CONTRÔLE-COMMANDE DU MOTEUR DU VENTILATEUR FINAL A TRAVERS UNE COMMUNICATION PROFIBUS A LA SCB-LAFARGE D’ONIGBOLO.

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Mémoire de Fin de Formation pour l’Obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception

CONTRÔLE-COMMANDE DU MOTEUR DU VENTILATEUR FINAL A TRAVERS UNE COMMUNICATION PROFIBUS A LA SCB-LAFARGE

D’ONIGBOLO.

Rédigée et soutenue publiquement le mercredi 20 novembre 2019 par : Finafa Gloria Costelle GNIMAGNON

devant le jury composé de :

1. Dr. SOGBOHOSSOU Médésu, Président du jury 2. Dr. AZA-GNANDJI Maurel, Membre du jury 3. M. AMOUSSA Abdoul Kamel, Membre du jury 4. Dr. (MC) FIFATIN François-Xavier, Maître de mémoire

Année académique : 2017 - 2018

Sommaire

Sommaire ii

Dédicaces iii

Remerciements iv

Listes des figures vii

Liste des tableaux viii

Liste des sigles et abréviations ix

Résumé x

Abstract xi

Introduction 1

1 LA SCB-LAFARGE 3

2 L’ANCIEN SYSTEME 19

3 LE NOUVEAU SYSTEME 32

4 L’ANALYSE FINANCIERE 55

Conclusion 59

Bibliographie 60

A Schémas types de câblage 62

B Caractéristiques des différentes cartes [3] 67

Table des matières 69

Dédicaces

Je dédie ce travail a :

Mes parents Vincent GNIMAGNON et Carine AGBAHOUNDE Mes frères, sœurs et Alvaro GANTUA ...

Remerciements

Nous ne saurions présenter ce travail sans exprimer nos profondes gratitudes envers les personnes qui nous ont chacun à sa manière, apportés leur coups de pouces à sa réalisation.

Nous adressons nos sincères remerciements :

— A l’éternel Dieu tout puissant pour nous avoir accompagnés tout le long de notre existence et pour ses grâces renouvelées ;

— Au Directeur d’usine Mr. Valentin TOGBE pour nous avoir permis d’effectuer notre stage dans son usine ;

— Au Directeur de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi le Prof. Guy Alain ALI- TONOU ;

— Au Directeur adjoint de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi le Prof. François- Xavier FIFATIN ;

— Au Dr. Théophile HOUNGAN, chef de département du génie électrique, merci pour votre suivi durant toutes ces années ;

— A notre maître de mémoire Prof. François-Xavier FIFATIN pour avoir accepté nous suivre pour notre travail ;

— A notre encadreur Dr. Maurel AZA-GNANDJI pour n’avoir ménagé aucun effort pour tout le temps consacré à notre travail afin de le rendre meilleur, merci à vous monsieur ;

— A notre tuteur de stage Mr. Kamel AMOUSSA ingénieur système à la SCB- LAFARGE pour sa disponibilité incontournable et son intérêt pour notre travail ;

— Au Dr. Macaire AGBOMAHENAN pour tout son soutien ;

— A Tout le corps enseignant de l’Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi(EPAC) et en particulier celui du département de Génie électrique pour la formation reçue ;

— A Mr. Gaston HOUETO chargé des travaux au service Electricité-Instrumentation pour sa touche à notre travail ;

— A Mr. Victor GNANCADJA électricien à la SCB-LAFARGE pour son soutien indéfectible ;

— A Mr. François GNONLONFIN responsable procédé à la SCB-LAFARGE pour ses conseils ;

— A Mr. Martin HOUNGBEDJI Ingénieur procédé pour toute sa gentillesse, ses conseils et son soutien ;

julien, Théodore, Aimé ;

— A mon oncle Sylvain AKOGBE pour tout son soutien, merci beaucoup mon oncle ;

— A mes mères Sylvie AMOUSSOU, Pauline GOUMADJIHOHO, Nicole KPETE- HOTO, merci du fond du cœur pour tous vos sacrifices ;

— A tous ceux qui m’ont accompagné durant mon chemin d’études supérieures, mes amis de promotion qui étaient toujours à mes côtés. Remerciement spécial à vous très chers amis Raimi, Déo-gratias, Wally, Kenneth, Boris, Ulrich, Romancia, Os- seni, Prisca, Amédée, Louise, Trinité, Charlotte, Madeleine, Nély merci infiniment pour vos soutiens à divers niveaux.

Liste des figures

1.1 Organigramme de la SCB-LAFARGE . . . 4

1.2 Processus de fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE. . . 14

1.3 Plateforme d’automatisation de la SCB-LAFARGE. . . 17

2.1 Synoptique du circuit aéraulique . . . 20

2.2 Grafcet de l’ancien système . . . 30

3.1 Synoptique actuel du circuit aéraulique . . . 34

3.2 Grafcet du nouveau système . . . 36

3.3 Vue du variateur de vitesse . . . 38

3.4 Configuration mono-maître . . . 40

3.5 Vue du PRM . . . 41

3.6 Vue du connecteur . . . 43

3.7 Vue du FPBA-01 . . . 44

3.8 Architecture réseau . . . 46

3.9 Structure interne d’un automate programmable . . . 48

3.10 Bloc moteur . . . 51

3.11 Bloc défauts . . . 53

4.1 Courbe de comparaison avant et après l’ADF . . . 56

4.2 Courbe de comparaison sur un an . . . 57

A.1 Schéma de câblage du variateur de vitesse avec le moteur . . . 63

A.2 Schéma de câblage des entrées/sorties analogiques du variateur . . . 64

A.3 Schéma de câblage du corps de chauffe de moteur . . . 65

A.4 Schéma de câblage des températures d’enroulement du moteur . . . 66

B.1 Entrées analogiques du variateur . . . 68

B.2 Sorties analogiques du variateur . . . 68

B.3 Entrées logiques du variateur . . . 68

B.4 Entrées et sorties logiques du variateur . . . 68

Liste des tableaux

2.1 Liste des mnémoniques . . . 30

3.1 Liste des mnémoniques suite . . . 36

3.2 Bilan des entrées logiques du système . . . 49

3.3 Bilan des sorties logiques du système . . . 49

3.4 Bilan des entrées analogiques du système . . . 50

3.5 Bilan des entrées analogiques du système . . . 50

4.1 Tableau d’évaluation du gain mensuel . . . 57

Liste des abréviations

ADBK : Arrêt du Broyeur à Clinker ADF : Arrêt du Four

CEM : Cement

CPJ : Ciment Portland avec ajout CPU : Central processing unit

EPAC : Ecole Polytechnique d’Abomey-Calavi EPI : Equipement de Protection Individuel PC : Personal computer

PKS : Palm Kernel Shell

PLC : Programmable logic controller PRM : Profibus Remote Master SCB : Société des Ciments du Bénin SCO : Société des Ciments d’Onigbolo

Résumé

A la SCB-LAFARGE, les gaz chauds issus de la cuisson du clincker sont tirés du circuit aéraulique grâce à trois ventilateurs. Parmi ces ventilateurs, le moteur du ventilateur final fonctionne en régime nominal de marche à plein temps . Ceci a donc pour conséquence une consommation importante d’énergie électrique. L’objectif de ce travail est de mettre à la disposition de la SCB-LAFARGE un système automatisé de contrôle-commande du ventilateur final pour réduire sa consommation d’énergie et améliorer les performances du circuit aéraulique du four.

Dans un premier temps, une architecture réseau est mise en place . Dans un second temps, un variateur de vitesse du fabricant ABB est installé et configuré. Ensuite les différents schémas de câblage sont mis à jour suivi de la mise en œuvre du système sur le terrain . L’analyse économique et financière du projet a révélé que la SCB-LAFARGE gagnera en performance et économisera mensuellement près de 5 millions de FCFA. Car les gains mensuels avant l’installation du système automatisé s’élevaient respectivement à 27.365.000 FCFA et 28.210.000 FCFA pour les mois de septembre et d’octobre. Après l’installation nous notons 23.140.000 FCFA d’ou l’importance de ce travail. La baisse de la consommation d’énergie par rapport à la production de la tonne de clincker est aussi considérable.

Mots-clés : variateurs de vitesse, contrôle-commande, communication profibus, ven- tilateur final, consommation d’énergie.

