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NDUSTRIELSMémoire de Fin de Formation pour l’Obtention du Diplôme d’Ingénieur de Conception
CONCEPTION DU SYSTÈME NUMÉRIQUE DE CONTRÔLE COMMANDE DE L’ATELIER DE BROYAGE CIMENT DE LA SCB-LAFARGE ET
L’UNIFORMISATION DE SES SUPERVISIONS.
Présenté et soutenu publiquement le mercredi 29 mai 2019 par : Abdel Wally A. M. ADJADI
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
Dédicace iii
Remerciements iv
Résumé vi
Abstract vii
Listes des figures ix
Liste des tableaux xi
Liste des sigles et abréviations xiii
Introduction 1
1 Présentation du complexe cimentier SCB-LAFARGE 2 2 Analyse fonctionnelle de l’atelier de broyage ciment 13 3 Étude fonctionnelle du système numérique de contrôle-commande 34 4 Programmation de l’automate à l’aide des blocs ICER 47 5 Conception de la supervision et aspect financier du projet 57
Conclusion 71
A Caractéristiques et rôles des broches des blocs ICER 74
B Fonctionnement des blocs ICER 79
D Liste des actionneurs classés par catégories 86
E Caractéristiques des différentes cartes 91
F Schémas types de câblage 94
G Éléments d’un réseau Profibus 98
Table des matières 106
Dédicace
À mon petit frère Nourou-Deen F. ADJADI-SIKIROU, puisse ce mémoire t’apporter une idée des systèmes numériques de contôle commande.
Abdel Wally A. M. ADJADI
Remerciements
Nous ne saurions présenter ce travail sans exprimer notre profonde gratitude à tous ceux qui, de quelques façons que ce soit, ont participés à la réalisation de ce travail. Mais avant, nous remercions Dieu, le miséricordieux, qui nous a donné la santé nécessaire pour réaliser ce travail. Nos sincères remerciements vont à l’endroit :
* du Directeur d’Usine, Monsieur Valentin TOGBE et toute la direction de la SCB-LAFARGE pour la confiance et l’intérêt porté à ce travail ;
* de notre tuteur de stage, MonsieurA. Kamel AMOUSSA, Ingénieur Système, non seulement pour tous les efforts fournis dans la réalisation de ce travail, mais aussi pour les nombreux conseils prodigués. Recevez ici notre profonde gratitude ;
* du Directeur de l’EPAC, ProfesseurGuy Alain ALITONOU, pour avoir auto- risé le rattrapage des soutenances ;
* du Directeur Adjoint de l’EPAC et maître de mémoire, Professeur François- Xavier FIFATIN, pour avoir accepté encadré ce travail ;
* de notre Chef Département, Docteur Théophile HOUNGAN et tous nos pro- fesseurs du département du Génie Électrique de l’EPAC pour leurs enseignements ;
* du DocteurMaurel AZA-GNANDJI, pour les nombreux conseils prodigués et les améliorations apportées à ce travail ;
* de notre mère, Mme. Latifatou FAGBEMI, pour le soutient morale et la pa- tience dont elle a fait preuve durant tout mon parcours ;
* de notre grande sœur,Yasmina M. ADJADI-SIKIROU, pour avoir participé à la relecture de ce document ;
ADJADI, pour les différentes idées qu’ils m’inspirent ;
* de nos collègues de stage,Déo-Gratias AYILO,Costelle GNIMANGNON, Ulrich KOUVEGLO, Lucrèce CAKPO-CHICHI et Arole ARNAUD, qui m’ont toujours soutenu durant notre stage ;
* deA. Raïmi ALAKOUKO, qui a toujours été disposé à nous apporter son aide ;
* de Madeleine C. NGO BIBEE, pour les conseils prodigués et les encourage- ments ;
* deNJOYA MAMA, qui nous a hébergé chez lui pour finaliser ce travail.
Résumé
La commande d’une partie des installations de l’atelier de broyage ciment de la SCB- LAFARGE est en logique câblée tandis qu’une autre partie est gérée par automate pro- grammable industriel. La partie gérée en logique câblée pose de sérieux problèmes de maintenance et celle gérée par automate programmable industriel pose des problèmes d’uniformisation de supervision avec le reste de l’usine. Pour solutionner ces problèmes, la SCB-LAFARGE a initié le projet intitulé : « Revamping BK et Réhabilitation des MCC ». Le présent travail s’inscrit dans le cadre de ce projet et vise à mettre en place un système numérique de contrôle-commande capable de gérer la totalité de l’atelier de broyage ciment. Un programme sous le logiciel STEP 7 et une supervision sous Vijéo Citect ont été développés. La méthode de programmation utilisée est celle incluant les blocs ICER développés exclusivement pour la SCB-LAFARGE. À l’issue de ce travail, un système numérique basé sur la CPU 317-2 PN/DP avec une supervision Vijéo Citect a été développé. Les résultats de simulation sont concluants et permettent de doter la SCB-LAFARGE d’un système numérique de contrôle-commande uniformisé pour l’atelier de broyage ciment.
Mots clés : Atelier de broyage ciment, Système de contrôle-commande, Blocs ICER, Automate Programmable Industriel, Supervision Vijéo Citect.
Abstract
The control of part of the installations of the SCB-LAFARGE cement grinding work- shop is based on wired logic, while another part is managed by an industrial programmable logic controller. The part controlled by wired logic presents serious maintenance prob- lems and the part controlled by an industrial PLC presents problems standardization of supervision with the other parts of the plant. To solve these problems, SCB-LAFARGE initiated the project entitled: “BK Revamping and Rehabilitation of Motor Control Cen- ter (MCCs)”. This work is in the context of this project and aims to set up a digital control-command system capable of managing the entire cement grinding workshop. A program with STEP 7 software and supervision with Vijeo Citect have been developed.
The programming method used is the one including the ICER blocks developed exclu- sively for the SCB-LAFARGE. At the end of this work, a digital system based on the CPU 317-2 PN/DP with Vijeo Citect supervision has been developed. The simulation results are conclusive and make it possible to provide the SCB-LAFARGE of a standard- ised digital control-command system for the workshop of cement grinding.
Keywords: Cement grinding workshop, Control system, ICER blocks, Industrial Programmable Logic Controller, Vijeo Citect Supervision.
