ET DE LA RECHECHE SCIENTIFIQUE
Université Mohamed Seddik Benyahia–Jijel
Faculté des Sciences et de la Technologie
Département d’Automatique
PROJET DE FIN D’ETUDE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME
DE MASTER EN AUTOMATIQUE
OPTION : Automatique et Informatique Industrielle
Réalisé par :
Encadré par :
BOUSRI HICHEM Pr. BOUDEN Toufik
HAMMOUD
MESSAOUDPromotion 2020
Thème
Automatisation et supervision du four de
la SCS d’El-Milia par S7-300 et SIMATIC
De par le nom de Dieu tout miséricordieux et tout compatissant.
Nous tenons tout d’abord à remercier Dieu tout puissant, de
nous avoir armés de courage, de patience et santé pour y parvenir au
bout de ce modeste travail.
Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à notre
promoteur Monsieur BOUDEN Toufik professeur à l’université de
Jijel, d’avoir nous encadré durant notre projet de fin d’études et nous
conseillé tout le long de notre travail.
Nous tenons aussi à remercier chaleureusement les membres de
jury pour l’honneur qu’ils nous ont fait en acceptant d’évaluer notre
projet.
Nous remercions infiniment Mr. Guendouz Abdelhamid et le
docteur Boureghda Mohammed, responsables à la société SCS
d’El-Milia, pour leurs aides et conseils précieux. Ils nous accueillaient dans
leurs groupes de travail à la SCS chaleureusement.
Nous présentons enfin, notre profonde gratitude à notre famille,
ainsi qu’à tous ceux qui nous ont aidés de loin ou de près à réaliser ce
travail.
Dédicace
C’est avec profonde gratitude que je dédie cet humble travail :
A mes parents que j’aurais aimé qu’ils sont parmi nous,
que dieu l’accueil dans son vaste paradis.
A ma petite famille, aucune dédicace ne saura exprimer
ma reconnaissance pour tout ce qu’ils ont fait pour moi, pour
les valeurs qu’ils m’ont inculqué, je dédie particulièrement ce
modeste travail à ma très chers maman sans elle je ne serais
pas là, pour son soutien et ses conseils judicieux qui m’ont
éclairé le chemin, que dieu l’accueil dans son vaste paradis.
A toute ma famille et tous mes cousins et cousines.
A tous mes amis(es) sans exception.
Tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation
de ce modeste travail.
Dédicace
En particulier à mes très chers parents qui ont toujours
été là pour moi, et qui m’ont donné un magnifique modèle de
labeur et de persévérance.
J’espère qu’ils trouveront dans ce travail toute ma
reconnaissance et tout mon amour.
A toute la famille, pour leur soutien, sacrifice, patience,
ainsi pour leurs conseils, que dieux les protèges et les entoure
de bénédiction.
A tous mes amis, mes collègues, mon binôme Hichem et
à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation
de ce travail.
Introduction générale
Introduction générale...1
Chapitre 1 : Automates programmables et logiciels associés
I.1 Introduction ...3I.2 L’automatisme...3
I.2.1 Objectif de l’automatisation...3
I.2.2 Structure des systèmes automatisés...4
I.3 Généralités sur les automates programmables industriels...6
I.3.1 Historique ...6
I.3.2 Définition d’un API...6
I.3.3 Aspect extérieur des API...7
I.3.4 Structure interne des automates programmables...7
I.3.5 Principe général de fonctionnement d’un API...8
I.3.6 Langage de programmation pour API...9
I.3.7 Avantage des automates programmables...10
I.3.8 Choix d’un automate programmable ...10
I.4 Automate Programmable Industriel S7-300 ...11
I.4.1 Définition de l’automate S7-300...11
I.4.2 Présentation des modules de l’automate S7-300...11
I.4.3 Avantages du S7-300...15
I.5.1 Description du STEP7 ...16
I.5.2 Applications du logiciel de base STEP 7...16
I.5.3 Structure du programme STEP7……….19
I.5.4 Blocs existant sur step7 ………..19
I.5.5 Mémentos ………...20
I.5.6 Mnémoniques ………...21
I.5.7 Description du logiciel PLCSIM………...21
I.5.8 Stratégie pour la conception d'une structure de programme ………..22
I.6 Présentation du logiciel WinCC flexible ………..23
I.6.1 Description du logiciel WinCC flexible ………24
I.6.2 Composants de WinCC flexible ……….24
I.6.3Différents Eléments du logiciel WinCC flexible ………25
I.7 Conclusion ………26
Chapitre 2 : Description du four
II.1 introduction ...27II.2 Description du four ...27
II.3 Fiche technique………...……….28
II.4 zones du four ………...29
II.4.1 Zone de Tirage et Circulation Forcée………29
II.4.2 zone de combustion (zone de préchauffée cuisson)………..30
II.4.3 zone Refroidissement rapide et récupération d’air………30
II.4.4 zone Refroidissement et récupération d’air………...…30
II.6 Système de ventilation……….……31
II.7 Système de règlementation………...…33
II. 7.1 Processus de chauffage ………...…………33
II.7.2 Processus de refroidissement……….33
II.8 Système de control de pression du four………...33
II.9 Systèmes de commandes et de control……….34
II.9.1 systèmes de contrôle et supervision du four……….….34
II.9.1.1 Équipements de four………...34
II.9.1.2 Contrôle et gestion………...….34
II.9.1.3 Cabine de contrôle...…...35
II.9.1.4 Mesure des consommations calorifiques de cuisson et de recuisons.35 II.9.1.5 Enregistrement des données...…...35
II.9.1.6 Signalisation acoustique et optique des alarmes……...………35
II.9.2 Systèmes de sécurité ……….36
II.9.2.1 Sécurité automatique de four……….36
II.9.2.2 Sécurité du personnel……….………37
II.10 Système de déplacement des wagonnets………....37
II.10.1 Fonctionnements du système………...38
II.10.2 contrôle automatique du déplacement……….38
II.10.3 Description technique de système de déplacement……….………39
II.11 Conclusion………...40
Chapitre 3 : Développement du programme et supervision
III.1 Introduction ...41
III.2 Réalisation du programme ...41
III.2.1 Démarrage du logiciel STEP7...41
III.2.2 Création du projet dans SIMATIC Manager ...42
III.3 Configuration matériel ...43
III.4 Création de la table des mnémoniques ...44
III.5 Structuration du programme utilisateur...44
III.6 Création du programme...45
III.7 Programmation des blocs………...………46
III.7.1 Les fonctions...46
III7.2 Le bloc d’organisation OB1...51
III.7.3 Charger et simuler le programme par PLC-SIM………...…...51
III .8 Réalisation de la supervision………...………...…...51
III.8.1 Intégration de WinCC flexible à STEP7………..52
III.8.2 Etablir une liaison NetPro ………..….….……….52
III.9 Variables HMI………...………..53
III.10 Table de variables HMI……...……….…………....54
III.11 Les vues………54
III.11.1 Création des vues ……….……...………..….54
III.11.2 Constitution d’une vue ………..……….……54
III.11.4 Vue du procès ……….…...56
III.12 Simulation et supervision……….…….59
III.12.1 Visualisation de système de déplacement………….………..59
III.12.2 Visualisation de courbe……….…….61
III.13 Conclusion……….…...61
Conclusion générale
Conclusion générale ...62 Références bibliographiques ………63 AnnexesI.1 Structure du système automatisé………...4
I.2 Résistance électrique……….5
I.3 Vérine pneumatique………..5
I.4 Distributeur d’aire……….5
I.5 Contacteur électrique………5
I.6 Capteur de température ………5
I.7 Automate compact (Allen Bradley)………..7
I.8 Automate modulaire (siemens)……….7
I.9 Structure interne d’un API………8
I.10 Fonctionnement cyclique d’un automate………9