Abstract

At SCB-LAFARGE the hot gases from the cooking of the clinker are drawn from the aeraulic circuit thanks to three fans. Among these fans,the final fan motor operates at nominal full-time operation. This therefore results in a significant consumption of electri- cal energy. The aim of this work is to provide SCB-LAFARGE with an automated control system of the final fan to reduce its enrgy consumption and improve the perfomance of the furnace air circuit.

At first, a network architecture is implemented. In a second step, a speed variator from the manufacturer ABB is installed and configured. Then the different wiring diagrams are updated followed by the implementation of the system in the field. The economic and fi- nancial analysis of the project revealed that the SCB-LAFARGE is gaining in perfomance and saving nearly 5 million CFA francs monthly. Because the monthly gains before the installation of the automated system amounted respectively to 27,365,000 FCFA and 28,210,000 FCFA for the months of september and october. After the installation we note 23,140,000 FCFA from where the importance of this work. The decline in energy consumption compared to production per ton of clinker is also considerable.

Key-words: variable speed drives, control command, final fan, energy consumption

Introduction

La SCB-LAFARGE est un complexe cimentier dont l’usine de production est située à Onigbolo à quelques kilomètres de la ville de Pobè au Bénin. Cette usine fonctionne sui- vant le déroulement des activités de plusieurs ateliers dont celui du four. Ce dernier assure la cuisson du clinker (mélange de calcaire et d’argile cuite) à la température de 1450˚C suivant une réaction de cuisson exothermique. Les gaz chauds issus de cette combustion sont tirés du four pour éviter les accidents liés à la surchauffe grâce à trois ventilateurs installés dans le circuit aéraulique. La régulation du débit d’évacuation des gaz chauds est effectuée par des registres à persiennes disposés en amont de chaque ventilateur.

Parmi les trois ventilateurs du circuit aéraulique, le moteur du ventilateur (JIP01) fonctionne à plein temps compte tenu de son rôle dans l’évacuation. Le système de contrôle commande actuel est tel que le moteur du ventilateur final est en régime no- minal de fonctionnement pendant toute la durée de fonctionnement du système. Dans ce contexte, la problématique de ce travail consiste à répondre à la question : quel système de contrôle-commande mettre en place pour réduire la consommation d’énergie du moteur du ventilateur final de l’électrofiltre ?

L’objectif de ce travail est de mettre à la disposition de la SCB-LAFARGE un sys- tème automatisé de contrôle-commande du ventilateur final pour réduire sa consommation d’énergie et améliorer les performances du circuit aéraulique du four.

La méthodologie adoptée consiste en un premier temps à analyser le système en place, en second temps la conception du nouveau système de contrôle-commande et enfin la mise en service du système conçu.

Ce document est subdivisé en quatre (04) chapitres :

— le premier chapitre présente la cimenterie SCB-LAFARGE et le processus de fa- brication du ciment en place ;

— le deuxième chapitre est consacré à l’étude et à la description de l’ancien système de l’atelier du ventilateur final ;

— le troisième chapitre présente la conception du nouveau système ;

— le quatrième et dernier chapitre présente une analyse financière du projet.

Chapitre 1

Généralité sur la SCB-LAFARGE

Introduction partielle

Ce chapitre présente la structure SCB-LAFARGE. Il décrit premièrement la situa- tion géographique du complexe cimentier, présente ensuite le processus de fabrication du ciment et enfin la plateforme d’automatisation de l’usine.

1.1 Présentation de la SCB-LAFARGE

La SCB-LAFARGE est une société au capital de dix (10) milliards de francs CFA. elle a son siège social à la Haie vive et dispose d’une unité de production à onigbolo.

1.1.1 Historique et situation géographique de l’usine

En 1974, une étude géologique a révélé un important gisement d’argile et de calcaire dans le Sud-Est du Bénin plus précisément à Onigbolo. Il s’agit d’une localité située sur le tronçon Pobè-Kétou à environ 20 kilomètres de chacune des communes. Pour l’ex- ploitation de cette ressource, les Etats Béninois, Nigérians, et un partenaire technique Danois F.L SMIDTH ont donné naissance en 1979 à une société anonyme au capital de dix (10) milliards de francs CFA, dénommée la Société des Ciments d’Onigbolo (SCO).

Devenue officiellement fonctionnelle dès Août 1982 avec comme principal actionnaire le Bénin (51avec une capacité de production annuelle de 500.000 tonnes sous la marque

« DIAMANT ».

Suite à des dysfonctionnements tels que la non fiabilité du réseau électrique, l’impra- ticabilité saisonnière de la carrière, la baisse de la qualité de production et autres raisons valables, l’usine est arrêtée en Mars 1988. Afin de dénouer cette crise, les deux états (Ni- geria et Bénin) ont décidé de la mise en location gérance du complexe. Ainsi, un appel d’offres international est lancé et remporté par le groupe SCB-LAFARGE constitué de la

SCB qui est une société béninoise et de LAFARGE, multinationale française et premier cimentier mondial. Ce groupe prend donc l’entreprise d’où son nom SCB-LAFARGE de- puis le 10 Juin 1999. Après d’importants travaux de réhabilitation, la production reprit le 02 Août 2001 avec une production de ciment annuelle de 500.000 tonnes comme au départ. Aujourd’hui, la SCB-LAFARGE est constituée de trois actionnaires principaux que sont :

— SCB-LAFARGE avec une action de 51% ;

— DANGOTE avec une action de 43% ;

— Etat Béninois avec une action de 6%.

1.1.2 Structure Organisationnelle de la direction de l’usine

L’unité industrielle de la SCB-LAFARGE est placée sous la responsabilité d’un direc- teur d’usine qui la conduit en s’appuyant sur la structure organisationnelle représentée à la figure 1.1 :

Figure 1.1 – Organigramme de la SCB-LAFARGE

1.1.3 Présentation des services de la direction de l’usine

L’usine présente en son sein plusieurs services pour le bon déroulement des activités de l’usine.

1.1.3.1 Département Exploitataion

Sous la responsabilité de l’ingénieur d’exploitation, le département exploitation s’oc- cupe de tout le processus de la fabrication du ciment depuis l’exploitation de la matière première jusqu’à l’expédition du ciment. Il est constitué de plusieurs services que sont : le service carrière, le service Fabrication, le service broyeur à ciment et expédition, le service procédé et le service système.

— Service Carrière

Ce service s’occupe de l’extraction de la matière première dans la carrière, son transport et son concassage. Il constitue trois tas (2 tas pré-homo et 1 tas d’ajout).

— Service Cru-cuisson

Ce service regroupe les ateliers broyage cru et cuisson. Il s’occupe de la production de la farine à partir de la matière première et de la cuisson de cette farine pour obtenir du clinker. Il est composé essentiellement de personnel posté (rotation de 3

×8) qui assure la production du clinker 24h sur 24h. Le chef de quart est rattaché au responsable cru-cuisson.

— Service BK-Expédition

Ce service s’occupe de l’atelier de broyage des composants du ciment, de son sto- ckage, de l’ensachage et de l’expédition du ciment. Il est aussi composé de personnel posté qui assure la production 24 h sur 24 h.

— Service Procédés Il contrôle le processus de fabrication. Il détermine avec les autres services du département exploitation, les procédures et conditions de marche des ateliers. Il garantit avec les services de la maintenance la justesse des mesures des capteurs critiques. Les audits réalisés lui permettent de trouver des pistes d’amé- lioration pour l’atteinte des objectifs de production. Il contribue au développement du personnel de l’exploitation.

— Service système

Il contrôle toutes les programmations du système de la SCB-LAFARGE. Il est en adéquation spécialement avec le service procédé pour la marche process de chaque équipement de l’usine. Il fonctionne également avec le service électricité pour la bonne marche des ateliers. Il est dirigé par l’ingénieur système.

1.1.3.2 Département Maintenance

Il est dirigé par l’ingénieur de maintenance. Il s’occupe de tout ce qui concerne la maintenance des équipements de l’usine à travers ses services. Ce département comprend :

le service électricité et instrumentation ; le service méthodes ; le service mécanique et garage ; le service entretien bâtiment.

— Service électricité et instrumentation

Ce service s’occupe de la maintenance des installations, des équipements électriques et de contrôles du processus de fabrication.

