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Programmation de broyage a cru

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Academic year: 2022

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Texte intégral

(1)

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Direction Générale des Études Technologiques I

NSTITUT

S

UPERIEUR DES

É

TUDES

T

ECHNOLOGIQUES DE

B

IZERTE

Département de Génie Électrique

R APPORT DE

P ROJET DE F IN D ETUDES

En vue de l’obtention de : Licence Appliquée en Génie Électrique

Programmation de broyage a cru

Effectué à : Les Ciments de Bizerte

Élaboré par :

Ahmed Ben Salem (EI) Anas Sahbani (EI)

Encadré par :

Mme. Ben Chehida Sonia (ISET de Bizerte) Mr. Toumi Mahjoub (CB)

Soutenu le 12/06/2017 Devant la commission composée de : Président : Mme Douiri Fedia

Rapporteur : Mme Masmoudi Souhir Membre : Mme Khaterchi Manel

Référence

Dép. Génie Électrique A.U 2016-2017

(2)

Dédicace

Ce modeste projet est dédiéà ma mère Mabrouka, mon père Farhat, ma petite sœur Abir

À madame Samia, professeure de lycée et tous mes professeurs et amis qui ont contribué à m'aider.

Un sincère merci à mon meilleur ami, mon binôme Ahmed.

J’vous offre mes remerciements les plus cordiaux.

Anas

(3)

Dédicace

A mes chers parents Rachid et Hayet pour leur immense

Soutien, leur grand amour, leurs sacrifices et leurs prières,

A ma chère sœur Sabrine, A mon binôme Anas,

A tous mes amis,

A tous ceux qui m’ont aidé durant mes études ;

Je dédie ce modeste travail.

(4)

Ahmed

Remerciement

Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude àtous ceux qui ont rendu ce travail possible, pour leurencouragement, leur aide et leurs conseils précieux tout le longde ce PFE.

Nous avons tout l’honneur d’adresser nos sincèresremerciements à notre encadrant Madame Sonia BEN CHEHIDA, poursa disponibilité, la sollicitude dont elle a fait preuve et sesprécieux conseils qu’elle n’a cessé de nous prodiguer tout au longde notre travail.

Nos remerciements s’adressent également à MonsieurMahjoubTOUMI, Technicien Supérieur en Automatisme pour labienveillance avec laquelle il nous a accueillis, pour sesencouragements et pour les nombreux conseils qu’il nous adonnés.

Nous tenons aussi à exprimer nos plus vifsremerciements aux membres dujury MadameFedia DOUIRI,Madame Manel KHATERCHIet Madame Souhir MASMOUDI pour avoir accepté d’évaluer ce travail.

(5)

Finalement, il nous appartient de rendre un sincèrehommage à tous nos enseignants, amis et collègues, L’Institut Supérieur des Etudes Technologiques de Bizerte, et à toutes les personnesqui ont bien voulu contribuer par leur aide et leurs précieuxconseils au bon déroulement de ce projet.

Sommaire

Introduction générale ... 1

Chapitre 1 :Etude du cadre du projet ... 2

Introduction ... 3

1. Présentation de société ... 3

1.1. L'évolution du secteur cimentier dans le monde ... 3

1.2. Le Ciment en Tunisie ... 3

1.3. Les ciments de Bizerte... 4

1.4. Historique ... 5

1.5. Organisation de société ... 5

1.6. Description du procédé de production du ciment ... 6

1.6.1. Extraction des matières premières, concassage et pré-homogénéisation ... 6

1.6.2. Broyage du mélange cru ... 7

1.6.3. Homogénéisation de la poudre crue ... 8

1.6.4. Cuisson et clinkérisation ... 8

1.6.5. Refroidissement ... 9

1.6.6. Broyage du clinker ... 9

1.6.7. Stockage, Ensachage et Expédition ... 9

2. Système existant et cahier de charge ... 10

2.1. Système existant : ... 10

(6)

Chapitre 2 :Etude fonctionnelle et temporelle ... 13

Introduction ... 14

1. Analyse fonctionnelle ... 14

1.1. Cycle de production de la matière crue ... 14

1.2. La méthode SADT ... 16

1.3. Analyse temporelle : GRAFCET ... 18

1.3.1. Les modes ... 18

1.3.2. GRAFCET point de vue système ... 18

1.3.3. GRAFCET de démarrage ... 20

2. Choix de l’automate ... 22

2.1. Architecture matérielle des API ... 22

2.2. Critères de choix ... 23

2.2.1. Critères techniques ... 23

2.3. Choix retenue de l’automate ... 23

2.3.1. Présentation de l’automate S7300 ... 24

3. Câblage de l’automate ... 25

3.1. Câblage des entrées TOR... 26

3.2. Câblage des sorties TOR ... 26

3.3. Câblage des entrées analogiques ... 27

Conclusion ... 27

Chapitre 3:Mise en œuvre de la solution ... 28

Introduction ... 29

1. Réalisation du programme ... 29

1.1. Représentation du logiciel STEP7 professionnel ... 29

1.2. Présentation du logiciel de programmation STEP7 V5.5 ... 30

1.2.1. Différents Blocs ... 30

1.3. Elaboration du programme de commande ... 31

1.3.1. Création d’un nouveau projet et configuration matérielle ... 31

1.4. Simulation du programme élaboré ... 38

Conclusion ... 41

Chapitre 4 :Supervision de la chaine de broyage a cru ... 42

Introduction ... 43

1. Notre choix ... 43

2. Environnement du travail (WIN CC Flexible 2008) ... 43

2.1. Présentation ... 43

2.2. Utilité du logiciel... 44

3. Création de l’interface graphique de supervision ... 45

4. Présentation des vues de l’atelier de broyage a cru ... 46

4.1. Simulation sur le runtime ... 46

4.2. Vue d’accueil ... 46

4.3. Vue d’atelier de broyage... 47

4.4. Les autres vues ... 49

4.5. Vue de température ... 50

4.6. Vue d’alarmes ... 51

4.7. Vue de la courbe... 52

(7)

Conclusion ... 52

Conclusion générale ... 53

Bibliographie et Netographie ... 54

Annexes ... 57

Liste des figures

Fig1.Production par cimenterie en 2009 ... 4

Fig 2.Organigramme de la société ... 5

Fig 3. Les étapes de fabrication de ciment ... 6

Fig 4. Vue en photo du stock de la matière primaire ... 7

Fig 5. Pré-homogénéisation de matière première ... 7

Fig 6. Vue extérieure du broyeur à cru ... 8

Fig 7.Vue en photo du four rotatif ... 8

Fig 8. Broyeur à boulets. ... 9

Fig 9.Chargement des camions...10

Fig 10. Broyeur vertical du mélange cru ...15

Fig 11. filtre a manche ...15

Fig 12.bandes transporteuse ...15

Fig 13. Transporteur à vis ...16

Fig 14. Actigramme A-0 : fonction principale de l’atelier de broyage ...17

Fig 15.Actigramme A0 : fonction principale de l’atelier de broyage ...17

Fig 16. Actigramme A4 : fonction broyer la matière ...18

Fig 17.GRAFCET point vue système ...19

Fig 18. GRAFCET de démarrage ...22

Fig 19.principe de lecture et commande de l’API ...23

Fig 20.Câblage des entrées TOR d’un automate ...26

Fig 21.Câblage de sorties ...26

Fig 22. SIMATIC manager ...29

Fig 23.Simulateur S7-PLCSIM ...29

(8)

