Ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche scientifique
Université Abderrahmane Mira – Bejaia Faculté de la technologie
Département de génie électrique
En vue de l’obtention du diplôme de Master en électronique
Spécialité : Automatique
Thème:
Réalisé par : Devant le jury : ARAB Nassim Mr SABI HAMGA Sofiane Mr HADJI Encadré par :
Mr ADJATI Mr YAHIAOUI Mr AMGHAR
Année Universitaire 2016/2017
Etude du fonctionnement du circuit CIP
d’une remplisseuse aseptique de jus
Remerciement
Au terme de ce travail, nous tenons à adresser nos
remerciements les plus sincères, tout d’abord au « Bon Dieu»
pour la volonté, la santé et la patience, qu'il nous a donnée durant toutes ces longues années .
Aussi, nous tenons également à exprimer nos vifs
remerciements à nos promoteurs Mr ADjATI Arezki ET Mr YAHYAOUI Belkacem et à notre encadreur Mr AMGHAR
Arezki.
Nous adressons nos remerciements à tous membres de jurys pour avoir accepté de juger ce travail, espérons qu’il soit
digne de leurs intérêts.
Nous tenons à remercier vivement toutes les personnes qui nous ont aidés à élaborer et réaliser ce mémoire. A toute l’équipe du service automatisme de la S.A.R.L IBRAHIM ET
FILS Ifri.
Dédicace
Je dédie ce modeste travail aux êtres les plus chers Mon cher père et ma chère mère qui ont fait de moi ce que je suis aujourd’hui et qui ont veillé à guider mes
pas durant toute ma vie.
A ma chère sœur, A mes chers frères, A toute ma famille,
A tous mes amis.
«Nassim»
Dédicace
Avec une grande joie je dédie ce modeste travail : A mes parents
A mes sœurs
A toute ma grande famille A mon collègue Nassim
A tous mes ami(e)s
Tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce modeste travail.
« Sofiane »
Table des matières
I
Table des matières
Table des matières ... I Table des figures ... V Liste des tableau ... VIII Abréviation ... IX
Introduction générale ... 1
Présentation de l’organisme d’accueil Présentation générale ... 2
Sa création ... 2
Sa forme juridique ... 2
Le capital social ... 2
Sa mission ... 2
Les différents produits Ifri disponible sur le marché ... 3
Produits IFRI ... 3
Produits ASEPTIQUE IFRUIT ... 4
Organigramme générale de la S.A.R.L « IFRI » ... 4
Situation géographique ... 6
CHAPITRE I : Généralités sur les systèmes automatisés et instrumentation Introduction ... 7
Système Automatisé ... 7
Définition ... 7
Structure d’un système automatisé ... 7
Description des différentes parties d’un système automatisé ... 8
Les automates programmables industriels ... 8
Définition de l’automate ... 8
Situation de l’automate dans un système automatisé ... 9
Rôle d'un Automate ... 9
Architecture des automates ... 10
II.3.1 Aspect extérieur ... 10
II.3.2 Structure générale d’un Automate ... 10
II.3.3 Description des éléments de l’API ... 11
II
Nature des informations traitées par l'automate ... 12
Principe de Fonctionnement d’un API ... 13
Domaines d'utilisation des automates ... 15
Critères de choix d'un automate ... 15
Instrumentation et appareillage ... 16
Eléments pour fonction de sécurité ... 16
III.1.1 Les Fusibles ... 16
III.1.2 Le sectionneur porte fusible ... 16
III.1.3 Relais de sécurité ... 17
III.1.4 Relai thermique ... 17
III.1.5 Le limiteur de surtension ... 18
Elément pour fonction de coupure ... 18
III.2.1 Le sectionneur ... 18
III.2.2 Disjoncteur ... 19
III.2.3 Les boutons d’arrêt d’urgence ... 20
III.2.4 Les Commutateurs ... 20
Elément pour fonction de commande ... 20
III.3.1 Contacteur ... 20
III.3.2 Variateurs de fréquences (variateurs de vitesses)... 21
III.3.3 Démarreur progressif ... 22
III.3.4 Distributeur pneumatique ... 22
III.3.5 Pupitre opérateur ... 23
Elément pour fonction d’alimentation ... 23
III.4.1 Transformateur électrique ... 23
III.4.2 Bloc d’alimentation ... 24
Elément pour fonction de détection ... 24
III.5.1 Les capteurs TOR (Tout Ou Rien) ... 25
III.5.2 Les capteurs analogiques ... 27
III.5.3 Les capteurs numériques ... 30
Elément pour fonction d’actionneur ... 31
III.6.1 Pompe ... 31
III.6.2 Les pompes doseuse intelligentes ... 31
III.6.3 Électrovanne ... 31
III
III.6.4 Les moteurs asynchrones ... 32
Description des organes de traitement de l’air ... 32
III.7.1 L’unité F.R.L ... 32
III.7.2 Les filtres ... 33
III.7.3 Les régulateurs de pression ... 33
III.7.4 Les lubrificateurs ... 34
III.7.5 Les manomètres ... 34
III.7.6 Les silencieux ... 35
Conclusion ... 35
CHAPITRE II : Etude du fonctionnement du circuit CIP Introduction ... 36
Processus de fabrication ... 36
Description des trois phases ... 37
I.1.1 Préparation et stockage du produit ... 37
I.1.2 Pasteurisation et stockage dans un tank aseptique ... 37
I.1.3 Tank aseptique ... 37
I.1.4 Remplissage et conditionnent ... 38
UNITE CIP/SIP ... 41
Facteurs d’efficacité de nettoyage ... 41
Composition ... 42
Description ... 42
II.3.1 Circuit CIP/SIP ... 42
II.3.2 Alimentation produit ... 43
II.3.3 Installation garniture dynamique ... 44
II.3.4 Installation traitement gaz ... 45
II.3.5 Installation préparation solution COP (Cleaning Out Place) ... 46
II.3.6 Installation récupération eau stérile, acide peracétique et COP ... 47
II.3.7 Stockage produits chimique concentrés ... 47
Fonction de Divers Produits Chimiques Utilisés ... 48
D’autres fluides présents dans l’Unité CIP/SIP ... 48
Divers cycles de l’unité CIP/SIP ... 48
II.6.1 Cycle CIP ... 49
II.6.2 Cycle SIP ... 52
IV
II.6.3 Les moments où on doit nettoyer et stériliser la machine : ... 55
II.6.4 Production ... 56
L’unité APA/Eau stérile ... 58
Description ... 58
Fonction de Divers Produits Chimiques Utilisés ... 59
D’autres Fluides présents dans l’Unité APA/Eau Stérile ... 59
Description Divers Cycles Propreté de l’Unité APA/Eau Stérile ... 60
Conclusion ... 61
CHAPITRE III : Amélioration du fonctionnement de la station CIP Introduction ... 62
Problématique ... 62
Programme SCL du processus CIP ... 62
Disfonctionnement rencontré et solutions apportée ... 63
Machine de contrôle de bouchons ... 63
IV.1.1 Problème rencontré ... 63