Liste des figures
1.1 Organigramme de la SCB-LAFARGE . . . 3
1.2 Processus de fabrication du ciment à la SCB-LAFARGE. . . 6
1.3 Plateforme d’automatisation de la SCB-LAFARGE. . . 11
2.1 Synoptique de l’atelier BK . . . 14
2.2 Organigramme de fonctionnement du transport calcaire / clinker . . . 20
2.3 Organigramme de fonctionnement du transport gypse . . . 22
2.4 Organigramme de fonctionnement du transport ciment . . . 25
2.5 Schéma de principe de la régulation du broyeur . . . 27
2.6 Organigramme de fonctionnement du broyeur ciment . . . 29
2.7 Photo de l’interface de supervision en logique câblée . . . 30
2.8 Photo de l’interface de supervision numérique . . . 30
3.1 Architecture réseau du SNCC proposé . . . 36
3.2 Organigramme de fonctionnement de l’air de mécanisation . . . 38
3.3 Organigramme de correction du transport calcaire / clinker . . . 40
3.4 Organigramme de correction du transport gypse . . . 41
3.5 Organigramme de fonctionnement séquence des auxiliaires . . . 42
3.6 Organigramme de fonctionnement séquence du moteur du broyeur . . . 43
3.7 Organigramme de fonctionnement de l’alimentation du broyeur . . . 44
3.8 Séquences d’un filtre à manche . . . 45
3.9 Séquences d’un filtre Delta Neu . . . 46
4.1 Étapes de création d’un projet STEP 7 . . . 48
4.2 Bloc DEF_ACT & DEF_SUPL . . . 50
4.3 Blocs MOTEUR1S & MOTEUR2S . . . 51
4.4 Bloc DEFS_SEQ . . . 52
4.5 Bloc SEQUENC . . . 53
4.6 Bloc PAS_PAS . . . 53
4.8 Bloc SEUILS . . . 55
5.1 Étapes de développement du projet Vijéo Citect . . . 59
5.2 Triplette . . . 60
5.3 Bloc de gestion d’une régulation . . . 61
5.4 Bloc traitement de choix . . . 61
5.5 Blocs d’animation actionneur . . . 62
5.6 Interface de supervision - Défaut sur actionneur . . . 63
5.7 Interface de supervision - Page alarme . . . 64
B.1 Chronogramme de fonctionnement du bloc MOTEUR. . . 79
B.2 Chronogramme de fonctionnement du bloc SEQUENC . . . 80
B.3 Chronogramme de fonctionnement du bloc PAS_PAS . . . 80
B.4 Chronogramme de fonctionnement du bloc SEUILS. . . 81
C.1 Informations de la table MESS_N2 actionneur . . . 82
C.2 Informations de la table DIAG_N2 actionneur . . . 83
C.3 Informations de la table MESS_N2 séquence . . . 84
C.4 Informations de la table DIAG_N2 séquence . . . 84
C.5 Informations de la table MESS_N2 défauts généraux . . . 85
F.1 Câblage type sur la carte de sortie TOR . . . 94
F.2 Câblage type sur la carte d’entrée TOR . . . 95
F.3 Câblage type moteur simple sens . . . 96
F.4 Câblage type moteur sur variateur . . . 97
G.1 Module FPBA-01 . . . 101
G.2 Module Diris A40 . . . 101
Liste des tableaux
3.1 Caractéristiques des automates Siemens de la gamme S7-300 . . . 37
4.1 Blocs de programmation de STEP 7 . . . 49
5.1 Point des équipements de supervision . . . 67
5.2 Point des équipements matériels . . . 68
5.3 Estimation du coût du projet . . . 69
A.1 Blocs DEF_ACT & DEF_SUPL . . . 74
A.2 Blocs MOTEUR1S & MOTEUR2S . . . 75
A.3 Bloc DEFS_SEQ . . . 76
A.4 Bloc SEQUENC . . . 76
A.5 Bloc PAS_PAS . . . 77
A.6 Bloc DEF_GEN . . . 77
A.7 Bloc SEUILS . . . 78
D.1 Catégorie bande - liste des entrées et sorties TOR . . . 86
D.2 Catégorie ATM - liste des entrées et sorties TOR . . . 86
D.3 Catégorie moteur simple sens - liste des entrées et sorties TOR . . . 87
D.4 Catégorie moteur deux sens - liste des entrées et sorties TOR . . . 87
D.5 Catégorie moteur sur variateur - liste des entrées et sorties TOR . . . 87
D.6 Catégorie élévateur - liste des entrées et sorties TOR . . . 88
D.7 Catégorie doseur - liste des entrées et sorties TOR . . . 88
D.8 Catégorie séquenceur - liste des entrées et sorties TOR . . . 88
D.9 Catégorie corps de chauffe - liste des entrées et sorties TOR . . . 89
D.10 Exception - liste des entrées et sorties TOR . . . 89
D.11 Autres . . . 90
E.1 Caractéristiques sommaires de la CPU . . . 91
E.2 Caractéristiques sommaires de la carte d’alimentation . . . 92
E.4 Caractéristiques sommaires de la carte de sorties TOR . . . 93 G.1 Composants d’une station ET 200M . . . 99
Liste des sigles et abréviations
ANA : Analogique
API : Automate Programmable Industriel ATM : Alimentateur à Tablier Métallique AUTO : Automatique
BK : Broyage ciment BOOL : Booléen BP : Basse Pression CA : Courant Alternatif CC : Courant Continu CEM I : Ciment type I CEM II : Ciment type II CPU : Central Processing Unit DB : Bloc de Données
E/S : Entrée-Sortie
EPAC : Ecole Polytechnique d’abomey Calavi EPI : Équipements de Protection Individuel FB : Bloc Fonctionnel
FC : Fonction HP : Haute Pression
ICER : Industrie Concept Étude Réalisation
MCC : Motor Control Center MPI : Multi Point Interface OB : Bloc d’Organisation PC : Portable Computer PKS : Palm Kernel Shell
PLC : Programmable Logic Controller RAM : Random Access Memory
SCADA : Système de Contrôle et d’Acquisition de Données SCB : Société des Ciments du Bénin
SCC : Système de contrôle-commande SCO : Société des Ciments d’Onigbolo
SNCC : Système numérique de contrôle-commande TGBT : Tableau Général Basse Tension
TOR : Tout Ou Rien TT : Régime du neutre UC : Unité Centrale
Introduction
L’atelier de broyage ciment (BK) de la SCB-LAFARGE est la zone de la cimenterie où sont broyées différentes matières semi-finies pour en sortir du ciment. La gestion de cet atelier est assurée par un système de contrôle-commande (SCC) mixte. Une partie est gérée en logique câblée et l’autre, par un automate programmable industriel (API).
Malheureusement la situation actuelle de ce SCC ne permet pas d’assurer une production continue de ciment.
En effet, l’installation en logique câblée est vétuste et ses pièces de rechange sont en arrêt de fabrication. Cela oblige les agents de maintenance à faire des adaptations qui peuvent modifier le fonctionnement de l’atelier. Des défauts non remontés à la supervision et des arrêts sans alarmes sont constatés bien après que les dégâts aient eu lieu. De plus, les plans électriques de cette installation ne sont plus à jour. Cet état de chose entraîne de longues durées d’intervention en cas de pannes. En ce qui concerne la partie numérique de cet atelier, sa supervision n’est pas uniforme aux autres ateliers de l’usine.
Pour solutionner ces problèmes, la SCB-LAFARGE a initié le projet« Revamping BK et Réhabilitation des MCC ». C’est dans ce sens que ce travail intitulé : « Conception du système numérique de contrôle-commande de l’atelier de broyage ciment et uniformisation des interfaces de supervision de la SCB-LAFARGE » a été réalisé.
La méthodologie adoptée consiste à l’analyse fonctionnelle du système en place, la programmation du nouveau système avec STEP 7 et la conception de la supervision sous Vijéo Citect.
Ce mémoire comporte cinq (05) chapitres. Le chapitre 1 décris le complexe cimentier SCB-LAFARGE. Le chapitre 2 détaille le fonctionnement de l’atelier BK. Le chapitre 3 présente l’étude fonctionnelle du système numérique à mettre en place. Le chapitre 4 explique la programmation du nouveau système. Enfin, le chapitre 5 expose la conception
Chapitre 1
Présentation du complexe cimentier SCB-LAFARGE
Introduction partielle
La SCB-LAFARGE est une société au capital de dix (10) milliards [1] de francs CFA.
Elle a son siège social à la Haie Vive et dispose d’une unité de production à Onigbolo. Ce chapitre présente la structure et l’organisation du complexe cimentier.
1.1 Historique [2]
Des études géologiques menées au Sud-Est du Bénin, dans le département du Plateau à environ 20 km de la commune de Pobè, ont révélé, en 1974, la présence d’un gisement de calcaire et d’argile. Soucieux d’exploiter ce gisement, les états béninois et nigérian, ainsi qu’un partenaire technique danois F.L. SMIDTH ont créé, en 1979, une société anonyme au capital de dix (10) milliards de francs CFA, dénommée la Société des Ciments d’Onig- bolo (SCO). Le capital de cette société était réparti comme suit : 51% pour le Bénin, 43%
pour le Nigéria et 6% pour le groupe danois F.L. SMIDTH. La mise en service de l’usine a été effective en août 1982 avec une capacité de production de cinq cent (500) milles tonnes par an.
Compte tenu de sa qualité, le ciment produit sous le label « DIAMANT » s’imposa rapidement sur les marchés béninois et nigérians. En mai 1986, le groupe danois F.L.
SMIDTH s’est retiré. Malheureusement, au milieu des années 90, des problèmes d’ordres techniques tels que : la non fiabilité du réseau électrique, l’impraticabilité de la carrière en saison pluvieuse, la baisse de la qualité de production, la gestion financière peu trans- parente, ont précipité l’usine dans sa chute. L’arrêt de la production intervient alors en mars 1998.