I.11 Symboles des composants d’un langage ladder………..9
I.12 Automate programmable s7-300………..11
I.13 Module du S7-300 …..……….11
I.14 Organes de commande et de visualisation des CPU……….…14
I.15 Gestionnaire de projet SIMATIC Manager………..17
I.16 Blocs de programme……….19
I.17 Interface de PLCSIM………21
I.18 SIMATIC WinCC flexible………...24
I.19 interface homme/machine dans un processus automatisé………...24
I. 20 Eléments de WinCC flexible………...25
II.1 Vue isométrique du four………....27
II.2 Vue isométrique du chariot de Transfer………28
II.3 Vue isométrique du séchoir………...…28
II.4 Zones du four………29
II.5 Système d’alimentation en sable………...30
II.6 brûleur de haute vitesse…...………..31
II.7 rampe de gaz ………..………...35
III.1 SIMATIC Manager………...41
III.2 Assistant de nouveau projet……….41
III.3 Choix de la CPU………..42
III.4 Sélection des blocs et choix du langage………..…42
III.5 Nomination et Création du projet………....42
III.7 Configuration matériels………...44
III.8 Une partie de la table des mnémoniques du projet ……….44
III.9 Structure du programme de notre automatisation………....45
III.10 vue de bloc FC1……….46
III.11 vue de bloc FC2………...…47
III.12 vue de bloc FC3………...48
III.13 vue de bloc FC4……….49
III.14 vue de bloc FC5……….……50
III.15 vue de bloc FC6……….50
III.16 vue de la simulation de programme par PLC-SIM………51
III.17 intégration du projet de supervision dans STEP 7………...………..52
III.18 NetPro………..…..53
III.19 Configuration de la liaison……….…53
III.20 Partie de la table de variables HMI………54
III.21 Outils de l'éditeur vu………..55
III.22 Animation d’une capture………...55
III.23Vue du procès………...56
III.24 vue menu principale……….56
III.25 vue du system de déplacement ………57
III.26 vue de courbe ………...58
III.27 vue des alarmes……….58
III.28 Création des alarmes……….59
III.29 Visualisation de vue de système de déplacement………..60
III.30 Visualisation de vue des alarmes………...60
Numéro Désignation Page
PR : Partie Relation. TOR : Tout Ou Rien.
API : Automate Programmable Industriel. CPU : Computer Procès Unit.
N/A : Numérique /Analogique. MPI : Multi Point Interface.
GRAFCET : GRAF de Commande Etapes-Transitions. LED : Light-Emetting Diode.
PG : Console de programmation. CONT : Schéma à contact. LIST : Liste d’instruction. LOG : Logigramme. PC : Personally Computer.
PROFIBUS : Protocole de communication.
STEP7 : Logiciel de programmation et de simulation. OB : Bloc Organisation.
IHM : Interface Homme Machine.
Win CC Flexible : Logiciel de la supervision. E/S : Entrées/Sorties.
PLC : Programme logic control.
PS : Gamme des alimentations stabilisées siemens. PG : Le consol de programmation sur le terrain. RAM: Randon Acces Memory.
ROM: Read only memory. SIMATIC: Siemens automatic. S7: Step 7.
SM : Gamme des modules d’entrée/sortie des automates de Siemens. AS : Automation system (système automatisé).
La compétitivité des entreprises impose un secours à la fois fréquent et intensif à des technologies de production avancées. La productique et la complexité des opérations à exécuter, conduisent à la mise en œuvre de dispositifs et systèmes pour l’automatisation des ateliers de fabrication ou de production.
L’automate programmable industriel (API) est aujourd’hui le constituant le plus répandu pour réaliser des automatismes. On le trouve pratiquement dans tous les secteurs de l’industrie car il répond à des besoins d’adaptation et de flexibilité pour un grand nombre d’opérations. Cette émergence est due en grande partie, à la puissance de son environnement de développement et aux larges possibilités d’interconnexions.
Lorsque cette influence est exercée par l’homme, la commande est dite manuelle.
Lorsque l’homme est remplacé par des dispositifs techniques autonomes, la commande est dite automatique.
Un système automatisé est alors un système technique pour lequel tout ou une partie du savoir-faire est confié à une machine qui contient toutes les variables industrielles définies dans le système.
Le domaine industriel est témoin de cette révolution, et de nombreuses sociétés algériennes orientées dans plusieurs domaines cherchent à se procurer cette solution d’automatisme au niveau de leurs chaînes de production. SIEMENS est une firme compétitive, procurant ce type de service industriel.
Notre projet porte sur ce domaine de recherche.
Notre projet de fin d’étude est réalisé au sein de La société céramique sanitaire El-Milia.
Notre projet consiste à automatiser le system de déplacement du four par un automate programmable industriel S7-300.
Lors de la réalisation de notre projet nous avons utilisé l’automate programmable industriel Siemens S7-300 pour commander le processus four lors de son fonctionnement.
Nous avons commencé par une analyse fonctionnelle du processus, ensuite nous avons réalisé son diagramme fonctionnel, puis nous avons programmé les différentes étapes de fonctionnement du compartiment four en exploitant le langage STEP7. Nous avons aussi réalisé une interface graphique homme machine, en utilisant le logiciel SIMATIC WinCC flexible. L’interface réalisée lors de notre stage pratique est une
Pour une meilleure présentation de notre travail, le mémoire a été organisé en trois chapitres. Le premier chapitre donne un bref aperçu sur la structure des systèmes automatisés ainsi que les automates, en particulier l’automate S7-300. Le deuxième chapitre expose le principe et le fonctionnement du four, ainsi que l’identification des différents équipements et la définition des types de régulation utilisée.
Le troisième chapitre porte sur le développement du programme et supervision pour l’automatisation du four. L’objectif de ce -dernier chapitre est l’étude d’un système de supervision avec le logiciel WinCC flexible pour visualiser l’état de fonctionnement du four afin de surveiller et de détecter les anomalies qui peuvent survenir au cours de fonctionnement du procédé. Après un aperçu sur le logiciel de supervision (WinCC flexible), les deux simulations (sous STEP7 et Win CC) ont été présentées, ainsi que les détails de l’implémentation pratique sur le four (configuration matérielle, installation du projet WinCC sur le panel). Enfin, une conclusion générale avec des perspectives ont été présentées.
Chapitre I :
Automates programmables et
logiciels associés
I.1 Introduction
Un système est dit automatisé lorsque le processus qui permet de passer d’une situation initial a une situation finale se fait sans intervention humaine, et que ce comportement est répétitif chaque fois que les conditions qui caractérisent la situation initiale sont remplies. L’automatisation conduit à une très grande rapidité, une meilleure régularité des résultats et évite à l’homme des tâches pénibles et répétitives [1].
Dans ce chapitre nous nous intéressons à la partie automate, avec présentation de la gamme SIEMENS à structures modulaire et spécialement l’automate S7-300, ainsi que son logiciel de programmation Wincc et Step7. Nous allons élaborer l’organigramme du fonctionnement du processus et de la solution proposée et son programme.
