UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI (UAC)
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI (EPAC)
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DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE (GE)
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Option : Contrôle de Processus Industriels (CPI)
POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR DE CONCEPTION
RENOVATION DU SYSTEME NUMERIQUE DE CONTROLE COMMANDE DU FOUR DE LA SCB-
LAFARGE : AUTOMATE ET MIGRATION DE PROGRAMME
Présenté et soutenu le 17 Décembre 2015 par :
Jamiil Touré ALI
Devant le jury composé de :
Président : Dr Théophile HOUNGAN, Enseignant à l’EPAC Membres : 1- M. Basile DEGBO, Enseignant à l’EPAC
2- M. Pavix LONMADON, Ingénieur Système à la SCB-LAFARGE, Tuteur de stage 3- Dr François-Xavier FIFATIN, Enseignant à l’EPAC, Maître de Mémoire
A mon père Ibrahim ALI qui a œuvré pour mon bien-être social et intellectuel. Tu m’as toujours exhorté à prendre à cœur mes études en veillant sans cesse à mon instruction. Je me souviendrai toujours que les valeurs morales et humaines sont celles que tu défends. Que DIEU te bénisse et te garde le plus longtemps possible dans la plénitude de sa grâce.
A ma mère Roubatou ALLASSANE épouse ALI qui n’a cessé de me soutenir à chaque instant de ma vie,que DIEU te garde longtemps afin que tu puisses moissonner ce que tu as semé et arrosé toutes ces années.
A mes sœurs et mon frère Nabilath, Hamdiath et Jawaad tant je me suis investi dans mes études, que les moments où vous avez eu le plus besoin de moi, je n’ai pas été là pour vous. Je vous dédie ce travail tout en faisant la promesse d’être plus souvent présent pour vous. Je vous aime.
Aux familles ALI TOURE et ALLASSANE.« Cela semble toujours impossible, jusqu’à ce qu’on le fasse » Nelson Mandela
J’aimerais témoigner toute ma reconnaissance à certaines personnes qui d’une façon ou d’une autre m’ont beaucoup aidé à rédiger ce mémoire, quoique ces quelques lignes soient insuffisantes pour résumer le précieux rôle qu’elles ont eu à jouer. Mais avant je remercie mon Dieu, ALLAH, le miséricordieux qui m’a donné la santé nécessaire pour réaliser ce travail.
Mes sincères remerciements à toutes les autorités administratives et aux corps enseignants ainsi qu’à tout le personnel de l’EPAC, à qui je dois ma formation. En particulier :
Au Professeur Félicien AVLESSI, Directeur de l’EPAC et au Docteur Clément BONOU, Directeur Adjoint de l’EPAC qui ne ménagent aucun effort pour assurer aux élèves un bon confort d’études et le rayonnement de l’EPAC en tant qu’une grande école de référence.
A mon maître de mémoire, Docteur François-Xavier FIFATIN, Chef de Département de Génie Electrique, pour son implication personnelle dans l’obtention de mon lieu de stage. Merci d’avoir accepté conduire mon mémoire.
A tous les professeurs du département Génie Electrique de l’EPAC à qui nous devons notre formation en particulier Messieurs Théophile HOUNGAN, Luc NASSARA, Léonard MONTEIRO et SOGBOHOSSOU Médésu.
Au Professeur Issiaka YOUSSAOU ABDOU KARIM, Enseignant chercheur à l’EPAC, pour ses différentes orientations et conseils ;
Mes sincères remerciements également, à toutes les autorités administratives et aux responsables techniques ainsi qu’à tout le personnel de SCB-LAFARGE pour leur entière sollicitude au cours de mon stage. Principalement :
Au Directeur d’usine, Monsieur Valentin TOGBE et à toute la direction SCB- LAFARGE pour la confiance et l’intérêt que vous portez à ce travail.
LAFARGE, pour tous les efforts fournis dans la réalisation de ce travail et pour les nombreux conseils qu’il m’a prodigués. Recevez ici ma profonde gratitude.
Au responsable du service procédé M. François GNONLONFIN et à l’ingénieur procédé Martin HOUNGBEDJI pour tous les enseignements qu’ils nous ont prodigués durant ce stage
A tout le personnel du service de maintenance en particulier aux sieurs HOUNSOU L., GNONLONFOUN P., DJOSSOUVI N., DJIDJOHO H., WANVO M., HOUNTONDJI J., et LAWANI M. KOKODOUME J., pour leurs soutient dans la réussite de ce travail et leur implication dans notre formation en tant que stagiaire.
Aux ainés du service électricité-instrumentation en particulier Julien, Gustave, Patrice, Dominique, Jacques, François, Théodore, Emanuel, Emile, Marc, Ezéchiel, Maurille, Nestor, Jean et Codjo
Aux chef quarts et Opérateurs de la salle centrale Maxime, Achille, Constantin, Alain, Jérôme, Emmanuel, Carrel et Anato pour leur implication dans le présent travail
Du point de vue personnel, j’adresse un grand merci
A mes oncles, tantes et cousin(es) qui ont cru en moi et soutenu par les prières
Aux aînés Lebel CHINA OUSSOU YOVO et Mathieu ADJANON pour leur soutient et conseils dans l’accomplissement de ce travail et particulièrement Abdoul Kamel M. AMOUSSA pour tous ces enseignements et son implication dans le présent travail afin de le parfaire.
A tous nos camarades de la huitième (8ème) promotion pour l’ambiance fraternelle et toute la solidarité qui a régnées durant notre formation
Dans le cadre de la rénovation du système numérique de contrôle commande du four de la SCB-LAFARGE nous avons choisi un nouvel automate et migré le programme du four sur le nouvel automate choisi.
Le choix d’un automate avec processeurs UNITY Pro, en vue de résoudre une obsolescence et une mémoire programme insuffisante de l’API en place de référence 140 CPU43412A processeurs CONCEPT, a été réalisé en fonction des gammes d’automate récentes. Ainsi, le nouvel automate choisi équipé de processeurs UNITY pro nécessite une conversion du projet concept vers Unity Pro d’où la migration de programme que nous avons réalisée en fonction des exigences et de la procédure de conversion.
Par ailleurs, les pertes de communication de la plate-forme actuelle due aux interférences électromagnétiques ont été solutionnées par la proposition d’une nouvelle plate-forme en fonction de la solution Quantum Ethernet Entrées Sorties Distantes.
La mise en œuvre de ces solutions n’a pas encore été effectuée. L’exécution du projet commencera lors de l’arrêt de Mars 2016. Les résultats obtenus sont concluants et nous permettent d’affirmer que les objectifs de ce travail sont atteints.
Mot clés : rénovation, système numérique de contrôle commande, automate, processeurs CONCEPT, processeurs UNITY Pro, migration de programme, pertes de communications
As part of the renovation of the digital command control system of the Kiln of SCB-LAFARGE we chose a new controller and migrate the Kiln program on the new selected PLC.
Choosing a PLC with processors UNITY Pro to solve obsolescence and insufficient program memory in place of the API reference 140CPU43412A processors CONCEPT, was produced based on the latest PLC ranges. Thus, the new controller selected equipped UNITY pro processors requires conversion project concept to Unity Pro hence the program migration we conducted according to the requirements and the conversion procedure.
In addition, communication loss of the current platform due to electromagnetic interference have been solved by the proposal of a new platform based on the Distant Quantum Ethernet Input Output solution.
The implementation of these solutions has not yet been performed. Project implementation will start during the March 2016 arrest. The results are conclusive and allow us to affirm that the objectives of this work are achieved.