Soucieux de trouver un dénouement à la crise qui a mis cinq cents (500) salariés au chômage, les états béninois et nigérian ont décidé de la mise en location du complexe. Un appel d’offre international fut lancé. Pour prendre part à cette compétition, la Société des Ciments du Bénin (SCB) s’est jointe au groupe LAFARGE, premier producteur mondial de ciment. Ils créèrent ainsi la société SCB-LAFARGE dans laquelle ils détiennent chacun 50% du capital. Ce groupe gagna l’appel d’offre et le contrat de location-gérance a été signé le 10 février 1999. Le site fut pris en main le 10 juin 1999 et nommé sous le nom actuel de : SCB- LAFARGE. C’est en avril 2000 que le broyeur à clinker a démarré à nouveau et l’usine reprit vie le 02 août 2001 (date de démarrage effectif du four) après treize (13) milliards de francs CFA d’investissement.
1.2 Organisation de la SCB-LAFARGE
La figure 1.1 montre la structure organisationnelle de l’usine :
Figure 1.1 – Organigramme de l’usine en octobre 2018 [3]
1.2.1 Organisation de la maintenance
L’usine a été divisé en quatre (04) secteurs :
— le secteur 1, délimité par le concassage jusqu’au hall pré-homogénéisation ;
— le secteur 2, s’étend du pont gratteur jusqu’au silo de stockage clinker ;
— le secteur 3, commence de l’extraction du silo de stockage clinker, passe par le broyage ciment et l’ensachage et s’étend jusqu’au pont bascule ;
— le secteur 4, prend en compte les installations électriques, la climatisation et les ateliers de travail.
Les contremaîtres des différents services sont répartis sur les quatre secteurs dans le but d’avoir un meilleur suivi du fonctionnement de l’usine. Le chef quart de permanence a toujours des agents des différents services de maintenance à sa disposition pour intervenir sur les pannes qui pourraient perturber la production.
Les différents services chargés de la maintenance dans l’usine sont les suivants :
— le service Méthodes : il assure la planification et la coordination des interven- tions préventives et curatives des services Électricité et Mécanique ;
— le service Mécanique : il s’occupe des interventions préventives et curatives le concernant. Il prend également en charge la fabrication de certaines pièces de re- change mécaniques ;
— le service Électricité : il s’occupe de la maintenance des équipements électriques et des capteurs de l’usine. L’organisation du travail dans ce service est beaucoup plus axée sur la composante prévention. Un planning d’entretien des équipements est effectué de façon quotidienne ;
— le Garage : il s’occupe de l’entretien et de la réparation des engins ;
— le service Bâtiments et Cour : il s’occupe des travaux d’entretien des bâti- ments et de la cour.
1.2.2 Sécurité à la SCB-LAFARGE
La sécurité est l’état d’esprit d’une personne qui se sent tranquille et confiante. Elle est d’une grande priorité à la SCB-LAFARGE. Aucune activité ne mérite d’être entamée si les conditions de sécurité ne sont pas assurées. « Zéro accident » est l’objectif visé dans cette usine, du point de vu sécurité.
La SCB-LAFARGE a mis en place un programme d’accueil sécurité obligatoire pour toute personne voulant intégrer l’usine. Ce programme insiste sur les points suivants :
— les risques encourus en travaillant dans l’usine ;
— la connaissance des règles de sécurité et les sanctions en cas de non-respect ;
— le port obligatoire des Équipements de Protection Individuelle (EPI) avant d’entrer dans l’usine.
La sécurité du personnel représente le principal facteur de l’objectif « zéro accident ».
Elle prend en compte, en plus de l’accueil sécurité :
— la mise en place de grilles de protection le long des convoyeurs ;
— la mise en place d’arrêt d’urgence sur chaque équipement ;
— la mise en place des sirènes à proximité des moteurs à démarrage à distance ;
— l’installation des extincteurs pompes à incendie ;
— les points de regroupement en cas de sinistre ;
— la consignation et la condamnation de chaque équipement suivant la procédure LOTOTO avant toutes interventions.
La sécurité des équipements est assurée par un contrôle et une surveillance en temps réel des différentes machines depuis les salles de conduite. Aussi, des analyses profondes sont faites sur tous les cas d’incidents déclarés afin de pouvoir les éviter les fois à venir.
1.3 Processus de fabrication du ciment
La production du ciment « DIAMANT » se fait à partir de trois matières premières essentielles, à savoir : le calcaire, l’argile et le gypse. Pour obtenir du ciment, ces trois matières sont mélangées suivant un processus à neuf étapes, à savoir :
1. l’extraction du calcaire et d’argile ; 2. le concassage ;
3. la pré-homogénéisation et le stockage ;
4. le broyage cru du mélange (calcaire / argile) ; 5. l’homogénéisation et le stockage ;
6. la cuisson dans le four : obtention du clinker ;
7. le broyage du mélange (clinker / calcaire / gypse) : obtention du ciment ; 8. l’ensachage et l’expédition ;
9. le contrôle de qualité.
La figure 1.2 illustre le processus de fabrication du ciment dans le complexe cimentier d’Onigbolo.
Chapitre1.PrésentationducomplexecimentierSCB-LAFARGE Figure1.2–ProcessusdefabricationducimentàlaSCB-LAFARGE.[1] Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparAbdelWallyA.M.ADJADI-EPAC2018page
1.3.1 Extraction du calcaire et de l’argile
La carrière est la zone où sont extraits le calcaire et l’argile. Elle couvre une superficie de 1800 hectares [1]. L’extraction de l’argile se fait grâce à des engins d’excavation après décapage du sol. Celui du calcaire fait par contre avec des explosifs, ceci à cause de sa dureté. Le calcaire et l’argile sont transportés séparément par des dumpers vers l’atelier de concassage puis versés respectivement dans la trémie à calcaire et la trémie à argile.
1.3.2 Concassage
Le concassage consiste à réduire les roches de calcaire et d’argile en éléments d’une granulométrie maximale de 50 mm avec une tolérance de 10% [3]. Le calcaire est convoyé vers le concasseur à marteau. Ce type de concasseur possède non seulement, deux (02) cylindres dont, l’un est à crampon et l’autre lisse, mais aussi, six (06) axes sur lesquelles sont fixés les six (06) marteaux. L’argile, quant à lui, est convoyé vers le concasseur à cylindre qui, possède simplement deux (02) cylindres à crampons.
1.3.3 Pré-homogénéisation
Le calcaire et l’argile, après concassage, sont acheminés puis mélangés dans le hall de pré-homogénéisation. Ce mélange se fait suivant des proportions établies par le laboratoire du service contrôle qualité. Il s’agit de rendre le mélange plus ou moins homogène : on parle de première homogénéisation. Cette opération est réalisée en deux (02) phases : la première consiste à disposer, à l’aide du jeteur, la matière en un tas de couches horizontales alternées d’argile et de calcaire ; la deuxième consiste à gratter, à l’aide du pont gratteur, le tas obtenu sur un convoyeur à bande qui achemine le mélange vers le broyeur à cru.
1.3.4 Broyage cru du mélange calcaire et argile
L’alimentation du broyeur à cru se fait par deux convoyeurs à bande. L’un transportant le mélange reçu du pont gratteur et l’autre le calcaire ou l’argile reçu de la trémie de correction pour affiner la composition du mélange. Les matières sont d’abord séchées au moyen d’air chaud tiré du four. Ensuite les matières sont broyées par des boulets qui les écrasent contre les plaques de blindage lors de la rotation du broyeur. On obtient ainsi une farine orangée qui est extraite du broyeur par le ventilateur de tirage. Cette farine est convoyée de façon alternée dans deux silos d’homogénéisation. Un séparateur de matières non fines permet de récupérer les grosses particules pour qu’elles soient broyées à nouveau.
1.3.5 Homogénéisation et stockage
La farine (calcaire + argile broyés), arrivée dans le silos d’homogénéisation, est brassée et fluidifiée à volonté au moyen de deux surpresseurs. Elle est ensuite convoyée à travers des aéroglissières vers les silos de stockage. La farine est ensuite envoyée vers le four après extraction par un doseur.
1.3.6 Cuisson dans le four : obtention du clinker
La farine extraite du silo de stockage est dosée puis envoyée dans une tour de préchauf- fage à quatre étages de cyclones. La farine se chauffe par échange thermique avec les gaz provenant du four. Plus tard, cette farine rentre dans le four dont la température interne atteint les 1450˚C [1]. On obtient, après cuisson, du clinker qui est recueilli dans dix refroidisseur à ballotes montés en satellite autour du four. Ce clinker est soit transporté vers le silo clinker à travers un convoyeur à godets, soit étalé à l’air libre pour un meilleur refroidissement.