Fig 26.Vue de l’interface NETPRO ...32

Fig 27.Vue de l’interface de l’éditeur de mnémoniques ...34

Fig 28. Fenêtre principale de programme ...35

Fig 29. Bloc OB1 ...36

Fig 30. Extrait de quelques réseaux du bloc FB1 ...36

Fig 31. FC5, fonction de moteur du broyage M03 avec les entrées/sorties ...37

Fig 32.Bloc de données des animations ...37

Fig 33.Bloc de données des défauts ...38

Fig 34. Activation de la simulation ...39

Fig 35. Fichier Plc pour la gestion des entrées de l’automate ...39

Fig 36.Chargement des blocs ...40

Fig 37. Mode ‘Run’ ...40

Fig 38. Visualisation du programme...40

Fig 39. Les outils du logiciel Win CC ...43

Fig 40. Paramètre de liaison ...45

Fig 41. La vue d'accès ...46

Fig 42. Vue de supervision de l'atelier en marche ...47

Fig 43. Vue de supervision de l'atelier en défaut ...48

Fig 44. Vue de supervision de l'atelier en prêt de fonctionnement ...48

Fig 45. Vue d'alimentation ...49

Fig 46. Vue broyeur ...49

Fig 47. Vue choix de silos ...50

Fig 48. Vue de température ...50

Fig 49. Vue d’alarmes ...51

Fig 50. Les alarmes TOR ...51

Fig 51. Les alarmes analogiques...51

Fig 52. Vue des courbes ...52

(9)

Introduction générale

Introduction générale

Plusieurs installations industrielles qui ont été pilotées par des contacteurs et des relais avec un câblage figé sont devenues aujourd’hui gérées par des commandes à mémoire programmable tels que les automates programmables industriels.

L’automatisation est désormais aujourd’hui l’une des étapes principales du progrès technique,d’innovation, et de compétitivité entre les entreprises, qui visent à remplacer l’intervention humaine au maximum pour qu’elle disparaisse de plus en plus.

Ceci dit, la plupart des processus industriels sont devenus automatisés dans le but d’accroître la productivité, augmenter la sécurité et simplifier le travail humain.

Le ciment reste un produit stratégique dans le tissu économique, pour cela, l’automatisation tient une place importante dans ce domaine pour garantir une meilleure productivité et enéliminant les plus possibles toutes défaillances.

Les cimenteries qui profitent du progrès actuel sont le plus souvent automatisées, de telle façon qu’un seul opérateur est capable de gérer, superviser et conduire une chaine de production.

Pour des raisons de continuité et de fiabilité, les ciments de Bizerte ont lancé l’automatisation dans plusieurs chaines de production comme l’atelier de broyage a cru et stockage du ciment.

Dans ce contexte, il nous a été confié dans ce projet de fin d’études de réaliser un nouveau système de contrôle commande de cet atelier pour assurer la sécurité vu les défauts du système actuel.

Ce rapport s’organise autour de quatre chapitres :

 Le premier chapitre donnera une idée générale sur le contexte du travail ainsi que sur le domaine cimentier dans le monde et en Tunisie.

 Le deuxième chapitre est consacré pour l’étude fonctionnelle détaillée de l’atelier de broyage et stockage du ciment ainsi que l’étude des défauts du système existant pour répondre aucahier des charges.

 Le troisième chapitre sera dédié au développement de la solution (nouveau système de contrôle commande).

(10)

Etude du cadre du projet

Chapitre 1 :

Etude du cadre du projet

(11)

Etude du cadre du projet

Introduction

Dans ce chapitre, nous allons présenter le cadre général du travail du projet en donnant un aperçu sur le domaine cimentier dans le monde ainsi qu’en Tunisie. Nous allons nous intéresser ensuite au procédé de fabrication du ciment ainsi qu’au fonctionnement de l’atelier du broyage a cru en précisant ses composants ainsi que ses rôles.

Nous enchainons enfin par une description des systèmes de supervision existants au sein de ciment de Bizerte.

Cette étude nous permettra de réaliser une évaluation critique du système existant et poser par la suite la problématique, le cahier des charges ainsi que le plan à suivre pour le mener à bien.

1. Présentation de société

1.1.L'évolution du secteur cimentier dans le monde

L’histoire du ciment a commencé depuis l’antiquité avec les romains. Ces grands bâtisseurs ont inventé l’ancêtre du béton : un liant hydraulique naturel à base de cendre volcanique, chaux et eau.

Au cours des siècles, et vue les nouvelles exigences de la société moderne, les matériaux de construction et évidement le ciment ont été l’objet de différentes recherches et améliorations.

En effet, en 1796, Parker, en Angleterre, développa le ciment Romain en calcinant certains gisements naturels de calcaire argileux. Puis, le français Vicat, entre 1813 et 1828, fabriqua un ciment à partir d’un mélange de calcaire et argile. En 1824, Joseph Aspdin donna naissance, en Angleterre, au ciment Portland.

En 1835, Isaac Charles Johnson augmente la température de cuisson du ciment et c’est avec William Aspine, en 1838, que fut la première utilisation du ciment Portland dans les travaux de génie civile.

Ainsi depuis plus d’un siècle, le béton épouse l’évolution de notre société, sa demande ne cesse d’augmenter dans le monde. Ainsi chaque seconde dans le monde sont coulés 126000 kilos de ciment, soit 4 milliards de tonnes produit en 2013.

1.2.Le Ciment en Tunisie

En Tunisie, l’industrie du ciment date de plusieurs années. Elle bénéficie d’une répartition géographique et surtout régionale des cimenteries très avantageuses, leurs permettant une proximité des sites de gisements de matières premières mais aussi de la demande qu’elle soit

(12)

Etude du cadre du projet

Le secteur cimentier en Tunisie se compose de 9 unités de productions de ciment :

 Ciments artificiels de TUNIS (C.A.T)

 Ciments de BIZERTE (C.B.)

 Carthage Ciment (C .C)

 Ciments de GABES (C.G)

 Ciments d’OM ELKELIL (C.I.O.K)

 Ciments d’ENFIDHA (C.E)

 Ciments de JEBEL EL OUST (C.J.O.)

Société Tuniso Andalouse de Ciment Blanc (SO.T.A.CI.B) : deux unités à Feriena et Kairouan.