I.2 L’automatisme
L’automatisme est la discipline traitant d’une part la caractérisation des systèmes automatisés et d’autre part le choix de la conception et de la réalisation de la partie commande. Il s’agit donc d’étudier les systèmes en :
Réalisant leurs fonctions en relative autonomie.
Assurant un contrôle des performances par la mise en place possible d’une chaine de retour. L’automatisation de la production consiste à transférer toutes ou une partie des taches de coordination, auparavant exécutées par l’humain.
I.2.1 Objectif de l’automatisation
Hors les objectifs à caractères financiers on trouve [2]: Eliminer les tâches répétitives à l’humain; Simplifier le travail de l’humain ;
Augmenter la sécurité ; Accroitre la productivité ;
Economiser les matières premières et l’énergie ; S’adapter à des contextes particuliers ;
I.2.2 Structure des systèmes automatisés
Figure I.1 : Structure du système automatisé
Tout système automatisé est composé des parties suivantes : Partie opérative, partie commande et poste de contrôle.
1) Partie opérative :Agit sur le procédé industriel afin de lui donner sa valeur ajoutée. Elle est divisée en deux :
L’ensemble des capteurs qui donnent les informations à la partie commande sur l’état du processus.
L’ensemble des actionneurs qui reçoivent les ordres élaborés par la logique de la partie commande.
a) Actionneurs : Ce sont des organes destinés à remplacer l'énergie humaine par une énergie électrique, pneumatique ou hydraulique. Ils permettent d'obtenir l'énergie nécessaire au bon du fonctionnement de la machine à partir de l'énergie disponible dans l’équipement [24].
Figure I.2 : Résistance électrique Figure I.3 : Vérin pneumatique b) Pré-actionneurs :Les pré-actionneurs distribuent l’énergie aux actionneurs à partir
des ordres émis par la partie commandes [24].
Figure I.4 : Distributeur d’aire Figure I.5 : Contacteur électrique c) Capteurs : Les capteurs fournissent les informations en retour nécessaires pour la
conduite du procédé en captant les déplacements des actionneurs ou le résultat de leurs actions sur le procédé. Ils peuvent détecter des positions, des pressions, des températures et des débits [24]
2) Partie commande :Cordonne la succession des actions sur la partie opérative avec la finalité d’obtenir cette valeur ajoutée [24].
3) Poste de contrôle : Composé des pupitres de commande et de signalisation. Il permet à l’opérateur de commander le système (marche ou arrêt) et de visualiser les différents états du système à l’aide de voyants [24].
I.3 Généralités sur les automates programmables industriels API I.3.1 Historique
Les Automates Programmables Industriels (API) sont apparus aux Etats-Unis vers la fin des années soixante, à la demande de l'industrie automobile américaine (General Motors) qui réclamait plus d'adaptabilité de leurs systèmes de commande. Les ingénieurs américains ont résolu le problème en créant un nouveau type de produit nommée automates programmables.
Ils n’étaient rentables que pour des installations d’une certaine complexité, mais la situation a très vite changée, ce qui a rendu les systèmes câblés obsolètes. De nombreux modèles d'automates sont aujourd'hui disponibles ; depuis les nano automate bien adaptés aux machines et aux installations simples avec un petit nombre d’entrées/sorties, jusqu'aux automates multifonctions capables de gérer plusieurs milliers d’entrées/sorties et destinés au pilotage de processus complexes [1].
I.3.2 Définition d’un API
Un automate programmable est un système électronique fonctionnant de manière numérique, destiné à l’environnement industriel. Il utilise une mémoire programme pour le stockage interne des instructions pour la mise en œuvre des fonctions spécifiques, telles que : des fonctions logique, mise en séquence, temporisation, comptage et calcul arithmétique. Il peut commander, au moyen des entrées/sorties (de type tout/rien ou analogiques), de divers types de machines ou de processus. L’API et les périphériques associés sont conçus pour pouvoir facilement s’intégrer à un système d’automatisme industriel et être facilement utilisé dans toutes leurs fonctions prévues [10].
I.3.3 Aspect extérieur des API
Les automates peuvent être de type compact ou modulaire :
Compact : Il intègre le processeur, l’alimentation et les entrées/sortie. Il peut réaliser certaines fonctions supplémentaires et recevoir des extensions limitées. Il est généralement destiné à la commande de petits automatismes [10].
Figure I.7 : Automate compact (Allen Bradley)
Modulaire: Dans ce modèle, le processeur, l’alimentation et les interfaces entrées/sorties sont des unités séparées (modules). Ces automates sont intégrés dans les automatismes complexes de grande puissance de traitement [10].
Figure I.8 : Automate modulaire (siemens) I.3.4 Structure interne des automates programmables
En général, un automate programmable se compose essentiellement d'une unité centrale, un module d’entrées/sorties, un module d’alimentation, un module de stockage et de liaisons et des auxiliaires (figure I.9).
Figure I.9 : Structure interne d’un API I.3.5.Principe général de fonctionnement d’un API
Tous les automates fonctionnent selon le même mode opératoire.
Traitement interne : L’automate effectue des opérations de contrôles et met à jour certains paramètres systèmes (détection des passages en RUN/STOP, mise à jour des valeurs de l’horodateur,…).
Lecture des entrées : L’automate lit les entrées (de façon synchrone) et les recopie dans la mémoire image des entrées.
Exécution du programme : L’automate exécute le programme instruction par instruction et écrit les sorties dans la mémoire image des sorties.
Ecriture des sorties : L’automate bascule les différentes sorties (de façon synchrone) aux positions définies dans la mémoire image des sorties. Ces quatre opérations sont effectuées continuellement par l’automate (fonctionnement cyclique) [3].
Figure I.10 : Fonctionnement cyclique d’un automate I.3.6 Langage de programmation pour API
La norme IEC 1131-3 définit cinq langages qui peuvent être utilisés pour la programmation des automates programmables industriels. Ces cinq langages sont:
a) Langage LD (Ladder Diagramme)
C’est une représentation graphique d’équations booléennes combinant des contacts (en entrée) et des relais (en sortie). Il permet la manipulation de données booléennes, à l’aide de symboles graphiques organisés dans un diagramme comme les éléments d’un schéma électrique à contacts. Les diagrammes LD sont limités à gauche et à droite par des barres d’alimentation [1].
Voici quelques symboles des composants d’un diagramme Ladder comme le montre la figure suivante :
b) Langage IL (Instruction List) : Ce langage textuel de bas niveau est un langage à une instruction par ligne. Il peut être comparé au langage assembleur.
c) Langage FBD (Fonction Block Diagramme) :
Ce langage permet de programmer graphiquement à l’aide de blocs, représentant des variables, des opérateurs ou des fonctions. Il permet de manipuler tous les types de variables.
d) Langage ST (Structure Texte) :
Ce langage est un langage textuel de haut niveau. Il permet la programmation de tout type d’algorithme plus ou moins complexe.
e) Langage SFC (Séquentiel Fonction Charte) :
Ce langage de programmation de haut niveau permet la programmation aisée de tous les procédés séquentiels.
I.3.7 Avantages des automates programmables
Evolutivité : Très favorable à l’évolution. Très utilisé en reconstruction d’armoire. Fonctions : Assure les fonctions Conduites, Dialogue, Communication et Sûreté. Taille des applications : Gamme importante d’automate.