IV.1.2 Solution : Installation d’un appareil de contrôle de bouchons ... 63
Echangeur de chaleur ... 64
IV.2.1 Problème rencontré ... 64
IV.2.2 Echangeur à plaques ... 64
a) Principe de fonctionnement ... 65
b) Avantages et Inconvénients, d’un échangeur à plaques ... 66
IV.2.3 Echangeur tubulaires ... 66
a) Principe de fonctionnement ... 67
b) Avantages et Inconvénients d’un échangeur tubulaire ... 68
IV.2.4 Remplacement de l’échangeur à plaque par un échangeur tubulaire ... 68
Conception de calorifuge pour le circuit d’eau chaude ... 69
IV.3.1 Fonctions de l’isolation thermique des tuyauteries ... 69
IV.3.2 Calcul des pertes de chaleur des tuyauteries avec et sans calorifuge ... 69
IV.3.3 Influence du calorifugeage sur pertes calorifique ... 73
Conclusion ... 74
Conclusion générale ... 75 Bibliographie
Annexe
Table des figures
V
Table des figures
Figure 1 : Organigramme générale de la S.A.R.L « IFRI » ... 5
Figure 2 : Situation géographique ... 6
Figure I- 1 : Structure d’un système automatisé ... 7
Figure I- 2 : Automates programmables industriels ... 9
Figure I- 3 : Situation de l’automate dans un système automatisé... 9
Figure I- 4 : Aspect exterieur ... 10
Figure I- 5 : Structure générale d’un automate ... 11
Figure I- 6 : Principe de fonctionnement d’un automate ... 13
Figure I- 7 : Etape de photographie des entrées ... 14
Figure I- 8 : Etape traitement ... 14
Figure I- 9 : Etape de mise à jour des sorties ... 15
Figure I- 10 : Les fusibles ... 16
Figure I- 11 : Le sectionneur porte fusible ... 17
Figure I- 12 : Relais de sécurité ... 17
Figure I- 13 : Relais thermique ... 18
Figure I- 14 : Limiteur de surtension ... 18
Figure I- 15 : Sectionneur ... 19
Figure I- 16 : Disjoncteur magnétothermique ... 19
Figure I- 17 : Disjoncteur différentiel ... 19
Figure I- 18 : Bouton d’arrêt d’urgence ... 20
Figure I- 19 : Commutateur ... 20
Figure I- 20 : Contacteur ... 21
Figure I- 21 : Variateur de vitesse ... 21
Figure I- 22 : Démarreur progressif ... 22
Figure I- 23 : Distributeur pneumatique ... 23
Figure I- 24 : Pupitre ... 23
Figure I- 25 : Transformateur électrique ... 23
Figure I- 26 : Bloc d’alimentation ... 24
Figure I- 27 : Les capteurs mécaniques ... 25
Figure I- 28 : Principe de fonctionnement d’un capteur inductif ... 25
Figure I- 29 : Système barrage ... 26
VI
Figure I- 30 : Système réflex ... 26
Figure I- 31 : Système de proximité ... 27
Figure I- 32 : Détecteurs à fibres optique ... 27
Figure I- 33 : Sonde de niveau analogique ... 28
Figure I- 34 : Sonde de niveau analogique ... 28
Figure I- 35 : Capteur de pression ... 29
Figure I- 36 : Débitmètre ... 29
Figure I- 37 : Conductivimétre... 29
Figure I- 38 : Codeur rotatif ... 30
Figure I- 39 : Pompe ... 31
Figure I- 40 : Pompe doseuse intelligente ... 31
Figure I- 41 : Electrovanne ... 32
Figure I- 42 : Moteur asynchrone ... 32
Figure I- 43 :Unité F.R.L ... 33
Figure I- 44 : Filtre ... 33
Figure I- 44 : Régulateur de pression ... 34
Figure I- 45 : Le lubrificateur ... 34
Figure I- 46 : Manomètre ... 34
Figure I- 47 : Le silencieux ... 35
Figure II- 1 : Organigramme représentant la chaine de production ... 36
Figure II- 2 : Unité de pasteurisation ... 37
Figure II- 3 : Tank aseptique ... 38
Figure II- 4 : Traitement des préformes ... 38
Figure II- 5 : Souffleuse ... 39
Figure II- 6 : Remplisseuse ... 39
Figure II- 7 : Phase de remplissage ... 40
Figure II- 8 : Etiqueteuse ... 40
Figure II- 9 : Unité CIP ... 43
Figure II- 10 : Circuit d’alimentation produit ... 43
Figure II- 11 : Les joints hydrauliques ... 44
Figure II- 12 : Collecteur ... 45
Figure II- 13 : Circuit Air ... 45
Figure II- 14 : Circuit Azote ... 46
VII
Figure II- 15 : Unité COP ... 46
Figure II- 16 : Récupération produit ... 47
Figure II- 17 : Alimentation Produits chimiques ... 47
Figure II- 18 : Cycle CIP ... 51
Figure II- 19 : Traitement de surface COP/SOP ... 52
Figure II- 20 : Cycle SIP ... 54
Figure II- 21 : Cycle de production ... 57
Figure II- 22 : Traitement de bouchons ... 57
Figure II- 23 : Traitement de bouteilles ... 58
Figure II- 24 : Station Eau stérile ... 59
Figure II- 25 : Cycle CIP circuit APA ... 60
Figure II- 26 : Cycle de production d’APA ... 60
Figure II- 27 : Cycle CIP circuit eau stérile ... 61
Figure II- 28 : Cycle SIP unité eau stérile ... 61
Figure III- 1 : Tunnel bouchon ... 63
Figure III- 2 : L’inspectrice de bouchons ‘’ PRESCO INTELLISPEC ’’ ... 64
Figure III- 3 : Echangeur à plaque ... 65
Figure III- 4 : Principe de circulation des fluides dans l’échangeur à plaque ... 66
Figure III- 5 : Les échangeurs tubulaires ... 67
Figure III- 6 : Principe de fonctionnement d’un échangeur tubulaire ... 67
Figure III- 7 : Circuit eau stérile après le remplacement des échangeurs ... 68
Figure III- 8 : Tuyaux avant l’installation du calorifuge ... 70
Figure III- 9 : Tuyaux après l’installation du calorifuge ... 73
Liste des tableaux
VIII
Liste des tableaux
Tableau III- 1 : Chargements de données cas sans calorifuge ... 70
Tableau III- 2 : Résultats de simulation, cas sans calorifuge ... 71
Tableau III- 3 : Chargement de données, cas avec calorifuge ... 72
Tableau III- 4 : Résultats de simulation, cas avec calorifuge ... 72
Abréviation
IX
Abréviation
PO Partie Opérative PC Partie Commande
IHM Interface Homme / Machine
API Automate Programmable Industriel CPU Central Processing Unit
R.O.M, Read Only Memory R.A.M Random Access Memory
E.P.R.O.M Erasable and Programmable Read Only Memory T.O.R Tout Ou Rien
CIP Cleaning In Place COP Cleaning Out Place SIP Sterilization In Place SOP Sterilization Out Place APA Acide Peracétique
TLV Générateur de vapeur
Introduction générale
1
Introduction générale
La maîtrise des procédés de fabrication dans l’industrie agro-alimentaire exige une rigueur croissante à fin d’assurer la pureté et la qualité des produits.
Ainsi le nettoyage occupe une position clé dans la lutte contre les risques de contamination qui peuvent être chimiques ou microbiologiques. Il est par conséquent garant de la qualité du produit fabriqué.