Key words: renovation, digital command control system, PLC, processors CONCEPT, processors UNITY Pro, program migration, communications loss
DEDICACE ... I REMERCIEMENTS ... II RESUME ... IV ABSTRACT ... V SOMMAIRE ... VI LISTES DES SIGLES ET ABREVIATIONS ... VII LISTE DES FIGURES ... IX LISTE DES TABLEAUX ... X
INTRODUCTION GENERALE ... 1
PRESENTATION DU COMPLEXE CIMENTIER D’ONIGBOLO ... 4
1.1. PRESENTATION DE L’USINE ... 4
1.2. PRESENTATION DE LA CHAINE DE PRODUCTION DU CIMENT ... 7
1.3. PRESENTATION DES SOURCES D’ENERGIES DE L’USINE ... 15
1.4. PRESENTATION DE LA PLATE-FORME D’AUTOMATISME DE L’USINE ... 16
1.5. SECURITE ET EXPLOITATION A LA SCB-LAFARGE ... 18
PRESENTATION DE LA PLATE-FORME D’AUTOMATISME DU FOUR ... 25
2.1. DESCRIPTION DE LA PLATE-FORME D’AUTOMATISME DU FOUR ... 25
2.2. DESCRIPTION DE LA STRUCTURE PROGRAMME EXISTANT AU FOUR ... 30
2.3. DESCRIPTION DE L’APPLICATION DE SUPERVISION ... 44
RENOVATION DU SYSTEME NUMERIQUE DE CONTROLE-COMMANDE ... 56
3.1. PROBLEMATIQUE DU SNCC ACTUELLE ... 56
3.2. PRESENTATION DU CAHIER DE CHARGES ... 57
3.3. PROPOSITION DE RENOVATION DU SNCC DU FOUR ... 58
MIGRATION DU PROGRAMME ... 81
4.1. PRESENTATION DU LOGICIEL UNITYPRO ... 81
4.2. BREVES DESCRIPTION DU CONVERTISSEUR CONCEPT /UNITY PRO ... 87
4.3. VERIFICATION DES EXIGENCES DE CONVERSION ... 87
4.4. PROCEDURE DE CONVERSION DE CONCEPT VERS UNITY PRO ... 94
4.5. LES DIFFERENTES CORRECTIONS DE LA MIGRATION ... 96
4.6. SIMULATION DES BLOCS ICER ... 100
4.7. IMPLEMENTATION DE LA SOLUTION QEIO ... 101
EVALUATION DU COUT DU PROJET ... 107
5.1. INVENTAIRE DES EQUIPEMENTS ET MATERIELS REQUIS ... 108
5.2. ESTIMATION DU COUT DE LA SNCC ... 114
CONCLUSION ET SUGGESTIONS ... 122
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ... 124
LISTES DES SIGLES ET ABREVIATIONS
API : Automate Programmable Industriel BOOL : Booléen
CA : Courant Alternatif CC : Courant Continu
CFA : Communauté Financière Africaine
CCOTF : Change Configuration On The fly (Modification de programme en ligne ) CPA : Ciment Portland dans la notion française
CPU : Central Processing Unit (Unité centrale de traitement) DFB : Derived Function Block (Blocs fonctions Dérivés) DIO : Distributed Input Output (Entrées sorties distribuées) DRS : Dual Ring Switches (Commutateur double anneau) EPI : Equipement de Protection Individuelle
EBOOL : Booléen avec détection de front et possibilités de forçage.
EF : Elementary Function (Fonction élémentaire)
EFB : Elementary Function Block (Bloc fonction élémentaire) EIO : Ethernet Input Output (Entrées sorties Ethernet) FFB : Terme générique pour les EF, EFB, DFB, Procédure ICER: Industrie Concept Etude Réalisation
LOTOTO: Lock Out, Tag Out and Try Out.
PLC : Programmable Logic Controller (Automate)
RAM : Ramdom Access Memory (Mémoire vive) RIA : Robinet à Incendie Armé
RIO : Remote Input Output (Entrées sorties Distantes) RSTP : Rapid Spanning Tree Protocol
SAP : Système Automatisé de Production SCB : Société des Ciments du Bénin SCO : Société des Ciments d’Onigbolo
SNCC : Système Numérique de Contrôle Commande
TAP : Transmission Access Point (Point d’accès de transmission) TOR : Tout Ou Rien
UC : Unité centrale
LISTE DES FIGURES
Figure 1-1 : Organigramme de l'usine ... 6
Figure 1-2 : Vue du four rotatif ... 9
Figure 1-3 : Vue de la tour de préchauffage ... 9
Figure 1-4 : Vue du refroidisseur à ballonnets ... 11
Figure 1-5 : Processus de fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE ... 14
Figure 1-6 Schéma synoptique du système de contrôle commande ... 20
Figure 2-1 : Plate-forme actuelle du four ... 26
Figure 2-2 : Base de données superviseur ... 40
Figure 2-3 : Définition des messages actionneurs contenu dans le mot MESS_N2 du bloc DEF_SUPL ... 40
Figure 2-4 : Définition des informations diagnostic contenu dans le mot MESS_N2 du bloc DEF_SUPL ... 41
Figure 2-5 : diagramme de marche montrant les commandes des moteurs en séquences ... 43
Figure 2-6 : diagramme de marche montrant les commandes opérateurs ... 54
Figure 2-7 : Vue d’une page de supervision du four ... 55
Figure 3-1 : Structure mémoire du processeur avec ou sans carte mémoire PCMCIA ... 66
Figure 3-2 : Exemple d’architecture QEIO intégrée dans un système PlantStruxure ... 71
Figure 3-3 : Architecture Ethernet RIO sans Commutateur géré ConneXium ... 73
Figure 3-4 : Architecture RIO Ethernet avec Commutateur géré ConneXium ... 74
Figure 3-5 : Protocole RSTP ... 75
Figure 3-6 : Proposition de plate-forme du four niveau 1... 79
Figure 4-1 : Vue de l’interface Utilisateur de UNITY PRO ... 82
Figure 4-2 : Vue structurelle ... 83
Figure 4-3 : Vue fonctionnelle ... 84
Figure 4-4 : Ordre d’exécution dans CONCEPT... 90
Figure 4-5 : Ordre d’exécution dans UNITY PRO ... 90
Figure 4-6 : Procédure de migration ... 94
Figure 4-7 : Rapport d’erreur de la migration du programme ... 97
Figure 4-8 : Code programme d’un BLOC ICER ... 99
Figure 4-9 : Vue de la nouvelle configuration de l’implémentation QEIO ... 103
Figure 4-10 : Vue fonctionnelle de l’implémentation de la QEIO ... 104
Figure 4-11 : Vue de la table des mnémoniques après l’implémentation de la QEIO ... 105
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 2-1 : Module d’entrées sorties ... 27
Tableau 3-1 : Processeurs Modicon M580 ... 59
Tableau 3-2 : Processeurs Modicon M340 ... 59
Tableau 3-3 : Processeurs Quantum entrée de Gamme ... 60
Tableau 3-4 : Processeurs Quantum haute performance ... 60
Tableau 3-5 : Comparaison automates de la gamme MODICON ... 61
Tableau 3-6 : Choix automate ... 63
Tableau 3-7 : Phase du cycle de vie de la QEIO ... 72
Tableau 3-8 : Comparaison entres E/S existantes et E/S Ethernet ... 76
Tableau 4-1 : Correspondance entre Notation CEI et LL984 ... 91
Tableau 5-1: Points des équipements de configuration de la plate-forme ... 109
Tableau 5-2 : Points des équipements de programmation et supervision ... 110
Tableau 5-3 : Points des équipements de programmation et supervision (suite 1)... 111
Tableau 5-4 : Points des équipements de programmation et supervision (suite 2)... 112
Tableau 5-5 : Points des équipements de programmation et supervision (suite 3)... 113
Tableau 5-6 : Estimation du coût de l’aspect matériel ... 115
Tableau 5-7 : Estimation du coût de l’aspect matériel (suite) ... 116
Tableau 5-8 : Estimation du coût de l’aspect logiciel ... 117
Tableau 5-9 : Estimation du coût de l’aspect logiciel (suite 1) ... 118
Tableau 5-10 : Estimation du coût de l’aspect logiciel (suite 2) ... 119
Tableau 5-11 : Estimation du coût de l’aspect logiciel (suite 3) ... 120
Tableau 5-12 : Récapitulatif de l’estimation du coût de la SNCC ... 120
INTRODUCTION GENERALE
INTRODUCTION GENERALE
L’automatisme de nos jours prend une part prépondérante dans les différents systèmes de production en industrie. Un système automatisé de production permet d’optimiser la production en réduisant les coûts de l’énergie et les problèmes de suivi de la production.