Vitesse : Temps de cycle de quelque ms.
Modularité: Haute modularité. Présentation modularité en rack
Architecture de commande : Centralisée ou décentralisée avec l’apparition d’une offre importante en choix de réseaux, bus de terrain, blocs E/S déportées.
Maintenance : échange standards et aide au diagnostic intégrée [1]. I.3.8 Choix d’un automate programmable
Pour Choisir un automate programmable industriel, on doit tenir compte de plusieurs caractéristiques:
Le nombre d’entrées/sorties intégrés. Le type d’entrées/sorties.
Le temps de traitement (scrutation). La capacité de la mémoire.
Le nombre de temporisateurs. L’alimentation de la CPU.
I.4 Automate Programmable Industriel S7-300 I.4.1 Définition de l’automate S7-300
L'automate utilisé dans notre projet appartient à la gamme SIMATIC S7 de SIEMENS le S7-300. C’est un mini-automate modulaire pour les applications d'entrée et de milieu de gamme, avec possibilité d'extensions jusqu'à 32 modules, et une mise en réseau par l'interface Multipoint (MPI), PROFIBUS et Industriel Ethernet [8].
Ils permettent de réaliser de nombreuses autres fonctions grâce à des modules intelligents qu’ils disposent sur un ou plusieurs racks. Ces modules ont l'avantage de ne pas surcharger le travail de la CPU car ils disposent bien souvent de leur propre processeur [8].
Figure I.12 : Automate programmable S7-300 I.4.2 Présentation des modules de l’automate S7-300
a) Modules d’alimentation (PS 307)
Le module d’alimentation convertit la tension secteur 120V/230V en tension de 24 VCC nécessaire pour l’alimentation de l’automate. Les modules prévus pour l’alimentation des CPU du S7-300 sont résumé dans le tableau II.1.
Tableau I.1 : Les différents modules d’alimentation (PS 307) [15] b) Unités centrales (CPU)
Le S7-300 dispose d’une large gamme de CPU à différents niveaux de performance, on compte les versions suivantes [13] :
CPU à utilisation standard : CPU 313, CPU 314,...
CPU avec fonction intégrées : CPU 312 IFM et la CPU 314 IFM. Les fonctions intégrées permettent d’automatiser à moindre cout des taches qui ne nécessitent pas la performance d’un module de fonction.
CPU avec interface PROFIBUS DP : CPU 315-2 DP, CPU 316-2 DP et CPU 318-2 DP Elles sont utilisées pour la mise en place des réseaux.
La CPU regroupe les éléments suivants en face avant : Raccordement pour tension 24 VDC.
Interface multipoint MPI pour console de programmation ou couplage à un autre système d’automatisation.
Compartiment pour une pile de sauvegarde (non disponible dans la CPU 312 IFM). Logement pour carte mémoire (non disponible dans la CPU 312 IFM, 314 IFM). Signalisation d’état et de défaut.
1) Signalisation d’état et de défaut
La CPU comporte des LED de signalisation suivante: SF (rouge) :
Signalisation groupée de défauts qui s'allume si on a de défauts matériels et en cas d'erreurs de programmation, de paramétrage, de calcul, etc.
BATF (rouge) :
Défaut pile qui s'allume si elle est défectueuse, absente ou déchargée. DC5V (verte) :
Alimentation 5Vcc pour la CPU et le bus S7-300 qui s'allume si les 5V sont présente et elle clignote s'il y a surcharge de courant.
FRCE (jaune) :
Forçage permanent qui s'allume en cas de forçage permanent. RUN (verte) :
État de fonctionnement RUN qui clignote en cas de démarrage de la CPU. STOP (jaune) :
État de fonctionnement STOP qui s'allume si la CPU ne traite aucun programme utilisateur et clignote en cas ou la CPU demande un effacement général [22]. 2) Commutateur à clé amovible à 4 positions
RUN-P (mode de fonctionnement RUN programme):
La CPU traite le programme utilisateur et la clé ne peut être retirée. Il est possible de lire le programme de la CPU avec une PG (CPU vers PG) et de transférer des programmes dans la CPU (PG vers CPU)
RUN (mode de fonctionnement RUN) :
La CPU traite le programme de l'utilisateur. Dans cette position, la clé peut être retirée pour éviter qu'une personne non habilitée change le mode de fonctionnement.
STOP (mode de fonctionnement STOP) :
La CPU ne traite aucun programme utilisateur, la clé peut être retirée pour éviter le changement de mode inattendue mais on peut lire et écrire dans la CPU MRES :
C'est position instable du commutateur de mode de fonctionnement, en vue de l'effacement générale de la CPU. Le contenu de la mémoire de chargement
Figure I.14 : Organes de commande et de visualisation des CPU c) Modules de signaux (SM)
Les modules de signaux (SM) servent d’interface entre le processus et l’automate. Il existe des modules d’entrées et des modules de sorties TOR, ainsi que des modules d’entrées et des modules de sorties analogiques [15].
1) Les modules d’entrée / sortie TOR (SM 321/SM 322)
Les modules entrées/sorties TOR constituent les interfaces d’entrée et de sortie pour les signaux tout ou rien de l’automate. Ces modules permettent de raccorder à l’automate S7-300 des capteurs et des actionneurs tout ou rien les plus divers, en utilisant s'il est nécessaire, des équipements d’adaptation (conditionnement, conversion, etc...) [15].
2) Les modules d’entrées/sorties analogiques (SM 331/ SM 332)
Ces modules permettent de raccorder à l’automate des capteurs et des actionneurs Les modules d’entrées analogiques (SM 331) réalisent la conversion des signaux analogiques, issus de processus, aux signaux numériques pour le traitement interne dans S7- 300.
Les modules de sorties analogiques (SM 332) converti les signaux numériques interne (du S7-300) aux signaux analogiques destinés aux actionneurs ou pré-actionneurs analogiques [15].
d) Coupleurs
Ils ont pour rôle le raccordement du châssis d’extension au châssis de base. Pour la gamme S7-300, les coupleurs disponibles sont [15] :
IM 365 : Pour les couplages entre les châssis distant d’un mètre au maximum. IM360 / IM361 : Pour les couplages allant jusqu’à 10 mètres de distance. e) Module de fonction (FM)
Ces modules réduisent la charge de traitement de la CPU en assurant des taches lourdes en calcul. On peut citer les modules suivant [17] :
FM 353/FM 357 : Module de positionnement. Exemple moteur pas-à-pas. FM 355 : Module de régulation.
FM 350 : Module de comptage. f) Module de communication (CP)
Les processeurs de communication (CP) réalisent le couplage point-à-point qui relie les partenaires de communication (automates programmables, PC, etc.) [15].
g) Le châssis (rack)
Les châssis constituent des éléments mécaniques de base du SIMATIC S7-300. Ils remplissent les fonctions suivantes [15] :
Assemblage mécanique des modules.
Distribution de la tension d’alimentation des modules. I.4.3 Avantages du S7-300
La gamme de S7-300 de CPU fournit la bonne solution pour chaque application, et les clients ne paient que pour la performance réellement nécessaire pour une tâche spécifique.
Le S7-300 peut être mis en place dans une configuration modulaire, sans la nécessité de règles d'emplacement pour les modules d'E/S.
La vitesse de traitement est élevée, les CPU permettent de courtes durées de cycle de la machine [7].