Figure 1: Production par cimenterie en 2009 1.3.Les ciments de Bizerte

C’est une société anonyme qui opère dans le secteur des liants depuis plus de cinquante ans, elle a été créée en 1950 dans une région dite Baire de Sabra, située à 2,5 km de Bizerte.

Actuellement, la société dispose de sept fronts d’extraction de matières premières nécessaires à la production. Elle est dotée d’un canal d’accès s’étalant sur 8000 m² qu’elle exploite pour l’exportation de ses produits.

(13)

Etude du cadre du projet

1.4.Historique

Les dates qui ont marqué de près l’histoire de « Les ciments de Bizerte » peuvent être résumées comme suit :

1950 : Création de la société « Les Ciments Portland de Bizerte ».

1953 : Démarrage de la ligne (I) de cuisson (500 tonne/jour).

1979 : Démarrage de la nouvelle ligne (II) de cuisson (2000 tonne/jour).

1990 : Année record de production de clinker (975 000 tonne/an).

2000 : Certification qualité selon le référentiel ISO 9002.

2002 : Augmentation du capital de la société de 20.000.000 DT (dinar tunisien) pour atteindre 34.780.280 DT et enclenchement d’un programme de mise à niveau.

2008 : Certification en système intégré Qualité, Environnement et Sécurité

2009 : Introduction à la bourse de 20% de son capital

2012 : Début de travaux d’extension de l’usine pour augmenter sa capacité à 4000 tonnes de clinker par jour.

1.5.Organisation de société

(14)

Etude du cadre du projet

1.6.Description du procédé de production du ciment

La société « Les Ciments de Bizerte » utilise le procédé productif à voie sèche. Ce dernier présente une particularité par rapport aux autres procédés. En fait, il permet un gain temporel et énergétique. Le processus de fabrication à voix sèche est considérable.

Figure 3: Les étapes de fabrication de ciment

1.6.1. Extraction des matières premières, concassage et pré-homogénéisation Les matières premières, en occurrence le calcaire et l’argile, sont extraites des parois rocheuses d’une carrière à ciel ouvert. Des explosifs assurent l’abattage de la roche, la matière obtenue est transportée par des engins dits dumper vers l’atelier de concassage.

Le concassage consiste à réduire les blocs de matières extraites en grains. Ces derniers seront ramenés, du concasseur, sur des transporteurs à bande de caoutchouc vers le hall de pré

(15)

Etude du cadre du projet

Figure 4: Vue en photo du stock de la matière primaire Deux tas sont placés entre deux murs en béton :

 Tas haut titre (HT) : constitué de calcaire

 Tas bas titre (BT) : constitué d’un mélange de calcaire et de marne.

Ces tas de matières vont subir le phénomène de pré-homogénéisation, afin d’avoir des matières homogènes. Cette opération est réalisée à l’aide du gratteur, qui opère perpendiculairement au tas; de telle façon, qu’il reprend toutes les couches, simultanément dans les deux parties du stock.

Figure 5: Pré-homogénéisation de matière première 1.6.2. Broyage du mélange cru

Pour produire des ciments de qualité constante, les matières premières doivent être soigneusement dosées et mélangées de façon à obtenir une composition régulière. De plus pour avoir la composition chimique voulue, il est généralement nécessaire d’affiner cette composition par des ajouts correctifs (minerai de fer dans le cas de notre société).

(16)

Etude du cadre du projet

Figure 6: Vue extérieure du broyeur a cru 1.6.3. Homogénéisation de la poudre crue

Sortant du broyeur la poudre est stockée des silos (pout la SCB, les silos S01 et S02, ayant une capacité nominale de 10 000 tonnes chacun).

L’homogénéisation de la poudre crue dans chaque silo se fait par un circuit d’air comprimé à contrecourant, celle-ci peut être introduite directement dans le four sous forme pulvérulente (dans le cas de procédure de fabrication par voie sèche, cas de SCB).

1.6.4. Cuisson et clinkérisation

La transformation de poudre crue se fait par un transfert de chaleur à contre-courant dans un four rotatif, essentiellement constitué par un tube cylindrique tournant de 1.5 à 3 tours par minute et incliné vers l’aval de 3 à 4% de tels fours ont une longueur de 30 à200 mètres et un diamètre de 2à 6 mètres « par exemple le four N° 2 des ciments de Bizerte a 178m de long et 5.5m de diamètre.

Le cru, introduit en amont du four rotatif, progresse lentement dans le four par gravité.

Au fur et à mesure de sa progression, la température s’élève jusqu’à atteindre la température maximale de 1450°C.

(17)

Etude du cadre du projet

1.6.5. Refroidissement

Un refroidissement brutal (de 1450 à 80°C) permet de figer le clinker dans l’état où il se trouve à hautes températures, la forme minéralogique acquise lors de la clinkérisation est alors conservée à températures ambiantes.

Aux ciments de Bizerte il y a deux types de refroidissement employés :

 Refroidisseur à ballonnet au four II

 Refroidisseur à grille au four I

Le refroidissement se fait en utilisant de l’air ambiant permettant de porter la température de 1450°C a environs 80°C en un temps le plus bref « 20mn pour le four w2 et 12mn pout le four w1 ».

Le clinker est stocké dans de grands silos. Il est repris au fur et à mesure des besoins.

1.6.6. Broyage du clinker

C’est le fait de réduire les grains de clinker en grains plus fin de ciment, selon une granulométrie bien déterminée, pour faciliter l’hydratation des composants et cela en présence de gypse et quelques ajouts (calcaire). Cette fonction est réalisée par le broyeur à boulets illustré par la figure 8.

Figure 8: Broyeur à boulets.

1.6.7. Stockage, Ensachage et Expédition

Après broyage le ciment est stocké dans des silos par type. L’ensachage est assuré par quatre ensacheuses de capacité totale de 4500 sac par heure.

Après les diverses étapes de contrôle de la qualité du ciment ce dernier est expédié vers les lieux d’utilisation soit après ensachage en sacs de 50Kg soit en conteneurs ou bien en vrac par camions.

(18)

Etude du cadre du projet

Figure 9: Chargement des camions 2. Système existant et cahier de charge

2.1.Système existant :

La supervision de l’atelier du broyage s’effectue actuellement par le logiciel PCS7 installépar la société POLYSUS en 2014. Il s’agit en fait d’un produit de Siemens qui compte parmi les premiers systèmes de contrôle de procédés sur le marché international et qui offre le potentiel nécessaire à la réalisation de solutions innovantes à la hauteur des exigences de l'industrie de procès grâce à sa diversité fonctionnelle, sa flexibilité et ses performances.

Cette installation a apporté des avantages pour le fonctionnement de l’atelier.