1.3.7 Broyage du clinker, calcaire et gypse : obtention du ciment
Le clinker issu de la cuisson, le gypse importé et le calcaire en provenance de la carrière sont stockés dans des silos tampons. Ils sont extraits, dosés puis convoyés vers le broyeur ciment grâce à trois doseurs. On obtient ainsi après broyage, du ciment qui est convoyé dans l’un des trois silos de stockage selon le type de ciment fabriqué. En effet, trois types de ciments sont produits par la SCB-LAFARGE :
— le CEM I 42,5N : très résistant, utilisé dans le construction de ponts, routes, etc.
— le CEM II A/L 32,5N : résistant, utilisé dans le construction routes, bâtiment, etc.
— le CEM II B/L 32,5N : moins résistant, utilisé dans la construction de bâtiments, œuvres d’arts, etc.
Ces trois qualités de ciment diffèrent par la proportion de clinker, calcaire et argile dans leur composition. Le ciment est plus résistant lorsque la quantité de clinker est élevée et celle du gypse est faible.
1.3.8 Ensachage et expédition
Le ciment produit est livré sous deux formes et selon le type de ciment :
— dans un camion citerne pour le CEM I 42,5N, il est produit à la demande ;
— dans des sacs qui sont livrés aux différents points de vente de la SCB-LAFARGE, pour le CEM II A/L 32,5N et le CEM II B/L 32,5N.
1.3.9 Contrôle qualité
L’usine dispose d’un laboratoire d’analyses et d’essais qui effectue des contrôles de qualité à tous les stades de transformation des matières premières. Un échantillon du mélange calcaire et argile en provenance du hall de pré-homogénéisation est analysé chaque jour, de même que le clinker et les ciments à ensacher afin de guider les différents ateliers pour la fabrication d’un produit répondant aux normes de la qualité.
1.4 Présentation des sources d’énergies de l’usine [1]
Cette section présente les différents types d’énergie utilisés à la SCB-LAFARGE.
1.4.1 Description de l’alimentation électrique de l’usine
Le complexe cimentier d’Onigbolo absorbe en moyenne 7 MWh d’énergie électrique par mois. Cette énergie lui est fournie par la CEB (Communauté Électrique du Bénin) via le poste source d’Onigbolo. Actuellement, la CEB est alimentée en 161 kV par la TCN (Sakété) et la VRA (Ghana). Cette tension est abaissée à 20 kV avant d’être livrée à l’usine par des lignes aériennes et aéro-souterraines. Elles ne peuvent être utilisées au même moment. Les installations de l’usine fonctionnent sous le régime TT (le neutre est relié à la Terre et les masses sont reliées à la Terre). Chaque ligne d’arrivée de 20 kV est reliée à un sectionneur qui permet le choix de ligne. Du sectionneur, chacune des lignes est raccordée à un transformateur principal (20 kV/6 kV 15 MVA) via un disjoncteur. Le secondaire de ce transformateur est relié aux cellules disjoncteurs électriques à savoir :
— départ concassage ;
— départ transformateur lumière ;
— départ broyeur de cru ;
— départ transformateur du moteur du four ;
— départ camps ;
— départ transformateur plate-forme chauffe ;
— départ broyeur ciment.
Chaque cellule assure la distribution de l’énergie électrique aux différentes sous-stations.
Les transformateurs dans ces dernières abaissent la tension de 6 kV à 380 V pour l’ali- mentation des équipements Basse Tension des ateliers.
1.4.2 Énergie et combustibles alternatifs
Consciente du poids que représente l’énergie dans le coût de fabrication du ciment, la SCB-LAFARGE s’est équipée d’un atelier de combustible alternatif. Ceci permet à
d’adapter ces installations aux combustibles alternatifs tels que les coques de riz, de coton et de palmistes afin de réduire considérablement la quantité de fuel utilisée. Le dernier combustible récemment introduit à l’usine qu’est le pet coke est utilisé actuellement aussi à ce même titre.
1.5 Présentation de la plateforme d’automatisation de l’usine
La plateforme d’automatisation de l’usine est composée de systèmes numériques et de systèmes en logique câblée. La partie numérique prend en compte les ateliers de concas- sage, de broyage cru, du four, du broyage pet coke, torréfaction, de l’ensachage et certaines parties de l’atelier de broyage ciment (BK). La figure 1.3 présente l’architecture du sys- tème de contrôle-commande (SCC) de l’usine.
Chapitre1.PrésentationducomplexecimentierSCB-LAFARGE Figure1.3–Plateformed’automatisationdelaSCB-LAFARGE. d’ingénieurdeconception parAbdelWallyA.M.ADJADI-EPAC2018page
Conclusion partielle
Ce chapitre a présenté dans un premier temps la création de la SCB-LAFARGE et dans un second temps le fonctionnement de l’usine. Le Chapitre 2 présente le fonctionnement de l’atelier BK qui est l’objet de cette étude.
Chapitre 2
Analyse fonctionnelle de l’atelier de broyage ciment
Introduction partielle
À la SCB-LAFARGE, l’atelier de broyage ciment (BK) est la zone de la cimenterie où sont broyées les différentes matières semi-finies pour en sortir du ciment. La commande de cet atelier est réalisée par séquence. Ce chapitre présente dans un premier temps les différentes séquences de l’atelier BK et leur fonctionnement puis dans un second temps les équipements qui y sont installés.
2.1 Description de chaque séquence
Dans le paradigme de la SCB-LAFARGE, une séquence est définie comme étant une association d’équipements démarrés dans un ordre précis afin de réaliser une fonction bien définie. Dans la configuration actuelle de l’atelier de broyage ciment, quatre (04) séquences interviennent dans son fonctionnement. Il s’agit de :
— la séquence du transport calcaire / clinker ;
— la séquence du transport gypse ;
— la séquence du broyeur ciment ;
— la séquence du transport du ciment.
La figure 2.1 présente les différents équipements qui interviennent dans chacune de ces (04) séquences :
Chapitre2.Analysefonctionnelledel’atelierdebroyageciment Figure2.1–Synoptiquedel’atelierBK Mémoired’ingénieurdeconception RédigéparAbdelWallyA.M.ADJADI-EPAC2018page
2.1.1 Séquence du transport clinker / calcaire
Cette séquence se charge de transporter exclusivement le clinker ou le calcaire dans leur silos tampons respectifs.
Le clinker est pris de deux endroits différents. D’une part, il est extrait du silo clinker grâce à sept rigoles vibrantes puis tombe sur trois (03) bandes transporteuses (U1U02, U1U03, U1U04). D’autres part, de la trémie calcaire/clinker, il est amené par l’alimenta- teur à tablier métallique (ATM) (U1U01). Le clinker tombe ensuite sur la bande principale (U1U05) sur laquelle se trouvent deux filtres à manche (U1P11 et U1P21). Cette bande déverse le clinker au pied de l’élévateur à godets (U1U06). Cet élévateur alimente la bande transporteuse (U1U07) qui déverse directement le clinker dans le silo tampon clinker (le clapet calcaire/clinker est en position ouvert).
Le transport du calcaire rejoint celui du clinker à la différence que, le calcaire ne provient que de la trémie calcaire / clinker. Lorsque le calcaire arrive sur la bande trans- porteuse (U1U07), il est dévié par le clapet calcaire/clinker vers la bande transporteuse (U1U08) qui déverse alors le calcaire dans le silo tampon calcaire.
Cette séquence est en logique câblée, mise à part la bande (U1U08) qui est gérée par l’automate et le clapet qui est commandé manuellement.
2.1.2 Séquence du transport gypse
Cette séquence assure le transport du gypse depuis son lieu de stockage jusqu’au silo tampon gypse.
Le gypse est versé dans la trémie à gypse. L’alimentateur à tablier métallique (G1J01), situé juste en dessous de cette trémie, convoie le gypse vers le concasseur à mâchoire (G1M01). Le gypse tombe ensuite en miettes sur le convoyeur à bande (G1U01) qui alimente à son tour l’élévateur (G1U02). Cet élévateur alimente la bande (G1U03) qui déverse directement le gypse dans son silo tampon.