Le jus aseptique est parmi les produits dont la qualité est strictement liée à un niveau d’hygiène élevé. Pour cela le nettoyage des équipements et de l’environnement qui entourent ces produits est primordial et qui doit être fait avec rigueur pour préserver leurs qualités.
L’efficacité du nettoyage dépend de la méthode employée, des produits utilisés et de la fréquence du nettoyage des éléments à entretenir.
C’est dans ce cadre que s’inscrit notre projet de fin d’étude proposé par l’entreprise S.A.R.L IBRAHIM ET FILS (IFRI) ayant pour but l’étude du circuit de CIP (Cleaning in place). Ce dernier peut se définir comme la circulation de liquide de nettoyage à travers les machines et autres équipements concernés afin d’assurer à la fois la propreté physique, chimique et bactériologique des surfaces des équipements tel que les canalisations, les réservoirs, les cuves et les machines de production, ce qui permet une maîtrise complète de la qualité du procédé de fabrication et par conséquence du produit fini.
Le travail élaboré dans ce mémoire est devisé en trois chapitres essentiels comme suit :
. Le premier chapitre concerne des généralités sur les systèmes automatisés ainsi que les différents éléments électriques constituant la remplisseuse aseptique associée pour mieux nous familiariser avec la machine.
Le deuxième chapitre traite l’étude du circuit CIP pour mieux comprendre son fonctionnement.
Le dernier chapitre est consacré à l’amélioration du fonctionnement de circuit CIP après avoir évaluer ses performances.
Enfin le mémoire est achevé par une conclusion générale.
Présentation de
l ’ organisme d ’ accueil
2
Présentation de l’organisme d’accueil Présentation générale
Sa création
La SARL Ibrahim et fils « IFRI » est une société à caractère industriel évoluant dans le domaine de l’agro-alimentaire. Elle se situe à Ighzer Amokrane, daïra d’Ifri Ouzellaguene, dans la wilaya de Bejaia. Elle est implantée à l’entrée est de la vallée de la Soummam, au contrebas du massif montagneux du Djurdjura qui constitue son réservoir naturel d’eau.
A l’origine, il y avait la Limonadière Ibrahim et fils, fondée en 1986 ayant pour activité la production de limonades diverses et de sirops. Et ce n’est que dix ans plus tard le, 20/07/1996, que la société inaugure son premier atelier d’embouteillage d’eau minérale en PET (Poly éthylène téréphtalate).
A cette date, plus de 20 millions de bouteilles sont commercialisées sur l’ensemble du territoire national. Ce chiffre atteint 250 millions de litres en 2004 avant de franchir le cap des 500 millions de litres (emballage PET et verre) en 2005.
Sa forme juridique
Créée en 1986, avec un statut juridique de SNC (société au nom collectif), et ce n’est qu’en 1996 qu’elle hérite du statut de SARL (société à responsabilité limitée), composée de six associés.
Le capital social
Le capital social était de 3.000.000 DA en 1996, ce dernier a subit une extension en 2005
ou il a atteint 1.293.000.000 DA.
Siège social : Zone industrielle « AHRIK » Ighzer Amokrane- Ifri Ouzellaguene (06231) Bejaia- Algérie.
Tel : 034351266. Fax : 034351232.
Web: www.ifri-dz.com Email: ifri@ifri-dz.com Sa mission
La SARL « IFRI » investit ses concentrations dans le but d’élargir sa gamme de produit (objectif qualitatif), et d'augmenter sa capacité de production (objectif quantitatif). Cela permettra d’élargir son champ d’action. Parmi ses principaux objectifs, on trouve l’élargissement de son réseau d’exportation vers d’autres pays d’une part, répondre et subvenir aux besoins sans cesse d’une demande de marché international en augmentation.
3
« IFRI » est présent dans plus d’une dizaine de pays. Son marché principal est l’Algérie suivi de près par la France, l’Angleterre, l’Espagne, l’Italie, l’Allemagne, la Belgique, Luxembourg, le Soudan, le Mali, le Niger et les Emirates Arabes Unis
Les différents produits Ifri disponible sur le marché
Produits IFRI
Eau fruitée aux raisins mure : bouteilles en verre (1L et 0.25l)
Eau fruitée aux raisins cerise : bouteilles en verre (1L et 0.25l)
Eau fruitée à l’oranges : bouteilles en verre (1L et 0.25l)
Eau fruitée aux citrons : bouteilles en verre (1L et 0.25l)
Eau fruitée à la carotte : bouteilles en verre (1L et 0.25l)
Eau fruitée à l’orange light : bouteilles en verre (1L)
Eau minérale : bouteilles PET (0.33L) pour AIR ALGERIE.
Eau minérale gazéifiée à la menthe : bouteilles en verre (1L et 0.25l) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Eau minérale naturelle : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L, 0.5L, et 0.5L avec bouchon sport).
Eau minérale gazéifiée au citron : bouteilles en verre (1L et 0.25l) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Eau minérale gazéifiée à l’orange : bouteilles en verre (1L et 0.25l) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Eau minérale fruitée à l’orange light : bouteilles en verre (0.25L)
IFRI au lait : bouteilles en verre (0.25L)
Soda citron light : bouteilles en verre (1L) et bouteilles PET (1.25L).
Soda pomme verte light : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Soda orange light : bouteilles en verre (1L) et bouteilles PET (1.25L).
Soda fraise : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Soda pomme verte : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 1.
5L et 0.33L).
Soda pomme : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 1. 5L et 0.33L).
4
Soda citron : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 1. 5L et 0.33L).
Soda bitter : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 0.33L).
Soda orange : bouteilles en verre (1L et 0.25L) et bouteilles PET (1.25L et 1. 5L et 0.33L).
Soda pomme light : bouteilles en verre (1L) et bouteilles PET (1.25L).
Produits ASEPTIQUE IFRUIT JUS ASEPTIQE
Jus de Mangue: bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus de Melon-Ananas : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus d’Orange : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus de Raisins-mures : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus de Carottes : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus Tropical : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus OCC (Orange, Carotte, Citron) : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus Orange-Pêche : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus Pêche-Abricot : bouteille PET (2L, 1L et 0.33L).
Jus Biscuit : bouteille PET (1L).
JUS ASEPTIQUE LIGHT (0% SUCRE)
Jus d’Orange 100% : bouteille PET (1L).
Jus de Pomme 100% : bouteille PET (1L).
JUS ASEPTIQUE AU LAIT
Jus Fraise-Pomme au lait : bouteille PET (1L, 0.33L 0.20L).
Jus Mangue-Orange au lait : bouteille PET (1L, 0.33L 0.20L).
JUS ASEPTIQUE ENERGITIQUE
Jus Azro Cerise : bouteille PET (0.5L).
Jus Azro Fraise- Ananas : bouteille PET (0.5L).
Organigramme générale de la S.A.R.L « IFRI »
La structure organisationnelle de la SARL IBRAHIM & Fils repose sur un modèle hiérarchique classique. L’organigramme suivant schématise les différentes directions et services de l’entreprise.