Le complexe cimentier d’Onigbolo est doté d’un système de contrôle commande numérique assez performant qui lui permet de suivre de manière efficace et efficiente la production de ces différents ateliers. Mais, au vu des progrès technologiques, de nouveau système de contrôle commande permettant une meilleure optimisation de la production, une réduction du coût d’énergie de production ainsi qu’une supervision sont mises en œuvre. Ces avancées sont d’une très grande importance pour le système de contrôle commande actuel de l’usine cimentière d’Onigbolo. En effet l’automate de gestion du four de la SCB-LAFARGE dispose d’une mémoire programme de 800 ko insuffisante de nos jours pour les modifications. La référence 140 CPU 434 12A n’est plus commercialisée auprès du fournisseur principal SCHNEIDER. En termes clairs l’automate actuel du four est obsolète et ne permet pas de modification de programme. Par ailleurs, le système de supervision actuel est le Monitor Pro fonctionnant sur le système d’exploitation WINDOWS XP. SCHNEIDER fournisseur de ce support de supervision prévoit sa fin de vie en 2017.
Microsoft envisage de même la fin du système d’exploitation pour ce support en 2014. Il est urgent alors de remédier à ces problèmes afin de ne pas se confronter à un probable arrêt de l’usine. L’atteinte de ces objectifs passe par une remise à neuf du système en place. C’est ce qui justifie notre étude intitulée « Rénovation du système numérique de contrôle commande du four : Automate et migration de programme. »
La méthodologie adoptée consiste, en une analyse approfondie de la plate-forme du four. Cette analyse permettra de pouvoir reproduire le fonctionnement de l’atelier dans le système de rénovation proposé.
L’objectif du présent travail est de mettre à la disposition du complexe cimentier d’Onigbolo une étude technique et chiffrée de rénovation de la plate-forme du four en vue d’une projection d’investissement.
La présente étude a été développée en cinq chapitres : - le premier chapitre présente le cadre du stage ;
- le deuxième chapitre met l’accent sur l’étude détaillée du système de contrôle commande du four étant donné que tout l’essentiel du travail porte sur la plate- forme ;
- le troisième aborde la rénovation de la plate-forme du four en ces grandes lignes à savoir : le choix de l’automate et une présentation de la nouvelle plate-forme proposée ;
- il est question dans le quatrième chapitre de la migration du programme dans le nouveau système et ;
- le dernier chapitre traite de l’évaluation de coût du projet.
PREMIERE PARTIE
GENERALITES SUR LA SCB-LAFARGE
PRESENTATION DU COMPLEXE CIMENTIER D’ONIGBOLO
Le complexe Cimentier d’Onigbolo est situé dans la commune de Pobè au Sud-Est du Bénin, à environ une soixantaine de Kilomètre de Porto-Novo la capitale. Dans ce chapitre, nous présenterons l’historique de ce complexe et son organisation actuelle et enfin nous décrirons le processus de fabrication du ciment à Onigbolo et les sources d’énergies de l’usine ainsi que les mesures de sécurité prises par le complexe sans oublier de faire un aperçu sur le service où notre stage s’est déroulé.
1.1. Présentation de l’usine
1.1.1. Historique du complexe cimentier d’Onigbolo
En 1974, des études géologiques menées ont certifiées la présence d’un gisement de calcaire et d’argile dans la région d’Onigbolo. Afin de mettre en exploitation ce gisement, La Société des Ciments d’Onigbolo (SCO) fut créée par une ordonnance n°75- 52 du 30 juillet 1975. Il s’agit d’un joint-venture entre la République du Bénin et la République Fédérale du Nigéria avec une participation minoritaire d’un partenaire technique, la société danoise FL Smith et Co.
La SCO ainsi créée a été mise en service en Août 1982, mais après quelques années de fonctionnement, l’usine s’est arrêtée en Mars 1998 à cause des problèmes techniques (la non fiabilité du réseau électrique, l’impraticabilité saisonnière de la carrière d’extraction des matières premières) et aux difficultés liées à la gestion peu transparente.
Les Etats Béninois et Nigérians ont alors décidé de mettre ladite société en location gérance. C’est à ce juste titre qu’un appel d’offre international a été lancé. La Société des Ciments du Bénin (SCB) et LAFARGE, le premier cimentier mondial, ont remporté ledit appel d’offre. Le contrat de location a été signé le 10 Février 1999. Pour son exécution, SCB et LAFARGE ont créé, le même mois, la filiale SCB-LAFARGE. C’est ainsi que l’usine reprit service en Avril 2000 et depuis cette date à ce jour, la cimenterie n’a cessé
d’augmenter sa performance avec une production moyenne actuelle dépassant les 500.000 tonnes chaque année.
1.1.2. Organisation structurelle de l’usine
La structure organisationnelle de l’usine est présentée à la figure 1-1 ci-dessous :
Figure 1-1 : Organigramme de l'usine
1.2. Présentation de la chaine de production du ciment
La ligne de production du ciment à la SCB-LAFARGE pourrait se résumer dans les quatre grands sous-titres que sont :
o Extraction, concassage et stockage de la matière première
o Broyage de cru, homogénéisation de la farine et cuisson du clinker o Broyage ciment, stockage, conditionnement, expédition
o Contrôle de qualité
Toutefois au vu de notre thème d’étude, notre présentation ci-après s’appesantira beaucoup sur les détails du processus effectué au niveau du four.
1.2.1. Extraction, concassage et stockage de la matière première
L’Extraction : Le complexe cimentier bénéficie d’une vaste carrière étendue sur 1800 hectares environ et est riche en argile et en calcaire. Ces derniers représentent les matières premières pour la fabrication du ciment. L’argile est extraite grâce à des engins d’excavation après décapage du sol. Le calcaire est exploité par abattage à explosifs à cause de sa dureté.
Le concassage : il consiste à réduire les roches de calcaire et d’argile extraites en éléments d’une granulométrie maximale de 50 mm avec une tolérance de 10%.
Le calcaire est récupéré par le concasseur à marteau et l’argile par le concasseur à cylindres.
Le Stockage : après le concassage, le calcaire et l’argile sont mélangés dans des proportions conformément à la composition des tas indiqués par le laboratoire. Ils sont acheminés puis stockés dans le hall de pré-homogénéisation. La phase de pré-homogénéisation consiste à rendre le mélange relativement homogène. Le mélange concassé est stocké en deux tas. Le jeteur répartit le produit longitudinalement sur le tas qui est repris transversalement par le pont gratteur.
1.2.2. Broyage de cru, homogénéisation de la farine et cuisson du clinker
Le Broyage de Cru : l’alimentation du broyeur se fait par deux convoyeurs à
l’argile reçu de la trémie de correction. Ceci permet d’affiner la composition du mélange pré-homogénéisé.
Dans l’ensemble broyeur sécheur, les matières sont séchées grâce aux gaz chauds tirés du four. Un appoint de chaleur est réalisé par le foyer auxiliaire lorsque la teneur en eau du cru est excédentaire de 8%. Après séchage, les matières sont broyées par des boulets qui les écrasent contre les plaques de blindage lors de la rotation du broyeur. On obtient ainsi une farine après broyage du cru. Cette farine broyée et séchée est envoyée alternativement dans deux silos d’homogénéisation.
Un séparateur de matières non fines permet de récupérer les grosses particules pour leur recyclage par un nouveau broyage.
L’homogénéisation de la farine : Dans les deux (02) silos d’homogénéisation, la farine est fluidifiée à volonté au moyen de deux (02) suppresseurs, puis envoyée dans les deux (02) silos de stockage chacun au travers de deux (02) aéroglissières.
