Rapport_ZERHOUNI_OSMOSEIII

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Rapport_ZERHOUNI_OSMOSEIII

  1. 1. Département de Physique Appliquée Mémoire de Projet de Fin d’Études Pour l’Obtention du Titre Licence en Sciences et Techniques Electronique Electrotechnique Automatique Sujet Ré-Automatisation et Supervision de la station de Osmose III Soutenu par : Sous la direction de : Taoufik ZERHOUNI Mr Mohamad ABLHAOU Mr AbdellfattahBA-RAZZOUK Année Universitaire 2013-2014
  2. 2. Dédicaces Je dédie mon travail a : Mes chers parents avec tous mes sentiments de respect, d'amour, de gratitude et de reconnaissance pour tous les sacrifices déployés pour m’élever dignement et assurer mon éducation dans les meilleures conditions. Mes respectueux Professeurs Sans exception, pour leurs efforts afin de m'assurer une bonne formation Tous mes amis Pour tous les bons moments passés ensemble Tous les personnels de la Société COSUMAR pour leurs précieuses aides et motivations.
  3. 3. Taoufik ZERHOUNI
  4. 4. Remerciements Tout d’abord, je tiens à remercier la direction de la COSUMAR qui m’a accordé ce stage, ainsi que toute l’équipe du service d’équipement et service centrale chaufferie pour leurs accueils chaleureux et leurs collaborations. Il est pour moi un grand plaisir d’adresser mes remerciements à Mr Mahomad ABLHAOU, mon parrain au sein de la COSUMAR pour ses remarques et son suivi pendant la durée du stage et à mon encadrant pédagogique Mr Abdellfattah BA-RAZZOUK pour les conseils et directives qui m’ont été d’une aide précieuse durant la réalisation du projet. Je présente aussi mes remerciements à tous les membres du jury qui m’ont fait l’honneur d’accepter de juger mon travail. Et enfin je tiens à remercier le corps professoral de la filière Electronique Electrotechnique Automatique (EEA) à la Faculté des Sciences et Techniques de Settat (FSTS) pour tout le savoir- faire qu’ils ont su me procurer.
  5. 5. Sommaire EEA Sommaire I. Présentation de l’Entreprise : COSUMAR............................................................................... 7 I.1. Introduction...................................................................................................................... 8 I.2. Présentation de la société d’accueil (COSUMAR)............................................................. 8 I.2.1. Aperçu général sur la société ..................................................................................... 8 I.2.2. Historique.................................................................................................................. 8 I.2.3. Fiche technique.......................................................................................................... 9 I.2.4. Localisation géographique ....................................................................................... 10 I.3. Service d’accueil ............................................................................................................. 11 I.4. Processus général de fabrication du sucre....................................................................... 11 I.4.1. Réception................................................................................................................. 12 I.4.3. La clarification (épuration)...................................................................................... 13 I.4.4. La décoloration........................................................................................................ 13 I.4.5. Évaporation............................................................................................................. 13 I.4.6. Cristallisation.......................................................................................................... 14 I.4.7. Conditionnement :................................................................................................... 14 II. Présentation de l’installation OSMOSE III............................................................................. 16 II.1. Qu’est-ce que l’Osmose Inverse ?.................................................................................... 17 II.2. Station Osmose Inverse :................................................................................................. 19 II.2.1. Filtre à deux couches (filtre multi-media) :.............................................................. 20 II.2.2. Unité de dosage de PACet Unité de dosage du NaHSO3.......................................... 21 II.2.3. Osmose Inverse :...................................................................................................... 21 II.2.4. Dégazeur de CO2 :................................................................................................... 21 III. Problématique et Cahier de charges. .................................................................................. 23 III.1. Problématique :............................................................................................................... 24 III.2. Cahier des charges :........................................................................................................ 25 IV. Programmation et Supervision de l’installation OSMOSE III............................................ 26 IV.1. Analyse Fonctionnelle :................................................................................................ 27 IV.1.1. Qu’est-ce qu’une analyse fonctionnelle ? ................................................................. 27 IV.1.2. Bête à cornes :.......................................................................................................... 27 IV.1.3. Diagramme d’interactions (pieuvre)........................................................................ 28 IV.1.4. SADT « Structured Analysis and Design Technique » ............................................. 29