5
Figure 1 : Organigramme générale de la S.A.R.L « IFRI »
G. matière première
D. ressource Humain D. finance et Comptabilité
Suivis des Carrières
Sociale Paie
Comptabilité Finance Service
Sécurité Direction Technique
Gardiennage
Maintenance Pièce de
rechanges Informatique
Direction de
production Production Contrôle de Production
Traitement des eaux
Nettoyages et désinfection DIRECTION
GENERALE
Service Qualité SECRETARIA
T
Laboratoire
Direction
Logistique Superviseur Service parc
Réception, expédition, GDS
G. des emballage
s
G. des produits finis
G. des déchets
D. moyens généraux
Administration patrimoine
G. des archive
s
G. des
Infrastructure Hygiène Entretien et Réparation
Achats Étrangères D.
Approvisionnement
Achats locaux Direction
Commerciale Recouvrement Facturation
6
Situation géographique
Figure 2 : Situation géographique
RN 26
HOTEL RESTAURANT
NAFTAL
DANONE
SOUMMAM GENERAL
PLAST
BEJAIA ALGER
CHAPITRE I
Généralités sur les systèmes automatisés
et instrumentation
7
CHAPITRE I
Généralités sur les systèmes automatisés et instrumentation
Introduction
L'automatisation s'est généralisée à l'ensemble des activités de production, tant dans l'industrie, que dans les activités de services, quel que soit son domaine d’application et les techniques auxquelles l’automatisation fait appel.
L’automatisation s'est constamment développée dans l'unique but de réduire la pénibilité du travail humain et d'améliorer la productivité du travail.
Système Automatisé
Définition [1]
Un système est dit automatisé lorsqu’il peut gérer de manière autonome un cycle de travail après avoir reçu les consignes d'un opérateur.
Les systèmes automatisés utilisés dans le secteur industriel possèdent une structure de base identique. Ils sont constitués de plusieurs parties plus ou moins complexes reliées entre elles.
Structure d’un système automatisé [2]
Un système automatisé peut être décomposé en trois grandes parties :
Une partie opérative (PO)
Une partie commande (PC)
Une interface homme / machine (IHM)
Figure I- 1 : Structure d’un système automatisé Interface
Homme Machine
Partie Commande
Consignes Ordre
s
Comptes rendus
Mesures
Matière d’œuvre
Matière d’œuvre +
Valeur ajoutée
Energie Energie
Partie Opérative
8
Description des différentes parties d’un système automatisé [1]
L’interface homme machine
Sa complexité dépend de l’importance du système, elle regroupe les différentes commandes nécessaires au bon fonctionnement du procédé, c’est-à-dire, marche/arrêt, arrêt d’urgence, marche automatique, …etc.
La partie opérative (PO)
C’est la partie visible du système qui opère ou agit sur la matière d'œuvre ou le produit et elle comporte :
Des préactionneurs (distributeurs, contacteurs..) qui reçoivent des ordres de la partie commande.
Des actionneurs (vérins, moteurs...) qui ont pour rôle d’exécuter l’ordre
Des capteurs qui informent la partie commande de l’exécution de travail.
La partie commande (PC)
Ce secteur de l’automatisme gère selon une suite logique le déroulement qui émet des ordres vers la partie opérative et en reçoit des informations en retour, afin de coordonner ses actions et les restituer vers cette même partie opérative en direction des préactionneurs et actionneurs.
Elle peut être réalisée selon deux types de technologie:
Logique câblée : Le fonctionnement de l'installation est défini par câblage entre les différents éléments. Une modification de ce fonctionnement impose une modification du câblage.
Logique programmée : Le fonctionnement de l'installation est défini par un programme exécuté de manière cyclique par un processeur. Un changement de fonctionnement consiste à modifier le programme sans avoir à toucher aux raccordements des capteurs et des préactionneurs.
Les automates programmables industriels
Définition de l’automate
Un automate programmable industriel (API) est une forme particulière de contrôleur à microprocesseur qui utilise une mémoire programmable pour stocker les instructions et qui implémente différentes fonctions, qu’elles soient logiques, de séquencement, de temporisation, de comptage ou arithmétiques, pour commander les machines et les processus. [3]
9
En d’autres termes, un automate programmable est un calculateur logique ou ordinateur, aux jeux d’instructions volontairement réduit, destinés à la conduite et à la surveillance en temps réel de processus industriels.
Figure I- 2 : Automates programmables industriels Situation de l’automate dans un système automatisé [1]
Figure I- 3 : Situation de l’automate dans un système automatisé
Rôle d'un Automate
Le rôle d’un automate est de réagir aux changements d'état de ses entrées en modifiant l'état de ses sorties selon une loi de contrôle déterminée a priori par le concepteur du système.
Cette loi est dite combinatoire si, à chaque instant, l'état des sorties peut être directement déduit Pupitre de
commande
Commande et gestion de cycle
Automate
Système physique
Préactionneurs
Actionneurs S
ORDREES
E PC
PO
IHM
Exécution du travail Détection Informations
Comptes rendu Opérateur
10
de l'état des entrées. Elle est de type séquentiel, s'il faut en plus tenir compte de l'évolution antérieure du système. Cette dernière peut en général être complètement décrite par l'état d'un nombre fini de variables logiques mémorisées au sein de l'automate. [4]
Architecture des automates II.3.1 Aspect extérieur [5]
Les automates peuvent être de type compact ou modulaire.
De type compact, on distinguera les modules de programmation des micros automates. Il intègre le processeur, l'alimentation, les entrées et les sorties. Selon les modèles et les fabricants, il pourra réaliser certaines fonctions supplémentaires (comptage rapide, E/S analogiques ...) et recevoir des extensions en nombre limité. Ces automates, de fonctionnement simple, sont généralement destinés à la commande de petits automatismes.
De type modulaire, le processeur, l'alimentation et les interfaces d'entrées / sorties résident dans des unités séparées (modules) et sont fixées sur un ou plusieurs racks contenant le "fond de panier" (bus et connecteurs).
Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes où puissance, capacité de traitement et flexibilité sont nécessaires.
Automate modulaire Automate compact Figure I- 4 : Aspect exterieur
II.3.2 Structure générale d’un Automate [3]
De manière générale, un API est structuré autour de plusieurs éléments de base qui sont l’unité de traitement, la mémoire, l’unité d’alimentation, les interfaces d'entrées-sorties, les interfaces de communication et le périphérique de programmation.
11
Figure I- 5 : Structure générale d’un automate
II.3.3 Description des éléments de l’API [3]
Le processeur
Le processeur ou l’unité centrale de traitement (CPU, Central Processing Unit) contient le microprocesseur. Le CPU interprète les signaux d’entrée et effectue les actions de commande conformément au programme stocké en mémoire, en communiquant aux sorties les décisions sous forme de signaux d’action.
L’unité d’alimentation
L’unité d’alimentation est dispensable puisqu’elle convertit une tension alternative à une basse tension continue nécessaire au processeur et aux modules d’entrées/sorties.
Le périphérique de programmation
Le périphérique de programmation est utilisé pour entrer le programme dans la mémoire du processeur.