— Service mécanique et garage

Ce service s’occupe de la maintenance des installations, équipements mécaniques et des engins d’exploitation.

— Service Méthodes

Ce service a pour mission :

• visite des installations de l’usine suivant un planning ;

• préparation et le planning des interventions mécaniques et électriques ;

• suivi des pièces de rechange mécanique ;

• établissement des ordres des travaux ;

• suivi des travaux de sous-traitance mécanique ;

• études des modifications et des améliorations à apporter sur les installations ; établissement des plans de réalisation des travaux.

1.1.3.3 Autres services

— Magasin Général

Ce service a pour rôle de stocker les articles et matériels reçus par la société afin de les utiliser en cas de besoin. Les articles sont logés dans des rayons qui leur sont convenables avec les codes des articles.

— Service contrôle Qualité

L’usine est dotée d’un laboratoire équipé de certains équipements nécessaires à la réalisation des contrôles depuis l’extraction des matières premières jusqu’à l’expé- dition du produit fini et ce, conformément aux normes en vigueur et aux besoins de la clientèle. Des échantillons prélevés sur les matières premières, les combus- tibles, la farine crue, le clinker et le ciment permettent de contrôler l’ensemble du processus de production et de garantir aussi la qualité à la fois élevée et régulière du produit final.

— Environnement

De nos jours, la protection et la mise en valeur de l’environnement représentent une composante incontournable du développement des entreprises. A la SCB- LAFARGE, la protection de l’environnement répond d’abord à une exigence éthique.

Elle part de la conviction qu’il n’est pas de croissance durable sans conciliation de la performance économique et du respect de l’environnement.

1.1.3.4 Sécurité

Dans toute entreprise à haut risque d’accident de travail, la sécurité est un maillon très important. A la SCB-LAFARGE particulièrement, elle constitue le centre de toute activité et la priorité de tous les agents. Pour assurer la sécurité, toutes les mesures sont prises.

— L’accueil sécurité est obligatoire pour tout nouveau venu ou visiteur. Il consiste à l’informer des risques d’accident qu’il court en travaillant dans l’usine et des comportements à adopter dans l’enceinte de l’usine. L’usine dispose d’une école de sécurité à cet effet.

— Le port obligatoire des EPI (Equipement de Protection Individuelle) tels que le casque, les chaussures de sécurité, les lunettes et les EPI spécifiques tels que le bouchon d’oreille, masque antibruit, les gants obligatoire pour tous les acteurs de l’usine.

— Des plaques signalétiques sont placées à tous les niveaux ou elles sont nécessaires pour informer des risques et des mesures de protections ou tout simplement pour instruire sur la sécurité.

— Des formations et conférences organisées pour le personnel sur la sécurité.

— Des secouristes sont formés et sont présents dans l’usine 24h sur 24h.

— Pour toute intervention, il est exigé une analyse des risques liés à l’exercice par la méthode STOP. Cette méthode consiste à analyser tous les risques liés à cette intervention et à prendre des mesures correctrices.

— Il est obligatoire de prendre le permis de travail en hauteur, le permis de travail en espace confiné, le permis de fouille et le permis de feu s’ils sont nécessaires.

— Depuis quelques années, une nouvelle procédure de consignation a été mise en place et est rigoureusement exécutée à SCB- LAFARGE : il s’agit de la procédure LOTOTO (Lock Out ; Tag Out et Try Out). Cette procédure permet de sécuriser les activités par la consignation des équipements suivant un plan bien établi.

— Le « Tools Box Talk» : c’est une activité qui consiste à procéder avant des inter- ventions, à une discussion constructive où chaque intervenant apporte des idées sur un thème relatif à la santé, l’environnement et/ou la sécurité. Son but est d’amé- liorer les connaissances de chacun en matière de bonnes pratiques pour la santé, l’environnement et la sécurité pour le bien-être individuel et collectif.

Aujourd’hui, la politique de la SCB-LAFARGE est d’imprégner à tout son personnel le sentiment d’être un acteur de la sécurité, la responsabilité de veiller à ce que son environnement soit sain et sécuritaire. Chacun doit démontrer par un engagement actif et une responsabilité visible, que la santé et la sécurité sont ses valeurs fondamentales.

Une corrélation entre tous les services, tout le personnel, est mise en place pour améliorer chaque jour le niveau de sécurité de l’entreprise. Tous les moyens sont mis en place pour faire de la SCB-LAFARGE, un cadre de travail adéquat et où règne la sécurité.

1.1.3.5 Méthodologie de travail

Dans toute entreprise, l’information est très importante et sa transmission d’une per- sonne à une autre doit être facilitée. C’est pourquoi, la communication a une place privi- légiée à la SCB- LAFARGE. A cet effet, des réunions quotidiennes se tiennent à tous les niveaux. On distingue :

— La réunion sectorielle au cours de laquelle les agents d’un même service répartis dans les différents secteurs se réunissent pour faire le compte rendu au chef service.

A cette occasion, le chef service est informé de toutes les difficultés des différents secteurs concernant son service et prend des actions pour résoudre ces problèmes.

Certaines de ces actions sont validées à la réunion de la coordination avant leur mise en œuvre ;

— La réunion de la coordination : Elle réunit tous les chefs services ; les ingénieurs de maintenance et d’exploitation et le directeur d’usine. Elle est faite pour débattre des problèmes de l’usine liés à la marche de la veille, et prendre des actions afin de les résoudre dans un délai raisonnable ;

— La réunion des gros arrêts : Cette réunion est faite pour la préparation de l’arrêt du four (ADF), de l’arrêt du broyeur clinker (ADBK). Elle réunit les chefs services et l’encadrement intermédiaire, les ingénieurs de maintenance, d’exploitation et de sécurité et le directeur d’usine ;

— La réunion du comité de fiabilité : Cette réunion est faite pour discuter de la fiabilité des machines.

1.2 Processus de fabrication du ciment

La fabrication du ciment se déroule suivant plusieurs processus. Ce processus com- mence par l’extraction des matières premières et se poursuit jusqu’à l’expédition du ci- ment.

1.2.1 Définition du ciment

Provenant du latin « caementum » qui signifie « pierre non taillée », Le ciment est un liant hydraulique, c’est à dire une matière inorganique finement moulue qui gâché avec de l’eau, forme une pâte qui fait prise et durcit par suite de réaction et processus d’hydratation. Il est capable d’agglomérer en durcissant, des substances variées appelées agrégats ou granulats et après durcissement, le ciment conserve sa résistance et sa stabilité même sous l’eau. En cimenterie, il existe quatre (4) grands procédés de fabrication du ciment : la voie humide, la voie semi-humide, la voie semi-sèche et la voie sèche. A la SCB-LAFARGE, c’est la voie sèche qui est employée. La production du ciment dans ce cas s’opère selon un processus en quatre grandes étapes :

— Extraction, Concassage et pré homogénéisation des matières premières ;

— Broyage et homogénéisation de la farine crue ;

— Cuisson et stockage du clinker ;

— Broyage, Ensachage et expédition du ciment ;

1.2.2 Extraction, concassage et pré homogénéisation des ma- tières premières

Le mélange L’obtention d’une préhomogeneisation des matières premières s’obtient grâce à l’extraction et au concassage des différents matières premières .

1.2.2.1 Extraction des matières premières

La carrière en cimenterie constitue la source en matières premières qui doivent subir des transformations pour la fabrication du produit fini. Les matières premières sont extraites à partir des roches d’une carrière constituées de l’argile et du calcaire. A la SCB-LAFARGE la carrière s’étend sur 35 km de l’Est à l’Ouest et 13 km du Nord au Sud pour une superficie de 1923 hectares. L’argile en surface est extraite avec des engins d’excavation (creusement du sol) après décapage du sol. Le calcaire quant à lui, est obtenu grâce à des explosifs à cause de sa dureté. Suivant la pureté et la composition chimique, on distingue le calcaire d’ajout, le calcaire marneux, le calcaire tiré, le calcaire ajout pollué. Des camions bennes de fort tonnage appelés dumper transportent ensuite ces matières vers l’atelier de concassage.