  6. 6. Sommaire EEA IV.2. Programmation Automate........................................................................................... 31 IV.2.1. Choix de l’automate................................................................................................. 31 IV.2.2. Configuration matérielle :........................................................................................ 31 IV.2.3. Logiciel de programmation :.................................................................................... 32 IV.2.4. Etablissement du Programme.................................................................................. 32 IV.3. Supervision :................................................................................................................ 37 IV.3.1. Choix de l’Ecran ( IHM).......................................................................................... 37 IV.3.2. Logiciel de configuration :....................................................................................... 37 IV.3.3. Conception des vue .................................................................................................. 38 V. Etude Technico-Economique de la Réalisation. ...................................................................... 41 Conclusion..................................................................................................................................... 43
  7. 7. Chapitre I I. Présentation de l’Entreprise : COSUMAR
  8. 8. Présentation de l’entreprise Ch. I 8 I.1. Introduction Le sucre est l’une des principales denrées alimentaires à côté d’huile et des céréales. Au Maroc, la consommation annuelle est d’environ 32 kg par personne, cette consommation augmente en moyenne de 2.5% chaque année. Ainsi, la consommation du Maroc en sucre blanc en 2012 est de 1.225.129 Kg. I.2. Présentation de la société d’accueil (COSUMAR) I.2.1. Aperçu général sur la société La COSUMAR se positionne comme leader du secteur sucrier marocain en assurant l’approvisionnement du marché national à plus de 70% de la consommation avec une capacité de production de 2000 tonnes par jour. La COSUMAR est une société anonyme au capital de 419 105 700Dhs, dont l'objectif est le raffinage du sucre brut, le conditionnement et la commercialisation du sucre raffiné. Elle est située au quartier industriel des Roches Noires et s'étend sur une superficie de 20 hectares. I.2.2. Historique La compagnie Sucrière Marocaine a été fondée en avril 1929 sous le sigle «COSUMA» par la société SAINT-LOUIS de Marseille. En 1932, sa capacité de production journalière atteignait les 100 tonnes. Son évolution s'est réalisée comme suit :  En 1963 : Création de la première sucrerie à Sidi Slimane.  1er janvier 1967, des accords entre l'Etat marocain et COSUMA ont donné naissance à COSUMAR (Compagnie de Sucrerie Marocaine et de Raffinage). La participation de l'Etat à hauteur de 50% du capital a permis d'atteindre une production journalière de 900 tonnes.  En 1985, L'ONA «Omnium Nord-Africain » a participé avec 55,48% du capital de la COSUMAR, le reste étant détenu par d'autres actionnaires.  En 1993 : la COSUMAR absorbe les sucreries de Doukkala (Zemamra et Sidi Bennour), dont elle détenait déjà une part significative.  En 2003 : marque une étape importante dans l'évolution de la COSUMAR. En effet, elle a été certifiée ISO 9001 version 2000 par l'organisme français AFAQ et actuellement la capacité journalière de production du sucre affiné peut atteindre 700 000 tonnes.  En 2004 : COSUMAR investit 800 MDH dans le projet d’extension de la capacité de traitement des Sucreries Doukkala
  9. 9. Présentation de l’entreprise Ch. I 9  La même année, le Groupe augmente sa capacité de stockage de 20 000 tonnes grâce au projet de réalisation d’une nouvelle plate-forme logistique de 12 280 m2 à Casablanca.  En 2005 : la COSUMAR a absorbé toutes les sucreries du Maroc SUTA, SUCRAFOR, SURAC et SUNABEL.  En 2006: La COSUMAR met en œuvre le projet « INDIMAGE 2010 », destiné à intégrer, mettre à niveau et développer les sucreries acquises en 2005.  La même année, la capacité de traitement de betterave augmente de 10 000 à 15 000 TB/J à Sidi Bennour, grâce à la réalisation de la deuxième phase du projet d’extension du site. Le groupe déploie par ailleurs un nouveau procédé de fabrication du pain de sucre.  En 2011 : La COSUMAR, intégrée dans le plan sucrier marocain, raffine non seulement les sucres bruts importés, mais aussi ceux issus des sucreries nationales.  En 2013 : Le holding vient de céder 27,5% du capital du sucrier marocain, dont il détenait 63,7% des parts, à Wilmar International, leader asiatique de l’agro- alimentaire, pour un montant de 2,3 milliards de DH. I.2.3. Fiche technique Logo Dénomination « COSUMAR »Compagnie Marocaine Sucrière et de Raffinage Président Mohamed FIKRAT Directeur Général Mohammed Jaouad KHATTABI Chiffre d’affaires 5810,9 MDH (en 2010) Superficie 20 hectares Effectifs 1081 personnes en 2011 Adresse 8 Rue Mouatamid ibnou abbad, B.P3098, 20300, Casablanca. Maroc. Site web www.cosumar.co.ma Capacité de production 2000 Tonnes/jour.
  10. 10. Présentation de l’entreprise Ch. I 10 I.2.4. Localisation géographique COSUMAR est un groupe marocain, filiale de la Société nationale d'investissement, spécialisé dans l'extraction, le raffinage et le conditionnement du sucre sous différentes formes. La raffinerie fonde son métier sur 3 principales activités:  L’extraction du sucre à partir des plantes sucrières: canne et betterave à sucre,  Le raffinage du sucre brut importé,  Le conditionnement sous différentes variétés. Le groupe Cosumar se compose de cinq sociétés spécialisées dans l'extraction, le raffinage et le conditionnement du sucre sous différentes formes. COSUMAR est constitué de 5 unités comme indiqué sur la figure ci-dessous. Figure 1 carte d'implantation des sucreries au Maroc
  11. 11. Présentation de l’entreprise Ch. I 11 I.3. Service d’accueil Mon stage a eu lieu à la division Direction de Maintenance de et plus exactement au service d’équipement. Le service d’équipement est chargé de la maintenance, l’automatisation, l’instrumentation, et la régulation. Il s’occupe de la programmation et le câblage des automates, configuration des capteurs et des actionneurs et il assiste aux travaux de réalisation des projets. president Directeur General Direction Financiere Direction D’Achat Direction Commerciale Direction D’Etude Direction R.H Direction Qualite Direction Maintenance Direction Amont Agricole Direction Raffinage Service Maintenance Service Electrique Service Mecanique Figure 2 : Organigramme de la société Cosumar I.4. Processus général de fabrication du sucre Le raffinage du sucre brut a pour but d’obtenir des cristaux blancs et purs de saccharose, débarrassés des impuretés aussi bien organiques que minérales. Toutefois, ce sucre brut, contient deux types d’impuretés : les impuretés externes qui enrobent le cristal et les impuretés internes se trouvant à l’intérieur du cristal.