La farine sera ensuite envoyée vers le four par extraction via un doseur.
La Cuisson du clinker : La ligne de cuisson est la pièce maîtresse d’une cimenterie. La SCB-LAFARGE pour produire le clinker utilise une technologie rapide et économique qu’est le procédé de la voie sèche.
Pour obtenir le clinker, il faut chauffer à très haute température la farine obtenue du cru (jusqu’à 1450°C). La cuisson du clinker à l’usine est assurée par un four rotatif moderne de longueur utile 65 m pour un diamètre intérieur de 4,55 m. Il est mis en rotation par un moteur de puissance nominale de 450 kW à vitesse variable contrôlé par un variateur de vitesse de fréquence maximale 108 Hz et dispose d’un moteur auxiliaire de virage. La figure 1-2 présente une vue du four rotatif en place à la cimenterie d’Onigbolo.
Figure 1-2 : Vue du four rotatif
En effet après les silos de stockage, la farine est entrainée par une vis sans fin et est transportée dans une trémie tampon par une succession d’aéroglissières et élévateur.
Un doseur se trouvant à la sortie de cette trémie permet de réguler le débit de la farine à sa sortie qui alimentera les pompes Peters. Ces pompes envoient de la farine pesée et sous pression dans la tour de préchauffage. Cette tour est constituée d’une série de cinq (5) cyclones répartis sur quatre (4) étages. La farine est alors préchauffée dans les cyclones par convection de chaleur avec les gaz chauds venant du four. Afin de mieux utiliser la chaleur dégagée par le combustible du four, les gaz, qui en sortent à environ 1000°C, sont utilisés dans le préchauffage du cru à l’entrée du four. La farine injectée dans la tour par le cyclone C2 à 80°C environ sort de la tour à 850°C environ pour continuer sa transformation dans le four rotatif. Une vue de la tour de préchauffage est présente à la figure1-3.
Lors de la cuisson, trois étapes ont lieu à différentes températures :
La déshydratation
Au cours de cette étape, l’eau non combinée est éliminée à partir de 100°C et l’argile a une température comprise entre 250 et 450°C se déshydrate sous la forme d’ions hydroxydes.
La décarbonatation
La deuxième étape est la décarbonatation. Les carbonates de calcium (presque 80% du cru) sont décomposés par l’action de la chaleur avec élimination du dioxyde de carbone. Cette réaction se produit théoriquement à 900°C. Elle aboutit à la formation d’oxyde de calcium et se traduit par l’équation ci-après :
CaCO3 → CaO + CO2
La clinkerisation
C’est l’étape cruciale de la production du clinker, on l’appelle l’étape de cuisson de la matière. Lors de cette étape, la chaux CaO(C) issue de la décarbonatation se lie à l’argile pour donner, suivants différentes réactions, les principaux éléments constituant le clinker. En effet l’argile contenue dans la farine contient essentiellement la silice SiO2(S), l’oxyde ferreux Fe2O3(F) et l’alumine Al2O3(A). La recombinaison de la chaux avec ces différents éléments permettra d’obtenir les principaux éléments chimiques que contiendra le clinker. Cette recombinaison est favorisée par l’apparition de la phase liquide (fusion de la matière) à environ 1300°C.Les éléments mineurs issus de la recombinaison vont s’enrichir progressivement pour donner naissance autour de 1420°C aux quatre (04) minéraux terminaux constituant le clinker à savoir , , et (ordre de formation).Ci-dessous les équations des différentes recombinaisons.
+ + → ( ) ; + → ( é );
+ → ( é ) + → ( é ) .
Le clinker produit est refroidi dans des refroidisseurs à ballonnets. Le procédé de refroidissement est important pour la réactivité du clinker. Un refroidissement rapide
(trempe) permet de figer le clinker dans l’état où il se trouve à hautes températures alors qu’un refroidissement lent conduirait à la transformation du C3S en C2S.
Les refroidisseurs installés à la SCB-Lafarge sont des refroidisseurs satellites planétaires à ballonnets appelés" UNAX". Ils sont constitués de dix (10) cylindres de 1,8 m de diamètre et de 16,5 m de longueur chacun et de marque ESTANDA. La figure 1-4 nous montre une vue du refroidisseur à ballonnets.
Figure 1-4 : Vue du refroidisseur à ballonnets
A la sortie du refroidisseur, les plus gros morceaux de clinker tombent par gravité dans un concasseur à clinker pour être émiettés. Les plus fins vont sur des traînasses qui les convoient vers la goulotte qui dispose de deux clapets. Le premier clapet envoie le clinker dans l’élévateur pour le stockage extérieur. Le second envoie le clinker sur la chaîne à augets qui le convoi vers le silo de stockage du clinker d’une capacité d’environ 20000 à 24000 tonnes.
1.2.3. Broyage ciment, stockage, conditionnement, expédition
Le Broyage ciment, Stockage
L’unité de broyage est constituée par un broyeur à circuit ouvert à deux compartiments de broyage. Le clinker issu de la cuisson, le gypse importé et le calcaire en provenance de la carrière sont stockés dans des silos tampons. Ils sont dosés à partir de trois extracteurs-doseurs pondéraux qui permettent de contrôler le pourcentage de chaque matière avant leur envoi au broyeur ciment.
Broyé à la finesse désirée, le ciment est envoyé dans deux silos de stockage de 10 000 tonnes chacun. Un troisième silo de 800 tonnes permet de stocker les ciments spéciaux. La capacité du broyeur est de 75 tonnes/heure.
Conditionnement, Expédition
La livraison du ciment se fait de deux manières : en vrac et en sac. La mise en sacs est réalisée grâce à deux ensacheuses de 120 tonnes/heure. Les sacs de ciment sont transportés par des bandes transporteuses vers quatre quais de chargement des camions.
Actuellement, le complexe d’Onigbolo produit du ciment de trois types :
CPJ 35 constitué de 75% de clinker, 20% de calcaire pur et 5% de gypse ;
CEM-I 42,5N avec 95% de clinker, 0% de calcaire pur et 5% de gypse ;
CEM-II A/L 32,5R avec 81% de clinker, 14% de calcaire pur et 5% de gypse Le ciment de type CPJ 35 est livré aux dépôts de vente de ciment du Bénin, celui du type CEM II est exporté au Nigéria. Le ciment de type CEM I est produit à la demande des sociétés de construction des routes. Un pont bascule situé à l’entrée de l’usine assure le contrôle des divers chargements.
1.2.4. Contrôle de qualité
La SCB-Lafarge dispose d’un laboratoire d’analyses et d’essais qui effectue des contrôles de qualité à diverses étapes de la fabrication du ciment. Il analyse des échantillons de matières prélevés à la carrière afin de guider le choix des matières premières à extraire par les unités de la carrière.
Un échantillon du mélange calcaire et argile en provenance du hall de pré- homogénéisation est analysé chaque jour, de même que le clinker et les ciments à ensacher afin de guider les différents ateliers pour la fabrication d’un produit répondant aux normes de la qualité.
1.2.1. Synoptique du processus de fabrication du ciment à Onigbolo
La figure 1-5 illustre le synoptique du processus de fabrication du ciment dans le complexe cimentier d’Onigbolo
Figure 1-5 : Processus de fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE
1.3. Présentation des sources d’énergies de l’usine 1.3.1. Description de l’alimentation électrique de l’usine
Le complexe cimentier d’Onigbolo absorbe énormément d’énergie électrique. Cette énergie lui est fournie par la CEB (Communauté Electrique du Bénin) via le poste source d’Onigbolo. Actuellement, la CEB est alimentée en 161 kV par la TCN (Sakété) et la VRA (Ghana). Cette tension est abaissée à 20KV avant d’être livrée à l’usine par des lignes aériennes et aéro-souterraine. Elles ne peuvent être utilisées au même moment. Les installations de l’usine fonctionnent sous le régime TT (le neutre est relié à la Terre et les masses sont reliées à la Terre). Chaque ligne d’arrivée de 20kV est reliée à un sectionneur qui permet le choix de ligne. Du sectionneur, chacune des lignes est raccordée à un transformateur principal (20kV/6kV 15 MVA) via un disjoncteur. Le secondaire de ce transformateur est relié aux cellules disjoncteurs électriques à savoir :
Départ concassage ;
Départ transformateur lumière ;
Départ broyeur de cru ;
Départ transformateur du moteur du four ;
Départ camps ;
Départ transformateur plate- forme chauffe ;
Départ broyeur ciment.