1.2.2.2 Concassage

Le concassage a pour but de réaliser une première fragmentation des matières pre- mières afin d’obtenir une granulométrie moins grossière. Pour cela l’usine dispose de deux concasseurs :

— le concasseur de calcaire à marteaux d’une capacité de 565 tonnes/heure ayant six (6) axes contenant chacun six marteaux et deux cylindres dont un lisse et l’autre à tampon ;

— le concasseur d’argile à cylindre d’une capacité de 90 tonnes/heure contenant deux cylindres à crampon sur deux niveaux.

Après concassage, le calcaire et l’argile sont mélangés dans une proportion qui varie entre 87% sur 13% et 90% sur 10%. Ce mélange est appelé matière crue. La matière crue est ensuite convoyé vers un grand hall de stockage (le hall de pré homogénéisation) par une bande transporteuse.

1.2.3 Pré-homogénéisation

Dans le hall de pré homogénéisation, le mélange argile + calcaire concassé est stocké en deux tas. Le pré-homo constitue un mode de stockage qui permet de construire un tas de matière pré dosé homogène (mélange très intime des constituants) à partir des différentes matières concassées. Son objectif principal est d’avoir un stock aussi régulier que possible à la reprise et qui respecte les normes de production. Le tas est constitué par des couches de matières premières à l’aide d’un manège appelé jeteur, effectuant un mouvement de translation aller-retour. La matière ainsi répartie est reprise transversalement par un appareil appelé pont gratteur. Chaque tas peut fait environ 9000 tonnes. Le parc de pré homogénéisation est une carrière plus homogène que la carrière d’origine. Deux convoyeurs partent du hall : l’un transporte le mélange reçu du pont gratteur et l’autre, l’argile ou le calcaire reçu de la trémie de correction allant permettre l’obtention de la composition de farine recherchée. Dans ce même hall, il est confectionné un troisième tas de calcaire riche exclusivement en chaux qui est utilisé comme ajout au niveau du broyeur ciment ou pour la correction du cru.

1.2.4 Broyage, homogénéisation et stockage de la farine crue

Le broyage et l’homogénéisation des matières premières permettent l’obtention de la farine crue stocké.

1.2.4.1 Séchage et broyage des matières premières

Le cru pré-homogénéisé est ensuite conduit vers le broyeur a cru pour être séché puis broyé. Ce dernier dispose donc de deux chambres dont une pour le séchage et l’autre pour le broyage. Dans la première chambre, le mélange est séché par des gaz chauds provenant du four et ayant au préalable traversé la tour de préchauffage. Un générateur de chaleur permet aussi de produire un complément de gaz chaud pour le séchage. Mais pour des raisons de réduction du coût de production, le générateur est à l’arrêt et l’usine travaille pour une optimisation de la récupération des thermies venant du four. La circulation des gaz à travers le broyeur est assurée par un ventilateur centrifuge qui crée une dépression à l’entrée du broyeur.

Au niveau de la chambre de séchage de ce broyeur à boulets, des pelles soulèvent la matière et en suivant le mouvement de rotation du broyeur, la matière tombe des pelles, s’éparpille et est traversée par les gaz chauds au cours de sa chute. Dans la chambre de broyage, le mélange séché est broyé à travers le mouvement des boulets pour obtenir la farine cru. Des blindages permettent non seulement de protéger la virole mais aussi d’assurer un bon broyage. Suivant leur type, releveur ou classant, ces blindages relèvent les boulets pour assurer un bon broyage ou les classent suivant leur diamètre. Après le broyage, la farine est emportée par les gaz chauds vers un séparateur dynamique où les

gros morceaux sous l’effet de pesanteur tombent et sont retournés dans le broyeur par une série de deux vis pour être broyés à nouveau. Le broyeur a une capacité nominale de 150 t/h.

1.2.4.2 Homogénéisation et stockage de la farine

Après le séparateur dynamique, les gaz chauds chargés de poussières de farine conti- nuent leur chemin vers les deux cyclones de séparation (séparateurs statiques). A ce niveau, les gaz chauds se débarrassent des poussières qui descendent par gravité dans un aéroglisseur. Ils sont enfin aspirés par le ventilateur final et refoulé dans un filtre électro- pneumatique pour être complètement débarrassé de la poussière avant d’être rejetés dans la nature au travers de la cheminée. La farine recueillie dans l’aéroglisseur est transportée dans deux silos d’une capacité de 2300 tonnes chacun. Dans ces silos, la farine est homo- généisée avec de l’air produit par des suppresseurs. Après homogénéisation, la farine est déposée dans deux silos de stockage d’une capacité de 4300 tonnes chacun.

1.2.4.3 Cuisson et stockage du clinker

Après les silos de stockage, la farine extraite des silos de stockage est transportée dans une trémie tampon par une succession de vis, d’aéroglisseur et élévateur. Un doseur se trouvant à la sortie de cette trémie permet de réguler le débit de la farine à sa sortie qui alimentera les pompes. Ces pompes envoient donc de la farine pesée et sous pression dans la tour de préchauffage. Le clinker, c’est de la farine crue qui a été chauffée jusqu’à plus de 1450˚C et refroidi rapidement jusqu’à environ 100˚C. A la Cimenterie de Onigbolo, la cuisson de la farine crue se fait au travers d’un four rotatif moderne de longueur utile 65 m pour un diamètre intérieur de 4,55 m et incliné de 3%. Muni d’un pré-chauffeur à 4 étages de cyclones. Il est mis en rotation par un moteur de puissance nominale de 450 kW à vitesse variable contrôlé par un variateur de vitesse de fréquence maximale 108 Hz et dispose d’un moteur auxiliaire de virage pour le faire tourner à très basse vitesse (jusqu’à son refroidissement) en cas d’indisponibilité du moteur principal, cela dans le but d’éviter une déformation de la virole du four appelée communément « banane » .

1.2.4.4 Tour de préchauffage

La tour de préchauffage est un dispositif ayant pour rôle la récupération de l’énergie calorifique emportée par les gaz chauds de la cuisson à travers des échanges de chaleur entre ces gaz chauds et la farine crue. Elle est composée de cinq (5) cyclones répartis sur quatre (4) étages. Dans chaque cyclone et en série, s’effectue un échange de chaleur puis une séparation par phénomène de cyclonage entre la farine et les gaz chauds. La farine injectée dans la tour à environ 80˚C, en sort à environ 850˚C pour continuer sa transformation dans le four rotatif.

1.2.4.5 Four rotatif

Le déplacement de la matière dans le four est assuré par la rotation et l’inclinaison de celui-ci. Le four peut être réparti en deux zones principales :

— Zone de décarbonatation où la calcination de la matière est achevée ;

— Zone de clinkérisation où le C2S est combiné avec la chaux libre CaOl pour donner le C3S qui, une fois refroidi, donne les nodules de clinker.

Dans le four, la chaleur est apportée par des combustibles fossiles et/ou renouvelables. Il s’agit du fuel, du petcoke, des coques de noix palmistes (pks), des coques de coton, du son de riz, et parfois des coques de noix d’anacarde, des déchets de bois, etc.

1.2.4.6 Refroidissement

A sa sortie du four, le clinker entre dans le refroidisseur pour subir une trempe rapide afin de figer les C3S et de les empêcher de se transformer en C2S, chose qui influe sur la qualité et la composition du clinker. Le refroidisseur à clinker a une influence déterminante sur les performances et l’économie de l’installation.

1.2.4.7 Stockage du clinker

A la sortie du refroidisseur, les plus gros morceaux de clinker tombent par gravité dans un concasseur à clinker pour être émiettés. Les plus fins vont sur des traînasses qui les convoient vers la goulotte qui dispose de deux clapets. Le premier clapet envoie le clinker dans l’élévateur pour le stockage extérieur. Le second envoie le clinker sur la chaîne à augets qui le convoi vers le silo de stockage du clinker d’une capacité d’au moins 20000 tonnes.

1.2.5 Broyage, ensachage et expédition du ciment

Le ciment est donc obtenu après broyage du clinker cuite et l’ensachage.

1.2.5.1 Broyage

Pour développer les propriétés hydrauliques et rhéologiques du ciment, le clinker est broyé dans un second broyeur à boulets en y ajoutant le gypse et/ou le calcaire selon le type du ciment produit. Le gypse est un régulateur du temps de prise. Les types de Ciment produits à l’Usine d’Onigbolo actuellement sont le CEM-I et le CPJ. Les pourcentages de matière suivant le type de ciment se présentent comme suit :

— CEM-I 42,5 : clinker 95.5% ; calcaire 0% ; gypse 4.5%

— CPJ-35 : clinker 68.5% à 72.5% ; calcaire 23% à 27% ; gypse 4.5%

Le débit moyen du broyeur à ciment est de 75 tonnes/heure. Après broyage, le ciment obtenu est envoyé à travers un ensemble vis élévateur aéroglissière dans trois silos de stockage de ciment avec des capacités de 300, 10000 et 10000 tonnes.