  12. 12. Présentation de l’entreprise Ch. I 12 Après réception, pour éliminer l’ensemble de ces impuretés, le sucre brut passe par différentes étapes technologiques : l’affinage, l’épuration, la décoloration, l’évaporation, la cristallisation et le conditionnement. I.4.1. Réception L’approvisionnement en sucre brut de la COSUMAR se fait par des fournisseurs étrangers tels que le Brésil, l’Australie et l’Afrique du sud. Ce sucre brut est transféré par des camions vers l’usine, où il est stocké dans 3 silos d’une capacité de 25000 t chacun. Le contrôle du poids se fait par pesage des camions avant et après la décharge. Grâce à des bandes transporteuses le sucre brut est acheminé vers la station d’affinage. Il existe un certain nombre d’opérations qui permettent :  De retirer les impuretés extérieures au cristal, c’est l’affinage.  De retirer les impuretés intérieurs au cristal du sucre brut après fente du cristal de sucre affiné, c’est la clarification (épuration).  De retirer les colorants de la fente par passage d’un adsorbant, c’est la décoloration.  De recristalliser le saccharose pour obtenir un cristal pur, c’est la cristallisation. Ainsi les impuretés se retrouveront à la fin du processus du raffinage, concentrés dans la mélasse. I.4.2. Affinage Cette opération a pour but d’éliminer la majeur partie des impuretés externes du cristal à savoir les non-sucres (composés azotés, composés organiques, matières colorantes…). Cette opération se déroule en deux phases : Empattage puis Refonte.  Empattage Cette étape a pour but de ramollir la couche superficielle des cristaux afin de favoriser la libération des impuretés externes dans l’égout. Après le pesage au moyen des servo-balances du sucre brut, ce dernier est envoyé vers un tamis pour éliminer les corps étrangers, ensuite il est déversé dans une goulotte reliée à l’empâteur qui est muni d’un système d’agitation. Ainsi ce sucre brut est mélangé avec l’égout riche, qui est caractérisé par un Brix* de 72 et de température égale à 70°C.  Refonte La masse empâtée est poussée vers un premier fondoir où on lui ajoute de l’eau sucrée. Le mélange est envoyé par une pompe vers des échangeurs à plaques afin de régler sa viscosité,
  13. 13. Présentation de l’entreprise Ch. I 13 ensuite vers un deuxième fondoir pour régler le Brix 58.5, ainsi le mélange passe par un échangeur pour avoir une T=75°c. I.4.3. La clarification (épuration) Cette opération consiste à éliminer les impuretés internes insolubles par addition d’un produit pouvant les rassembler et les faire précipiter afin de faciliter la filtration du sirop. L’opération se déroule en deux étapes : la carbonatation et la filtration.  La carbonatation La carbonatation est une étape primordiale dans la sucrerie, c’est le procédé de précipitation du carbonate de calcium dans la fonte. Ce précipité présente une grande surface active et permet ainsi d’absorber les impuretés internes dans les cristaux. La fonte commune est mélangée au lait de chaux « chaulage ». La carbonatation se fait dans une série de 3 chaudières qui sont alimentées en continu par un gaz qui doit contenir au moins 13% de CO2.  La filtration Cette étape permet l’élimination du reste des impuretés internes, qui ne se sont pas précipitées lors de la carbonatation, par séparation liquide solide au moyen des filtres. I.4.4. La décoloration Le sirop filtré contient encore des colorants qui ont échappé à la filtration mécanique. Ce sirop va alors être décoloré par résine. La station de décoloration par résine comporte trois colonnes échangeuses. Leur travail se fait d’une manière continue, pendant que deux colonnes sont en phase de production et de filtration. La troisième est en régénération ou en attente. Pendant la phase de décoloration, la résine se charge en matières colorantes et en anions divers. Elle se sature au cours du temps. I.4.5. Évaporation A la sortie de la station de décoloration, le raffinage de a une pureté de l’ordre 99.5% et un Brix de 64, à ce niveau. Le raffinage est prête à être cristallisée, mais il est intéressant dans un souci d’économie de calories de la réchauffer et de l’évaporer afin d’augmenter son Brix de 64 à 74. Cette opération se fait dans des corps d’évaporation à flot tombant (CEFT). Ces derniers sont alimentés par la vapeur parvenue du bouilleur. C’est un appareil producteur de la vapeur. Il est alimenté par la vapeur d’échappement issue des turbo – alternateurs. Le raffinage concentré sort de l’évaporateur avec un Brix voisin de 74%.