Chaque cellule assure la distribution de l’énergie électrique aux différentes sous stations. Les transformateurs dans ces dernières abaissent la tension de 6kV à 380V pour l’alimentation des équipements Basse Tension des ateliers. [1] [2]
1.3.2. Energie et combustibles alternatifs
Consciente du poids que représente l’énergie dans le coût de fabrication du ciment, la SCB-LAFARGE s’est équipée d’un atelier de combustible alternatif. Ceci permet à l’usine de parer aux fluctuations du coût de l’énergie. Ces efforts constants lui ont permis
et de palmistes afin de réduire considérablement la quantité de fuel utilisée. Le dernier combustible récemment introduit à l’usine qu’est le pet coke est utilisé actuellement aussi à ce même titre. [1] [2]
1.4. Présentation de la Plate-Forme d’automatisme de l’usine
Le système de contrôle commande du Complexe Cimentier d’Onigbolo comporte deux types de technologie : l’un est un système numérisé prenant en compte les ateliers de concassage, de broyage cru, du four (+ homogénéisation), pet coke, la station de traitement des eaux, et une partie de l’atelier de broyage ciment d’autre part un système en logique câblée. [1] [2]
Les ateliers de concassage, de broyage cru et du four sont sur plateforme d’automatisme QUANTUM avec une supervision MONITOR PRO. Ainsi, on y trouve :
Une salle de commande centrale abritant :
Un PC de développement destiné à la conception et à la programmation du système de contrôle de commande.
Trois stations opérateurs destinés à la supervision et à la conduite des ateliers du broyeur cru, du four, et même du concassage (en cas de besoin).
Trois racks principaux d’automates programmables industriels QUANTUM pilotant chacun les ateliers de concassage, broyage cru et four
Une carte de communication Ethernet 10/100 140NOE 771 00.
Il est à souligner que la plateforme d’automatisme est du type Entrées/Sorties déportées avec des racks d’extension dans chaque atelier, communiquant avec le rack principal correspondant par Fibre Optique.
La fibre optique est du type « 6 brins multimodes ST/ST, NSCCTMMUT06STST » et fait appel, de part et d’autre, à deux modems "FO E/S" décentralisés qui sont des convertisseurs "FO/coax".
Un HUB Ethernet "TCP/IP" assurant le dispatching des informations inchangées entre les divers composants du réseau [réf : Super Stack II, Baseline dual speed hub, 3C16592A].
L’atelier pet-coke situé à côté de la salle centrale est sur l’automate OMRON CJ2M CPU32 avec une supervision WINCC flexible. Elle gère les séquences d’alimentation du four. On retrouve en son sein :
Un pupitre de conduite installé dans une salle électrique qui communique avec l’API Omron en Ethernet via un hub.
Un deuxième pupitre PC installé à la salle centrale qui communique avec l’automate passerelle siemens en Ethernet.
Un coupleur DP IM 153-2 qui communique avec l’automate passerelle SIEMENS et l’API OMRON en profibus afin de gérer la programmation et la supervision des entrées sorties liées au système d’inertage de cet atelier sur l’automate passerelle SIEMENS qui est à la salle centrale.
Cette partie de l’usine a été installée en décembre 2013 pour réduire les frais exorbitants générés par l’alimentation en fuel du four.
La partie à commande numérique de l’atelier de broyage ciment est sur plateforme d’automatisme SIEMENS avec une supervision Win CC flexible. Elle gère les séquences de l’alimentation du broyeur et du transport ciment. Elle est constituée de :
Un poste de conduite qui communique avec l’automate programmable industriel en Profibus.
Une deuxième supervision sur PC installée à la salle centrale avec une liaison Profibus avec l’API.
Un rack principal d’automate programmable industriel SIEMENS pilotant l’atelier
Deux racks d’extensions, communiquant avec le rack principal par câble MPI.
Le reste de l’atelier de broyage ciment en l’occurrence le transport gypse, le transport calcaire/ clinker, les auxiliaires du broyeur et la commande du broyeur, est en technologie câblée à relayage classique. Il en est de même pour l’atelier d’ensachage.
Par ailleurs, le jeteur, le gratteur, la station de traitement des eaux et le foyer auxiliaire sont des packages dont les commandes sont autonomes.
Les packages du jeteur et du gratteur dispose d’une CPU TSX Micro 3722 assurant leurs commandes et une application faite sur le logiciel PL7.
Le package du foyer auxiliaire dispose d’une CPU TSX3721 programmé sur PL7 principalement en langage ladder et fonctionnant sur un pupitre de supervision XBT- P011010. [2]
Le package de la station de traitement des eaux dispose d’une CPU Siemens S7-314 programmé sur STEP7 en langage ladder et fonctionnant sur un pupitre de supervision GP-2500S. La réhabilitation de cette station de traitement d’eaux est intervenue en mars 2014 dernier. [1]
La figure 1-6 ci-dessous fait un point de la présentation de cette plate-forme.
1.5. Sécurité et Exploitation à la SCB-LAFARGE 1.5.1. Mesures de sécurité dans l’usine
La sécurité du personnel et des équipements de production est un défi quotidien que doit relever toute unité de production industrielle. Pour ce faire, des dispositifs ont été mis en œuvre afin de réduire à zéro les accidents de travail et incidents graves sur les équipements. [3] [4] [5]
L’accueil sécurité : la SCB-Lafarge a élaboré un programme d’accueil sécurité important et obligatoire, destiné à toute personne voulant intégrer l’usine. Les principaux objectifs visés à l’accueil sécurité sont :
D’informer la personne des risques d’accident qu’elle court en travaillant dans l’usine ;
De faire connaître les règles élémentaires de sécurité à respecter dans l’usine et les sanctions en cas de non-respect ;
De s’assurer que la personne dispose des Equipements de Protection Individuelle (EPI) avant d’intégrer l’usine.
Sécurité des opérateurs de l’usine : principal facteur de l’objectif « zéro accident », elle prend principalement en compte, en plus de l’accueil sécurité :
L’installation des extincteurs et des Robinets à Incendie Armés (R.I.A) un peu partout dans l’usine ;
La mise en place des sirènes à proximité des moteurs qui peuvent être démarrés à distance ;
La consignation et la condamnation de chaque équipement suivant la procédure LOTOTO avant toute intervention.
Figure 1-6 Schéma synoptique du système de contrôle commande
Bien que des efforts soient entrepris chaque jour pour améliorer la sécurité, il est important de noter que la sécurité est avant tout une affaire personnelle. Chaque opérateur doit veiller à sa propre sécurité et à celle de son équipe.
Sécurité des équipements installés : elle est assurée par un contrôle et une surveillance en temps réel des différentes machines depuis la salle centrale. Aussi, des analyses profondes sont faites sur tous les cas d’incidents déclarés afin de pouvoir les éviter à l’avenir.
1.5.2. Organisation du département exploitation à la SCB-LAFARGE
Présentation du département exploitation : c’est le secteur qui s’occupe de la production du ciment, de la carrière à l’expédition, il veille au bon déroulement de chaque étape de la fabrication. Sous la direction de l’ingénieur production, il est composé de six sous-secteurs dont le sous-secteur fabrication, procédé, laboratoire, expédition, système, chiffre et le sous-secteur expédition. Notre stage s’est déroulé dans ce secteur.
Conformément à notre option, nos différents travaux ont été effectués dans le sous-secteur système.