1.2.5.2 Ensachage et expédition

Des silos de stockage, le ciment est convoyé par une vis sans fin et un élévateur vers l’atelier d’ensachage. Cet atelier dispose de deux ensacheuses rotatives « Haver » à huit becs et muni chacune d’un dispositif appelé « radimat » permettant d’envoyer les embal- lages de ciment dans les becs. Le ciment est mis dans des sacs de 50 kg qui sont ensuite transportés par des bandes vers deux quais de chargement de camions. Chaque ensacheuse alimente une bande. D’autre part, une ligne est disponible pour le chargement du vrac.

Le synoptique du processus de fabrication du ciment a la SCB-LAFARGE est présenté à la figure 1.2 :

Chapitre1.LASCB-LAFARGE Figure1.2–ProcessusdefabricationducimentàlaSCB-LAFARGE. Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparFinafaGloriaCostelleGNIMAGNON-EPAC2018page

1.2.6 Présentation de la plateforme d’automatisation de l’usine [1]

Le système de contrôle commande de la SCB-LAFARGE comporte deux types de technologie à savoir :

— système numérique ;

— système relayage.

Le système numérique prend en compte les ateliers de concassage, de broyage cru, du four, du broyage Petcoke, torréfaction, de l’ensachage et certaines parties de l’atelier de broyage ciment. Les ateliers de concassage, de broyage cru, et du four sont sur une plateforme d’automatisme Modicon M-580 avec une supervision Vijéo Citects :

• l’atelier du concassage dispose d’un PC de supervision : il communique avec l’automate installé à la salle centrale par le biais d’une périphérie décentralisée installée dans la salle électrique du concassage ;

• une salle centrale qui abrite :

o Un poste de développement destiné à la conception et à la programmation du système de contrôle de commande ;

o Des postes opérateurs destinés à la supervision et à la conduite des ateliers du broyage cru, du four, et du broyage petcoke ;

o Deux Switch assurant le dispatching des informations échangées entre les divers composants du réseau ;

o Deux Serveurs Redondants ;

o Trois racks principaux d’automates Modicon M-580 pilotant chacun des ateliers de concassage, du broyage a cru et du four. celui du four dispose d’une carte de communication Ethernet.

La plateforme d’automatisme est du type entrées/sorties déportées avec des racks d’extension dans chaque atelier. Ceux-ci communiquent avec le rack principal cor- respondant par fibre optique. L’utilisation de la fibre optique fait appel, de part et d’autre, à deux modems fibres optiques entrées/sorties décentralisées qui sont des convertisseurs Ethernet/ fibre optique d’une part et fibre optique /Ethernet d’autre part. La partie à commande numérique de l’atelier de broyeur ciment est sur automate Siemens avec une supervision WinCC flexible. Elle gère les séquences de transport clinker/calcaire, de transport gypse, de l’alimentation du broyeur et du transport ciment. Elle est constituée de :

• un pupitre de conduite qui communique avec l’automate à travers l’Ethernet.

• un rack principal d’API (Automate Programmable Industriel) Siemens pilotant l’atelier.

• deux racks d’extensions communiquant avec le rack principal par du MPI ou

par câble d’extension.

La commande numérique de l’atelier de broyage petcoke est sur automate avec une supervision WinCC Flexible. Elle dispose aussi d’un automate Siemens S7-300 qui sert de passerelle entre l’automate Omron et l’écran de supervision. Elle gère les séquences de l’alimentation de l’atelier. Elle est constituée de :

• Un pupitre de conduite qui communique avec l’automate en Ethernet ;

• Un PC de supervision installé à la salle centrale et relié à l’automate par liaison Ethernet.

• Un rack principal d’Automate Programmable Industriel pilotant l’atelier

• Un rack d’extension communiquant avec le rack principal grâce à un câble d’extension.

L’automate Siemens qui sert de passerelle dispose de deux racks : L’un pour le système d’interfaçage de l’atelier du broyage petcoke et l’autre pour l’atelier du broyage PKS. La commande numérique de l’atelier de torréfaction est sur automate Siemens avec une supervision WinCC flexible. Elle est constituée de :

• un pupitre de conduite qui communique avec l’automate en Ethernet ;

• un PC de supervision installé à la salle centrale et relié à l’automate par Ether- net ;

• un rack principal d’Automate Programmable Industriel Siemens ;

• deux racks d’extensions qui communiquent avec le rack principal par Profibus.

La figure 1.3 présente l’architecture du système de contrôle commande de l’usine.

Chapitre1.LASCB-LAFARGE Figure1.3–Plateformed’automatisationdelaSCB-LAFARGE. Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparFinafaGloriaCostelleGNIMAGNON-EPAC2018page

Conclusion partielle

Dans ce chapitre, une présentation de la structure interne de la SCB-LAFARGE a été faite dans un premier temps. Dans un second temps le processus de fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE a été présenté. La dernière partie du chapitre a présenté la plateforme d’automatisation de la SCB-LAFARGE. Le chapitre suivant de ce document aborde l’étude et la description de l’ancien système de contrôle commande du ventilateur du four.

Chapitre 2

Etude et description de l’ancien système du ventilateur final

Introduction partielle

Ce chapitre est consacré a l’ancien système du ventilateur final de la SCB-LAFARGE.

Il présente d’abord le circuit aéraulique du four, suit après la description du fonctionne- ment du circuit aéraulique. La présentation du système du ventilateur final est ensuite abordée et enfin suit la présentation des insuffisances du système en place.

2.1 Présentation du circuit aéraulique du four

Le circuit aéraulique du four est le circuit par lequel on renvoie à l’extérieur tous les gaz issus de la combustion lors de la préparation du clinker dans le four. Il assure un grand rôle dans la préparation du clinker car il permet d’éviter l’accumulation des gaz chaud dans le four. Il comprend :

— le ventilateur du four J1J01 ;

— le registre J1J01S1 ;

— le registre R1T18 ;

— le registre R1T16 ;

— le ventilateur du broyeur a cru R1S07 ;

— le registre R1P10 ;

— le registre R1T17 ;

— le registre J1P01S1 ;

— le ventilateur final J1P01.

Ce sont ces six registres et trois ventilateurs de tirages qui assurent l’évacuation de ces gaz suivant le synoptique de la figure 2.1.

Chapitre2.L’ANCIENSYSTEME Figure2.1–Synoptiqueducircuitaéraulique Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparFinafaGloriaCostelleGNIMAGNON-EPAC2018page

2.1.1 Ventilateur du four (J1J01)

C’est le ventilateur de tirage (J1J01) du four. Il permet de tirer les gaz produits au cours de la cuisson pour la production du clinker dans le four à travers le registre à persienne (J1J01S1). Placé juste après le registre (J1J01S1) il est commandé par un moteur à rotor bobiné (J1J01M1). Le démarrage du moteur est à élimination de résistances rotoriques. Son courant nominal de démarrage est de 120 A avec une vitesse de 991 tr/min et une puissance de 1000 KW. Trois capteurs de températures PT(100) sont placés sur le moteur pour la mesure de température de chaque enroulement. Deux sondes de vibration sont également installées pour mesurer la vibration des paliers.

2.1.2 Registre (J1J01S1)

Le registre à persienne (J1J01S1) est une fenêtre dont l’ouverture et la fermeture sont réglées selon la consigne demandée. Les gaz tirés par le ventilateur (J1J01) passent par ce registre. Ces gaz chauds sont refoulés par ce même ventilateur au niveau du broyeur à cru ensuite si celui-ci est mis en marche. Sinon ils vont au niveau du ventilateur final en passant par d’autres registres. Il est placé à la sortie des gaz du four. Ce registre est commandé par un servomoteur dont la tension d’alimentation est de 415 V avec une puissance de 0.18 kW. Son courant est de 1.3 A avec une vitesse de 40 tr/min.