Néanmoins, le système de contrôle commande existant présente plusieurs inconvénients qui se découlent essentiellement de :

 Problèmes logistiques :

Le personnel n’est pas encore apte à manipuler PCS7 vue la manque de formation. Une panne exige alors l’intervention des ingénieurs étrangers de la part de POLYSUS puisque le personnel n’est pas bien capable d’apporter des modifications sur le programme en cas de besoin. Ce qui peut augmenter considérablement le coût de la maintenance.

 L’interface existante

Il s’agit d’une interface de supervision uniquement, il manque de la gestion de modelocalet central.En fait nous devons ajouter un mode maintenance (Local avec verrouillage) en plus suite à la supervision de programmation à l’aide de l’outil WINCC flexible nous devons gérer les alarmes (côté sécurité système).

 L’atelier est actuellement semi automatisé :

Le processus de stockage du produit fini dans des silos selon son type n’est pas encore automatisé, ceci dit, l’opérateur choisit un silo manuellement sur terrain en utilisant des boutons. Ce qui peut mener à des défaillances en termes du temps et du coût.

(19)

Etude du cadre du projet

 Problèmes au niveau du contrôle de la température:

Le contrôle de la température des paliers s’effectue manuellement, ce qui mène à l’exploitation des valeurs non exactes.

Ces difficultés peuvent affecter directement la productivité des Ciments de Bizerte. Après réflexion, il a fallu trouver une solution rapide pour ce problème. La société possède dans son magasin un stock de matériels non utilisé : des automates industriels et des appareillages électriques qui peuvent être bien exploitée en vue d’améliorer le fonctionnement de ses ateliers.

D’où la proposition d’élaborer un nouvel outil performant qui peut être utilisé comme moyen de sécurité dans le cas d’une panne affectant le système de contrôle commande actuel en utilisant une autre automate et un langage compréhensible qui peut aider facilement les techniciens chargés de la maintenance sans être obligés à demander l’aide des ingénieurs étrangers.

2.2.Cahier des charges :

Nous nous intéressons à la réalisation d’un nouveau système de contrôle commande répondant à toutes les exigences en termes de supervision. Ce système permettra alors d’effectuer un switching vers une solution alternative en cas de défaut pour assurer la continuité de la production.

Pour atteindre cet objectif, un cahier des charges a été élaboré :

Nous avons choisi alors de suivre la méthodologie à quatre étapes suivantes :

1. L’étude du système existant : à travers la description détaillée du fonctionnement de l’atelier concasseur ainsi que l’identification de toutes les entrées/sorties.

2. Spécification des besoins : à travers une analyse fonctionnelle bien précise et claire afin de faciliter la programmation par la suite.

3. Choix d’un automate à être programmée selon les exigences de la société.

4. Etude et conception de la nouvelle solution basée sur un système numérique (automate programmable industriel après son choix judicieux) et la configuration de l’unité de supervision pour la conduite de l’atelier de broyage du ciment.

5. Programmation et test.

(20)

Etude du cadre du projet

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons donné une présentation du cadre de travail du projet, encommençant par un aperçu sur le domaine cimentier puis en élaborant une description détaillée du processus de fabrication du ciment suivie d’une idée générale sur les systèmes de contrôle commande pour terminer avec les limites du système existant et l’élaboration du cahier des charges.

(21)

Etude fonctionnelle et temporelle

Chapitre 2 :

Etude fonctionnelle et temporelle

(22)

Etude fonctionnelle et temporelle

Introduction

Suite au choix de la société « Les Ciments de Bizerte » de mettre àniveau son système semi - automatisé au sein de l’atelier de broyage a cru, nous allons utiliser comme méthode de conception SADT. Cela nous permettra de détailler l’ensemble de l’atelier en vue de faciliter la programmation. Suite à l’analyse fonctionnelle, nous allons lister lors de ce chapitre les besoins pour l’ensemble de l’installation en nombre d’entrées et de sorties en indiquant leur types ce qui nous permettra en second lieu de choisir l’automate adéquat satisfaisant ses besoins.

Vu les recommandations stratégiques de la société qui opte pour l’utilisation des automates SIEMENS, nous allons présenter différentes familles et choisir un qui sera utilisé pour la suite de notre travail.

1. Analyse fonctionnelle

En vue de réussir la réalisation de ce projet, nous avons procédé à uneanalyse fonctionnelle qui décrit le fonctionnement de l’ensemble duprocédé.

1.1.Cycle de production de la matière crue

 Etape 1 : Alimentation en matière première

La matière première sera stockée dans un hall où il se trouve quatre zones : deux hauts titres et deux bas titres.

L’extraction du haut titre et du bas titre est faite par deux gratteurs et transportée par des bandes jusqu'aux trémies qui seront pesées pour le démarrage du circuit du stockage.

Pour le minerai de fer, le transport se fait par trax et des bandes transporteuses jusqu'à la trémie minerai de fer.

 Etape 2 : Alimentation du broyeur

L’alimentation du broyeur se fait par une trainasse (A02) et 3 bandes (B01, A01, D01 et une lamelle D02).

 Etape 3 : Alimentation en gaz chaud

Pour que la matière soit cassant e, il faut que le broyeur a cru soit chaud. Le gaz chaud est attiré du four par un ventilateur V03.

 Etape 4 : Broyage de la matière

La matière sera répartie sur l’assiette où elle sera broyée par 3 galets fixesmais libres en rotation d’après le moteur M03, ensuiteelle traverse le séparateur S07 qui va séparer la matière fine des grandes particules qui seront passées par les bandes refus RX1 et RX2.

(23)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 10: Broyeur vertical du mélange cru

 Etape 5 : Filtrage de la matière

Le produit final traverse le filtreà manche P21 capable de séparer la matière du gaz ainsi ce dernier sera dégagé à l’extérieur par un ventilateur d’extraction V02 et la matière va passer vers le vis qui la transportera vers les silos par l’intermédiaire des bandes de transporteuse U08, U07 et U06 et des vis transporteuse U01, U02, U03 et U04.

Figure 11: filtre a manche

Figure 12: bandes transporteuse

(24)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 13: Transporteur à vis

 Etape 6 : Stockage de la matière

La matière sera stockée par deux silos avant le stockage de la matière il traverse les deux sasses de homogénéisations S01 et S02.

1.2.La méthode SADT

L'acronymeS.A.D.T signifier :System Analysis and Design Technic. Cette méthode a été mise au point par la société Softech aux Etats Unis. Laméthode SADT est une méthode d'analyse par niveaux successifs d'approche descriptive d'un ensemble quel qu'il soit. Nous pouvons appliquer le SADT à la gestion d'une entreprise tout comme à un système automatisé.

 Le SADT va permettre d'aider à la gestion d'un projet. Par son rôle d'analyse, il sera possible de l'utiliser à tous niveaux de la conception du SA au codage (programmation du système automatisé).