  14. 14. Présentation de l’entreprise Ch. I 14 Ce raffinage alimente la station de cristallisation. I.4.6. Cristallisation La cristallisation a pour but la formation d’un maximum de cristaux à partir de raffinage concentré dans des appareils à cuir appelés cuites. Ces derniers possèdent un système de chauffage sous forme d’un faisceau tubulaire placé en bas de l’appareil. L’alimentation des cuites en sirop se fait donc par le bas, de façon à couvrir le faisceau. La quantité du sirop introduite de cette manière s’appelle « le pied de cuite ». (*) Brix : c'est le pourcentage de matière sèche dans une solution.  Le séchage : Le sucre blanc obtenu après cristallisation présente des caractéristiques particulières, notamment humidité qui peut varier de 0,8 à 1%. Donc, l’objectif principal du séchage est de ramener cette humidité à une valeur proche de 0,3%.  Stockage Après le séchage du sucre blanc, ce dernier est dirigé vers l’unité de stockage et de conditionnement. I.4.7.Conditionnement : La COSUMAR dispose de trois stations de conditionnement, selon le produit fini désiré. Les stations du sucre granulé, sucre moulé et la station des pains de sucre (pain pack Maamoura). Le sucre granulé stocké dans les deux silos de stockage et de conditionnement représente la matière première des stations de conditionnement.  Station de conditionnement du granulé : Le sucre granulé provenant des silos via des transporteurs à bande est tamisé. Ensuite, les particules de cristaux de diamètre supérieur à 0.7 mm sont acheminées vers le secteur de granulé. Elles seront ensachées dans des sacs de 50 kg et des sachets de 2 kg.  Station de conditionnement des lingots et morceaux: A l'usine de l'opération de tamisage, les particules de cristaux dont le diamètre oscille entre 0.3 et 0.7 mm sont envoyées vers le conditionnement des lingots et morceaux.
  15. 15. Présentation de l’entreprise Ch. I 15 La COSUMAR dispose d'un parc de six chaînes de machines à mouler dont une chaîne pour les morceaux et cinq pour les lingots. Cette inégalité de chaînes de production s'explique par la forte demande de la production en sucre lingot.  Station de conditionnement de pain de sucre : Pour la nouvelle usine pain pack, l’approvisionnement en sucre granulé à partir du site de raffinage est assuré par l’intermédiaire des citernes qui seront remplacées par une alimentation par des transporteurs à bande à partir des deux silos du sucre blanc. Après,le sucre va être mélangé avec de l’eau dans le mélangeur. Par la suite, le sucre est moulé dans des moules pour prendre la forme conique, puis subir le démoulage, séchage
  16. 16. Chapitre II II.Présentation de l’installation OSMOSE III
  17. 17. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 17 Vu la nécessite d’une grande quantité de vapeur, la société COSUMAR produit presque 80 tonne/h de cette dernière. Pour cela une centrale thermique a été installée dans l’usine comportant 3 chaudières utilisant de l’eau déminéralisée pour produire de la vapeur. Et par nature l’eau contient des particules telles que les sels minéraux ou bien les impuretés organiques Afin de maintenir les équipements de cette chaudières en bon état, l’eau – qui sera transformé en vapeur- doit subir un traitement bien précis, ce dernier aura droit à deux types de traitements (l’eau a traité provient du réseau de ville : LYDEC) :  Un traitement par osmose inverse (station osmose) qui est un traitement purement physique destiné pour l’élimination de toutes substances insolubles non ionise.  Un traitement par déminéralisation (station DEGREMONT) qui est un traitement purement chimique, basé sur le principe des échangeurs d‘ions pour éliminer toutes les matières solubles ionisées dissoutes dans l'eau et obtenir ainsi une eau déminéralisée. Dans notre cas ce qui nous intéresse c’est la partie du traitement d’eau par OSMOSE INVERSE. II.1. Qu’est-ce que l’Osmose Inverse ? L'osmose inverse est un procédé purement physique qui ne nécessite pas l’usage de produits chimiques, il consiste à appliquer une pression sur de l'eau concentrée afin de la forcer à traverser une membrane semi perméable dans le but de filtrer cette eau des éléments étrangers qui y sont dissous. Dans son état stable l’eau a tendance de se déplacer de la solution la moins concentrée à celle qui est plus concentre jusqu’à ce qu’on ait un équilibre c’est ce qu’on appelle le phénomène d’Osmose, ce procédée est utilisé pas les plantes pour la photosynthèse.
