactiver le bloc servomoteur du registre en mettant VSQA à FAUX et en mettant SEQA en SEQn.
3.3.9.2 Paramétrage du bloc moteur et des défauts
• Bloc moteur
o (ASS)=1 le moteur n’est pas asservi. Ici l’asservissement concerne le démarrage du moteur c’est-à-dire tout ce qui doit démarrer avant ou après lui.
o (CDM) : l’ordre de marche automatique est envoyé par la phase P3_W1S03.
o (CDA) : l’ordre d’arrêt automatique est envoyé si on a le stop de la séquence du moteur (W1SO3) ; l’arrêt de la séquence du ventilateur du four (MPRO_W1SO4) et l’arrêt de la séquence du ventilateur du broyeur a cru (seq_vent_broy_ON).
o (RM) : la réponse de marche (R1P01M1RF1) part quand le moteur démarre effectivement.
o (BP) : bouton poussoir de marche local (J1P01M1MF1) est utilisé manuelle-ment.
o (TP_SUI) : (5s) le temps de commande du suivant de l’électrofiltre c’est-àdire le temps que prend la commande du prochain actionneur pour partir et permettre le démarrage.
o (TP_ARR) : (5s) le temps pour le retard à l’arrêt du moteur
o (VSQA) : c’est la condition de rattachement de la séquence au moteur ; il est donc toujours VRAI.
o (SEQA) : W1SO3 est la première séquence à être rattacher
o (DEFAUTS) : il permet d’établir les différents défauts qu’ils peuvent y avoir sur l’actionneur.
o (CM) : c’est l’ordre de marche du moteur du moteur ; l’ordre est soit envoyé par profibus.
• Corps de chauffe du moteur : permet de maintenir une température au sein du moteur contre le froid donc il fonctionne quand le moteur est à l’arrêt Son ordre de marche J1P01M1CF2 part quand :
• Corps de chauffe du moteur : permet de maintenir une température au sein du moteur contre le froid donc il fonctionne quand le moteur est à l’arrêt Son ordre de marche J1P01M1CF2 part quand :