 Le SADT est avant tout un langage de communication. Cette communication se fait à différents niveaux. Au niveau de l'élaboration du projet tout d'abord en permettant par son formalisme à chacun de participer, ensuite lors d'explications à des intervenants extérieur eus son formalisme permet à chacun d'appréhender le SA (Système Automatisé).

La fonction principale de l’atelier illustrée par la figure consiste au broyage du calcaire, marne et minerai de fer: Cette fonction réalisée par un broyeur à galets nécessite, du gaz chaud ainsi qu’un ensemble de contrôles tels que l’énergie électrique(w), l’exploitation(E) et l’ordre de mise en marche et les consignes depuis l’interface Homme/Machine, et des réglages des paramètres (R).

C R W E

(25)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 14:Actigramme A-0 : fonction principale de l’atelier de broyage

Afin de mieux assimiler son fonctionnement, l’atelier de broyage a été subdivisé en cinq fonctions principales : Communiquer avec le système, gérer le système, transférer l’énergie,

broyer les mélanges cruset finalement détecter les positions, les niveaux et mesurer les températures. La notion de groupe facilite l’organisation de la séquence marche, la programmation et surtout la supervision pour l’opérateur puisqu’elle clarifie la gestion des alarmes et la détermination des défauts du processus.

Figure 15:Actigramme A0 : fonction principale de l’atelier de broyage

(26)

Etude fonctionnelle et temporelle

 Transporter la matière vers le broyeur

 Alimenter le broyeur par le gaz chaud

 Broyer et séparer la matière dans le broyeur

 Homogénéisation

 Filtrer la matière

 Transporter la matière vers le silo

 Stocker la matière

Figure 16 :Actigramme A4 : fonction broyer la matière 1.3.Analyse temporelle : GRAFCET

1.3.1. Les modes

Nous allons dresser le GRAFCET relatif au mode central.

Les autres modes seront traités directement à partir de l’interface. En effet pour le mode local, il suffit d’activer par un clic l’unité à choisir. Quant au mode maintenance, permet à figer le fonctionnement en cours c’est-à-dire local avec verrouillage.

1.3.2. GRAFCET point de vue système

Le programme principal proposé (figure n°17) décrit le fonctionnement de tout l’atelier et permetde gérer les transitions entre les étapes.

(27)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 17: GRAFCET point vue système 1

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5

6

8 7

Stocker la matière

Matière stockée

Transporter la matière vers le broyeur

Matière au niveau de broyeur

Alimenter le broyeur avec le gaz chaud

Broyeur prêt

Broyer la matière

Matière broyée

Séparer la matière fine du grand

Matière fine

Homogénéisation

Matière non filtrée

Filtrer la matière

Matière filtrée

Doser la matière

Matière dosée

9

Transporter la matière vers les silos

Matière au niveau des silos

0 Attente

Mise en marche

(28)

Etude fonctionnelle et temporelle

1.3.3. GRAFCET de démarrage

La modélisation par grafcet du démarrage de l’atelier de broyeur a. cru est illustrée par la figure ci-dessus. Il représente l’acheminement séquentiel du démarrage de l’atelier. Ce dernier, est effectué dans le sens contraire du cycle de production (voir annexe 1).

V02=1

U04=1 U03=1

« Attente » 𝐸𝑡𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙

𝐶𝐸𝑁𝑇. 𝐴𝑈𝑉02. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑉02. 𝑅𝑀𝑉02. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑉02. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑉02. 𝑐𝑜𝑚𝑎𝑛𝑑𝑒 𝑚𝑎𝑟𝑐ℎ𝑒

𝑆𝐸𝑇1. 𝐴𝑈𝑈04. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈04. 𝑅𝑀𝑈04. 𝑁𝐼𝑉𝑀𝐴𝑋𝑆𝐼𝐿𝑂1. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈04 . 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈04

𝑆𝐸𝑇2. 𝐴𝑈𝑈03. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈03. 𝑅𝑀𝑈03. 𝑁𝐼𝑉𝑀𝐴𝑋𝑆𝐼𝐿𝑂2. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈03. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈03

𝑡/𝑋2/6𝑆 𝑡/𝑋3/6𝑆

𝐴𝑈𝑈02. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈02. 𝑅𝑀𝑈02. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈01. 𝐴𝑈𝑈01. 𝑅𝑀𝑈02. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈01. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈02 . 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈02. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈01

U01=1 U02=1

U08=1

U07=1

U06=1

𝐴𝑈𝑈08. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈08. 𝑅𝑀𝑈08. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝑈08. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝑈08. 𝐶𝑅𝑈08. 𝑉𝐴𝑅8. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈08

𝐴𝑈𝑈07. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈07. 𝑅𝑀𝑈07. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝑈07. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝑈07. 𝐶𝑅𝑈07. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈07. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈07

𝐴𝑈𝑈06. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑈06. 𝑅𝑀𝑈06. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝑈06. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝑈06. 𝐶𝑅𝑈06. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑈06. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑈06

(29)

Etude fonctionnelle et temporelle

P21=1

V01=1

F01=1

S01=1

VX1 VX2 VX3 VX4 VX5 VX6

S02=1

𝐴𝑈𝑃21. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑃21. 𝑅𝑀𝑃21. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇.𝑃21. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑃21

𝐴𝑈𝑉𝑋𝑛. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑉𝑋𝑛. 𝑅𝑀𝑉𝑋𝑛. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑉𝑋𝑛. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑉𝑋𝑛

𝐴𝑈𝑉01. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑉01. 𝑅𝑀𝑉01. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑉01. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑉01

𝐴𝑈𝐹01. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝐹01. 𝑅𝑀𝐹01. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝐹01. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝐹01

𝐴𝑈𝑆01. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑆01. 𝑅𝑀𝑆01. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑆01 . 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑆01

V03=1

RX1=1

RX2=1

S07=1

𝐴𝑈𝑉03. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑉03. 𝑅𝑀𝑉03. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑉03 . 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑉03

𝐴𝑈𝑆07. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑆07. 𝑅𝑀𝑆07. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑆07. 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋

𝑆𝐸𝑃𝑆07< 90 . 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑆07 𝐴𝑈𝑅𝑋2. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑅𝑋2. 𝑅𝑀𝑅𝑋2. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑅𝑋2. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝑅𝑋2. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝑅𝑋2. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑅𝑋2

𝐴𝑈𝑅𝑋1. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝑅𝑋1. 𝑅𝑀𝑅𝑋1. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝑅𝑋1. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝑅𝑋1. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝑅𝑋1. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝑅𝑋1

(30)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 18:GRAFCET de démarrage

 𝐸𝑡𝑎𝑡 𝑖𝑛𝑖𝑡𝑖𝑎𝑙 : Revient à désactiver initialement toutes les unités :

V02=0 ; U04=0 ; U03=0 ; U01=0 ; U02=0 ; U08=0 ; U07 ; U06 =0 ; P21=0 ; VX1=0, VX2=0, VX3=0, VX4=0, VX5=0, VX6=0 ; V01=0 ; F01=0 ; S01=0, S02=0 ; V03=0 ; RX1=0 ; RX2=0 ; S07=0 ; M03=0 ; A02=0 ; D01=0, A01=0, B01=0 ; D02=0.