  18. 18. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 18 Dans notre cas l’objectif est de se débarrasser des sels minéraux et des éléments dissous dont le diamètre est très petit, pour cela il faut inverser l’opération d’où la nécessité d’une haute pression qui sera appliquer sur l’eau concentrée le forçant à traverser la membrane semi- perméable afin filtrer ce dernier. Cette membrane présente une porosité (vides entres matériaux) extrêmement fine ce qui fait que la plupart des molécules de taille supérieure à celles de l'eau se trouvent bloquées ce qui permet de purifier efficacement l'eau en une seule opération. Les deux principaux usages des membranes d'osmose inverse sont le dessalement de l'eau de mer et la purification de l'eau. Figure 3 : coupe d'une membrane semi perméable
  19. 19. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 19 L’installation d’osmose inverse consiste en un filtre à cartouche de 5 microns, une pompe à haute pression et les blocs d’osmose. Initialement l’eau passe par un filtre a cartouches de 5 microns, une pompe à haute pression (de plus ou moins 20 bar), pompe l’eau vers les unités d’osmose inverse dans lequel l’eau est séparée en deux courant : le permeat contenant 1 à 2% de la salinité original et le concentrât. II.2.Station Osmose Inverse : Permettant de filtrer 85m3 d’eau brute par heure, la station d’Osmose (comme le montre le schéma ci-dessous) inverse se constitue de quatre éléments essentiels :  Filtre à deux couches ;  Unités de dosages de PAC et de NaHSO3 ;  Unité Osmose Inverse ;  Dégazeur de CO2 ; P103P102P101 P201 / P202 P301 / P302 P901 P902 P1001 P1002 RESERVOIR EAU BRUTE RESERVOIR PERMEAT PAC NaHSO3 FILTRE A CARTOUCHE BLOCS OSMOSE DEGAZEUR DE CO2 REJET F411F401 Figure 4 Synoptique de la station OSMOSE III
  20. 20. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 20 II.2.1. Filtre à deux couches (filtre multi-media) : La filtration multi-média consiste en une succession de plusieurs types de filtration afin d'éliminer les matières solides, les impuretés en suspension et les composants dissous. L'eau passe à travers plusieurs lits de média tels que le sable fin, l'anthracite, le charbon actif ou le dioxyde de manganèse. Dans notre cas on utilise deux couches de filtration (capable de traiter un débit total de 105m3/h) : le sable et de l’anthracite en plus d’une couche de support constitue de gravier : Matériel Volume occupe Diamètre Couche support Gravier 0.8 m3 1 à 2 mm Couche N◦1 Sable 2.7 m3 0.7 à 1mm Couche N◦2 anthracite 2.7 m3 1.4 à 2.5 mm Tableau 5 : Caractéristiques du filtre à deux couches Il est nécessaire de laver les filtres à deux couches après un certain nombre d’utilisation ou bien par une commande manuelle. Pour les étapes du lavage : Voir Annexes V417 V411 v401 V412V402 V405 V405 V404 V414 V406 V416 V403 V413 V407 V408 EAU BRUTE POMPE LAVAGE SURPRESSEUR CITERNE FILTRES OSMOSE Figure 6 Schéma des filtres à deux couches
  21. 21. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 21 II.2.2. Unité de dosage de PAC et Unité de dosage du NaHSO3 Les polychlorures d’aluminium ou autrement « PAC » sont utilisés dans le traitement d’eau pour précipiter les matières en suspension et les colloïdes. La quantité de PAC à doser est contrôlée par un signal de débit de l’arrivée d’eau vers les filtres à deux couches. Le PAC et l’eau sont mélangées dans le mixer statique Le NaHSO3 ou Bisulfites de Sodium est un agent utilise pour éliminer le Chlore se trouvant de l’eau, il est a noté que les blocs osmose ne tolèrent pas l’existence du chlore, le taux de ce dernier ne doit pas dépasser 0.02 ppm. La quantité de NaHSO3 (bisulfite) à doser dépend de la concentration de chlore libre dans l’eau fournie aux blocs osmose. II.2.3. Osmose Inverse : L’installation de l’Osmose Inverse consiste en un filtre a cartouche de 5 micron, une pompe de a haute pression et les éléments de l’Osmose. Apres l’injection du PAC et le bisulfite, l’eau passe par des filtres a cartouches qui représente une sécurité de plus pour les membranes des blocs osmose inverse contre le chlore et les impuretés. Avant que l’eau n’entame l’installation d’osmose inverse, le chlore libre dans ce dernier est mesuré. En raison de la structure des éléments dans l’unité d’osmose inverse, la présence du chlore est interdite. Un taux de plus de 0,02 ppm de chlore aurait pour effet l’arrêt de l’installation d’osmose inverse. Le système de mesure du chlore libre doit être étalonné au moins une fois par semaine. Apres filtration et vérification, l’eau sera pompé grâce à des Pompes d’une pression de 20 bar vers le système de l’osmose dans lequel il sera séparé en deux courants, le permeat ou bien l’eau Osmosé qui contiendra un peu-près 1 à 2% de la salinité originale, et le concentrât ou ce qu’on appelle le Rejet. II.2.4. Dégazeur de CO2 : Avant d’être stocké, l’eau sortant des blocs Osmose doit passer d’abord dans un dégazeur ou le CO2 sera diminuée par un processus purement physique. Afin d’éliminer le CO2, l’eau entre dans le dégazeur du haut en bas à travers un lit d’anneaux « Rashings ». Grace un ventilateur, l’air est soufflé dans le dégazeur juste au-dessous, des lits permettant de dissoudre le CO2 dans l’air et l’évacuant par le haut du dégazeur.
  22. 22. Présentation de l’installationOSMOSE III Ch.II 22 Figure 7 Schéma du dégazeur Apres le dégazage, l’eau osmose et dégazée sera stocker dans un bac d’un volume de 300m3 et sera contrôlée pars 4 capteurs de niveau (très bas, bas, haut et très haut).
  23. 23. Chapitre III III. Problématique et Cahier de charges.