Les mémoires
Pour que l’API effectue son travail, il doit accéder aux données à traiter et aux instructions, c’est-à-dire au programme, qui lui expliquent comment traiter les données. Ces informations sont stockées dans la mémoire de l’API, qui se compose de plusieurs éléments :
Périphérique de programmation
Mémoire du programme
et des données
Interface de communication
Alimentation
Interfaces de sortie
Processeur
Interfaces d’entrée
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La mémoire morte (R.O.M, Read Only Memory)
La mémoire morte du système représente un espace de stockage permanent pour le système d’exploitation et les données figées utilisées par le CPU
La mémoire vive (R.A.M, Random Access Memory)
La mémoire vive est utilisée pour les données où sont stockées les informations sur l’état des entrées et des sorties, ainsi que les valeurs des temporisateurs, des compteurs et des autres dispositifs interne. La RAM des données est parfois appelée tableau de données ou tableau de registres. Une partie de cet espace mémoire, c’est-à-dire un bloc d’adresses est réservé aux adresses d’entrées et de sorties. Une autre partie est réservée aux données prédéfinies, et une autre encore, au stockage des valeurs des compteurs, des temporisateurs, etc.
La mémoire morte reprogrammable (E.P.R.O.M, Erasable and Programmable Read Only Memory)
La mémoire morte reprogrammable est parfois employée pour stocker de manière permanente les programmes.
Les interfaces d’entrées/sorties
Les interfaces d’entrées/sorties permettent au processeur de recevoir et envoyer des informations aux dispositifs extérieurs.
L’interface de communication
L’interface de communication est utilisée pour transmettre et recevoir des données sur des réseaux de communication qui relient l’API à d’autre API distants.
Elle est impliquée dans des opérations telles que la vérification d’un périphérique, l’acquisition de données, la synchronisation entre des applications et la gestion de la connexion.
Nature des informations traitées par l'automate [5]
Les informations peuvent être de type :
Tout ou rien (T.O.R) : l'information ne peut prendre que deux états (vrai/faux) c’est à dire ( 0 ou 1). C'est le type d'information délivré par un détecteur, un bouton poussoir …
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Analogique : l'information est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien déterminée. C'est le type d'information délivrée par un capteur (pression, température …)
Numérique : l'information est contenue dans des mots codés sous forme binaire ou bien hexadécimale. C'est le type d'information délivrée par un ordinateur ou un module intelligent.
Principe de Fonctionnement d’un API [5]
L'automate programmable fonctionne par déroulement cyclique du programme. Le cycle comporte trois opérations successives qui se répètent comme suit :
Figure I- 6 :Principe de fonctionnement d’un automate
Phase 1 : Lecture (Photographie des entrées)
Durant cette phase les entrées sont photographiées et leurs états logiques sont stockés dans une zone spécifique de la mémoire de donnée. Le programme n’est pas scruté et les sorties ne sont pas mises à jour.
Traitement Lecture
Ecriture
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Figure I- 7 : Etape de photographie des entrées
Phase 2 : Traitement (exécution de programme)
Durant cette phase l'automate exécute le programme instruction par instruction pour déterminer l’état des sorties puis stocker ces valeurs dans une zone de la mémoire de données réservée aux sorties. Les sorties ne sont pas mises à jour et les entrées ne sont pas scrutées, si l’état d’une entrée doit être lu par le programme, c’est la valeur stockée dans la mémoire de données qui est utilisée.
Pendant cette phase, seules la mémoire de données et la mémoire programme sont mises à contribution. Si une entrée change d’état sur le module d’entrées, l’API ne voit pas ce changement.
Figure I- 8 : Etape traitement
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Phase 3 : Ecriture (mise à jour des sorties)
Durant cette phase l'automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans la mémoire de données. Les entrées ne sont pas scrutées et le programme n’est pas exécuté.
Figure I- 9 : Etape de mise à jour des sorties
Domaines d'utilisation des automates [5]
Les API sont utilisés dans tous les secteurs industriels pour la commande des machines (convoyage, emballage ...) ou des chaînes de production (automobile, agroalimentaire ...) ou il peut également assurer des fonctions de régulation de processus (métallurgie, chimie ...).
Il est de plus en plus utilisé dans le domaine du bâtiment (tertiaire et industriel) pour le contrôle du chauffage, de l'éclairage, de la sécurité ou des alarmes.
Critères de choix d'un automate [6]
Le choix d'un automate programmable est généralement basé sur :
Nombre d'entrées / sorties : le nombre de cartes peut avoir une incidence sur le nombre de racks dès que le nombre d'entrées / sorties nécessaires devient élevé.
Type de processeur : la taille mémoire, la vitesse de traitement et les fonctions spéciales offertes par le processeur permettront le choix dans la gamme souvent très étendue.
Fonctions ou modules spéciaux : certaines cartes (commande d'axe, pesage ...) permettront de "soulager" le processeur et devront offrir les caractéristiques souhaitées (résolution, ...).
Fonctions de communication : l'automate doit pouvoir communiquer avec les autres systèmes de commande (API, supervision ...) et offrir des possibilités de communication avec des standards normalisés (Profibus ...).
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Instrumentation et appareillage
Eléments pour fonction de sécurité III.1.1 Les Fusibles [7]
Le fusible est un dispositif de sécurité conçu pour assurer la protection des circuits électriques contre les courts-circuits. Le principe est le suivant, lorsque que le courant demandé par le circuit électrique dépasse le calibre du fusible, la partie conductrice intérieure fond et ainsi ouvre le circuit.
Les différents types et formes de fusible
Les fusibles gG : Les fusibles gG sont des fusibles dit « protection générale », protègent les circuits contre les faibles et fortes surcharges ainsi que les courts-circuits.
Les fusibles aM : Les fusibles aM sont des fusibles dit « accompagnement moteur », protègent les circuits contre les fortes surcharges ainsi que les courts-circuits.
Ils sont conçus pour résister à une surcharge de courte durée tel le démarrage d’un moteur. Ils seront associés à un système de protection thermique contre les faibles surcharges.
Les fusibles AD : Les fusibles AD sont des fusibles dit « accompagnement disjoncteur » ils sont utilisés par les entreprise de distribution d’énergie exclusivement.
. Figure I- 10 : Les fusibles
III.1.2 Le sectionneur porte fusible [7]
Ce sont avant tout des organes de sécurité utilisés pour ouvrir ou fermer un circuit électrique. Il permet de séparer (isoler) la source d’alimentation électrique et l’équipement électrique.
Le sectionneur porte fusible assure deux fonctions principales qui sont l’isolement de la source d’alimentation électrique de l’équipement et la protection contre les courts circuits grâce aux cartouches fusibles.
Fusible gG Fusible aM Fusible AD
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Figure I- 11 : Le sectionneur porte fusible III.1.3 Relais de sécurité [8]
Un relais de sécurité ou module de sécurité s’utilise pour la surveillance des circuits d’arrêt d’urgence et réponde également aux exigences de sécurité pour la surveillance électrique des interrupteurs de position dans les dispositifs de protection. Ils assurent la protection de l’opérateur et de la machine. Après avoir reçu une commande d’arrêt par l’opérateur ou par la détection d’une erreur dans le circuit de sécurité lui-même.
Figure I- 12 :Relais de sécurité III.1.4 Relai thermique [7]
Le relais thermique est un appareil qui protège le récepteur placé en aval contre les surcharges et les coupures de phase. Pour cela, il surveille en permanence le courant dans le récepteur.
En cas de surcharge, le relais thermique n’agit pas directement sur le circuit de puissance.