2.1.3 Registre (R1T16)

Le registre (R1T16) est le registre par lequel le ventilateur du four refoule les gaz tirés au niveau du four quand le broyeur à cru est en marche. Il est mis après le ventilateur du four. Par ce registre ces gaz sèchent les matières dans le broyeur a cru. Les gaz sont ensuite aspirés par le ventilateur du broyeur a cru. Ce registre est piloté par un servomoteur dont la vitesse est de 901 tr/min.

2.1.4 Registre (R1T18)

Le registre (R1T18) est le registre de sécurité du broyeur a cru. C’est un panneau installé à l’entrée du broyeur à cru juste après le registre (R1T16) pour empêcher le passage de tout gaz quand il y a un travail de maintenance dans le broyeur a cru. Il assure donc la sécurité des personnes qui travaillent dans le broyeur a cru quand celui-ci est en panne. Ce registre est donc commandé par un moteur dont le démarrage est direct avec un courant de 1,03 A. Sa puissance est de 300 W avec une tension de 380 V et deux sens de marche. Le premier sens est pour l’ouverture et le second pour la fermeture du registre.

Un positionneur est placé sur le registre pour signaler le retour de marche de la position du registre. Cette séquence se charge de transporter exclusivement le clinker ou le calcaire dans leur silos tampons respectifs.

2.1.5 Ventilateur du broyeur à cru (R1SO7)

C’est le ventilateur de tirage (R1SO7) du broyeur à cru. Il est juste mis à la sortie du broyeur à cru et permet de tirer les gaz envoyés dans le broyer à cru pour le séchage des matières. Il est commandé par un moteur à rotor bobiné (R1SO7M1) dont le démarrage est à élimination de résistance rotoriques. Son courant nominal de démarrage est de 178 A avec une vitesse de 1489 tr/min et une puissance de 1600 kW. Sa tension est de 6000 V. Le démarreur de son moteur est à démarrage directe de marche avec l’ordre de marche de l’automate. Trois capteurs de températures PT(100) sont mis sur le moteur pour la température de chaque enroulement. Deux sondes de vibration sont installées aussi pour la vibration des paliers.

2.1.6 Registre (R1P10)

Le registre (R1P10) est le registre par lequel le ventilateur du broyeur à cru refoule les gaz tirés du broyeur à cru pour le renvoyer vers le registre du ventilateur final. Les gaz sont ensuite aspirés par le ventilateur final. Ce registre est commandé par un moteur dont le démarrage est direct avec un courant de 0,98 A. Sa puissance est de 300 W avec une tension de 400 V et deux sens de marche. Le premier sens est pour l’ouverture et l’autre pour la fermeture du registre. Un positionneur est placé sur le registre pour signaler le retour de marche pour la position du registre.

2.1.7 Registre (R1T17)

Le registre (R1T17) est le registre par lequel le ventilateur du four refoule les gaz tirés du four quand le broyeur à cru est en arrêt. C’est aussi le registre par lequel les échappés de gaz passent lorsque le broyeur est en marche. Il est commandé par un vérin. Quand la pression d’air est envoyée sur le vérin celui-ci ouvre et ferme le registre avec deux capteurs de fin de course qui signalent sa position.

2.1.8 Ventilateur final (J1P01)

C’est le ventilateur de tirage final (J1P01). Le ventilateur permet de tirer les gaz refoulés par le ventilateur du broyeur à cru quand celui est en marche à travers le registre (R1P10). Il permet également de tirés les échappés de gaz refoulés par le ventilateur du four à travers le registre à persienne (R1T17). Tous ces gaz passent ensuite par le registre (J1P01S1) du ventilateur final. Ils sont ensuite refoulés par le ventilateur final aux niveaux des électrofiltres. Ce ventilateur est commandé par un moteur à rotor bobiné (J1P01M1) dont le démarrage est à élimination de résistances rotoriques. Son courant nominal de démarrage est de 452 A avec une vitesse de 992 tr/min et une puissance de 250 kW. Son démarreur est sur un moteur à démarrage directe avec l’ordre de marche de l’automate.

Trois capteurs de températures PT(100) sont mis sur le moteur pour la température de chaque enroulement. Deux sondes de vibration sont installées aussi pour la vibration des paliers.

2.1.9 Registre (J1P01S1)

Le registre à persienne (J1P01S1) est une fenêtre dont l’ouverture et la fermeture sont réglées selon le pourcentage demandé. Il est le registre par lequel passent les gaz tirés par le ventilateur final. Ce registre est commandé par un moteur. Ce dernier a un démarrage direct avec un courant nominal de 1,03 A et une puissance de 300 W. Sa tension est de 380 V avec deux sens de marche. Le premier sens est pour l’ouverture et l’autre pour la fermeture du registre. Un positionneur est placé sur le registre pour signaler le retour de marche de la position du registre.

2.2 Description du fonctionnement du circuit aérau- lique

Le circuit aéraulique du four fonctionne suivant deux séquences que sont :

— La séquence du mode réchauffe du four ;

— La séquence du mode production du clinker du four.

2.2.1 Séquence du mode réchauffe du four

Elle permet de chauffer le four à une température de 750˚C quand celui est arrêté pendant un long moment. Pour chauffer le four il faut suivre une procédure qui s’applique tous les fois que le four a été réchauffé. Elle permet de réussir la phase d’alimentation du four en évitant le colmatage de la matière dans les cyclones. Le four est préalablement mis en marche manuellement après la mise en marche de son ventilateur. Cette mise en marche permet sa réchauffe. Le four est donc réchauffé à une température de chauffage dont la valeur est comprise entre 700˚C et 750˚C. De cette réchauffe sont issus des gaz de combustion. Ces gaz chaud sont tirés du four par le ventilateur (J1J01). Pour ce tirage, il faut d’abord démarrer le ventilateur final (J1P01) et mettre son registre (J1P01S1) en marche premièrement en le mettant à fond (l’ouvrir à 100%). On démarre ensuite le ventilateur de tirage (J1J01) du four et en ouvrant aussi son registre (J1J01S1) à 40%. Enfin on ouvre le registre (R1T17) pour refouler les gaz envoyés par le ventilateur (J1J01). Dès que le (J1J01) est mis en marche ; les gaz chaud sont tirés du four par la tour à cyclones. La température baisse jusqu’à 350˚C environ à la sortie de la tour à cyclones.

Ils passent ensuite par le registre (J1J01S1) et sont refoulés par (J1J01) au niveau du registre (R1T17). Ils passent ensuite par les registres (R1T17) et (J1P01S1) sont tirés par

le ventilateur (J1P01) puis sont refoulés par ce dernier aux niveaux des électrofiltres. Pour une mesure de sécurité, au-delà de 450˚C pour la température des gaz à la sortie de la tour à cyclones, il y a un risque majeur d’endommager les matériels ou équipements. Pour cela il y a deux niveaux d’alarmes dont le premier est le seuil haut quand la température des gaz à la sortie des cyclones atteint 400˚C. Le second est le seuil très haut qui arrête la tuyère quand cette température atteint 470˚C. La tuyère sert de canal pour envoyer les combustibles qui permettent d’entretenir le feu dans le four

2.2.2 Séquence du mode production du clinker du four

— sequence 1 : fonctionnement de l’atelier four (cuisson)

En mode production le four assure la cuisson de la farine (mélange de farine de calcaire et d’argile préalablement homogénéisé) à 1450˚C.

On s’assure que la réchauffe du four a été préalablement fait et que la tempéra- ture de chauffage atteint une valeur comprise entre 700˚C et 750˚C. On s’assure également de la marche effective du ventilateur final (J1P01) pour refouler les gaz vers la cheminée. On met ensuite le registre (J1P01S1) en régulation manuel avec une consigne de vitesse de 100% pour permettre le passage des gaz. On démarre le registre (R1T17) manuellement pour le passage des gaz également.

On procède ensuite au démarrage du ventilateur de tirage J1J01 du four. Celui-ci permet le tirage des gaz du four. L’ouverture de son registre (J1J01S1) suit à 40%

pour le passage des gaz. On choisit alors le mode PRODUCTION sur la tuyère.

On démarre alors le moteur principal du four avec une vitesse de 0.7 tr/min et l’alimentation farine avec un débit de 60t/h.