  24. 24. Problématique et Cahier de charges Ch.III 24 III.1. Problématique : Suite aux changements qu’a connu l’installation de l’OSMOSE INVERSE ces dernières années (élimination de filtre à pré-couche, suppression du RPI-2000 et de l’acide sulfurique H2SO4), une mise à niveau du programme s’impose Afin de faciliter le contrôle pour l’operateur de l’installation, une installation d’un pupitre de commande moderne est envisagée pour remplacer l’ancien pupitre. Ce dernier permettant ainsi de :  Suivre et contrôler le processus du prétraitement de l’eau ;  La commande manuelle des pompes et des vannes ;  La localisation rapide des défauts ;  Archivage des Alarmes et défauts. Figure 8 : ancien pupitre de l'installation OSMOSE III
  25. 25. Problématique et Cahier de charges Ch.III 25 Figure 9 : "XBTN401" Afficheur actuel permettant le contrôle et la commande. III.2. Cahier des charges : Notre projet de fin d’étude consiste la rénovation de la partie contrôle/commande de la station du traitement des eaux, c’est-à-dire la mise à jour de l’automate existant et l’installation d’une nouvelle Interface Homme Machine remplaçant ainsi l’ancien afficheur (XBTN 401) par un écran tactile industriel couleur de marque SCHNEIDER. Le travail demande consiste donc à :  Etudier le principe de fonctionnement de la station ;  Ecrire l’analyse fonctionnelle ;  Etablir un cahier de charge ;  Développer le programme de l’automate. ;  Créer une interface homme machine plus conviviale à utiliser et plus riche en information ;  Faire une étude technico-économique pour la rénovation de l’installation (matériel à installer et un devis estimatif de la réalisation).
  26. 26. Chapitre IV IV. Programmation et Supervision de l’installation OSMOSE III
  27. 27. Analyse Fonctionnelle Ch.IV 27 IV.1. Analyse Fonctionnelle : Avant d’entamer le programme de l’installation une analyse fonctionnelle est requise. IV.1.1. Qu’est-ce qu’une analyse fonctionnelle ? L'analyse fonctionnelle du besoin est utilisée au début d'un projet pour créer ou améliorer un produit. Elle est un élément indispensable à sa bonne réalisation. On détermine donc, les fonctions principales, les fonctions secondaires et les fonctions contraintes d'un produit. Il est important de faire ce procédée afin d'effectuer un dimensionnement correct des caractéristiques du produit. Au cours de cette analyse on utilisera les outils suivants :  Pour la recherche du besoin : Bêtes à cornes  Pour la recherche des fonctions de service : Diagramme de pieuvre  Pour une analyse descendante : SADT IV.1.2. Bête à cornes : Pour décrire le besoin au quel répond notre produit il est préférable d’utiliser le diagramme fonctionnel d’expression de besoin autrement dit le diagramme « Bête à cornes » qui répond à ces trois questions :  A qui ce Produit rend-il service ?  Sur quoi Agit-il ?  Dans quel But le produit existe-t-il ?
  28. 28. Analyse Fonctionnelle Ch.IV 28 IV.1.3. Diagramme d’interactions (pieuvre) Le diagramme d’interaction ou bien le diagramme de pieuvre permet de représenter les fonctions de services par la liaison entre le produit et les éléments extérieurs. La fonction service se décompose en deux types de fonction : fonction principale et fonction de contrainte  FonctionPrincipale (FP) : c’est la fonction pour laquelle le produit a été créé, elle relie deux éléments extérieurs avec le produit.  Fonctionde Contrainte (FC) : c’est la réaction ou l’adaptation des éléments du milieu extérieur avec le produit. Le tableau si dessous permet de décrire chaque fonction de service (principale et de contrainte) du diagramme d’interactions :
  29. 29. Analyse Fonctionnelle Ch.IV 29 Fonction de service Description FP 1 Filtrer l’eau brute pour l’utiliser correctement dans la chaudière FC 1 Etre alimenter en énergie électrique convenable et adéquate FC 2 S’adapter et Etre opérationnel dans son milieu FC 3 Etre en permanence alimenter en air comprime FC 4 Possibilité de superviser et intervenir par un opérateur de maintenance en cas de besoin. IV.1.4. SADT « Structured Analysis and DesignTechnique » La méthode SADT, ou méthode d'analyse fonctionnelle descendante, est une méthode graphique qui part du général pour aller au particulier. Elle permet de décrire des systèmes complexes. Cette méthode a été mise au point par la société Softech aux Etats Unis, on peut appliquer le SADT à la gestion d'une entreprise tout comme à un système automatisé. Le Diagramme SADT est constitué de 5 éléments principaux :  La fonction qui répond à la question : à quoi sert ce Système ?  Le Mécanisme qui permet de réaliser cette fonction  MOE : les Matières d’Œuvre Entrantes  MOS : les Matières d’Œuvre Sortantes  Contraintes de pilotage ou de commande : Ce sont les paramètres qui déclenchent ou modifient la réalisation d'une fonction. En appliquant le diagramme SADT sur l’installation d’Osmose Inverse, on a abouti à 3 niveaux (A0, A1 et l’A2) comme le montre les schémas ci-dessous :