Le service système : C’est un service composé d’un seul (01) agent qui est l’ingénieur système. Il est chargé d’effectuer les différentes modifications qui attraient à l’automatisme de l’usine. Le rôle de ce service est de faire de l’usine, un système de production automatisé. Il œuvre surtout dans le sens de pouvoir rendre le service autonome en réduisant l’intervention humaine dans les tâches répétitives et fastidieuses par la programmation. Le service système s’assure que le système de production soit le plus automatisé possible sur les aspects programmation et supervision de l’usine. Il est toujours intégré dans l’installation de nouveaux systèmes dans l’usine pour une meilleure automatisation de celle-ci. Ces interventions bien que souvent correctives sur le process, permettent à l’usine de s’octroyer le meilleur système automatisé et pouvant réduire la consommation énergétique de l’usine. Pour venir à bout de sa mission, le service opère surtout par la programmation et traite les données recueillies auprès de ses collaborateurs
son rôle, l’ingénieur système est équipé d’un ordinateur portatif et dispose des différents logiciels de programmation (STEP7, WINCC FLEXIBLE, MONITOR PRO, CONCEPT) et des différents outils de l’électricien à savoir tournevis, multimètre, etc.
1.5.3. Le système de communication
A la SCB-Lafarge, pour faciliter la communication entres tous les opérateurs de l’usine, des réunions quotidiennes ou périodiques se tiennent à tous les niveaux. Notons également les systèmes de communication radio entre les différents agents du quart et du service de maintenance. [3] [4] [5]
Réunion sectorielle : elle est tenue tous les jours ouvrables de 8H30mn à 9H et regroupe tous les agents des différents services de chaque secteur. Au cours de cette réunion, tous les acteurs sont informés des problèmes, des pannes ou dysfonctionnements rencontrés pendant la journée précédente. Des solutions sont proposées par les agents du secteur.
Réunion de service : c’est une réunion tenue tous les jours ouvrables de 9H05mn à 9H30mn. Les agents d’un même service répartis dans les différents secteurs se réunissent pour faire le compte rendu au chef service. A cette occasion, le chef service s’informe de tous les problèmes des différents secteurs concernant son service.
Réunion de coordination : elle est tenue après la réunion de service et regroupe tous les chefs services ; l’ingénieur de maintenance ; l’ingénieur de production, l’ingénieur de sécurité et le directeur d’usine. A cette rencontre, les chefs services débattent des divers problèmes de l’usine et décident des solutions propres pour les résoudre dans un délai raisonnable.
Signalons qu’en dehors de ces rencontres, d’autres réunions spéciales sont aussi tenues.
Réunion ADF (Arrêt Du Four)
Cette réunion permet de faire le point de la préparation de l’arrêt du four prévu deux fois par an. Un arrêt au cours duquel on fait la maintenance générale de l’usine. Elle réunit tous les chefs services et leurs adjoints, l’ingénieur de production, l’ingénieur de maintenance, l’ingénieur de sécurité et le directeur d’usine
Réunion ADBK (Arrêt du Broyeur Ciment)
C’est une réunion au cours de laquelle tous les membres de la réunion ADF sont présents pour faire le point de la préparation de l’arrêt du broyeur ciment. Un arrêt qui dure deux (02) semaines au cours duquel on fait la maintenance générale du secteur 3.
Réunion COFI_AP (Comité de Fiabilité et analyses de performances)
C’est une réunion au cours de laquelle tous les membres de la réunion ADF sont encore présents pour discuter de la fiabilité des machines.
DEUXIEME PARTIE :
ETUDE ET RENOVATION DU SYSTEME NUMERIQUE DE CONTROLE-COMMANDE
DU FOUR
PRESENTATION DE LA PLATE-FORME D’AUTOMATISME DU FOUR
L’atelier Four est l’atelier majeur d’une ligne complète de production de ciment. Son rôle est de cuir la farine obtenue après le broyeur de cru en vue de la production du clinker.
Ce processus assez complexe est géré par un automate et un système de supervision qui est l’interface entre les opérateurs et le processus.
Dans une approche théorique, on dira que la fonction de l’automate du four est d’effectuer un ensemble de calculs complexes programmés et câblés suivant une architecture dans le but de produire du clinker. A travers ce chapitre, nous étudierons le système numérique de contrôle commande du four.
2.1. Description de la plate-forme d’automatisme du four 2.1.1. Présentation du matériel existant
Une plate-forme d’automatisme est une vue générale de la mise en œuvre des divers modules de commande, communication, contrôle, alimentations et des réseaux de communications dans le but de contrôlé et commandé un procédé. La plate-forme d’automatisme du four est présentée à la figure 2-1 ci-dessous.
Sur cette figure nous pouvons distinguer : - Le processeur ou automate - Le module d’alimentation - Les modules d’entrées sorties - Le Réseau de communication RIO - Les équipements de communications
Figure 2-1 : Plate-forme actuelle du four
2.1.1.1. Le processeur ou automate
La plate-forme d’automatisme du four est gérée par l’automate QUANTUM de référence 140 CPU 43412A. Il est compatible avec le logiciel Concept et logé dans un boîtier n’occupant qu’une seule place dans le rack. Ils intègrent la mémoire système, la mémoire application et les ports de communication. Tous les composants mémoire étant intégrés, il n’est pas nécessaire de recourir à des extensions mémoire pour finaliser une configuration.
2.1.1.2. Le Module d’alimentation
Le module d’alimentation utilisé dans le complexe cimentier de la SCB-LAFARGE est le 140 CPS 114 10. Il convertit la tension d’entrée en une tension continue régulée de + 5 V pour les besoins du processeur, des modules d’entrées/sorties et ceux de tous les modules de communication installés sur le rack. En cas de coupure de tension secteur, il assure au système un délai de fonctionnement suffisant pour permettre un arrêt “propre”
et sécurisé. Il est inclus dans chaque rack de la plate-forme soit un total de 12 modules.
2.1.1.3. Des modules d’entrées sorties
Le SNCC du four est doté des modules d’entrées sorties analogiques pour des signaux à évolution continue (analogique) et des signaux à 2 états (numérique ou Tout Ou Rien). Ils assurent l’interfaçage entre l’automate et les organes commandés sur le terrain.
Le tableau 2-1 présente les différents modules utilisés au four et leur quantité.
Tableau 2-1 : Module d’entrées sorties
Entrées Sorties
Analogique Référence 140 ACI 030 00 140 ACO 020 00
Quantité 29 5
Tout Ou Rien (T.O.R)
Référence 140 DDI 353 00 140 DRA 840 00
Quantité 28 17
Le module 140 DDI 353 00 accepte les entrées 24 Vcc et est du type 32 entrés (4 groupe de 8 points).
Le module 140 DRA 840 00 permet de commuter une source de tension à l’aide de 16 relais à contact normalement ouverts.
Le 140 ACI 030 00 est un module entrées analogiques unipolaires à 8 voies qui autorise des entrées mixtes de tension et de courant
Le 140 AC0 020 00 est un module de courant 4 voies à sorties analogiques qui contrôle et surveille le courant dans les boucles de 4 à 20 mA
2.1.1.4. Le réseau de communication RIO
L’architecture en place au complexe cimentier d’Onigbolo est basée sur une communication entre l’automate et les modules d’entrées sorties décentralisées que l’on appelle le réseau de communication RIO. Ce réseau est composé de RIO HEAD, RIO DROP et des dérivateurs. Le RIO HEAD représente le rack principal. Il est constitué de :
- 1 module d’alimentation 140 CPS 114 10 - 1 module processeur 140 CPU 434 12A - 1 module coupleur de tête 140 CRP 931 00 - 1 module de communication 140 NOE 771 00
Les racks décentralisés représentent le RIO DROP. Ils sont constitués de : - 1 module d’alimentation 140 CPS 114 10,
- 1 module coupleur d’arrivée 140 CRA 931 00, - Des modules d’entrées sorties analogique et TOR.