Il faut ensuite démarrer l’injection du combustible approprié à la condition de la température. On remet le registre (R1T17) en mode régulation et on redémarre sa séquence. On Remet ensuite la régulation de la dépression (J1J01P1) en automa- tique (consigne à – 1.5 mbar). On referme le registre (J1J01S1) à 35% et on monte progressivement la vitesse du four correspondant au débit de 60t/h sur l’abaque alimentation farine-vitesse four.

La tour à cyclones est l’endroit où commencent les échanges thermiques entre les gaz et la farine. Ils se poursuivent dans le four à travers trois étapes que sont : la déshydratation, la décarbonatation et la clinkérisation pour préparer la matière à la cuisson. Elle est située à l’entrée du four et elle constitue l’entrée pour les ma- tières dans le four et la sortie pour les gaz du four. Apres ces échanges thermiques

entre les gaz et la farine la température des gaz diminue considérablement jusqu’à 345˚C. Ils sont ensuite tirés par les ventilateurs comme décrit dans le mode non production.

— sequence 2 : fonctionnement de l’atelier broyeur à cru (cru)

Le broyeur à cru se charge de sécher et de broyer la matière (le calcaire et l’argile) préalablement concassée et qui n’est pas encore totalement de la farine. Il est divisé en deux parties que sont : la chambre de séchage et la chambre de broyage.

Dans la chambre de séchage il se passe le séchage du mélange de la farine pré concassée par les gaz chauds tirés du four par le ventilateur (J1J01) et refoulés par ce dernier. Ces gaz refoulés passent par les registres (R1T16) et les registres (R1T18) et rentre dans le broyeur à cru tirés par le ventilateur (R1SO7) du broyeur à cru. Ce passage permet ainsi le séchage de la matière. Apres tirage le ventilateur (R1SO7) refoule ces gaz vers les registres (R1P10) et (J1P01S1). Ils sont ensuite tirés par le ventilateur final J1P01 vers les électrofiltres.

Dans la chambre du broyage se passe le broyage même de la matière après séchage par les boulets pour obtenir enfin de la farine crue.

2.3 Présentation du système du ventilateur final

L’atelier du ventilateur final comprend :

— Ventilateur final J1P01 ;

— Moteur J1P01M1 ;

— Registre J1P01S1 ;

— Ventilateur de refroidissement ;

Le démarrage de cette séquence se fait selon deux modes que sont : Le mode automatique (AUTO)

Le mode manuel (MANU)

2.3.1 Modes de fonctionnement de la séquence du ventilateur J1P01

La triplette est le bloc qui gère le démarrage automatique ou manuel des actionneurs.

Il prend en compte également la marche ou l’arrêt des actionneurs. Il vérifie aussi la disponibilité des actionneurs dans les séquences.

2.3.1.1 Fonctionnement automatique

Le mode AUTO s’utilise pour le démarrage de toute la séquence à distance. Le dé- marrage est assuré par l’automate. Pour démarrer une séquence automatiquement il faut d’abord sélectionner le mode AUTO. Ensuite sélectionner la DISPONIBILITE de toute la séquence et enfin sélectionner le bouton MARCHE. Tout ceci se fait sur le pupitre de commande à la salle loin des équipements grâce aux trois boutons D, M, A

2.3.1.2 Trois boutons D, M, A [2]

Le bloc de gestion est constitué de trois (3) voyant : Jaune pour la disponibilité (D) ; Verte pour la marche (M) ; Rouge pour l’arrêt (A).

— Le voyant jaune décrit l’état de la disponibilité de la séquence. Elle traduit les dé- fauts des blocs séquences ainsi que l’ensemble des actionneurs rattachés. Lorsque le voyant jaune est :

Fixe : « Séquence prête à (re)démarrer » , attente d’un ordre de marche ou éven- tuellement d’arrêt, si l’opérateur choisi d’abandonner la production.

Clignotante : « Séquence indisponible », le démarrage est impossible. Il faudra ré- soudre les défauts existants et procéder à un acquittement défaut pour retrouver un état de prêt au démarrage : voyant jaune fixe.

Éteinte : « état inactif ». Il y a deux possibilités :

• L’ensemble des voyants est inactif, la séquence est en mode veille (arrêt total).

• Sinon cela représente une absence de défauts sur la séquence.

— Le voyant vert décrit l’état de marche de la séquence. Lorsque le voyant vert est : Fixe : « Séquence en marche totale », l’ensemble des actionneurs inclus par les choix éventuels de production, sont en fonctionnement. La production est garantie.

Clignotante : « Séquence partiellement démarrée », l’ensemble des actionneurs inclus par les choix éventuels de production, ne sont pas en fonctionnement. Deux cas sont envisageables :

• Les deux autres voyants sont éteintes, alors le cycle de démarrage est en cours.

• Au moins un voyant est actif, cela signifie que le démarrage s’est interrompu et qu’il faut procéder à un redémarrage.

Éteinte : la séquence est à l’arrêt ou est en veille (trois voyants éteints).

— Le voyant rouge décrit l’état d’arrêt de la séquence. Lorsque le voyant rouge est : Fixe : il faut considérer l’état de la lampe verte pour conclure :

• Si le voyant vert est inactif : la séquence est en arrêt total. C’est-à-dire que l’arrêt séquentiel s’est achevé. C’est un état transitoire précédent l’extinction de la lampe. Cinq secondes plus tard la triplette passe en mode de veille (trois voyants éteints).

• Si le voyant vert est actif : la séquence est en perte de production. Cela signifie que la production n’est pas conforme aux sélections de l’opérateur. Autrement dit, un actionneur principal à la production est arrêté suite à un défaut, ou un changement de choix incluant un actionneur principal n’a pas été validé par un redémarrage séquence ou encore ce type d’actionneur est en fonctionnement et l’opérateur l’a désélectionné.

Clignotante : la séquence est en cours d’arrêt. L’arrêt séquentiel de l’ensemble des installations est en cours. Cet état persistera jusqu’à l’arrêt du dernier moteur de la séquence.

Éteinte : Arrêt séquentiel inactif. Aucun ordre d’arrêt n’est en cours d’exécution ou la séquence est en veille (trois voyants éteints).

Les conditions pour le premier démarrage d’une séquence se résument à une triplette en veille, c’est-à-dire que les trois voyants sont éteints. La première action consiste à faire une recherche de disponibilité.

2.3.1.3 Recherche de la disponibilité

La lampe jaune est inactive. Dans cet état, les messages correspondants sont inhibés au niveau messagerie. La recherche de disponibilité consiste à cliquer sur le pavé jaune.

Dès lors le voyant jaune clignote au minimum pendant cinq secondes. Dans ce cas, deux cas sont possibles :

— Au terme des cinq secondes, si le voyant jaune continue à clignoter alors la sé- quence est indisponible. Il faudra résoudre les défauts signalés et procéder à un acquittement de défauts afin d’obtenir le statut « séquence prêt au démarrage » (voyant jaune fixe).

— Au terme des cinq secondes, si le voyant jaune est fixe alors la séquence est dispo- nible. Elle est prête à démarrer (lampe jaune fixe).

2.3.1.4 Démarrage de la séquence

Si la séquence est prête à démarrer (voyant jaune fixe), le démarrage de la séquence est lancé en cliquant sur le pavé vert.

2.3.1.5 Arrêt de la séquence

A tout moment il est possible d’effectuer un arrêt séquentiel. Un arrêt séquentiel consiste à cliquer sur le pavé Rouge. L’arrêt s’effectue et le voyant rouge clignote durant toute cette phase. A l’arrêt total de la séquence le pavé Rouge passe en fixe. Après cinq secondes elle s’éteint. Si une deuxième demande d’arrêt est effectuée durant l’arrêt en cours, l’ensemble des actionneurs s’arrêtent immédiatement. Ceci correspond à un arrêt rapide.

2.3.1.6 Changement de choix en production

Après chaque changement de sélection principal, le voyant Rouge apparaîtra en fixe pour signaler que la production ne correspond plus aux choix de l’opérateur. Ces chan- gements de choix devront être suivis d’un redémarrage de la séquence afin de prendre en compte les nouvelles composantes de la production.

2.3.1.7 Animation temps réel des actionneurs

Sur chaque écran représentant une partie de l’usine, sont représentés les actionneurs de l’atelier sous différentes couleurs dynamiques :

— Vert : en fonctionnement,

— Rouge : à l’arrêt sans défaut,

— Jaune fixe : à l’arrêt sur défaut acquitté.