Un contact du relais thermique ouvre le circuit de commande d’un contacteur qui coupe le courant dans le récepteur.
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Figure I- 13 : Relais thermique III.1.5 Le limiteur de surtension
Le limiteur de surtension est un appareil qui permet d’établir une liaison directe entre les conducteurs et la terre avant l’apparition d’une tension dangereuse dite « tension
d'amorçage ».
Figure I- 14 : Limiteur de surtension
Elément pour fonction de coupure III.2.1 Le sectionneur [8]
Le sectionneur est un appareil de connexion qui permet d'isoler (séparer électriquement) un circuit pour effectuer des opérations de maintenance ou de modification sur les circuits électriques qui se trouvent en aval. Ainsi il permet d’assurer la sécurité des personnes qui travaillent sur le reste de l’installation en amont. Le sectionneur ne possède aucun pouvoir de coupure, par conséquent, il ne doit pas être manœuvré en charge. On trouve également des sectionneurs qui servent en plus de porte-fusible. On les désigne par "Sectionneurs porte- fusibles".
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Figure I- 15 : Sectionneur III.2.2 Disjoncteur [9]
Un disjoncteur est un dispositif électromécanique de protection dont la fonction est d'interrompre le courant électrique en cas d'incident sur un circuit électrique.
Disjoncteur magnétothermique : Le disjoncteur magnétothermique protège les appareils contre les courts-circuits et les surcharges électriques, en coupant l'alimentation.
Figure I- 16 : Disjoncteur magnétothermique
Disjoncteur différentiel : Il a pour rôle d’assurer la protection des circuits contre les surintensités et court-circuit ainsi que de protéger les personnes contre les contacts indirects. Ce dispositif différentiel réagit si un déséquilibre de courant par rapport à la terre survient, une bobine mesure ce déséquilibre et alimente un électroaimant qui coupe le disjoncteur en cas de danger pour les personnes.
Figure I- 17 : Disjoncteur différentiel
20 III.2.3 Les boutons d’arrêt d’urgence
Le bouton d’arrêt d’urgence est un bouton poussoir « coup de poing » (la large zone d’appuie permet de l’enclencher en donnant un coup de poing. Il est de couleur rouge.
Déclencher un arrêt d’urgence n’est pas anodin , il fait suite à un accident ou danger.
Figure I- 18 : Bouton d’arrêt d’urgence III.2.4 Les Commutateurs
Appelés également les boutons tournants commutateurs ou sélecteurs, ils permettent de sélectionner différents mouvements, séquences, opérations programmes...etc.
Figure I- 19 : Commutateur
Elément pour fonction de commande III.3.1 Contacteur [8]
Le contacteur est un préactionneur destiné à ouvrir ou à fermer un circuit électrique par l’intermédiaire d’un circuit de commande. Il alimente le moteur électrique en énergie de puissance en fonction d’une consigne opérative issue de la partie commande.
Le contacteur standard possède trois contacts de puissances et un contact auxiliaire peut être utilisé dans le circuit de commande.
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Figure I- 20 : Contacteur
III.3.2 Variateurs de fréquences (variateurs de vitesses)
Le variateur de vitesse est un composant très utilisé dans tous les systèmes d’automatisation modernes. Il sert à varier la vitesse des moteurs de manière continue.
La valeur de la vitesse peut être proportionnelle à un signal analogique fourni soit par un potentiomètre, soit par une source d’alimentation externe.
Des vitesses présélectionnées peuvent être également exploitées. L’ensemble variateur et moteur standard remplacent avantageusement un moteur bi- vitesse.
Figure I- 21 : Variateur de vitesse
Le courant électrique issu du réseau est dans un premier temps converti en courant continu, il est ensuite reconverti en courant alternatif par un onduleur mais avec une fréquence différente, il est ainsi possible de convertir du monophasé en triphasé si c’est nécessaire.
Le rôle d’un variateur de fréquence consiste à :
Réduire les courants de démarrage.
Avoir des rampes d’accélération et de décélération linéaires.
Freiner par injection de courant continu par rattrapage de vitesse à la volée.
Stabiliser la tension.
Compenser le glissement.
Vitesses pré programmables.
Temporisateur intégré.
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Récupérer l’énergie et réguler la vitesse.
Limiter les usures mécaniques.
Avoir une souplesse de l’entraînement.
Economiser l’énergie.
Avoir deux sens de rotation.
III.3.3 Démarreur progressif [10]
Le démarreur progressif permet de limiter l’énergie appelée au réseau et de diminuer les contraintes sur l’installation, d’où :
Une réduction de la chute de tensions en ligne pour ne pas gêner les autres utilisateurs.
Une réduction de la pointe de courant qui s’accompagne d’une réduction du couple moteur.
Démarrage sans à coup
Montée progressive en vitesse.
Limitation de l’appel du courant lors du démarrage.
Usure réduite des systèmes mécaniques de transmission.
Figure I- 22 : Démarreur progressif
III.3.4 Distributeur pneumatique
Les distributeurs pneumatiques sont des éléments de la chaine d’énergie. Ils distribuent de l’air comprimé aux actionneurs pneumatiques (vérins, générateurs de vide, moteurs à palettes...) à partir d’un signal de commande (Pilotage).
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Figure I- 23 : Distributeur pneumatique
III.3.5 Pupitre opérateur
Le pupitre est un des éléments permettant le dialogue entre l’opérateur et la partie commande. L’opérateur envoie des consignes et reçoit des informations principalement visuelles. Il dispose pour cela de différentes formes des boutons, sélecteurs ou voyant.
Figure I- 24 : Pupitre
Elément pour fonction d’alimentation III.4.1 Transformateur électrique
Un transformateur électrique est une machine électrique permettant de modifier les valeurs de tension et d’intensité du courant délivrées par une source d’énergie électrique alternative, en un système de tensions et de courant de valeurs différentes, mais de même fréquence et de même forme.
Figure I- 25 : Transformateur électrique
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Constitution:
Un transformateur est constitué de deux bobines de fil de cuivre isolé montées sur une armature en fer. La bobine d'entrée est appelée primaire, celle de sortie, secondaire. Les deux bobines sont indépendantes. Il n'existe aucune liaison électrique entre elles. L'armature en fer passe à l'intérieur des bobines et se referme à l'extérieur. Elle est constituée de plaques superposées pour diminuer les pertes. Le fil de cuivre est isolé par un vernis transparent qui pourrait laisser croire que le fil est nu.
III.4.2 Bloc d’alimentation
C’est un ensemble transformateur et un redresseur de tension qui délivre une tension de référence fixée par l’utilisateur. Il peut être à entrer monophasée, biphasée ou triphasée et il sert surtout à alimenter l’automate, les capteurs et les actionneurs en 24V.
Figure I- 26 : Bloc d’alimentation Elément pour fonction de détection
Un capteur est un organe de prélèvement d’informations qui élabore à partir d’une grandeur physique (Information entrante) une autre grandeur physique de nature différente (Information sortante : très souvent électrique). Cette grandeur, représentative de la grandeur prélevée est utilisable à des fins de mesure ou de commande.
Dans la très grande majorité des cas, les signaux issus d'un capteur seront électriques, ce qui veut dire qu'ils peuvent être des tensions comme des courants.