I.5 Présentation de logiciel STEP7 I.5.1 Description du STEP7
STEP 7 est le nom de logiciel de base de la configuration et de la programmation des systèmes d’automatisation SIMATIC S7-300 et S7-400. Ce dernier est utilisé pour la programmation industrielle.
STEP7 nous offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour configurer, paramétrer et programmer le S7-300 utilisé lors de notre projet. Il assiste dans toutes les phases de processus de création de la solution d’automatisation. La conception de l’interface utilisateur du logiciel STEP7 répond aux connaissances ergonomiques modernes et son apprentissage est facile. Il permet :
La création et la gestion des projets.
La configuration et le paramétrage du matériel et de la communication. La gestion des mnémoniques.
La création des programmes.
Le chargement des programmes dans des systèmes cibles. Le teste de l’installation d’automatisation.
Le diagnostic lors de perturbation de l’installation. I.5.2 Applications du logiciel de base STEP 7
Le logiciel Step7 met à disposition les applications suivantes : Le gestionnaire de projet.
La configuration du matériel. L’éditeur de mnémoniques.
L’éditeur de programmes CONT, LOG, LIST et GRAPH. La configuration de la communication NETPRO.
Le diagnostic du matériel.
Ces différentes applications sont démarrées automatiquement lors de la création d’un nouveau projet sous STEP 7 [14]
a) Gestionnaire de projets SIMATIC Manager
SIMATIC Manager constitue l'interface d'accès à la configuration et à la programmation Ce gestionnaire de projets présente le programme principal du logiciel STEP7 il gère toutes les données relatives à un projet d'automatisation, Le gestionnaire de projets SIMATIC démarre automatiquement les applications requises pour le traitement des données sélectionnées [16].
Figure I.15 : Gestionnaire de projet SIMATIC Manager a) Langages de programmation
Les langages de programmation CONT, LIST et LOG, sont des parties intégrantes du logiciel de base.
1) Schéma à contacts (CONT) :
Est un langage de programmation graphique. La syntaxe des instructions fait penser aux schémas de circuits électriques. Le langage CONT permet de suivre facilement le trajet du courant entre les barres d'alimentation en passant par les contacts, les éléments complexes et les bobines [18].
2) Liste d'instructions (LIST) :
Est un langage de programmation textuel proche de la machine. Dans un programme LIST, les différentes instructions correspondent, dans une large mesure, aux étapes par lesquelles la CPU traite le programme [18].
3) Logigramme (LOG) :
Est un langage de programmation graphique qui utilise les boites de l'algèbre de Boole pour représenter les opérations logiques. Les fonctions complexes, comme par exemple les fonctions mathématiques, peuvent être représentées directement combinées avec les boites logiques [18].
b) Editeur de mnémonique
Il permet la gestion de toutes les variables globales. C’est-à-dire la définition des désignations symboliques et des commentaires pour les signaux du processus (entrées/sorties), les mémentos, les blocs de données, les temporisations et les compteurs [17].
c) Diagnostic du matériel
Fournit un aperçu de l’état du système d’automatisation. Dans une représentation d’ensemble, un symbole permet de préciser pour chaque module, s’il est défaillant ou pas. De plus permet l’affichage d’information générale sur le module et son état, l’affichage d’erreurs sur les modules de la périphérie centrale et des esclaves DP et l’affichage des messages de la mémoire tampon de diagnostic [17].
d) Configuration matérielle
Il permet de configurer et paramétrer le matériel d’un projet d’automatisation. Il suffit juste de sélectionner le châssis (Rack) dans un catalogue électronique et leurs affecter les modules sélectionnés aux emplacements souhaités dans les racks (CPU, SM, FM…) [17].
e) Configuration de la communication NETPRO
Il permet le transfert de données via MPI tout en offrant les possibilités de choisir les participants à la communication et de définir les liaisons de communication [17].
I.5.3 Structure du programme STEP7
La programmation structurée permet la rédaction claire et transparente de programmes. Elle permet la construction d'un programme complet à l'aide de modules qui peuvent être échangés et/ou modifiés à volonté. Pour permettre une programmation structurée confortable, il faut prévoir plusieurs types de modules : (OB) Bloc d‘organisation, (FB) Bloc fonctionnel, (FC) Fonction, (SFB) Bloc fonctionnel système, (SFC) Fonction système, (DB) Bloc de données [11].
Figure I.16 : Blocs de programme I.5.4.Blocs existants sur Step7
Le système d‘automatisation utilise différents types de blocs dans lesquels peuvent être mémorisés le programme utilisateur et les données correspondantes. Selon les exigences du processus, le programme peut être structuré en différents blocs.
a) Bloc d‘organisation OB :
Les OB sont appelés par le système d’exploitation, on distingue plusieurs types : Ceux qui gèrent le traitement de programmes cycliques.
Ceux qui sont déclenchés par un événement.
Ceux qui gèrent le comportement a la mise en route de l’automate programmable.
Et en fin, ceux qui traitent les erreurs.
Le bloc OB1 est généré automatiquement lors de la création d’un projet. C’est le programme cyclique appelé par le système d’exploitation [19].
b) Blocs fonctionnels (FB), (SFB) :
Le FB est un sous-programme écrit par l’utilisateur et exécuté par des blocs de code. On lui associe un bloc de données d’instance relatif à sa mémoire et contenant ses paramètres. Les SFB système sont utilisés pour des fonctions spéciales intégrées dans la CPU [19].
c) Fonctions (FC), (SFC) :
La FC contient des routines pour les fonctions fréquemment utilisées. Elle est sans mémoire et sauvegarde ses variables temporaires dans la pile de données locales.
Cependant, elle peut faire appel à des blocs de données globaux pour la sauvegarde de ses données. Les SFC sont utilisées pour des fonctions spéciales, intégrées dans la CPU S7, elle est appelée à partir du programme [19].
d) Bloc de données :
Les blocs de données (DB) servent à l’enregistrement de données utilisateur. Les blocs de données globaux servent à l’enregistrement de données qui peuvent être utilisées par tous les autres blocs. Les blocs de données d’instances sont affectés à des blocs fonctionnels [19].
I.5.5 Mémentos
Des mémentos sont utilisés pour le fonctionnement interne de l’automate pour lesquelles l’émission d’un signal n’est pas nécessaire. Les mémentos sont des éléments électroniques bistables servent à mémoriser les états logiques ‘’0’’ et ‘’1’’. Chaque automate programmable dispose d’une grande quantité de mémentos. On programme ces derniers comme des sorties [9].
I.5.6 Mnémoniques
Les mnémoniques sont les noms que l’on attribue aux variables globales de l’API. L’emploi des mnémoniques à la place des adresses absolues améliore considérablement la lisibilité et la clarté d’un programme et aide à isoler des défauts éventuels. Les mnémoniques ainsi définis sont utilisables dans tout le programme utilisateur d’un module programmable [9].
I.5.7 Description du logiciel PLCSIM
L'application de simulation de modules S7-PLCSIM permet d'exécuter et de tester du programme utilisateur destinés aux CPU S7-300. La simulation étant complètement réalisée au sein du logiciel STEP7. Il n'est pas nécessaire qu'une liaison soit établie avec un matériel S7 quelconque. Lorsque S7-PLCSIM s’exécute, toute nouvelle liaison est automatiquement dirigée vers la CPU de simulation.