2.3.1.8 Gestion des défauts

Durant l’exploitation si un défaut apparaît le voyant jaune le signale par un clignote- ment, le message d’alarme correspondant s’affiche et une alarme sonore retentit à la salle de conduite. Il faudra remédier à cette situation en résolvant les défauts présents dans la liste des alarmes. Après qu’on ait remédié à tous les défauts signalés, une action sur le bouton d’acquittement des défauts sera nécessaire pour retrouver un état de prêt au démarrage (séquence disponible).

2.3.1.9 Fonctionnement manuel

Le mode MANU s’utilise quand il y a un travail de maintenance sur l’équipement ou sur l’actionneur. Après les diverses interventions de maintenance un test se fait manuellement pour confirmer la marche effective de l’équipement. Dans ce cas, l’opérateur doit mettre

la séquence en mode MANU avant de manipuler les boutons. Ce mode permet également le démarrage de chaque équipement de la séquence.

2.3.2 Gestion de la régulation

Il faut deux modes de régulation pour le fonctionnement de chaque actionneur contenu dans la séquence pour des règles de sécurités :

— Régulation automatique (AUTO)

— Régulation manuelle (MANU) 2.3.2.1 Régulation manuelle

La régulation manuelle est utilisée lorsque la consigne de vitesse ou de position est donnée par l’opérateur en pourcentage pour l’actionneur. Cette vitesse s’adapte alors au débit de matière utilisé. En régulation manuelle l’automate reçoit une consigne en pourcentage et renvoie la mesure aussi en pourcentage.

2.3.2.2 Régulation automatique

La régulation automatique s’utilise quand le débit de matière est donné par l’opérateur.

Donc la consigne est donnée et la mesure elle se fait par la régulation automatiquement.

Ce débit donné en t/h est traité par l’automate de telle sorte qu’on récupère la mesure en pourcentage. Une consigne de débit est envoyée à l’automate en régulation automatique et la mesure aussi est renvoyée en débit.

2.3.3 Démarrage de la séquence W1S03

W1S03 est le nom de la séquence de démarrage de l’atelier du ventilateur final. Pour démarrer automatiquement la séquence W1S03 il faut préalablement le mettre en mode AUTO en appuyant sur le bouton AUTO. L’opérateur de commande met alors la régu- lation du registre en MANU. Le bouton DISPONIBILITE est appuyé alors pour voir si tous les actionneurs de la séquence sont disponibles soit (J1P01M1, J1P01M3, J1P01S1) pour être utilisés ou pour un quelconque défaut. Le bouton MARCHE est ensuite appuyé pour la mise en marche effective de chaque actionneur de la séquence. Avant la marche de chaque séquence une sirène retentit pendant 10s pour signaler à ceux qui sont à proximité que les actionneurs seront en marche. Après que la sirène ait retentit on ferme d’abord le registre J1P01S1 pour une question de sécurité. Suit après le démarrage du moteur J1P01M1 . C’est un moteur asynchrone triphasé. Son démarrage entraine le démarrage du ventilateur final. Le ventilateur de refroidissement du moteur J1P01M3 est donc mise en marche. Le registre s’ouvre ensuite et sa consigne de position est mise à 100% pour l’ouvrir à fond et laisser passer les gaz. Le moteur du ventilateur final asservit ensuite le

moteur du four pour son démarrage. Le fonctionnement se fait suivant le grafcet de la figure 2.2.

Figure 2.2 – Grafcet de l’ancien système

tableau2.1 – Liste des mnémoniques

Mnémonique Description

J1P01M1 Moteur du ventilateur

J1P01S1 Registre du moteur

J1P01M3 Moteur de refroidissement

2.4 Insuffisances du système en place

L’atelier du four assure la cuisson du clinker ( mélange de la farine d’argile et de cal- caire cuite). Le four étant un espace confiné alors il est important d’évacuer les gaz chauds issus de la cuisson, ces gaz sont donc évacués grâce a trois ventilateurs dont le ventilateur final.

Le ventilateur final est le ventilateur qui assure l’évacuation des gaz chauds du circuit aéraulique vers la cheminée. Ces gaz sont produits en mode production du clinker comme en mode réchauffe du four.

Le système d’évacuation mise en place est tel que le ventilateur final est en marche de façon permanente. Ce ventilateur tire les gaz selon la production de la quantité de clincker.

Mais le moteur étant en régime nominal de marche, sa vitesse ne varie pas quelque soit le débit de gaz tirés. La régulation du registre par rapport au débit de gaz ne permet que de réguler le passage des gaz chauds, ceci a donc pour conséquence :

— Consommation importance d’énergie ;

— Usure du moteur ;

— Manque de la régulation de la vitesse ;

Conclusion partielle

Ce chapitre a présenté la description et le fonctionnement du circuit aéraulique. Il a décrit aussi le système ancien du ventilateur final et son fonctionnement. Il a enfin présenté les insuffisances que comporte l’ancien système du ventilateur final. Le chapitre suivant aborde l’analyse et la présentation du nouveau système du ventilateur final.

Chapitre 3

Conception du nouveau système

Introduction partielle

Ce chapitre présente la conception du nouveau système mis en place. Il présente d’une part le cahier de charge définis pour le projet et d’autre part, l’analyse et la mise en oeuvre du nouveau système.

3.1 Présentation du cahier de charge

3.1.1 Résultats attendus

A la fin de ce projet, la SCB-LAFARGE pourra disposer de :

— Programme de commande sous le logiciel UNITY PRO piloté par l’automate Schneider M580 pour la commande du variateur

— Remonté des alarmes et défauts du variateur de vitesse ;

— Page de supervision mise à jour par le logiciel VIJEO CITECTS SCADA pour l’IHM ;

— Schéma électrique mis à jour pour le câblage.

3.1.2 Méthodologie

Pour mener à bien ce projet il faut :

— Faire la description du circuit aéraulique du four ;

— présenter l’analyse fonctionnelle du circuit en mode « non production » et en mode

« production » ;

— Faire le point des capteurs et actionneurs du circuit aéraulique ;

— Etudier le système numérique actuel du ventilateur final ;

— Décrire la nouvelle séquence du ventilateur final ;

— Développer le nouveau système de contrôle commande pour le variateur de vitesse ;

— Installer une architecture réseau de type profibus pour la communication avec l’automate ;

— Dessiner la supervision ;

— Mettre à jour le schéma électrique.

3.2 Analyse du nouveau système

Le moteur du ventilateur final est un moteur asynchrone triphasé. Ce moteur fonc- tionne en régime permanent de marche pour le tirage d’un petit ou grand débit de gaz.

La puissance du moteur du ventilateur est de 250 KW. L’estimation de la consommation annuelle de ce moteur revient donc à 2,19 GWh avec une vitesse constante .La position du registre J1P01S1 n’influence pas sur la vitesse du moteur J1P01M1. Il permet juste le passage des gaz mais sa régulation est réglée par rapport aux débits de gaz tirés. Vu l’estimation de la consommation annuelle donc de ce moteur il a donc été proposé de supprimer ce registre et de mettre en amont du moteur J1P01M1 un variateur de vitesse afin d’adapter la vitesse nécessaire du moteur pour le tirage des gaz .Le variateur ajuste et optimise la vitesse de rotation du moteur. Cet ajustement de la vitesse se fait en fonction des consignes de pression ou de dépression. le variateur de vitesse est proposé pour :

— Réguler la vitesse du moteur

— Réduire la consommation électrique du moteur Et pour y parvenir il est nécessaire de mettre en place un système de contrôlecommande du ventilateur à travers une communication profibus.

3.2.1 Présentation du nouveau système du ventilateur final

Le nouveau système mise en place comprend :

— Ventilateur final J1P01

— Moteur J1P01M1 du ventilateur final

— Variateur de vitesse J1P01V1 du moteur

— Ventilateur de refroidissement J1P01M3

un programme de contrôle commande est mise en place pour la commande du variateur de vitesse.

Le synoptique présenté a la figure 3.1 est le nouveau synoptique du circuit aéraulique suivant la suppression du registre J1P01S1 du ventilateur final :

Chapitre3.LENOUVEAUSYSTEME Figure3.1–Synoptiqueactuelducircuitaéraulique Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparFinafaGloriaCostelleGNIMAGNON-EPAC2018page