  30. 30. Analyse Fonctionnelle Ch.IV 30 Figure 11 extension du niveau A0 SADT Figure 10 extension du niveau A2 du SADT
  31. 31. Programmation Ch.IV 31 IV.2. ProgrammationAutomate IV.2.1. Choix de l’automate Pour répondre à la problématique pose et afin de minimiser les couts de la rénovation on a décidé d’utiliser une CPU TSX P57 204M remplaçant ainsi la TSX P57 203. Cette dernière nous permettra de conserver configuration des Entrée/Sortie numérique ainsi que celle analogique. IV.2.2. Configuration matérielle : Figure 12: aperçu du Rack de l'installation Comme la montre la figure ci-dessus la configuration matérielle se compose de deux Rack : TSX RKY 8E et le TSX RKY 12E qui se constitue de 12 modules : référence Nb d’E/S Nb de module Entrée Numérique DEY 64D2k 64 entrées 2 Entrée Analogique AEY 810 8 entrées 1 Sortie Analogique ASY 410 4 sorties 1 Sortie Numérique DSY 16T2 12 sorties 8
  32. 32. Programmation Ch.IV 32 IV.2.3. Logicielde programmation : Parmi les avantages de la nouvelle CPU TSX P57 204M, la programmation se fait sur le logiciel Unity PRO 6.0 XL de la société Schneider qui est un logiciel assez récent avec une interface moderne. Unity Pro est un logiciel "tout en un" permettant le développement de programmes et l'exploitation des automatismes Modicon : M340, M580, Premium, Quantum et Atrium. Contrairement à l’ancienne plateforme de programmation PL7 pro, Unity pro nous permet de faire la simulation hors ligne qui représente un outil très important pour le programmateur. Parmi ces avantages, on cite :  5 langages de programmation IEC61131-3.  Librairies de Blocs fonctions (DFB) personnalisables.  Simulateur sur PC avant la mise en service.  Test et diagnostic intégrés.  Services en ligne complets. IV.2.4. Etablissementdu Programme Pour la programmation de la station OSMOSE INVERSE, j’ai choisi d’utiliser 3 langages : SFC ou bien le Grafcet, le langage LADDER et enfin l’Instruction LIST Le programme se composera de :  Stockage_eau_brute : Grafcet  Filtration_eau : Grafcet ;  Lavage_filtre_1 : Grafcet ;  Lavage_filtre_2 : Grafcet ;  Conversion : LADDER ;  Defaut : LADDER ;  Alarmes : LADDER ;  Acquittement : LADDER ;  Manu : LADDER. Dans la page qui suivra, vous trouverez les grafcets utilisés dans la programmation de la CPU, pour le programme complet voir le CD qui est ci-joint.
  33. 33. Programmation Ch.IV 33 IV.2.4.1. Grafcet de Stockage de l’Eau Brute : La vanne d’apport V101 de l’eau brute est contrôle par le niveau de la bâche de stockage, si le capteur de niveau bas N_L103 ou bien très bas N_LL104 est à 1, la vanne s’actionne et le bac commence à se remplir quand le niveau haut N_H101 est actif, il désactive la vanne et permet ainsi l’arrêt du stockage 0 1 %MW001 . /N_H101 . N_L103 . N_LL104 V101 3 X1.t = 10 s . /POS_V101 DEF_V1012 X1.t = 10 s . POS_V101 N_H101 ACQ Figure 13 Grafcet Stockage Eau Brute
  34. 34. Programmation Ch.IV 34 IV.2.4.2. Grafcet du prétraitement de l’eau : Afin de démarrer automatiquement la station OSMOSE III, il faudra que les conditions initiales suivantes se réalisent :  Niveau bas de la bâche de stockage N_L103 = 0 ;  Niveau bas du réservoir du PAC N_L201 = 0 ;  Niveau bas du réservoir du NaHSO3 N_L301 = 0 ;  Niveau bas du dégazeur N_L1003 = 1 ;  Niveau bas de la bâche du Permeat N_L1203 = 1 ;  Arrivée de l’air Comprimé Air_comprime = 1 ;  Arrêt d’urgence désactivé. Une fois la station démarre, une des pompes P102/P103 ainsi que les vannes V401, V411 s’actionne laissant ainsi l’eau s’infiltrer dans les filtres a 2 couches, les vannes v403 et v413 permettent l’ouverture de la sortie des filtres multimédia. Ensuite, le PAC et le bisulfite de sodium s’injectent dans l’eau avant le démarrage de l’une des pompes haute pression P901/P902 qui font passer l’eau filtré dans les blocs osmose. Apres les vannes V1001 et V901 sont ouvertes laissant passer l’eau vers le dégazeur de CO2.et enfin pour stocker l’eau Osmosé dans le bac du permeat la Pompe P1001 ou bien la P1002 est activé. Quand le niveau haut N_H1201 de la bâche du permeat est actif l’installation s’arrête et remet à zéro tous les actionneurs. Il est à noter qu’on peut démarrer la station manuellement en forçant les pompes ainsi que les vannes utilisées dans le prétraitement de l’eau à condition que le processus ne soit pas lancé en automatique. Le choix des pompes se fait manuellement à partir du pupitre de commande et cela avant le lancement automatique de la station.