S7-PLCSIM dispose d'une interface simple permettant de visualiser et de forcer les différents paramètres utilisés par le programme (comme, par exemple, d'activer ou de désactiver des entrées) [21].
Figure I.17 Interface de PLCSIM En autre, S7-PLCSIM possède les fonctions suivantes :
On peut créer des "fenêtres" dans lesquelles on a la possibilité d’accéder aux zones de mémoire d’entrée et de sortie.
On peut sélectionner l’exécution automatique des temporisations ou encore les définirait et les réinitialiser manuellement.
On a la possibilité de changer l’état de fonctionnement de la CPU (STOP, RUN et RUNP) comme pour une CPU réelle [21].
I.5.8 Stratégie pour la conception d'une structure de programme
La mise en place d'une solution d'automatisation avec STEP7 nécessite la réalisation des tâches fondamentales suivantes :
a) Création du projet SIMATIC STEP7.
b) Configuration matérielle HW Config : Dans une table de configuration, on définit les modules mis en œuvre dans la solution d'automatisation ainsi que les adresses permettant d'y accéder depuis le programme utilisateur, pouvant en outre, y paramétrer les caractéristiques des modules.
c) Définition des mnémoniques :
Dans une table des mnémoniques, on remplace des adresses par des mnémoniques locales ou globales de désignation plus évocatrice afin de les utiliser dans le programme. d) Création du programme utilisateur :
En utilisant l'un des langages de programmation mis à disposition, on crée un programme affecté ou non à un module, qu'on enregistre sous forme de blocs, de sources ou de diagrammes.
e) Exploitation des données :
Création des données de références utiliser ces données de référence afin de faciliter le test et la modification du programme utilisateur et la configuration des variables pour le "contrôle commande".
f) Test du programme et détection d'erreurs :
Pour effectuer un test, on a la possibilité d'afficher les valeurs de variables depuis le programme utilisateur ou depuis une CPU, d'affecter des valeurs à ces variables et de créer une table des variables qu'on souhaite afficher ou forcer .
g) Chargement du programme dans le système cible
Une fois la configuration, le paramétrage et la création du programme terminés, on peut transférer le programme utilisateur complet ou des blocs individuels dans le système ciblent (module programmable de la solution matérielle). La CPU contient déjà le système d'exploitation [23].
I.6 Présentation générale du logiciel WinCC flexible
Lorsque la complexité des processus augmente et que les machines et les installations doivent répondre à des spécifications de fonctionnalité toujours plus sévères, l’opérateur a besoin d’un maximum de transparence. Cette transparence s’obtient au moyen de l’interface homme-machine (IHM) [12].
L’IHM constitue l’interface entre l’homme (opérateur) et le processus (Machine/Installation). Le contrôle proprement dit du processus est assuré par le système d’automatisation. Il existe par conséquent une interface entre l’opérateur et le WinCC (Windows Contrôle Center) flexible et entre le WinCC flexible et le système d’automatisation. L’IHM se charge des tâches suivantes :
Visualisation du processus: le processus est visualisé sur le pupitre opérateur lorsque l’état de ce dernier évolue.
Conduite du processus : l'opérateur peut contrôler le processus au moyen de l'interface utilisateur graphique. Il peut définir une valeur de consigne pour un automate ou démarrer un moteur par exemple.
Affichage des alarmes : lorsqu’une anomalie survient, cela déclenche automatiquement une alarme.
Archivage des valeurs du processus et d’alarmes : Le système IHM peut identifier les alarmes et les valeurs du processus. Cette fonction permet
d’enregistrer des séquences de traitement et d’extraire des données de production antérieures [12].
Figure I.18 : Interface homme/machine dans un processus automatisé I.6.1 Description du logiciel WinCC flexible
WINCC (Windows Control Center) est un logiciel de supervision développé par Siemens. Il est caractérisé par sa flexibilité, c'est-à-dire qu’il peut être utilisé par un automate hors Siemens.
Ce logiciel permet de créer une Interface Homme Machine (IHM) graphique, qui assure la visualisation et le diagnostic du procédé. Il permet la saisie, l’affichage et l’archivage des données, tout en facilitant les tâches de conduite et de surveillance aux exploitants. Il offre une bonne solution de supervision, car il met à la disposition de l’opérateur des fonctionnalités adaptées aux exigences d’une installation industrielle [6].
Figure I.19 SIMATIC WinCC flexible I.6.2 Composants de WinCC flexible
a) Système d'ingénierie WinCC flexible : Le Système d'ingénierie WinCC flexible est le logiciel qui gère la configuration des tâches.
b) WinCC flexible Runtime : WinCC flexible Runtime sert à visualiser le processus. c) Options WinCC flexible : Les options WinCC flexible vous permettent d'étendre la fonctionnalité standard de WinCC flexible [7].
I.6.3 Différents éléments du logiciel WinCC flexible
Le logiciel de supervision WinCC flexible se compose de plusieurs éléments. Certains de ses éléments sont liés à des éditeurs particuliers et uniquement visibles lorsque cet éditeur est activé.
Comme on peut configurer l’interface d’utilisateur graphique d’un pupitre opérateur avec l’éditeur ‘vues’, et pour la configuration des alarmes on utilise l’éditeur ‘alarmes TOR’. Les déférentes taches de l’éditeur ‘vue’ sont représentées dans la figure suivante.
Figure I.20 Eléments de WinCC flexible Barre des menues
Contient toutes les commandes pour l’utilisation de logiciel. Les raccourcis disponibles sont indiqués en égard de la commande de menu.
Barre d’outils
Cette barre permet d’afficher tous les besoins de programmeur. Zone de travail
La zone de travail sert à configurer et réaliser les vues, pour qu’elles soient compréhensibles par l’utilisateur et faciliter la manipulation et la consultation des résultats. Boite d’outils
C’est une boite qui propose un choix d’objet simples ou complexes insérés dans les vues. Fenêtre des propriétés
Cette fenêtre dépend de la sélection actuelle dans la zone de travail, après la sélection d’un objet, pour éditer ces évènements, variable, animation… [20].
I.7 Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons présenté les éléments nécessaires pour l’automatisation d’un processus industriel, à savoir, l’automate programmable S7-300, le logiciel de programmation STEP7 ainsi que le logiciel de supervision WinCC Flexible.
Nous Avons aussi présenté la problématique générale du contrôle et surveillance dans le domaine industriel. Comme nous avons met l’accent sur les différentes couches que compose le système de contrôle. Une étude sur les systèmes automatisés industriels a été menée. Nous les avons défini, présenté leurs architectures et expliqué leurs fonctions. Nous avons étudié aussi la démarche à suivre pour concevoir un système automatisé.
Enfin nous avons souligné l’importance de la simulation dans le processus de conception de l’automate et présenté les étapes et les critères à respecter ainsi que les méthodes choisies pour avoir une bonne simulation.
Chapitre II :
II.1 Introduction
Le four est un équipement où, grâce à l'action de la chaleur, des transformations physiques et chimiques, sont produites, dans un matériau déterminé. Ces transformations étant nécessaires à une certaine production industrielle.
Le four est un équipement conçu et dimensionné pour la cuisson de produits céramiques préalablement déterminés. Le tir est certainement l'opération la plus délicate et sensible de tous les processus en céramique et il semble être l’opération la plus importante pour une bonne qualité du produit final (remarquons bien qu’il existe d'autres facteurs importants avant et après la mise à feu qui conditionnent la cuisson elle-même).