En somme nous avons onze (11) racks décentralisés dont neuf (09) dans l’atelier du four et (02) deux dans la salle électrique de l’atelier du broyeur a cru.
Les dérivateurs omnidirectionnels du type MODICON MA-0185-100 utilisés servent à la propagation de deux signaux dans les deux directions du support de communication. En effet elles sont dotées d’un port de dérivation et de de deux ports de ligne principale. Nous pouvons compter un dérivateur par rack décentralisé (utilisés) soit un total de 10 (y compris le rack principal).
2.1.1.5. Les équipements de communication
Le support de communication utilisé entre les racks décentralisés et le rack principal est le câble coaxial (RG11 et RG6) et la fibre optique.
Nous avons un module de communication Ethernet 140NOE 771 00 de type 10/100 au niveau du rack principal utilisant le protocole Modbus réseau RIO. Elle sert de communication entre le RIO HEAD et les postes opérateurs par le biais d’un Switch. Le Switch en l’occurrence ici est un (1) HUB Ethernet TCP/IP de référence Super Stack II, Baseline dual speed hub, 3C16592A. Il assure le dispatching des informations inchangées entre les divers composants du réseau.
2.1.1.6. Le poste ingénieur et les postes opérateurs
L’usine est équipée d’un (01) poste ingénieur ou PC de développement qui sert à la conception et à la programmation du système de contrôle commande.
La station opérateur destinée à la supervision et à la conduite de l’atelier du four est équipée de quatre (04) postes opérateurs.
Les informations sont échangées entre ces divers équipements via le HUB Ethernet TCP/IP.
2.1.2. Développement logiciel de la commande
Le développement du programme sur l’automate QUANTUM a été fait sous le logiciel CONCEPT. Le langage de programmation est le DFB. Le programme est bâti sur des blocs fonction utilisateur spécialement conçus pour l’usine par le groupe ICER. La supervision a été développée sous MONITOR Pro 6.5.
2.2. Description de la structure programme existant au four 2.2.1. Organisation des sections programmes
Le programme est divisé en groupes de sections. Chaque groupe de section correspond à une séquence de fonctionnement du process. Ces différentes sections correspondent à la programmation d’un actionneur, d’un bloc séquence, de certains traitements généraux tels que l’acquisition analogique, les défauts généraux, etc.[6].
2.2.2. Section actionneur
Une section attribuée à un actionneur est identifiée par l’item de cet actionneur.
Tout traitement relatif à cet actionneur est accessible dans sa section et nulle part ailleurs.
Ceci a permis une structuration basée sur l’identité de chaque objet. La taille du contenu de chaque section dépend de la complexité de protection du moteur. [6]
2.2.3. Section séquence
La séquence est le sous ensemble de l’atelier qui permet de réaliser une même fonction. La section est identifiée sous l’item attribué à cette séquence. La gestion du démarrage et de l’arrêt de la séquence sont gérées dans cette section. [6]
2.2.4. Section choix séquence
La section choix séquence permet de réaliser la validation de l’insertion ou non d’un actionneur dans la marche de la séquence. Elle peut jouer le rôle de by-pass quand un actionneur est défectueux. [6]
2.2.5. Autres sections
Ces sections contiennent des codes de programme traduisant des fonctionnalités générales et donc commun à toutes les séquences.
Défauts généraux : cette section traite de tous les défauts relatifs à l’alimentation électrique de l’atelier et aux arrêts d’urgences généraux. Ces défauts interfèrent directement sur l’ensemble des actionneurs, en provoquant leur arrêt immédiat. [6]
Alarmes générales : cette section du programme traite des alarmes qui ne sont particulièrement liées à aucune séquence ou actionneur, mais sont communes à l’atelier.
Acquisition analogique : elle effectue l’acquisition analogique de l’ensemble des mesures. Une section « ENTREES_ANA » ou « SORTIE_ANA » dédié à chaque carte d’entrées/sorties analogiques permet la mise à l’échelle des signaux.
Seuils ana : dans ces sections sont gérées les calculs de seuils sur les mesures process à partir d’un Blocs Fonctions utilisateur « seuils-Ana ». Chaque section traite les seuils des mesures process disponible sur une carte d’entrées analogiques.
Info_niveau2 : dans cette section nous retrouvons, les équations logiques liées à certaines informations échangées avec le niveau 2 c'est-à-dire la supervision.
Cde_niveau2 : les commandes provenant du superviseur, sont traitées ici et diffusées dans le programme au travers de variables internes.
2.2.6. Exécution cyclique
Le programme est exécuté de manière cyclique. A chaque cycle, l’ensemble des sections est exécuté l’une après l’autre. A l’intérieur des sections, les blocs fonctions sont scrutés dans l’ordre des numéros d’exécution, attribués consécutivement lors de l’édition.
Ce numéro est placé entre parenthèses, au-dessus de la description du Bloc Fonction.
Une section programme pourra être constituée de blocs de la bibliothèque du constructeur, des instructions courantes de programmation et de blocs utilisateur : DFB. [6]
Un bloc DFB se présente de la manière suivante :
Il se différencie du Bloc Fonction par les doubles traits verticaux qui borne la représentation graphique du bloc.
Il faut noter que ces blocs fonctions sont spécialement conçus pour l’usine par le groupe ICER [6].
2.2.7. Description du programme en place au four
2.2.7.1. Présentation des blocs fonctions utilisateurs
Les blocs fonctions standard de CONCEPT et les blocs fonctionnels conçus par le groupe ICER ont servi à la programmation des différentes sections de l’atelier de cuisson.
Nous ne présentons dans ce paragraphe que certains blocs fonctions utilisateurs du groupe ICER. [6]
Bloc Défaut Actionneur : DEF_ACT
Ce bloc fonctionnel, permet de traiter les défauts électriques et mécaniques liés à un actionneur. Généralement liés au bloc moteur il prédispose celui-ci à réagir à tous les évènements connectés sur lui. Il permet de gérer également tous les évènements susceptibles de provoquer l’arrêt du moteur.
Les quatre (04) premières entrées de ce bloc permettent de connecter quatre (04) défauts différents en sécurité positive, c'est-à-dire que le défaut est constaté avec un signal à 0.
Les paramètres « OPT_xx » sont des paramètres numériques qui conditionnent la réaction de la commande du moteur à l’apparition d’un défaut.
OPT_P : Elle permet l’arrêt du moteur. Cette option concerne les évènements nécessitant un arrêt de faîte ou volontaire. Sur « 1 » provoque arrêt moteur. Sur « 0 » maintiendra le moteur en marche malgré l’apparition du défaut.
OPT_RE : Elle permet de verrouiller le redémarrage. La valeur « 1 » nécessitera une
« relance » de l’installation après la disparition du défaut. La valeur « 0 », libérera l’actionneur aussitôt le défaut disparu.
La relance est une fonction déclenchée par l’opérateur. Elle consiste à : - Acquitter le défaut, pour confirmer sa prise en compte ;
- Redémarrer l’installation avec l’annonce de la sirène de démarrage, pour prévenir le personnel sur le site.
Cette option concerne les évènements majeurs qui nécessitent un redémarrage de l’actionneur avec un maximum de mesures de sécurité.
OPT_LJ : permet d’influencer le statut de la séquence et l’apparition de l’alarme correspondante. La valeur « 1 » générera un message d’alarme sur les écrans en cas de défaut, et rendra le démarrage de la séquence impossible. La valeur « 0 » n’aura aucun effet.
Par ailleurs la combinaison particulière OPT_P=0, OPT_RE=0, OPT_LJ=0, permettra de générer une alarme qui n’aura aucun effet sur la marche du moteur, ou sur la disponibilité de la séquence.
Bloc défauts supplémentaires : DEF_SUPL
Le bloc « DEF_SUPL » permet de prendre en charge 4 défauts supplémentaires uniquement en mode automatique. Les options de ce bloc sont configurées à l’image du bloc DEF_ACT.