Cette séquence est, elle aussi, en logique câblée excepté la dernière bande (G1U03) qui est gérée par l’automate.
2.1.3 Séquence du broyeur ciment
Cette séquence assure la production du ciment. L’élément principal de cet atelier est le broyeur. Il est alimenté en matières (clinker, calcaire et gypse) par des doseurs.
L’alimentation du broyeur
L’alimentation du broyeur est réalisée à l’aide de trois doseurs. Il s’agit des doseurs clinker (Z1B01), calcaire (Z1C01) et gypse (Z1A01). Du fait que le doseur gypse soit éloi- gné de l’entrée du broyeur, c’est la bande de reprise (Z1A02), située juste en dessous, qui convoie le gypse jusqu’à l’entrée du broyeur.
Le doseur est un alimentateur auto-régulé. Il est constitué d’une bande transporteuse reposant sur des rouleaux de transport et d’un tablier de pesage auquel sont solidaires deux cellules de pesage (pesons). Cet ensemble est entraîné par un moteur commandé par un variateur de vitesse. Grâce à la prise de poids et de vitesse, un module de traitement de régulation permet d’obtenir le débit courant. Ce dernier comparé à la consigne de débit «opérateur » permet de réguler l’alimentation en matière convenable. La consigne de débit reçue par chaque doseur dépend de la consigne débit broyeur et des consignes pourcentages de chacune des matières.[4]
Une goulotte vibrante (Z1D01) placée à l’entrée du broyeur permet d’éliminer les bourrages. La pompe Z1B01M2 (ou Z1B01M3) est utilisée pour ajouter de l’adjuvant au mélange.
Les auxiliaires du broyeur
Le broyeur repose sur deux paliers comportant des coussinets. Vu son poids assez important (environ 145 tonnes [4]), il faut lui assurer une bonne lubrification. C’est le rôle joué par les auxiliaires du broyeur qui sont composés de :
— deux pompes à huile de démarrage haute pression (HP) (Z1M05 et Z1M07). Elles envoient de l’huile entre les coussinets et leurs paliers respectifs, ceci dans le but de soulever légèrement le broyeur ;
— deux pompes à huile de circulation basse pression (BP) (Z1M06 et Z1M08). Elles font circuler de l’huile dans le palier afin d’assurer une bonne lubrification.
— deux pompes à huile du réducteur principal SYMETRO (Z1M09 et Z1M10). Elles assurent le graissage des engrenages du réducteur principal.
Il faut noter qu’a la sortie de chaque pompe est installé un détecteur de passage d’huile appelé SIKA.
Le moteur du broyeur (Z1M03M1)
C’est un moteur asynchrone triphasé à rotor bobiné de 6 kV, d’une puissance de 2500 kW et d’une vitesse nominale de 494 tr/min. Il est commandé par un démarreur électrolytique et est accouplé au réducteur SYMETRO (Z1M02). Ce réducteur, de rapport de réduction 3,36 % communique en sortie, au broyeur une vitesse de 16,6 tr/min. Le
moteur du broyeur est doté d’une résistante chauffante (Z1M03W1). Cette résistante chauffante ne marche qu’à l’arrêt du broyeur pour éviter l’humidité dans le bobinage.
Le groupe de virage
Il est utilisé lors des travaux d’entretien pour tourner le broyeur à une petite vitesse. Il ne peut tourner qu’en mode local et seulement si le broyeur est à l’arrêt et désaccouplé. Le groupe de virage est composé d’un moteur vireur (Z1M04M1), d’un réducteur qui fournit en sortie une vitesse de 9,7 tr/min et d’un dispositif d’embrayage.
Il faut noter que cette séquence est gérée par le circuit de relayage mis à part les doseurs qui sont gérés par l’installation.
2.1.4 Séquence du transport ciment
Cette séquence se charge de transporter le ciment de la sortie du broyeur jusqu’à son silo de stockage, selon son type. Elle est gérée par l’automate.
À la sortie du broyeur, une vis de réception (Z1U12) convoie le ciment jusqu’au pied d’un élévateur à godets (Z1U13). Un système composé d’aéroglissières à trois ventilateurs (Z1U14, Z1U15, Z1U16) et d’un tamiseur (Z1S01), reçoit le ciment de l’élévateur (Z1U13) et alimente un second l’élévateur (Z1U17). De l’élévateur (Z1U17), le ciment est envoyé par un autre aéroglissière à deux ventilateurs (Z1U18 et Z1U20), soit au silo 1 (pour le ciment CEM II A/L 32,5N), soit au silo 2 (pour le ciment CEM II B/L 32,5N) ou au silo 3 (pour le ciment CEM I 42,5N) selon un positionnement judicieux de deux clapets manuels (Z1U19S1 et Z1U19S2).
2.2 Fonctionnement des différentes séquences
La commande des différentes séquences se fait suivant deux modes de fonctionnent : le mode automatique en abrégé AUTO et le mode manuel ou local en abrégé MANU.
Le mode automatique
En mode automatique, certaines conditions doivent être remplies avant de pouvoir démarrer la séquence. Il s’agit des conditions dePRÊT AU DÉMARRAGE (PAD). Si ces condi- tions sont remplies, il suffit de donner l’Ordre de marche pour que la séquence démarre.
Les actionneurs démarrent alors suivant un ordre préétabli. Pour arrêter une séquence, il faut donner l’Ordre d’arrêt de cette séquence. Ce mode est utilisé pour la production.
Le mode manuel ou local
En mode manuel, chaque actionneur est démarré par action sur son bouton MARCHE, et arrêté par action sur son bouton ARRÊT. Dans ce mode, les actionneurs fonctionnent, indépendamment les uns des autres. Ce mode est utilisé pour la maintenance ou pour vider les équipements de matières.
Le mode automatique et mode manuel s’excluent mutuellement. En effet, lors- qu’une séquence est enmode automatique, tous les équipements qui interviennent dans cette séquence ne peuvent plus être démarrés localement. De même, lorsqu’une séquence est en mode manuel, les équipement de cette séquence ne peuvent plus être démar- rés de façon automatique. Dans la suite de cette section, le fonctionnement en mode automatique de chaque séquence est développé.
2.2.1 Fonctionnement du transport calcaire/clinker
Le PRÊT AU DÉMARRAGE
Les conditions du PRÊT AU DÉMARRAGE, dépendent de la matière (clinker ou calcaire) que l’on veut transporter. Le PRÊT AU DÉMARRAGE s’obtient si les conditions suivantes sont toutes vérifiées :
— le bouton AUTO de la séquence est enclenché et reste enclenché ;
— les actionneurs de la séquence sont électriquement disponibles, c’est-à-dire :
• le disjoncteur associé à chaque actionneur est fermé ;
• le bouton ARRÊT de chaque actionneur n’est pas appuyé ;
• les arrêts d’urgence sont tous acquittés ;
• les actionneurs sont tous à l’arrêt ;
— si l’opérateur choisi de produire le clinker :
• le silo tampon clinker n’est pas plein : (Z1L02K1) non sollicité ;
• le clapet (clinker / calcaire) est aiguillé en position clinker ;
— si l’opérateur choisi de produire le calcaire :
• le silo tampon calcaire n’est pas plein : (Z1L03K1) non sollicité ;
• le clapet (clinker / calcaire) est aiguillé en position calcaire ;
— la température du fond des filtres (U1P11), (U1P21) et (G1P11) est supérieure au seuil minimal, s’ils sont choisis.
La Marche
Lorsque le PRÊT AU DÉMARRAGEest obtenu, une impulsion sur le boutonMARCHE lance la séquence après un avertissement sonore de dix secondes (10 s). Le démarrage des ac- tionneurs se fait l’un après l’autre dans le sens contraire à celui du transport de matières (de U1U08 à U1U01). L’ATM (U1U01), les rigoles vibrantes et les filtres peuvent être insérés ou exclus de la séquence grâce à leur bouton de choix AVEC / SANS.
S’il s’agit de transporter du clinker, l’automate envoie l’autorisation de marche de (U1U07) au circuit de relayage qui se charge de démarrer tous les actionneurs en amont.
Par contre s’il s’agit de transporter du calcaire, l’automate démarre d’abord la bande (U1U08) puis renvoie l’autorisation de marche de (U1U07) au circuit de relayage.
