Le projet porte sur la numérisation d'une carte électronique au sein d'Arcelormittal, dans le but de concevoir un système plus fiable pour les cages à finisseurs. Divers travaux ont été réalisés, incluant des simulations, la sélection d'un microcontrôleur adapté et la programmation pour améliorer les performances du système. Le stage a permis d'atteindre la plupart des objectifs fixés tout en développant des compétences techniques et personnelles essentielles.

1. Numérisation d’une
carte électronique
LOMBART Thierry
Université de Nice Sophia-Antipolis
Master Electronique, Système et Télécommunication
Tuteur : AMERY Xavier

2. Sommaire
 Présentation de l’entreprise
-ArcelorMittal
-Site de Fos-sur-Mer
 Présentation du projet
-Situation au sein de l’entreprise
-Fonctionnements des cartes
 Travail effectué
-Simulations
-Choix du support de développement
-Programmation
-Adaptation
 Conclusion

3. Présentation de l’entreprise
ArcelorMittal
 Leader de la production mondial d’acier
-113 millions de tonnes d’acier
-230 000 salariés dans 60 pays

4. Présentation de l’entreprise
Site de Fos-sur-Mer
 -3 sites en France, Dunkerque, Florange et Fos-sur-Mer
 - Service d’accueil A2E (Automatisme, Electronique et Electrotechnique)
-Maintenance niveau 2 (expertise)
•Mise en service en 1975
•1600 Hectares dont 600 occupés
•4,5 millions de tonne par an
•Chiffre d’affaires de 1,34 milliards d’euros
•2500 membres du personnel
•1500 cotraitants

5. Présentation du projet
Situation au sein de l’entreprise
 Conception carte numérique
-Système plus fiable
 Présentation du train à bande

6. Présentation du projet
Situation au sein de l’entreprise
 Les cages à finisseurs fonctionnes grâces à des variateurs de vitesses,
commandés par une dizaine de cartes principales
 Un module Silco (General Electric) est composé d’un Rack + partie pont de
puissance (thyristors), vielles installations
 4 modules Silco nécessaire au bon fonctionnement des cages à finisseurs
Cages Finisseuses [1] RACK

7. Présentation du projet
Situation au sein de l’entreprise
 Configuration physique
Chaque cage du finisseur est
équipée de 4 silco (A à D).
Constitué de 12 ou 24 ponts de
Graëtz montés en parallèle.
 Caractéristiques électriques de
l’alimentation :
Tension : 700 V.
Courant : 14000 A.
SYNOPTIQUE PONTS A THYRISTORS
POUR UNE CAGE FINISSEUSE
SILCO A SILCO B SILCO C
6
en
7
en
E F
SILCO D
1A
2A3A
1B
2B
3B
13C
2C
1C
3D2D1D
6
en
7
en
6
en
6
en
Soit 3192 thyristors pour les 7 cages
63 kV
700 V
SYNOPTIQUE PONTS A THYRISTORS
POUR UNE CAGE FINISSEUSE
SILCO A SILCO B SILCO C
6
en
7
en
E F
SILCO D
1A
2A3A
1B
2B
3B
13C
2C
1C
3D2D1D
6
en
7
en
6
en
6
en
Soit 3192 thyristors pour les 7 cages
63 kV
700 V
Moteurs
Réseau électrique

8. Présentation du projet
Situation au sein de l’entreprise
 Quelques données techniques :
-Moteurs situés entre les modules Silco et les cages finisseurs
Type 2 Moteurs à courant continu en série
Induits communs, excitations indépendantes
Modèle GE MCF
Vitesse de base 200 RPM
Vitesse maxi 460 RPM
I nominal induit 7350 A*2
Tension nominale d’induit 700 V
Di/dt Max 20 In/s
Flux maxi courant d’excitation 114 A
Flux mini courant d’excitation 35 A
Surcharge 1.25 In 2 heures
Surcharge 2 In 5 s
Induit (E+F) R=1,42 L=40,5 H
Inducteur R=1,73 Ohm L=6,5 H

9. Présentation du projet
Fonctionnements des cartes
 Cartes étudiées
-TPGE (Gate Pulse Generator Circuit)
-TBAA (Buffer Amplifier Circuit)
-Espacement 3.3 ms/20ms
-Largeur 220 µs
-Temps de montée <
-Offset < 0.3 v
-Amplitude > 5 v
-Décalage 60 °