  35. 35. Programmation Ch.IV 35 0 2 P201 OU P202 1 V401 V411 V403 V413 P102 OU P103 3 P301 OU P302 4 P901 OU P902 5 V901 V1001 P1001 OU P1002 M1002 6 RESET DE TOUT LES ACTIONNEURS (VANNES, POMPES ET MOTEURS) %MW001 . AUTO . /NL103 . /NL201 . /NL301 . NL1203 . NL1003 POS_V401 . POS_V411 . POS_V403 . POS_V413 . (REP_P102 + REP_P103) REP_P301 + REP_P302 REP_P201 + REP_P202 REP_P901 + REP_P902 NH1201 . POS_V901 . POS_V1001 . REP_M1002 . (REP_P1001 + REP_P1002) REP_P102 . REP_P103 .REP_P201 .REP_P202 . REP_P301 . REP_P302 . REP_P901 . REP_P902 . REP_P1001 . REP_P1002. REP_M1002 . POS_V401 . POS_V403 . POS_V411 . POS_V413 Figure 14 : Grafcet filtration eau brute
  36. 36. Programmation Ch.IV 36 IV.2.4.3. Grafcet du prétraitement de l’eau : Le lavage des filtres se fait après un certain nombre d’utilisation ou bien par une commande Manuelle. Vous trouverez les étapes du lavage dans l’annexe. 0 1 %MW001 . F411 S:V417 2 POS_V417 S:V412 3 POS_V412 V415 4 POS_V415 . X3.t = 5 mn SURP V416 ± V408 5 POS_V416 . /REP_P401 . /POS_V408 . X4.t = 10mn 6 X5.t = 15 mn S:V414 S:P101 7 POS_V414 . REP_P101 . X6.t = 25 mn R:V412 /POS_V412 . X7.t = 2 mn 8 R:V417 9 /POS_V417 . X8.t = 1 mn R:V414 10 /POS_V414 . X9.t = 1 mn S:V411 R:P101 S:P102 OU P103 11 POS_V411 . /REP_101 . ( REP_P102 + REP_P103). X10.t = 30 s V415 S:P101 12 POS_V415 . REP_P101 . (X11.t = 15 mn ) 13 (X12.t = 1 mn ) R:V411 14 /POS_V411 . (X13.t = 1 mn) R:P101 R:P102 R:P103 /REP_P101 . /REP_P102 . /REP_P103 . (X14.t = 1 mn)
  37. 37. Supervision Ch.IV 37 Pour la suite du programme veuillez consulter CD ci-joint.. IV.3. Supervision : Pour pouvoir Controller le processus de l’installation il est préférable de mettre en place un pupitre moderne et développé qui facilitera la tâche pour l’operateur de la station et qui permettra de localiser les défauts plus facilement. Pour cela on a décidé de mettre en œuvre une supervision qui permettra : o Le contrôle et la commande de l’installation o Le démarrage manuel de la station o Affichage et archivage des défauts et alarmes IV.3.1. Choix de l’Ecran ( IHM) Pour cette tache la Ste COSUMAR a opté pour l’utilisation d’un écran Schneider MAGILIS XBT GT 5330 qui est un écran tactile de 10.4 pouces, avec une résolution de 640 x 480 pixels VGA avec un port Ethernet TCP/IP RJ45 IV.3.2. Logicielde configuration : La configuration des vues se fera avec le logiciel développe par Schneider : Vijeo Designer 6.0. Vijeo Designer est le logiciel de configuration pour les IHM Magelis qui possède :  Atelier de conception multifenêtre.  Fonction visualisation et enregistrement vidéo.
  38. 38. Supervision Ch.IV 38  Editeur graphique complet proposant une cohérence d'interface pour les objets simples et les objets sophistiqués.  simulation du terminal et des automates sur PC. IV.3.3. Conceptiondes vue La supervision de cet installation se composera de :  6 vues : o Vue Principale ; o Mesures ; o Synoptique ; o Manuel ; o Lavage ; o Alarme.  16 fenêtres pop-up : o Une pour le choix des pompes ; o 16 pop-up de confirmation. Figure 15 : Vue Principale
  39. 39. Supervision Ch.IV 39 Figure 16 : vue Commande manuelle Figure 17 vue Alarmes et défauts
  40. 40. Supervision Ch.IV 40 Figure 18:Vue mesures Figure 19 : Synoptique installation
  41. 41. Chapitre V V.Etude Technico- Economique de la Réalisation.
  42. 42. Etude technico-Economique Ch.V L’étude économique est une partie assez importante, elle nous permet d’avoir une estimation du cout de la réalisation du projet, ainsi qu’une prévision sur la rentabilité de ce dernier La réalisation de ce projet inclue l’achat de quelques matériels : Une nouvelle CPU et un écran tactile pour la supervision. En faisant une équivalence avec un projet un peu près similaire, on a pu estime le cout de la programmation, configuration de la supervision et la mise en service. Le cout total du projet incluant l’achat des matériels ainsi que le prix de la programmation et la mise en service est rassemblé dans le tableau ci-dessous :  Cout de projet : Prix en Dh (TTC) CPU Modicon Premium TSX P57 204M 8000 Dh Ecran tactile Schneider XBT GT 5330 10.4’’ 22000 Dh Programmation et mise en service 20000 Dh Total 51000 Dh Le coût global de la réalisation du projet est estimé à un peu près : 51 000 Dhs/TTC
  43. 43. Conclusion Ces quelques semaines passées au sein de la société COSUMAR, m’ont permis d’avoir une bonne connaissance sur le milieu professionnel et me donnant ainsi une occasion de mettre en œuvre mes connaissances théoriques et ma formation acquise à la Faculté des Sciences et Techniques. Le sujet qui m’a été proposé « Ré-automatisation et supervision de la station OSMOSE III » ne m’a pas seulement aidé à mettre en pratique ma formation, mais il m’a permis d’acquérir de nouveaux atouts qui me seront d’une grande utilité et a su enrichir en moi l’esprit d’analyse, d’équipe et surtout la notion de la polyvalence.

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