Si au cours du fonctionnement en production, un actionneur s’arrête, alors tous les actionneurs en amont s’arrêtent aussitôt. Ce arrêt est appelé, dans l’usine, arrêt par asservissement. L’opérateur a le choix entre arrêter la séquence ou la relancer s’il est possible d’exclure l’actionneur en défaut. De la même façon, une relance est nécessaire lorsqu’un actionneur est choisi ou sorti de la séquence.
L’Arrêt
L’arrêt de la séquence se produit lorsque l’opérateur envoie une impulsion sur le bouton ARRÊT de la séquence. Cette impulsion est reçue par l’automate qui annule l’autorisation de marche de (U1U07). Le relayage arrête alors (U1U07) et les actionneurs en amont s’ar- rêtent aussitôt. Lorsqu’il s’agit de la production de calcaire, l’automate se charge d’abord d’arrêter la bande (U1U08) avant d’annuler l’autorisation de marche de (U1U07).
La figure 2.2 présente le fonctionnement de la séquence de transport calcaire clinker.
Figure 2.2 – Organigramme de fonctionnement du transport calcaire / clinker
2.2.2 Fonctionnement du transport gypse
Le PRÊT AU DÉMARRAGE
Le PRÊT AU DÉMARRAGE s’obtient si toutes les conditions suivantes sont vérifiées :
— le bouton AUTO de la séquence est enclenché et reste enclenché ;
— les actionneurs de la séquence sont électriquement disponibles ;
— le silo tampon gypse n’est pas plein : (Z1L01K1) non sollicité.
La Marche
Lorsque lePRÊT AU DÉMARRAGEest obtenu, l’opérateur démarre la séquence par appui sur le bouton MARCHE de la séquence. La sirène retentit pendant dix secondes (10 s).
L’automate démarre la bande (G1U03). Par la suite, le circuit de relayage démarre les actionneurs en amont dans le sens contraire au transport de matière (de G1U02 à G1J01).
L’Arrêt
Pour arrêter la séquence, l’opérateur appuie sur le boutonARRÊTde la séquence. Cette information est reçue par le relayage qui arrête la bande (G1U03). Les actionneurs en amont s’arrêtent aussitôt. Si en cours de production un actionneur s’arrête, l’opérateur doit obligatoirement arrêter la séquence, à moins que le défaut présent ait été éliminé.
La figure 2.3 présente le fonctionnement de la séquence de transport gypse.
Figure 2.3 – Organigramme de fonctionnement du transport gypse
2.2.3 Fonctionnement du transport ciment
Le PRÊT AU DÉMARRAGE
Pour effectuer le transport du ciment vers les silos de stockages, les conditions suivantes doivent être remplies :
— la séquence doit être en mode automatique ;
— les actionneurs choisis dans la séquence doivent être disponibles électriquement ;
— l’opérateur doit avoir choisi au moins deux (02) des trois ventilateurs (Z1U14), (Z1U15) et (Z1U17) dans la production ;
— si l’opérateur choisi le tamiseur dans la production, le clapet Z1S01 doit être fermé de sorte à ouvrir la canalisation qui mène au tamiseur (Z1S01) ;
— la température du fond des filtres (Z1P41), (Z1P51), (Z1P61) et (P1P11) doit être supérieure au seuil minimal, s’ils sont choisis ;
— si l’opérateur choisit de produire le CEM II A/L 32,5N, c’est-à-dire transporter le ciment vers le Silo 1, alors :
• le Silo 1 ne doit pas être plein : (P1L01K1) non sollicité ;
• le clapet Z1U19S1 doit être ouvert sur le Silo 1 de sorte à fermer la canalisation qui mène au Silo 2 ;
— si l’opérateur choisit de produire le CEM II B/L 32,5N, c’est-à-dire transporter le ciment vers le Silo 2, alors :
• le Silo 2 ne doit pas être plein : (P1L02K1) non sollicité ;
• le clapet Z1U19S1 doit être fermé sur le Silo 1 de sorte à ouvrir la canalisation qui mène au Silo 2 ;
• le clapet Z1U21S1 doit être ouvert sur le Silo 2 de sorte à fermer la canalisation qui mène du Silo 3 ;
— si l’opérateur choisit de produire le CEM II A/L 32,5N, c’est-à-dire transporter le ciment vers le silo 3, alors :
• le Silo 3 n’est pas plein : (P1L04K1) non sollicité ;
• le clapet Z1U19S1 doit être fermé sur le Silo 1 de sorte à ouvrir la canalisation qui mène au Silo 2 ;
• le clapet Z1U21S1 doit être fermé sur le Silo 2 de sorte à ouvrir la canalisation qui mène au Silo 3 ;
La Marche
Lorsque le PRÊT AU DÉMARRAGEest obtenu, l’opérateur envoie l’Ordre de marche de la séquence depuis l’écran de supervision. Les actionneurs démarrent dans le sens contraire au transport de matière après un avertissement sonore de dix secondes (10 s). En effet, lorsque l’opérateur choisi le Silo 1, le ventilateur (Z1U18) démarre en premier et cinq secondes (5 s) plus tard l’élévateur (Z1U17) démarre. Cette logique se poursuit jusqu’au démarrage des filtres choisis dans la production. Lorsque l’opérateur choisit le Silo 2 ou le Silo 3, c’est d’abord le ventilateur (Z1U20) qui démarre en premier et le ventilateur (Z1U18) démarre cinq secondes (5 s) plus tard.
Pour démarrer les actionneurs mineurs tels que les filtres (Z1P41, Z1P51, Z1P61, P1P11), le tamiseur (Z1S01) ou l’échantillonneur (Z1U11), il faut au préalable les sélec- tionner à l’aide de leur bouton AVEC / SANSrespectifs. Si au cours de la production, un actionneur s’arrête, alors tous les actionneurs en amont s’arrêtent aussitôt. L’opérateur a le choix entre arrêter la séquence ou relancer la séquence s’il est possible d’exclure l’ac- tionneur en défaut. De la même façon, une relance est nécessaire lorsqu’un actionneur est choisi ou exclu de la séquence. Pour exclure le tamiseur (Z1S01) de la production ou choisir la production vers un autre silo, l’arrêt de la séquence est obligatoire.
L’Arrêt
L’arrêt de cette séquence dépend de l’état de la séquence du broyeur ciment. En effet pour arrêter la séquence de transport ciment, il faut que la séquence du broyeur ciment soit d’abord à l’arrêt. L’opérateur envoie ensuite l’ordre d’arrêt de la séquence. Les ac- tionneurs s’arrêtent, les uns après les autres, avec une temporisation de cinq secondes (5 s) en suivant le sens du transport de matière. L’arrêt total est obtenu, lorsque plus aucun équipement n’est en marche.
La figure 2.4 présente le fonctionnement de la séquence de transport ciment.
2.2.4 Fonctionnement du broyeur ciment
Le PRÊT AU DÉMARRAGE
Le prêt au démarrage est obtenu si les conditions suivantes sont toutes vraies :
— les actionneurs de la séquence sont électriquement disponibles ;
— le mode automatique de la séquence est activé ;
— la séquence de transport ciment est en cours de fonctionnement ;
— les températures des paliers à l’entrée et à la sortie du broyeur ainsi que des en- roulements du moteur broyeur sont admissibles.
— le démarreur du moteur du broyeur est prêt à démarrer ;
— le vireur du moteur du broyeur est désaccouplé ;
— la tension est présente dans la cellule 6 kV.
La Marche
Le démarrage de cette séquence se fait en deux phases. Lorsque lePRÊT AU DÉMARRAGE est obtenu, l’opérateur envoie l’Ordre de marche à l’aide du bouton MARCHE de la sé- quence. La sirène retentit pendant dix secondes (10 s). Les pompes HP (Z1M05 et Z1M07) démarrent simultanément pour soulever légèrement le broyeur. Les pompes BP (Z1M06 et Z1M08) démarrent par la suite pour assurer une bonne lubrification. La pompe (Z1M10) démarre si la température du réducteur SYMETRO dépasse les 30˚C. Si cette tempéra- ture dépasse 50˚C, alors la pompe (Z1M09) démarre. Après le démarrage de ces pompes, le ventilateur de tirage (Z1P05) démarre. De même, si l’électro-filtre (Z1P11) a été choisi dans la séquence il démarre lui aussi : c’est la fin de la première phase. Durant de cette phase, le PRÊT AU DÉMARRAGE est perdu.