 VXn :VX1 jusqu’à VX6.

𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒: D01, A01 et B01.

𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐼𝑁𝑁𝐼𝑉: c’est le niveau de minerai de fer, bas titre et haut titre.

2. Choix de l’automate

2.1.Architecture matérielle des API

Un automate programmable industriel se présente sous la forme d’un ou plusieurs profilés supports (racks) dans lesquels viennent s’enficher les différents modules fonctionnels :

 L’alimentation 110/220 VCA ou 24 VCC

 L’unité centrale de traitement à base de microprocesseur,

 Des cartes d’entrées/sorties logiques (TOR),

 Des cartes d’entrées/sorties analogiques (ANA),

 Des cartes de comptage rapide,

 Des cartes de communication (CP),

𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑈< 90 . 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑉< 90 . 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑊< 90 . 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑃𝑈𝐴< 115. 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑃𝑈𝐵< 115 . 𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐴𝑋𝑅𝐸𝐷< 80

M03 =1

A02 =1

D02 =1

D01 =1 A01 =1 B01 =1

𝐴𝑈𝐴02. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝐴02. 𝑅𝑀𝐴02. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝐴02. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝐴02. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝐴02. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝐴02

𝐴𝑈𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝑅𝑀𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝐵𝑎𝑛𝑑𝑒.𝑇𝐸𝑀𝑃𝑀𝐼𝑁𝑁𝐼𝑉

𝐴𝑈𝐷02. 𝐷𝐼𝑆𝐽𝐷02. 𝑅𝑀𝐷02. 𝑉𝐴𝑅𝑃𝑅𝐸𝑇𝐷02. 𝐷𝐸𝐵𝑇𝐸𝑇𝐸𝐷02. 𝐷𝐸𝐵𝑃𝐼𝐸𝐷𝐷02. 𝐴𝑢𝑡𝑜𝑟𝑖𝑠𝑒𝑟𝐷02

𝑡/𝑋22/6𝑆

(31)

Etude fonctionnelle et temporelle

Figure 19: principe de lecture et commande de l’API 2.2.Critères de choix

Lors de cette étape, nous avons passé à la déclaration des besoins du système en nombre d’entrées/ sorties afin de pouvoir choisir l’automate le plus adapté.

2.2.1. Critères techniques

Lors de l’étude des documents qui nous ont été fournis, nous avons classé les entrées et les sorties en trois groupes :

 Entrées Tout ou Rien (TOR) : Ce sont des capteurs tout ou rien ou les boutons et commutateur, leurs signaux de sortie sont soit à 0 soit à 1. Nous citons par exemple les capteurs de détection, des capteurs inductifs, des fins de course etc.

 Entrées Analogiques : Ce sont des capteurs dotés de convertisseurs qui transforment les grandeurs physiques en mesure électrique (4 à 20 mA). Nous citons par exemple des capteurs de températures, de vibration etc. Ils fournissent au système une mesure analogique exacte en temps réel. Ils nécessitent un traitement supplémentaire lors de la programmation qui consiste à la mise à l’échelle de la mesure obtenue.

 Sortie Tout ou Rien (TOR) : Ce sont les sorties de commandes des moteurs, des ventilateurs, des bandes etc.

En conclusion, notre application nécessite 231 entrées de type TOR, 15 entrées analogiques et 56 sorties de type TOR.Sur la base de ce nombre d’entrées et de sorties et la taille du programme nous allons choisir l’automate approprié de la famille Siemens

2.3.Choix retenue de l’automate

Vu le choix de la société qui s’est porté sur l’utilisation des automates Siemens, 3 références

(32)

Etude fonctionnelle et temporelle

Tableau 1: comparaison des caractéristiques d’automate siemens

Critère\Automate S7 200 S7 300 S7 400

Description Microcontrôleurs modulaires pour les

fonctions d’automatisation d’entrée de gamme

Contrôleurs modulaire pour solutions système dans l’automatisation

manufacturière d’entrée et de moyenne gamme

Contrôleurs modulaire pour solutions système dans l’automatisation

manufacturière et de processus de moyenne et haute

gamme

Plage d’adresse des E/S,max

128/120TOR,30/ 15 analogique

8192/8192 octets 16384/16384 octets

Temps d’exécution d’opérations sur

bits, min

0.22µs 0.01µs (CPU 319) 0.018µs (CPU 417)

Mémoire de travail, max

Programme 24 Ko, données 10 Ko

1400Ko (CPU 319) 30Mo (CPU 319)

Décision Non retenu Retenu Non retenu

Vu le nombre d’entrées et de sorties de l’ensemble de l’atelier, nous remarquons que l’automate S7 200 ne peut pas satisfaire les besoins du projet, contrairement aux deux autres automates. Mais vu le prix élevé du S7 400, le choix s’est porté sur l’automate S7 300.

2.3.1. Présentation de l’automate S7300

(33)

Etude fonctionnelle et temporelle

Tableau 2 : Comparaison des CPU de l'automate S7300

Vu le nombre d’entrées et de sorties, le nombre des temporisateurs et des compteurs, le temps d’exécution, l’utilisation de la communication avec un pupitre opérateur ainsi que le besoin de l’entreprise pour une extension ultérieure, le choix du processeur s’est porté sur CPU 315- 2DP.

3. Câblage de l’automate

Cette partie est réservée pour mettre en contact les entrées et les sorties TOR du système traité aussi les entrées analogiques pour cela nous avons besoin des cartes d’E/S.

CPU CPU 312 CPU 313 CPU 314 CPU 315C -2DP

Mémoire Intégrée:

20 Ko RAM 20 ko EPROM Extensible : non

Intégrée:

20 Ko Extensible : 512 Ko

Intégrée:

40 Ko RAM 40 Ko EPROM Extensible : non

Mémoire de travail:

48 Ko RAM 64 Ko ROM 96Ko Extensible : 512Ko Temps de

traitement

Opération sur bit : 0.2μs Opération sur mot : 0.4μs Opération sur nombre entier : 5μs

Opération sur nombre à virgule flottante : 6μs

Opération sur bit : 0.1μs Opération sur mot : 0.2μs Opération sur nombre entier : 2μs

Opération sur nombre àvirgule flottante : 3μs

Opération sur bit : 0.1μs

Opération sur mot : 0.2μs Opération sur nombre entier : 2μs

Opération sur nombre à virgule flottante : 3μs

Opération sur bit : 0.1μs

Opération sur mot : 0.2μs Opération sur nombre entier : 2μs

Opération sur Nombre à virgule flottante : 3μs

Entrées/Sorties TOR

265 1024 1024 1200

Entrées/

Sorties analogiques

64 256 256 256

Compteurs et Temporisations

Compteurs 128 Temporisateurs 128

256 256

256 256

256 256

Blocs OB : 12

FB : 1024 FC : 1024

OB : 12 FB : 1024 FC : 1024

OB : 12 FB : 1024 FC : 1024

OB : 14 FB : 2048 FC : 2048 Conclusion Non retenue Non retenue Non retenue Retenue

(34)

Etude fonctionnelle et temporelle

3.1.Câblage des entrées TOR

Le principe du câblage des entrées TOR est très simple, il est définipar alimenter tout d’abord l’automate avec une tension de 0V et 24V puis lier les entrées disponibles avec des contacteurs comme le présente la figure n°20.