II.2 Description du four
Four tunnel à gaz de 70 mètres de longueur, avec une capacité utile de 156,8m3, pour une température maximale de 1250°C. Dimensions utiles de 70000x3000x800mm (longueur x largeur x hauteur), avec revêtement intérieur en briques réfractaires, fibre et autres isolants de basse masse thermique.
Equipé avec:
69 wagonnets et un système de déplacement automatique des wagonnets; 2 chariots transfert;
Séchoir; 2 Cheminées.
Le contrôle des températures et de la pression est effectué par un automate programmé, avec software de supervision qui régule tout le système de chauffe et de régulation [25].
Figure II.1 : Vue isométrique du four
Figure II.2 : Vue isométrique du chariot Figure II.3 : Vue isométrique du séchoir
II.3 Fiche technique
Type d'équipement: Four tunnel sanitaire. Modèle: TSD 300-70.
Numéro de série: AF14-003. Année de construction: 2014. Capacité utile: 156,8m3.
Température maximale: 1300ºC. Puissance thermique du four: 4480 kW. Combustible: Gaz Naturel.
Pression d'alimentation: 2 bars. Nombre de zones de contrôle: 10. Nombre de brûleurs: 64.
Nombre d’injecteurs d’air: 136.
Tension électrique: 3x400 V+N+T. Fréquence d'alimentation: 50Hz. Puissance électrique installée: 185KW.
II.4 Zones du four
Chaque zone de régulation est équipée d’un servomoteur dans le circuit de l’air et d'une valve régulatrice avec un diaphragme dans le circuit de gaz, réglable.
10 zones de contrôle avec PID; 10 Zones de visualisation;
2 Sondes pour contrôler la pression, une à l'entrée et l’autre à la sortie du four. Le four comprend 5 zones :
1) Tirage et circulation forcée (10 mètres); 2) Préchauffe (16 mètres);
3) Cuisson (16 mètres);
4) Refroidissement rapide et récupération d’air (8 mètres); 5) Refroidissement et récupération d’air (20 mètres).
Figure II. 4 : Zones du four II.4.1 Zone de tirage et circulation forcée
La "Zone de Tirage et Circulation Forcée" est constituée par les éléments suivants : L’alimentation en sable des rigoles du four;
La régulation d'air du rideau de contre-pression avec contrôle d'écoulement par papillon;
Canaux de tirage latéral; Canaux de tirage dans la voûte ;
Tous les canaux sont équipés par un contrôle de tirage individuel au moyen d'enregistrement de type "guillotine".
Figure II.5 : Système d’alimentation en sable II.4.2 Zone de combustion (zone de préchauffée cuisson)
Dans la zone de combustion sont installés les brûleurs. Tous les brûleurs ont un allumage électronique et un contrôle de flamme individuel. Le four et le système de chauffe et de réglage auront un démarrage automatique, selon le programme choisi.
Le contrôle des brûleurs est effectué par un servomoteur installé dans le circuit d´air contrôlé par un programme dans chaque zone de contrôle qui fera varier le débit de l'air et proportionnellement le débit de gaz au travers d´une valve avec un diaphragme installé dans le circuit de gaz alimentant les brûleurs.
II.4.3 Zone Refroidissement rapide et récupération d’air
Les modules dans un total de 8 mètres auront 42 injecteurs d'air froid contrôlé. Les modules auront 2 groupes de contrôle automatique de température à travers le programme de contrôle.
II.4.4 Zone Refroidissement et récupération d’air
Les premiers modules dans un total de 14 mètres, avec 54 injecteurs d'air installés. Les 4 mètres suivants auront des canaux de récupération d’air chaud dans la voûte. Un système de contrôle pression (rideau d’air), est installé à la sortie du four [25].
II.5 Système de chauffe du four
Au total sont installés dans le four 64 brûleurs, répartis en 8 groupes, comme suit: a) Zone de préchauffe : Zone de combustion
Groupe 1 (4 mètres): 4 brûleurs + 8 tubes d’air. Groupe 2 (4 mètres): 4 brûleurs + 8 tubes d’air.
Groupe 3 (4 mètres): 6 brûleurs + 6 tubes d’air. Groupe 4 (4 mètres): 6 brûleurs + 6 tubes d’air. b) Zone de cuisson : Zone de combustion
Groupe 5 (4 mètres): 8 brûleurs. Groupe 6 (4 mètres): 12 brûleurs. Groupe 7 (4 mètres): 12 brûleurs. Groupe 8 (4 mètres): 12 brûleurs.
Les 8 groupes auront un contrôle automatique de température à travers le programme de contrôle. En cas de nécessité, et pour des ajustements mineurs, il est possible de régler la puissance de chaque brûleur individuellement, sans affecter l'ensemble.
Les composants impliqués dans le système de chauffage du four sont: 64 brûleurs de haute vitesse CF;
1 ventilateur de combustion et 1 de réserve; Contrôle de flamme et allumage électronique; Electro-soupapes;
Servomoteurs (dans le circuit d'air et dans le circuit du gaz – modulation individuelle);
Orifices calibrés dans les circuits de l’air et du gaz; Rampe d’entrée de gaz avec compteur [25].
Figure II.6 : Brûleur de haute vitesse CF II.6 Système de ventilation
L'installation du four est constituée par plusieurs circuits de ventilation. Selon la fonction à laquelle ils sont destinés, nous pouvons distinguer les circuits suivants:
Circuit d'extraction/échappement d'air, extraction de l'air dans les premiers modules et d'échappement dans les modules de préchauffage;
Circuit d'admission d'air du "CONTRAVEC", admission d'air du circuit de récupération;
Circuit d'admission d'air nouveau, qui alimente les injecteurs, les modules de refroidissement;
Circuit d'extraction de l'air des derniers modules de refroidissement, avec by-pass pour le circuit de récupération de l'air;
Circuit de récupération d'air pour le séchoir; Circuit d'extraction de l'air le séchoir; Circuit de recirculation de l'air le séchoir.
Dans le four sont installés 9 ventilateurs, liés aux diverses conduites d'air. Alors que dans le séchoir sont installés 6 ventilateurs.
a) Four
2 (1+1 de réserve) ventilateurs d’extraction du gaz de combustion (à l’entrée); 2 (1+1 de réserve) ventilateurs de combustion, recirculation forcée et contrôle de
pression à l'entrée;
2 (1+1 de réserve) ventilateurs de refroidissement et contrôle de pression à la sortie; 2 (1+1 de réserve) ventilateurs d’extraction d'air chaud à la sortie;
1 ventilateur du "CONTRAVEC". b) Séchoir
4 ventilateurs pour circulation d'air chaud à l'intérieur du séchoir; 1 ventilateur de circulation;
1 ventilateur d’extraction.
Les ventilateurs d’extraction à l’entrée sont équipés de turbines préparés pour air chaud à 150ºC et les ventilateurs d’extraction à la sortie sont équipés de turbines préparés pour air chaud à 200ºC [25].
II.7 Système de règlementation II.7.1 Processus de chauffage
Il est effectué par les brûleurs en fournissant une quantité suffisante d'air et de gaz commandé par le système de régulation basé sur la puissance requise. Avec le rapport air/gaz programmé, dans la zone de cuisson, différentes atmosphères peuvent être atteintes en fonction du produit à être tiré par chaque segment de la courbe de cuisson.