Le PRÊT AU DÉMARRAGE est à nouveau obtenu lorsque les deux détecteurs de pas- sage d’huile (les SIKA Z1M01K1 et Z1M01K2) sont actifs. L’opérateur enclenche alors la deuxième phase de démarrage par un deuxième appui sur le bouton MARCHE. Le broyeur démarre après un avertissement sonore de dix secondes (10 s). Le broyeur fini son démar- rage lorsque le démarreur (Z1M03M2) annonce FIN DE DÉMARRAGE, la goulotte (Z1D01) et la bande de reprise gypse (Z1A02) démarrent. Il s’en suit le démarrage des trois doseurs (Z1A01, Z1B01, Z1C01) et des deux pompes adjuvants (Z1B02 et Z1B03) si elles ont été choisies : c’est la fin de la deuxième phase. Le démarrage des doseurs est effectif après que des consignes de débit (non nuls) ait été insérés.
La régulation du broyeur [4]
La régulation du broyeur se fait sur la consigne de bruit du broyeur. L’oreille électro- nique est l’instrument de mesure qui indique le niveau de bruit d’un broyeur en fonction-
nement. Le bruit d’un broyeur est un facteur qui indique son niveau de remplissage. Plus le bruit est fort plus le broyeur est vide c’est-à-dire qu’il y a manque de matières à broyer.
Plus le bruit est faible plus le broyeur est plein c’est-à-dire qu’il y a trop de matières à broyer. Le niveau de remplissage d’un broyeur correspond à un bruit déterminé.
Quand le niveau de remplissage d’un broyeur est faible on dit qu’il tourne à vide ce qui engendre un mauvais rendement et occasionne quand il est trop vide le matraquage des boulets et des plaques de blindages.
Quand le niveau de remplissage d’un broyeur est important on dit qu’il est plein ce qui occasionne un impact sur la qualité du ciment notamment quand la matière passe par le rond central de la cloison intermédiaire pour polluer la 2ème chambre du broyeur.
Quand le niveau de remplissage devient trop important le bruit est très faible on dit que le broyeur est bourré.
Le rôle de l’oreille électronique associée à une régulation électronique est de maintenir le broyeur à un niveau de remplissage correct en modulant le débit de l’alimentation du broyeur. Le schéma de principe de la régulation du broyeur se trouve à la figure 2.5.
Figure 2.5 – Schéma de principe de la régulation du broyeur [4]
Le microphone est installé dans une boîte microphonique pour le protéger et pour cibler le bruit du broyeur. Il capte le bruit du broyeur au niveau de la première chambre, les signaux issus du microphone sont très faibles et sinusoïdaux composés de multiples
L’amplificateur électronique adapte le signal du microphone pour être exploitable par l’automate. Le signal sortant de l’amplificateur est normalisé de type 0/10V.
L’automate programmable traite le signal reçu du microphone via l’amplificateur électronique. Le traitement est effectué par un programme de calcul ce qui donne une très grande fiabilité.
L’arrêt
Pour arrêter le broyeur, l’opérateur met, dans un premier temps, la consigne de débit des doseurs à zéro pour vider le broyeur. Dans un second temps, à l’aide du boutonARRÊT, l’opérateur donne l’Ordre d’arrêt de la séquence. Après cette demande, les doseurs et le broyeur s’arrêtent puis les pompes s’arrêtent simultanément. Il faut noter que :
— l’arrêt sur défaut d’une pompe ou d’un actionneur de la séquence de transport ciment, entraîne l’arrêt systématique du broyeur et par conséquent des doseurs ;
— l’arrêt du broyeur arrête les doseurs ;
— le broyeur s’arrête après deux minutes (2 min) si les doseurs ne démarrent pas ;
— l’arrêt des doseurs peuvent subvenir suite à plusieurs défauts comme : défaut gé- néral doseur, écart de régulation ou glissement.
Le figure 2.6 présente le fonctionnement de la séquence du broyeur ciment.
2.3 Présentation des interfaces de supervision
L’atelier de broyage ciment est géré depuis deux interfaces de supervision. La première est une interface réalisée en logique câblée. Elle permet de commander la séquence de transport calcaire / clinker, la séquence de transport gypse et la séquence du broyeur ciment. La figure 2.7 montre une photo de cette interface en logique câblée.
Figure 2.7 – Photo de l’interface de supervision en logique câblée
La seconde est une interface numérique composée d’un ordinateur avec une supervision WinCC Flexible sur Windows XP. Elle permet de commander les bandes (U1U08) et (G1U03), le transport ciment et l’alimentation du broyeur par les doseurs. La figure 2.8 montre une photo de l’interface numérique.
Figure 2.8 – Photo de l’interface de supervision numérique
2.4 Présentation des équipements
2.4.1 Compresseur
Pour commander les filtres de dépoussiérage, les vérins, il faut de l’air comprimé.
Ce sont les compresseurs qui assurent la fourniture de l’air comprimé. Dans l’atelier de broyage ciment, c’est le compresseur S2P01M1 qui remplit cette fonction. Il est démarré et arrêté manuellement.
2.4.2 Filtres dans l’atelier
Le filtre est l’élément qui permet de récupérer la matière présente dans l’air. Les dif- férents filtres présents dans l’atelier BK sont :
ã le filtre à manchecomposé de :
— un ventilateur de dépoussiérage qui aspire la poussière à travers les manches filtrantes ;
— une vis transporteuse qui évacue la matière déposée au fond du caisson vers l’extérieur du filtre par l’intermédiaire du SAS ;
— des corps de chauffe. Ils assurent la production de la chaleur de fond ;
— d’un séquenceur qui commande les électrovannes suivant une fréquence préré- glée.
â le filtre Delta Neu composé de :
— un ventilateur de dépoussiérage ;
— un sas ;
— un séquenceur.
La commande de ces filtres est en logique câblée. Lorsque l’ordre de démarrage du filtre est envoyé, c’est cette commande qui se charge de démarrer les actionneurs du filtre.
2.4.3 Arrêt d’urgence à corde
Ce dispositif de sécurité est installé le long des convoyeurs à bande. Il intervient dans les deux modes de fonctionnement. Il est constitué de deux (02) boîtes à contact d’arrêt d’urgence commandé chacune par un levier mécanique relié entre eux par une corde. Les arrêts d’urgences sont disposés longitudinalement de part et d’autre de chaque bande.
Les quatre (04) contacts d’arrêt d’urgence sont en série dans le circuit de commande du moteur. En cas d’incident, on tire sur la corde et le contact s’ouvre entraînant ainsi l’arrêt
2.4.4 Contrôleur de rotation
C’est un capteur qui est installé sur les transporteurs à courroie, et les vis sans fin. Il n’intervient qu’en mode automatique. Lorsqu’il détecte que l’équipement n’est pas nor- malement entraîné (défaut mécanique, surcharge de godet ou de bande) il démarre une temporisation réglable (3 à 5s). Cette temporisation est réinitialisée dans le cas où la vi- tesse de fonctionnement normale réapparaît avant la fin de la temporisation ; dans le cas contraire le contrôleur de vitesse arrête le moteur d’entraînement lorsque la temporisation s’est écoulée.
2.4.5 Détecteurs de bourrage
Ils sont installés au pied des élévateurs ; leur technologie est à membrane sensible à la pression de la matière ou à tige sensible au contact de la matière. En cas de bourrage, la matière exerce une force pressante sur le corps d’épreuve qui pilote deux contacts complémentaires qui permettent d’arrêter le moteur. Dans le cas des capteurs à tige, c’est le contact avec la matière qui déclenche la réaction du niveau compact.
2.4.6 Contrôleur de déport de bande élévateur
Les élévateurs sont dotés de détecteurs de déport de bande disposés de façon latérale sur la carcasse. Ils sont réglés à une distance proche de la carcasse métallique de l’élévateur, maintenant le contact fermé. En cas de déport de la bande de l’élévateur, la languette est repoussée et le contact du capteur s’ouvre.