Il peut y avoir trois types de signaux de sortie différents :
Signal binaire
Signal analogique
Signal numérique.
25 III.5.1 Les capteurs TOR (Tout Ou Rien)
Les capteurs Tout ou Rien (TOR) délivrent une information binaire à la partie commande et l'information adopte l'état 0 ou l'état 1. Chaque état possède une signification dans le contexte du système.
On distingue essentiellement les capteurs de type mécanique et ceux de proximité (cellules, inductifs ou capacitifs). [11]
Les capteurs mécaniques [11]
L’objet à détecter touche physiquement l’élément mobile du capteur. Le contact ouvre ou ferme le circuit d'information. Un contact est dit "sec" s'il est libre de potentiel : le potentiel est donné par la partie opérative.
Figure I- 27 : Les capteurs mécaniques
Les capteurs inductifs [11]
La détection se fait sans contact. Un circuit électronique à effet inductif transforme une perturbation magnétique due à la présence de l’objet en commande d'ouverture ou de fermeture statique (par transistor) du circuit d'information. La face sensible crée un champ magnétique local. Lorsque l'objet pénètre dans le champ magnétique, l'oscillateur se met en route et la sortie est activée.
Figure I- 28 : Principe de fonctionnement d’un capteur inductif
26 Les capteurs capacitifs [11]
La détection se fait sans contact. Un circuit électronique à effet capacitif transforme une perturbation électrique due à la présence de l’objet en commande d'ouverture ou de fermeture statique (par transistor) du circuit d'information. La face sensible crée un champ électrique local. Lorsque l'objet pénètre dans le champ électrique, l'oscillateur se met en route et la sortie est activée.
Les cellules photoélectriques [11]
La cellule en barrageLes cellules en barrage sont composées d'un émetteur et d'un récepteur séparés.
L'émetteur envoie le faisceau vers le récepteur. Le faisceau est coupé par l'objet à détecter. La distance de détection peut atteindre 30 m.
Figure I- 29 : Système barrage
La cellule reflex
Les cellules reflex sont composées d'un émetteur/récepteur (dans le même boîtier) et d'un catadioptre (réflecteur). L'émetteur envoie le faisceau qui revient vers le récepteur après s'être réfléchi sur le catadioptre. L'objet à détecter coupe le faisceau. Si l'objet à détecter est réfléchissant, il convient d'utiliser un système reflex polarisé : le récepteur n'est pas sensible à la lumière renvoyée par l'objet. La distance de détection est 2 à 3 fois inférieure au système en barrage.
Figure I- 30 : Système réflex
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La détection par proximité
Cellules à détection par proximité sont dotées d'un émetteur qui envoie le faisceau. Celui- ci se réfléchit directement sur l'objet à détecter lui-même avant de retourner au récepteur.
L’objet doit être réfléchissant et guidé. C’est un système avec effacement de l'arrière-plan où la détection est focalisée (par réglage avec un potentiomètre) en un point précis, évitant ainsi la détection de l'arrière-plan. La distance de détection (assez faible) et son efficacité dépendent de la couleur et de la taille de l'objet à détecter.
Figure I- 31 : Système de proximité
Détecteurs à fibres optique
Ce sont des détecteurs photo-électriques constitués d’un émetteur et d’un récepteur déportés pas un rapport au point de détection. Les rayons lumineux sont véhiculés pas des fibres optiques dont le cœur est en plastique ou en verre. Ils permettent de détecter des pièces de très faibles dimensions ou lorsque l’accessibilité à la zone de contrôle est problématique. Ils peuvent être utilisés en barrage ou en proximité. Le diamètre des fibres optiques étant faible (de l’ordre de 2 mm), la portée sera réduite : 20 mm en proximité et 300 mm en barrage.
Figure I- 32 : Détecteurs à fibres optique
III.5.2 Les capteurs analogiques
Les capteurs analogiques servent à transformer une grandeur physique en un autre type de variation d’impédance, de capacité, d'inductance ou de tension. Un signal est dit analogique si l’amplitude de la grandeur physique qu’il représente peut prendre une infinité de valeurs dans un intervalle donné. [12]
28 Sonde de température PT100
Les sondes de température PT100 sont des dispositifs permettant de transformer l’effet du réchauffement ou du refroidissement sur leurs composants en signal électrique.
Les sondes platine PT100 appelées, également, sondes à résistance ou sondes thermoélectriques, sont constituées d’un élément sensible en platine, dont la valeur ohmique varie en fonction de la température. Une comparaison entre la valeur ohmique de l'élément en platine et le courant alimentant la sonde, est faite par l’appareil de mesure. [13]
Figure I- 33 : Sonde de niveau analogique
Sonde de niveau
Les sondes de niveau analogiques sont destinées à la mesure continue de niveau sur les liquides et pates dans l’industrie chimique, pharmaceutique et alimentaire, ainsi que dans le domaine de l’eau et des eaux usées, en association avec un transmetteur approprié, elles peuvent être utilisées pour :
Déterminer le niveau, le volume, la pression différentielle, le poids et la densité.
Commander des contacts de seuil.
Intégrer le pont de mesure dans des systèmes d’automatisation.
Figure I- 34 : Sonde de niveau analogique
Capteur de pression
Un capteur de pression est un dispositif destiné à convertir les variations de pression en variations de tension électrique.
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Figure I- 35 : Capteur de pression
Débitmètre
Un débitmètre est un instrument utilisé pour mesurer le débit linéaire, non linéaire, massique ou volumétrique d'un liquide ou d'un gaz.
Figure I- 36 : Débitmètre
Conductivimétre
Un Conductivimétre, ou conductimètre, est un appareil permettant de mesurer une propriété de conductivité. Il mesure la conductivité électrique d'une solution. Cet appareil est composé d'un générateur basse fréquence (courant alternatif), d'un ampèremètre et d'un voltmètre.
Figure I- 37 : Conductivimétre
30 III.5.3 Les capteurs numériques
Les capteurs numériques donnent en sortie une valeur finie. Par exemple, si une grandeur physique croît de manière linéaire, la sortie du capteur la mesurant donnera soit une information du type “ TOR ” (Tout Ou Rien), un train d’impulsion ou un échantillonnage.
Codeurs rotatifs
Les codeurs rotatifs sont des capteurs de position angulaire. Le disque du codeur est solidaire de l'arbre tournant du système à contrôler. Il existe deux types de codeurs rotatifs, les codeurs incrémentaux et les codeurs absolus.
Figure I- 38 : Codeur rotatif
Codeur rotatif incrémental
La périphérie du disque du codeur est divisée en plusieurs fentes régulièrement réparties. Un faisceau lumineux se trouve derrière ces fentes dirigé vers une diode photosensible. Chaque fois que le faisceau est coupé, le capteur envoie un signal qui permet de connaître la variation de position de l'arbre. Pour connaître le sens de rotation du codeur, on utilise un deuxième faisceau lumineux qui sera décalé par rapport au premier. Le premier faisceau qui enverra son signal indiquera aussi le sens de rotation du codeur.