Figure 20:Câblage des entrées TOR d’un automate 3.2.Câblage des sorties TOR

La figure n°21nous identifie comment la carte de sortie est câblée. Chaque sortie est liée à une résistance thermomagnétique.

Figure 21: Câblage de sorties 24 V

E1.3 E1.4

E1.6 E1.5

E1.7 E2.0 E2.3 E2.4

24 V 0 V

A01 DISJ A01 AU A01 DBEP

A01 RM A01 DEBT

A01 CR

A01 AUTO A01 VRP

CPU 315-2DP

A1.0 A1.1 A1.2 A1.3 A1.4

CM A01 CM A01

R

CPU 315-2DP R

(35)

Etude fonctionnelle et temporelle

3.3.Câblage des entrées analogiques

Le câblage des entrées analogiques est un petit peu différent que le câblage des entrées TOR.

Conclusion

Ce chapitre résume la démarche que nous avons suit lors de l’automatisation de l’atelier de broyage a cru.

En premier lieu, nous avons entamé la partie de l’analyse fonctionnelle par l’utilisation de la méthode SADT, pour passer ensuite à l’illustration du câblage de l’automate.

Une explication plus détaillée de cette dernière tâche sera traitée dans le chapitre suivant.

(36)

Mise en œuvre de la solution

Chapitre 3:

Mise en œuvre de la solution

(37)

Mise en œuvre de la solution

Introduction

Nous nous intéressons dans ce chapitre à développer le nouveau système de contrôle commande de l’atelier du broyage après avoir déterminé les spécifications fonctionnelles et techniques, Pour ce faire, nous commençons par donner une idée sur l’architecture des automates, ensuite nous commençons l’établissement du nouveau système, pour ce faire, nous passons par la programmation de l’automate sous Step7.

1. Réalisation du programme

1.1. Représentation du logiciel STEP7 professionnel

Dans cette partie du chapitre, nous allons décrire l’outil de la programmation du broyeur à cru. Pour la réalisation du projet nous avons intérêt à utiliser le logiciel STEP7.

Le STEP7 fait partie de l’industrie logiciel SIMATIC. Il représente l’outil de base pour la configuration et la programmation, ainsi le test et la maintenance des systèmes d’automatisation à base d’automate S7-300. Il intègre aussi différents outils pour faciliter le travail, tels que :

 Une interface utilisateur SIMATIC manager commune à tous les outils logiciels intégrés et optionnels.

Figure 22: SIMATIC manager

 Nous allons traverseraussi différentes langage de programmation tel que : graphe séquentiel S7-GRAPH, langage structuré S7-SCL, schéma à contact, listes d’instructions etc.

 S7-PLCSIM : c’est un logiciel de simulation qui permet de tester le programme sans disposer d’un automate réel.

Figure 23: Simulateur S7-PLCSIM

(38)

Mise en œuvre de la solution

Pour la réalisation de notre projet nous avons intérêt à adopter le langage à contact qui est un langage très proche du schéma électrique.

1.2. Présentation du logiciel de programmation STEP7 V5.5

Après avoir choisi l’automate ainsi que le CPU, nous sommes passés à la partie de la programmation. Nous avons utilisé le logiciel STEP7 V5.5 qui représente le logiciel de base pour la configuration et la programmation des systèmes automatisés SIMATIC.

Ce dernier offre plusieurs avantages :

 Possibilité d'extension grâce aux applications proposées parl'industrie logicielle SIMATIC.

 Possibilité de paramétrage des modules fonctionnels et de communication.

 Communication par des données globales.

 Transfert des données commandées par événement à l'aide des blocs de communication et des blocs fonctionnels.

 Configuration des liaisons.

1.2.1. Différents Blocs

STEP7 offre la possibilité de décomposer un programme utilisateuren un ensemble de blocs, pour qu’il soit bien traité.

 Blocs d'organisation OB : les blocs d'organisation constituentl'interface entre le système d'exploitation de la CPU S7 et leprogramme utilisateur. C'est dans ce bloc que nous définissonsl'ordre d'exécution des blocs du programme utilisateur.

 Blocs fonctionnels FB : les blocs fonctionnels sont des blocs decode à données statiques. Le FB disposant d'une mémoire, il estpossible d'accéder à ses paramètres à partir de n'importe quelleposition du programme utilisateur. Ils sont utilisés généralementpour les tâches répétitives telles que le fonctionnement des moteurs,les convertisseurs analogiques, les régulateurs, etc.

 Blocs de fonctions FC : les fonctions sont des blocs de code sans mémoire. De ce fait, il faut que les valeurs calculées soient traitées aussitôt après l'appel de la fonction.

 Blocs de données DB : les blocs des données sont des zones servant à mémoriser les données utilisateur. Nous distinguons les DB globaux auxquels tous les blocs de code ont accès et les DB d'instance qui sont associés à un appel de FB déterminé.

Contrairement à tous les autres blocs, les blocs de données necontiennent aucune instruction.

(39)

Mise en œuvre de la solution

1.3. Elaboration du programme de commande

Pour créer un nouveau projet avec le logiciel STEP 7 nous allons suivre les étapes illustrées dans la figure n°24.

Figure 24: Etapes de création de projet avec le logiciel STEP 7

Nous avons passé par ces différentes étapes afin de créer notre projet. Dans ce qui suit, nous allons les détailler afin de démontrer l’importance de chacune d’elles.

1.3.1. Création d’un nouveau projet et configuration matérielle

La création d’un nouveau projet se fait à l’aide d’un assistant danslequel nous définissons le nom du projet ainsi que le type de CPU utilisé disponible depuis le menu Fichier. Une fois le projet est nommé, nous passons à la configuration matérielle.

Cette configuration est la disposition de profilés support ou châssis, de modules, d'appareils de la périphérie décentralisée et de cartouches interface dans une fenêtre de station. Les profiles support ou châssis sont représentés par une table de configuration, dans laquelle nous pouvons afficher un nombre défini de modules, tout comme dans les profilés support ou châssis "réels".

Pour réaliser cette configuration, nous allons utiliser la fenêtre « Catalogue du matériel » dans laquelle nous allons sélectionner les composants matériels requis.