10. Présentation du projet
Fonctionnements des cartes
 TPGE
-Génération des trames
-Tension de commande Uc (Image de l’angle de retard à l’amorçage du moteur)
TBAA
-Niveau TTL
-Interruptions
-Ajout extension/décroché aux impulsions

11. Travail effectué
Attente du système
 Synchronisation très rapide
 Système fiable
 Des traitements de données rapides
 Caractéristique critique : la précision
-Peut engendrer de lourdes répercussions

12. Travail effectué
Simulations
 ISIS Proteus : Simulations électriques
-Compréhension du fonctionnement des cartes
-Pas assez précis pour la tension de commande
 Simulink Matlab : Détermination/Quantification du déphasage via Uc
-Calcul de la fonction de transfert
-Implantation dans un microcontrôleur
-Pas suffisamment proche de la réalité

13. Travail effectué
Choix du support de développement
 Utilisation de microcontrôleur
 Caractéristiques requises
-30 broches entrées/sorties
-Vitesse d’acquisition élevée
-Périphériques ADC/DAC/Timer Counter
-Adaptation facile au système précédant
-Faible coût
-Délai de livraison rapide

14. Travail effectué
Choix du support de développement
-Solutions évoquées :
Utilisation des microcontrôleurs PIC (PIC16F – 8bits)
-Possibilité d’être simuler via ISIS Proteus
-Larges gammes/plusieurs modèles
-Peu coûteux/échantillons gratuits
Résultats obtenus
-Acquisitions/traitements pour 2
tensions de références
-Génération d’impulsions
-Déphasage linéaire du UC
Gamme PIC16 pas adaptée
Autres microcontrôleurs : PIC24/32, dsPIC30/33 (16bits), autres constructeurs

15. Travail effectué
Choix du support de développement
 Carte de développement : Xplained Pro
 Microcontrôleur : SAM4SD32C
 Quelques avantages :
-Rapidité de traitement des données Fmax : 120 MHz
-ADC/DAC sur 12 bits, 1 MSPS, fonctionnent de
manières autonome
-Précision de 100 ns à plusieurs ms via les différents TC et leurs registres.
-79 broches d’entrées/sorties
 Livraison rapide

16. Travail effectué
Programmation
 Acquisition des sinusoïdes
-Initialisation des broches d’entrées
-Configuration du Mode Registre (trigger, startup…) de l’ADC
-Test du buffer

17. Travail effectué
Programmation
 Fonction Zero Crossing Detector
-Tension de référence sur site pas stable
-Seuil de déclenchement : ((VampliMax – VampliMin)/2)
-Sens de la sinusoïde

18. Travail effectué
Programmation
 Déphasage du à la tension de commande
-Lecture valeurNum, modification registres Ra/Rc (associés au Timer Counter)
 Configuration du Dac
-Changements des sorties
-Modifications liées au Timer Counter
 Différentes interruptions
-Provenant des cartes Lockout
-Basculement des sorties Dac

19. Travail effectué
Adaptation
 Inconvénients rencontrés
-2 sorties DACC pour Le SAM4S
-Ajouts de parties analogiques
Schéma électronique d’un bloc d’adaptation, Level Shifter et carte Xplained Pro

20. Conclusion
Cette stage m’a beaucoup apporté tant sur le plan technique que sur le plan
personnel.
-Presque tous les objectifs fixés atteints (Uc non linéaire, interruption, carte
de développement avec 3 microcontrôleurs)
-Diversité des supports de développement : Microcontrôleur PIC, SAM4S,
l’élaboration d’une plateforme de test, l’études schémas électriques.
-Ce stage fut l’occasion de mettre en application les compétences acquises
durant mon parcours scolaire et d’en acquérir de nouvelles par mes propres
moyens ou grâce aux échanges avec les différents membres composant le
service.
-Cela m’as permis d’avoir une nouvelle approche du monde du travail, univers
dans lequel il faudra évoluer dès à présent.

21. Références
 [1] http://www.arvedi.it/acciaieria/fr/120/Led-
eacute%3Bveloppementduproced-eacute%3B-eacute%3Bdeproduction.htm
 [2] Atmel SMART Microcontrollers SAM4S Xplained Pro USER GUIDE- Datasheet