Codeur rotatif absolu
Le disque possède un grand nombre de pistes et chaque piste est munie d'une diode émettrice d'un faisceau lumineux et d'une diode photosensible. La piste centrale est la piste principale et elle détermine dans quel demi-tour la lecture est effectuée. La piste suivante détermine dans quel quart de tour on se situe, la suivante le huitième de tour etc. Plus il y aura de pistes plus la lecture angulaire sera précise. Il existe des codeurs absolus simples tours qui permettent de connaître une position sur un tour et les codeurs absolus multi tours qui permettent de connaître en plus le nombre de tours effectués.
31 Elément pour fonction d’actionneur III.6.1 Pompe
C’est un appareil servant à déplacer de l'air ou du liquide, d'un endroit vers un autre. La pompe fonctionne selon un système de succion qui permet soit d'aspirer, soit de repousser le liquide.
On compte divers modèles de pompe, la pompe à pistons, la pompe à turbine. Elles servent à divers emplois: pompe à eau, pompe à essence, pompe à béton, pompe à air...etc.
Figure I- 39 : Pompe
III.6.2 Les pompes doseuse intelligentes
Les pompes doseuses intelligentes sont conçues pour des dosages de plus en plus complexes.
Ils facilitent le travail des utilisateurs en maintenant les processus d'exécution de manière précise, fiable et rentable
Figure I- 40 : Pompe doseuse intelligente
III.6.3 Électrovanne
Une électrovanne est une vanne commandée électriquement où grâce à cet organe il est possible d’agir sur le débit d’un fluide dans un circuit par un signal électrique.
Il existe deux types d’électrovanne
Electrovanne tout ou rien :
Les électrovannes dites tout ou rien ont deux états possible
Entièrement ouverte
32
Entièrement fermée
Electrovanne modulante :
L’électrovanne modulante s’adapte de manière souple à la demande
Figure I- 41 : Electrovanne
III.6.4 Les moteurs asynchrones
Le moteur asynchrone triphasé est largement utilisé dans l'industrie, sa simplicité de construction en a fait un matériel très fiable et qui demande peu d'entretien. Il est constitué d'une partie fixe, le stator qui comporte le bobinage, et d'une partie rotative, le rotor qui est bobiné ou en cage d'écureuil. Les circuits magnétiques du rotor et du stator sont constitués d'un empilage de fines tôles métalliques pour éviter la circulation de courants de Foucault.
Figure I- 42 : Moteur asynchrone
Description des organes de traitement de l’air III.7.1 L’unité F.R.L
Le filtre, le régulateur, le manomètre et le lubrificateur s’associent pour former un groupe de conditionnement ou de traitement d’air qui est considéré comme un réseau de distribution d’air comprimé et traité dans le but d’assurer une meilleur fiabilité des récepteurs pneumatique.
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Figure I- 43 : Unité F.R.L III.7.2 Les filtres [7]
Comme son nom l’indique, un filtre est là pour filtrer. En effet il permet de retenir la pollution avant qu’elle entre dans le circuit. Il permet ainsi d’éviter une usure prématurée des différents composants de l’installation.
Figure I- 44 : Filtre
III.7.3 Les régulateurs de pression
Les régulateurs de pression, appelés aussi détendeurs, permettent de garantir une pression de travail (pression du secondaire) aussi régulière que possible tant que la pression d’alimentation (pression du primaire) est supérieur à la pression demandée. Le réglage de la pression se fait manuellement à l’aide d’une tète tournante.
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Figure I- 44 : Régulateur de pression
III.7.4 Les lubrificateurs [7]
Ils sont chargés de lubrifier l’air comprimé en injectant un brouillard d’huile dans le fluide. Ce brouillard d’huile ira se déposer sur les surfaces en mouvement des appareils pneumatiques. Il participera à leur lubrification, réduisant ainsi les forces de frottement et prévenant l’usure et la corrosion.
Figure I- 45 : Le lubrificateur III.7.5 Les manomètres [7]
Le manomètre est un appareil de mesure de pression. Les manomètres les plus courants sont à aiguilles, ils indiquent la pression relative dans un circuit : l’air comprimé agit sur un fin tube qui se déforme et provoque la déviation de l’aiguille.
Figure I- 46 : Manomètre
35 III.7.6 Les silencieux
Les silencieux sont chargés d’atténuer les bruits d’échappement de l’air comprimé. Ils peuvent être constitués soit de chicanes, soit de filtre de mousse.
Figure I- 47 : Le silencieux
Conclusion
La connaissance parfaite d’un système est une étape importante pour l’automatisation de ce dernier. Ce chapitre nous a permis de donner un aperçu de tous les éléments essentiels dans une chaîne d’automatisation. Donc nous aurons une image globale de tous ces éléments et de l'interaction entre eux et comprendre le rôle et le fonctionnement de tous les éléments utilisés dans l’automatisation d’un système.
Chapitre II Étude du
fonctionnement du
circuit CIP
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CHAPITRE II
Etude du fonctionnement du circuit CIP Introduction
Les remplisseuses aseptiques sont des machines de conditionnement utilisées en industrie, permettant de placer dans un récipient (bouteilles, sachets plastiques, flacons, etc.) tout type de contenu.
L'asepsie consiste à empêcher la contamination d'une zone ou d'une surface par des micro- organismes étrangers. Afin d’éviter ces contaminations, des installations de nettoyage et de stérilisation sont mises en place.
Dans ce chapitre, nous allons étudier le fonctionnement de l’unité Cleaning in place
« CIP » de la remplisseuse aseptique Prédis FMa70/20 K BS 13(SRFH0018)
Processus de fabrication
Figure II- 1 : Organigramme représentant la chaine de production
37 Les étapes de fabrication se divisent en trois phases :
Préparation et stockage du produit.
Pasteurisation et stockage dans un tank aseptique.
Remplissage et conditionnement.
Description des trois phases
I.1.1 Préparation et stockage du produit
Pour garantir la bonne dissolution, homogénéité, et stabilité du produit, la préparation de mélange des différents ingrédients qui constituent le produit dépend de temps et des séquences prédéfinies.
I.1.2 Pasteurisation et stockage dans un tank aseptique
Un traitement thermique est appliqué à la préparation dans un pasteurisateur tubulaire pour éliminer la flore pathogène et ordinaire. Le pasteurisateur tubulaire contient trois compartiments :
Préchauffage
Pasteurisation
Refroidissement
Figure II- 2 : Unité de pasteurisation I.1.3 Tank aseptique
Le tank aseptique est utilisé pour le stockage de produit sortant du pasteurisateur avant d’être transférer vers la remplisseuse. Ce tank est équipé d’un mélangeur qui permet d’homogénéiser le produit lors du stockage.
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Le transfert du produit du tank aseptique vers la remplisseuse est effectué grâce à l’Azote qui crée une surpression dans le tank, ce qui pousse le produit vers le tuyau relié à la remplisseuse.
Figure II- 3 : Tank aseptique I.1.4 Remplissage et conditionnent
Nous pouvons résumer le remplissage et le conditionnent comme suit : Chargement et traitement des préformes
Les préformes sont stockées dans la trémie, puis transférées en petit lot sur un convoyeur tapis vers un rouleau orienteur de cols afin de les aligner. Une ionisation est nécessaire pour éliminer la charge électrique pour libérer les particules retenues par électricité statique. La décontamination se fait par rayon ultra-violet, puis le dépoussiérage par un brouillard formé de H2O2.
Figure II- 4 : Traitement des préformes