Nous allons définir, dans ce qui suit, la liste de matériel utilisé lors de notre projet:

 Deux châssis

 CPU 315-2DP

Création d’un nouveau projet Configuration du matériel

Configuration de communication Gestion de mnémonique

Elaboration du programme Simulation du projet

(40)

Mise en œuvre de la solution

 Module d’entrées :

 5 modules d’entrées TOR de type SM321 DI32xDC24V

 Un module d’entrée analogique de type SM 331 AI8x12Bits et 3 de type AI18x16Bits

 Module de sortie :

 2 modules de sorties TOR de type SM 322DO32xDC24V/0.5A.

La figure ci-dessousdécrit la configuration matérielle utilisée lors du projet.

Figure 25: Configuration matérielle

1.3.1.1.Configuration de la communication pupitre opérateur/l’automate

L’interconnexion des automates et leur liaison avec la PC/PG et les pupitres sont configurables grâce à NETPRO représenté dans la figure n°26.

Figure 26: Vue de l’interface NETPRO

(41)

Mise en œuvre de la solution

Cette liaison peut se faire en utilisant plusieurs protocoles de communication tels que le PROFIBUS et le MPI (Multi Point Interface).

Pour garantir la supervision, la communication entre l’automate programmable et le pupitre opérateur est assurée par PROFIBUS pour son extensibilité, la standardisation du matériel et une éventuelle mise en réseau.

1.3.1.2.Gestion des mnémoniques

Une fois le projet est bien configuré, il est prêt à être programmé. Pour entamer la programmation, nous avons besoin de déclarer les mnémoniques globales et locales, c'est à dire les différents opérandes ainsi que leur assignation, cela dans le but de mieux assimiler premier le programme. Le tableau 3 récapitule la différence entre ces deux types de mnémonique.

Tableau 3: Mnémoniques locales et mnémoniques globales

Mnémoniques globales Mnémoniques locales Domaine de validité - Valables dans l'ensemble du

programmeutilisateur ; -Utilisés par tous les blocs ; - Leur signification est la même dans tous les

blocs, leur nom doit être univoque dans

l'ensemble du programme

utilisateur.

-Connus uniquement dans le bloc dans

lequel ils ont été définis;

-Nous pouvons utiliser le même nom dans

différents blocs à des fins différentes.

Utilisation - Entrées/sorties (E, EB, EW, ED, A, AB,

AW, AD);

- Entrées, sorties de périphérie (PE, PA);

- Mémentos (M, MB, MW, MD);

- Temporisations (T);

- Blocs de code (OB, FB, FC, SFB, SFC);

- Blocs de données (DB);

- Types de données utilisateur;

- Paramètres de blocs

(paramètres d'entrée, de sortie, d'entrée/sortie);

- Données statiques d'un bloc données temporaires d'un bloc

Endroit de définition Table des mnémoniques Table de déclaration des variables du bloc

Nous avons utilisé les mnémoniques globales lors de l’affectation des adresses aux différents entrées et sorties. Quant aux mnémoniques locales, nous l’avons utilisé lors de l’élaboration

(42)

Mise en œuvre de la solution

En outre, nous avons utilisé des opérandes (entrées/sorties, mémentos, compteurs, temporisations, blocs de données et blocs fonctionnels) que nous avons adressé de manière absolue en premier lieu et de manière symbolique en second lieu.

Adressage symbolique

Pour l’adressage absolu il est composé d’un identificateur d’opérande et d’une adresse absolue, illustré par le tableau 4.

Tableau 4: adressage symbolique

Identificateur d’opérande : Types des indicateurs d’opérandes : Zone de mémoire : M

Zone des entrés : E Zone des sorties : A

Zone des temporisations : T Bloc de données : DB

Bit (X)=1bit Octet (B) = 8 bits Mot (W) = 16 bits

Double mots (D) = 32 bits

Nous pouvons structurer notre programme de manière plus lisible et faciliter ainsi la correction d’erreurs en affectant des noms symboliques aux adresses absolues.

Par exemple, nous faisons correspondre à l’adresse absolue E 21.0 une adresse symbolique telle que la disponibilité du ventilateur VX 2. La figure n°27est la vue de l’interface de l’éditeur des mnémoniques.

Figure 27:Vue de l’interface de l’éditeur de mnémoniques

(43)

Mise en œuvre de la solution

1.3.1.3.Description des blocs de programmation de l’automate

Une fois la définition de table des mnémoniques est établie, nous avons abordé la partie de la programmation.

Pour mieux structurer notre programme nous avons opté à l’élaboration des blocs qui gèrent des tâches bien précises. Ainsi notre programme sera composé de différents blocs OB, FB, FC et DB dont la fenêtre principale est présentée dans la figure n°28:

Figure 28: Fenêtre principale de programme Chaque bloc possède une fonction bien définie :

(44)

Mise en œuvre de la solution

 OB1 : C’est le bloc dans lequel nous avons fait l’appel des différents blocs du programme utilisateur, en effet c’est un bloc d’exécution de programme. Il est illustré par la figuren°29 :

Figure 29: Bloc OB1

 FB1 : c’est un bloc fonctionnel qui traite toutes les commandes de marche, tous les défauts, temporisation de fonctionnement, et l’animation de l’instrument à partir WIN CC flexible.

Figure 30: Extrait de quelques réseaux du bloc FB1

(45)

Mise en œuvre de la solution

 FC4 : c’est la fonction qui gère le moteur du broyage M03. Toutes les entrées sont connectées, la commande du moteur en marche en résulte (voir annexe 2 et annexe 3).

Figure 31: FC5, fonction de moteur du broyage M03 avec les entrées/sorties

 DB2 : c’est un bloc de données pour stocker les variables d’animation système qui vont être utilisées ultérieurement lors de la supervision.

(46)

Mise en œuvre de la solution

 DB3 : C’est le bloc de données dans lequel tous les défauts de systèmes sont déclarés.

Figure 33: Bloc de données des défauts 1.4. Simulation du programme élaboré

Nous avons besoin de faire cette phase pour être certains de l’efficacité du programme. Cette phase est basée sur l’outil de simulationS7-PLCSIM. En effet, la simulation se fait en quelques étapes décrites comme-suit :

 1ère étape : activation de la simulation. Cette étape est illustrée par la figure n°34qui montre l’icône du lancement de la simulation.

(47)

Mise en œuvre de la solution

Figure 34: Activation de la simulation

Un clic sur le bloc mis en gras, la fenêtre illustrée dans la figure n°35apparait.

Figure 35: Fichier Plc pour la gestion des entrées de l’automate

Dans cette figure, nous présentons le fichier Plc du programme à travers lequel toutes les

(48)

Mise en œuvre de la solution

 2ème étape : chargement de tous les blocs système. La figure n°36 illustre cette étape.

Figure 36: Chargement des blocs

3ème étape : la mise du programme en mode ‘Run’

Figure 37: Mode ‘Run’

Nous pouvons maintenant tester le programme. La figure n°38illustre la visualisation du programme.

Figure 38: Visualisation du programme

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