II.7.2 Processus de refroidissement
Le refroidissement du four est effectué par l’utilisation de l'alimentation en air par injecteurs d'air, commandé automatiquement en fonction de la courbe de refroidissement. Ce processus se produit dans la zone de refroidissement du four [25].
II.8 Système de control de pression du four a) Entrée du four
Une sonde de pression est installée dans la zone de préchauffage. Le réglage de la pression à l’entrée du four est effectué à travers le variateur de fréquence qui augmente ou diminue la rotation du moteur du ventilateur de tirage de l'entrée du four.
b) Sortie du four
Une sonde de pression est installée dans la zone de refroidissement. La régulation de la pression de sortie du four est effectuée à travers un variateur de fréquence qui augmente ou diminue la rotation du moteur du ventilateur de tirage de sortie du four.
Les valeurs recueillies par les deux sondes et envoyées au contrôleur de pression installé dans la cabine produisent un ensemble d'informations qui sera transmis en permanence au système de contrôle vers le variateur et vers le moteur qui conditionne le tirage de plus ou moins d'air du four.
De cette façon il est possible de maintenir la courbe de cuisson et la pression désirée à n'importe quelle température, permettant l’économie de combustible et une meilleure homogénéité de température à l'intérieur du four.
Il est possible de modifier les charges et de maintenir la même pression à l’intérieur du four même en ayant une récupération de chaleur à la sortie du four pour alimenter le séchoir. L’équilibre des températures et de la pression évite aussi d'endommager l'isolation des wagonnets [25].
II.9 Systèmes de commande et de contrôle
II.9.1 Systèmes de contrôle et supervision du four II.9.1.1 Équipements de four
Pour que le système de contrôle sache ce qui se passe à l'intérieur du four, il existe plusieurs dispositifs installés dans le four qui enregistrent plusieurs variables impliquées dans le cycle de cuisson. Equipement de contrôle:
10 thermocouples Pt/Pt Rh ; 10 thermocouples Cr/Ni ;
2 Sondes pour contrôle de pression, une à l'entrée et l’autre à la sortie du four ; Cabine de contrôle et panneau de gestion avec PLC et software de supervision. II.9.1.2 Contrôle et gestion
Le contrôle des températures et de la pression est effectué par un automate programmé, avec software qui permet de réaliser les fonctions suivantes :
Edition de courbes;
Registre de températures dans les zones contrôlées dans le four; Registre de pression en 2 points, entrée et sortie du four;
Système de lecture de température en 10 points différents du four (aux points sans contrôle automatique de température).
Sécurité - liste des alarmes.
Zones de control avec PID distribués de la façon suivante: Zone de préchauffe 4.
Zone de cuisson 4.
Zone refroidissement rapide 2. Contrôle de pression 2.
II.9.1.3 Cabine de contrôle
La cabine de contrôle possède les équipements suivants: Console graphique couleurs de 10’’ avec connexion Ethernet; Processeur PLC avec connexion Ethernet;
Entrées digitales; Sorties digitales; Entrées analogiques;
UPS pour microcoupures pour assurer la protection de programme et le fonctionnement de la vanne principale de gaz en cas de chute de tension de moins de douze (12) secondes.
II.9.1.4Mesure des consommations calorifiques de cuisson et de recuisons
Rampe d'entrée de gaz équipée avec compteur de gaz. Le système enregistre la quantité de consommation de gaz pour le système de contrôle et supervision.
Figure II. 7. Rampe de gaz II.9.1.5 Enregistrement des données
Toutes les données sont enregistrées dans le système de contrôle et sont accessibles dans le software de supervision. Registre de températures dans les zones contrôlées dans le four. Registre de pression en 2 points, entrée et sortie du four.
II.9.1.6 Signalisation acoustique et optique des alarmes
Le tableau de commande comporte un système d'avertisseur sonore et optique. Dans le software de contrôle il est possible définir le type de signalisation pour chaque type d’alarme.
Le système de supervision contient une liste de toutes les alarmes où vous pourrez consulter l’historique.
II.9.2 Systèmes de sécurité
II.9.2.1 Sécurité automatique de four
Chaque zone de contrôle est équipée de deux thermocouples (1 pour la sécurité, autre pour le contrôle de température). Le système de contrôle indique quelque différence de température du four en comparaison avec la courbe de cuisson, la pression, l’atmosphère, le déplacement des wagonnets ou quelque autre composant important pour le bon fonctionnement du four. Le niveau d’alerte, sonore ou autre, est fait par le système en accord avec chaque cas. Le système de contrôle peut arrêter automatiquement le four en cas d’anomalie. L'équipement est fourni avec les systèmes de sécurités suivants:
Excès de température
Le système est équipé par trois détecteurs de déviation de température. En cas d’excès de température, l’alarme fonctionnera, interrompant immédiatement le cycle.
Excès de pression à l'entrée du gaz
En cas de dommage ou de rupture de la membrane, le réducteur qui alimente le four et la pression montent au-dessus des valeurs déterminées. Le commutateur de pression de gaz élevé ouvre le circuit et interrompt l'alimentation en gaz immédiatement.
Insuffisance de pression à l'entrée du gaz
Au cas où il n'y a pas assez de gaz pour que le four fonctionne correctement, l'interrupteur de basse pression de gaz ouvre le circuit et coupe l'alimentation en gaz immédiatement.
Insuffisance de pression à l'entrée de l'air
S'il n'y a pas assez d'air pour que le four fonctionne correctement, l'interrupteur de basse pression d'air ouvre le circuit et coupe l'alimentation de l'air immédiatement.
Coupure de gaz individuelle par brûleur par manque de flamme
Si la flamme d'un ou de plusieurs brûleurs est éteinte, le système fera trois essais pour la rallumer et si ces tentatives s’avèrent infructueuses, l'électrovanne principale par le système de contrôle de flamme interrompt immédiatement le gaz au brûleur avant d’alerter l'opérateur de cet évènement, grâce à un signal sonore, indiquant quel (ou quels) brûleur n'est pas allumé.
Si un ou plusieurs brûleurs ne s'allument pas, le système fera trois essais avant d’alerter l'opérateur de cet évènement, grâce à un signal sonore, indiquant quel (ou quels) brûleur n'est pas allumé.
Et avec l'équipement de sécurité suivant :
Rampe gaz avec deux électrovannes normalement fermées automatiques; Deux pressostats de sécurité dans le circuit du gaz, maximum et minimum; Un pressostat de sécurité dans le circuit d'air;
Un contrôle de la flamme (ionisation) et deux vannes coupure de gaz par brûleur. II.9.2.2 Sécurité du personnel
Il existe des barrières de sécurité placées dans les zones des transbordeurs à l'entrée et à la sortie du four. Ces dernières sont fabriquées selon les normes de sécurité européennes.
Les protecteurs et barrières sont construits et utilisés de façon à assurer une protection efficace interdisant l'accès aux zones dangereuses durant les opérations sans pour autant créer des difficultés à l'opérateur et sans porter préjudice à la production. Tous les protecteurs seront solidement fixés au sol [25].
II.10 Système de déplacement des wagonnets
Le déplacement automatique des wagonnets et des 2 charriots de transfert est commandé par un système de déplacement automatique contrôlé par PLC.
Le système de déplacement est constitué par les éléments suivants : 1 rail de déplacement des wagonnets dans le four;