2.4.7 Détecteur de godet
C’est un capteur qui est installé sur les élévateurs pour détecter le passage régulier des godets. Lorsqu’il détecte que les godets ne sont pas normalement entraînés, il démarre une temporisation réglable (3 à 5 s). Cette temporisation est réinitialisée dans le cas où l’entraînement redevient normal avant la fin de la temporisation ; dans le cas contraire, le détecteur de godet arrête le moteur d’entraînement lorsque la temporisation s’est écoulée.
2.4.8 Contrôleur de niveau des silos
Au sommet de chaque silo sont installées des sondes de niveau (TOR) qui réagissent pour donner l’information Silo plein des silos.
2.4.9 Sondes de température PT100
C’est un capteur qui permet de mesurer des températures allant de 0 à 300˚C [4]. Ils sont installés dans les enroulements du moteur du broyeur, sur les paliers entrée et sortie
de la virole et du réducteur SYMETRO. Leur résistance varie suivant la température.
Conclusion partielle
Ce chapitre a présenté le fonctionnement actuel de l’atelier BK et les différents équipe- ments qui s’y trouvent. Le Chapitre 3 présente les limites de ce système et les améliorations apportées par le système proposé.
Chapitre 3
Étude fonctionnelle du système numérique de contrôle-commande
Introduction partielle
Ce chapitre présente, d’une part le cahier de charge du projet et d’autre part, les amé- liorations qui ont été apportées par le système numérique de contrôle-commande (SNCC) proposé.
3.1 Limites du système en place
Le SCC de l’atelier BK est dans une technologie mixte. Une partie est gérée en logique câblée et l’autre par un système numérique basé sur la CPU 315-2 DP. L’installation en logique câblée a été mise en place depuis la création de l’usine en 1982. Aujourd’hui, les pièces de rechange de cette installation sont indisponibles car les relais installés à l’origine ne sont plus fabriqués. L’adaptation avec les nouveaux relais n’est pas aisée et elle oblige parfois de modifier la logique de commande déjà en place. Aussi, à cause des arrêts sans alarmes, des défauts non remontés à la supervision et des plans électriques non à jour, les dépannages prennent énormément du temps ; ce qui baisse la productivité de cet atelier.
En ce qui concerne la partie numérique, son interface de supervision n’est pas conforme au standard adopté dans l’usine. De plus, le poste de supervision de cette interface est isolé du réseau des ordinateurs, ce qui fait qu’il n’est pas possible d’accéder à cette super- vision depuis la salle centrale.
Pour finir, ce SCC étant mixte, cela impose à l’opérateur la gestion de deux interfaces de supervision. Cette condition de travail n’est pas confortable pour lui car il doit se lever de sa chaise à chaque fois qu’il veut opérer sur l’interface en logique câblée. Il faut noter aussi que cette interface encombre la salle de commande du broyeur ciment.
3.2 Présentation du cahier de charges
Pour remédier définitivement à tous ces problèmes, la SCB-LAFARGE a initié le projet
« Revamping BK et Réhabilitation des armoires de contrôle-commande moteur (MCC) » visant à améliorer le SCC de l’atelier BK. Ce projet comprend un volet électrique et un volet programmation. C’est donc pour aborder le volet programmation que ce travail a été proposé. Il s’agit de :
— formaliser l’analyse fonctionnelle ;
— écrire le programme de pilotage de l’atelier ;
— concevoir l’application de supervision de l’atelier ;
— mettre en service le SNCC de l’atelier.
3.3 Proposition du SNCC de l’atelier BK
3.3.1 Composition du SNCC
L’utilisation des API dans le monde industriel est très fréquente car il prend un grand avantage sur la logique câblée. Il permet le traitement rapide de l’information et la réduc- tion de l’encombrement des circuits de commande et offre une grande flexibilité [1]. Donc pour résoudre les problèmes de la SCB-LAFARGE, le système qui a été proposé est un système entièrement numérique (automate avec supervision sur ordinateur). Ce système est capable de gérer entièrement l’atelier BK et sa supervision est accessible depuis la salle centrale. La figure 3.1 présente l’architecture réseau du SNCC proposé.
Description
Dans cette architecture (voir figure 3.1), on distingue trois réseaux de communication :
— le réseau PC : c’est un réseau Ethernet regroupant les PC de supervision, le PC programmeur et le serveur ;
— le réseau PLC : c’est un réseau Ethernet regroupant les automates des différents atelier, le PC programmeur et le serveur ;
— le réseau Profibus DP : c’est un réseau regroupant l’automate, les stations ET 200M, les variateurs de vitesse et les centrales de mesure. (voire annexe G)
Figure 3.1 – Architecture réseau du SNCC proposé
3.3.2 Choix de l’automate
Le choix de l’automate s’est fait en considérant les paramètres suivants :
— le type de module d’entrées ou de sorties (digital ou analogique) ;
— le nombre d’entrées et de sorties admissibles ;
— le capacité mémoire ;
— le temps de scrutation ;
— le langage de programmation ;
— les technologies de communication support.
À ces différents critères de choix, s’est ajouté l’environnement dans lequel sera ins- tallé l’automate. Il s’agit d’une salle climatisée non exposée à la poussière. Le choix de l’automate a aussi tenu compte du standard vis-à-vis de la marque et de la gamme des automates à utiliser dans l’usine : les automates Siemens de la gamme S7-300 et les automates Schneider de la gamme récente. Étant donnée que l’automate en place est l’au- tomate Siemens de la gamme S7-300 (la CPU 315-2 DP), il est donc préférable de choisir un automate Siemens de cette même gamme pour le SNCC.
Le tableau 3.1 présente les caractéristiques des automates Siemens de la gamme S7-300 qui ont été comparées.
Tableau 3.1 – Caractéristiques des automates Siemens de la gamme S7-300
Caractéristiques CPU 312
CPU 314
CPU 315-2 DP
CPU 315-2 PN/DP
CPU 317-2 DP
CPU 317-2 PN/DP
CPU 319-3 PN/DP Tension d’alimentation 24 V CC 24 V CC 24 V CC 24 V CC 24 V CC 24 V CC 24 V CC
Mémoire de travail 32 Ko 128 Ko 256 Ko 384 Ko 512 Ko 1 Mo 1.4 Mo
MPI OUI OUI OUI OUI OUI OUI OUI
Profibus NON NON OUI OUI OUI OUI OUI
Ethernet NON NON NON OUI NON OUI OUI
Vitesse d’exé. min. 6µs 3µs 3µs 3µs 1µs 1µs 0.04µs
Nbre maxi de racks 1 4 4 4 4 4 4
Nbre de modules /rack 8 8 8 8 8 8 8
Entrées maxi en octets 1024 1024 2048 2048 8192 8192 8192
Sorties maxi en octets 1024 1024 2048 2048 8192 8192 8192
Mémentos en octets 128 256 2048 2048 4096 4096 8192
Blocs de données maxi 512 512 1024 1024 2048 2048 4096
TIMER maxi 128 256 256 256 512 512 2048
Vu que le nombre d’actionneurs devant être commandés par le SNCC est plus impor- tant, alors l’automate à mettre en place doit être plus puissant que l’automate en place.
De plus cet automate doit pouvoir communiquer par liaison Profibus et liaison Ethernet
dans l’usine, c’est la CPU 317-2 PN/DP qui satisfait le plus aux critères de choix formulés plus haut. Par conséquent, la CPU 317-2 PN/DP a été choisie comme automate du SNCC à mettre en place.
3.4 Correction du fonctionnement de l’atelier
Dans l’esprit d’harmoniser la supervision de cet atelier avec celle de l’atelier de broyage cru, la séquence de broyage ciment a été subdivisée en trois (03) séquences. Les différentes séquences de l’atelier sont dorénavant :
— la séquence de l’air de mécanisation ;
— la séquence du transport calcaire / clinker ;
— la séquence du transport gypse ;
— la séquence du transport ciment ;
— la séquence des auxiliaires du broyeur ;
— la séquence du moteur du broyeur ;
— la séquence de l’alimentation du broyeur.
3.4.1 Séquence de l’air de mécanisation
Cette séquence est chargée de commander le compresseur (S2P01) qui assure la fourni- ture d’air comprimée des filtres. La figure 3.2 présente le fonctionnement de cette séquence.
Figure 3.2 – Organigramme de fonctionnement de l’air de mécanisation