Bloc Moteur : MOTEUR1S
Il prend en charge la gestion globale d’un actionneur à un sens de marche et son interface dédiée. Il est relié directement aux blocs de défauts précédemment décrits, ce qui permet d’évaluer la commande de sortie moteur en fonction de la disponibilité globale.
Il est décomposé en quatre (04) parties distinctes : - La logique de contrôle de marche ;
- Le rattachement aux séquences éventuelles selon certains paramètres et conditions ;
- Les informations destinées au superviseur par le biais de différentes tables organisées de façon spécifique.
Interface d’entrée
CDM : Ordre de marche automatique
Sur front montant démarre le moteur lorsque les conditions de marche sont vérifiées. La valeur « 1 » maintenu n’a aucun effet. Le redémarrage du moteur nécessitera un front positif de cette entrée excepté l’arrêt dû à un défaut de type « Marche/Arrêt automatique ».
ASS : Asservissement de marche
La perte de cette entrée, entraîne l’arrêt immédiat du moteur en mode automatique (arrêt process de sécurité). Il sera nécessaire de régénérer une transition positive sur CDM, dans les conditions de marche.
CDA : Ordre Arrêt Automatique.
Cette entrée est destinée à l’arrêt séquentiel de l’atelier. Elle est temporisée par une consigne de temps TP_ARR. L’entrée devra être maintenue durant cette temporisation.
Ce mode est effectif lorsqu’une des séquences rattachées est en cours d’arrêt. Cette entrée est inopérante en cours de production.
RM : Réponse de marche.
Cette donnée retranscrit l’état physique du contacteur de commande. L’animation de marche visualisée sur les écrans de conduite est l’image de cette entrée.
TP_RM : Temps de contrôle de la réponse de marche.
Une alarme « Défaut démarrage » est générée automatiquement, si la réponse de marche n’est pas obtenue dans ce laps de temps, lors du démarrage de l’actionneur.
BPM : Bouton Poussoir de Marche Local.
Situé à proximité du moteur, il permet de piloter manuellement l’actionneur. La commande du moteur s’effectue sur front positif de cette entrée, si les conditions locales sont vérifiées, c’est-à-dire :
- Les défauts DISPO, BP_AL et DEF3_M sont à « 1 » ;
- Les séquences rattachées à cet actionneur sont en mode LOCAL.
TP_SUI : Temps alloué à l’apparition de la patte SUI.
TP_ARR : Temps de vidange
L’entrée CDA signale un arrêt séquentiel de l’actionneur. L’arrêt effectif du moteur n’aura lieu que lorsque le temps TP_ARR sera écoulé.
Conditions et paramètres de rattachement aux séquences
Dans la plupart des cas, un actionneur contribue à la production d’une séquence de manière permanente. Dans ce cas, il est dit rattaché à une séquence de manière permanente.
Cependant, dans certains cas, il réalise une fonction ponctuelle qui peut être conditionnée par un choix opérateur. Dans ce cas il est dit rattaché de manière conditionnelle.
De plus un actionneur peut participer à la production de plusieurs séquences de manière exclusive ou en même temps. Il doit donc être capable d’être relié à plusieurs séquences.
C’est le rôle des trois (03) entrées numériques : SEQA, SEQB, SEQC.
Lorsqu’il n’est pas sollicité dans la production de l’atelier, donc non rattaché, aucune interactivité n’a lieu entre l’actionneur et la séquence correspondante. Dans cette configuration, il est libéré de toute contrainte et peut être piloté en mode automatique (CDM) ou en mode manuel (BPM).
Par ailleurs, l’actionneur lorsqu’il est rattaché, interfère sur la disponibilité de la séquence.
L’apparition d’un défaut, ayant l’option « OPT_LJ » = 1, rendra la séquence indisponible Dans le cas contraire aucune interférence n’agit.
La séquence, de manière implicite fournit au bloc moteur : - L’information défaut ;
- L’information de Relance, nécessaire à la libération des défauts ayant l’option
« OPT_RE »1 ;
- L’autorisation de piloter l’actionneur en mode Local, par le biais de l’entrée BPM ; - L’information d’arrêt séquentiel en cours, qui valide l’entrée CDA.
VSQA : Condition de rattachement à la séquence SEQA
Lorsque cette entrée est validée, l’actionneur est rattaché à la séquence précisée par le paramètre SEQA.
VSQB : Condition de rattachement à la séquence SEQB
Lorsque cette entrée est validée, l’actionneur est rattaché à la séquence précisée par le paramètre SEQB.
VSQC : Condition de rattachement à la séquence SEQC
Lorsque cette entrée est validée, l’actionneur est rattaché à la séquence précisée par le paramètre SEQC.
Les paramètres d’identification de la séquence ont une valeur comprise entre 1et 25, et sont fixés arbitrairement par l’utilisateur lors de la programmation du bloc séquence. Elles sont nommées avec l’item symbolisant la partie de l’installation gérée par cette même séquence. Un paramètre dédié « SEQn » permet de renseigner ces entrées (SEQA, SEQB, SEQC) dans le cas où aucun rattachement séquence n’est nécessaire.
Il est important de souligner que ce paramètre « SEQn » présent sur les 3 entrées SEQn, d’un actionneur signifie qu’elle n’appartient à aucune séquence. C’est à dire le moteur est hors séquence.
SEQA : Paramètre d’identité de la 1ère séquence rattachée. Il permet de rattacher l’actionneur à une 1ère étape. Le paramètre d’identification de la séquence est connecté ici.
SEQB : Paramètre d’identité de la 2ième séquence rattachée. Il permet de rattacher l’actionneur à une 2ième étape. Le paramètre d’identification de la séquence est connecté ici.
SEQC : Paramètre d’identité de la 3ième séquence rattachée. Il permet de rattacher l’actionneur à une 3ième étape. Le paramètre d’identification de la séquence est connecté ici.
INHIB_M : Inhibition de la messagerie
Ce paramètre inhibe l’apparition des messages au superviseur, sans modifier les conséquences dues à l’apparition des défauts (Arrêt moteur, séquence indisponible).
Il a été conçu pour mettre en place une hiérarchie de priorité sur les messages destinés au superviseur.
Une perte de polarité, au niveau du bornier répartiteur, prévient de l’apparition d’une multitude de messages injustifiées.
Interface de sortie
CM : Sortie de commande de marche. Il est directement relié à la sortie automate, pilotant le contacteur de télécommande du moteur
SUI : Sortie Asservissement « Suivant ».
Cette sortie est dédiée à asservir l’actionneur situé en position suivante sur la chaine de production. Cette information n’est valide qu’en mode Automatique.
Elle s’active un certain temps après l’apparition de la commande de sortie CM. Ce temps est fixé en secondes par le paramètre d’entrée TP_SUI. Il est nécessaire pour créer un démarrage séquentiel, et éviter un appel de courant trop important du point de vue de l’alimentation électrique. Cette information est destinée à être utiliser sur les entrées ASS des blocs moteurs.
DIM : Information de disponibilité globale.
L’état « 1 » Indique que le moteur est disponible et prêt à interpréter sa logique de commande.
L’état « 0 » précise que le bloc est en Défaut. Il ne pourra redevenir actif que si : - L’ensemble des défauts ayant l’option « OPT_LJ » =1, redeviennent actifs ; - L’acquittement nécessaire à une apparition de défauts est effectué.
Bloc Défaut Séquence : DEFS_SEQ
Ce bloc permet de traiter 8 défauts qui interdisent le démarrage ou le redémarrage de la séquence. Le premier paramètre d’entrée correspond au mode de marche de la séquence. Il prédispose le bloc séquence, auquel il est rattaché, à réagir à tous les évènements connectés sur ce bloc défaut.
Bloc Séquence
Il prend en charge la gestion globale de la séquence, et son interface dédiée. La liaison directe avec le bloc de défauts permet d’évaluer la disponibilité globale.
Il permet de :
- S’informer de l’état de marche des actionneurs grâce à la liaison défauts
