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Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
‫تلخيص‬
‫محطة‬ ‫في‬ ‫الضغط‬ ‫آالت‬ ‫حماية‬ ‫دارت‬ ‫ألية‬ ‫في‬ ‫مساهمة‬ ‫العمل‬ ‫هذا‬ ‫يمثل‬
‫لسير‬ ‫دقيقة‬ ‫بدراسة‬ ‫القيام‬ ‫على‬ ‫ذلك‬ ‫ويعتمد‬ ‫الفوالذ‬ ‫لشركة‬ ‫التابعة‬ ‫األكسجين‬
‫والنتروجين‬ ‫األكسجين‬ ‫توليد‬ ‫بأجهزة‬ ‫والمتعلقة‬ ‫الموجودة‬ ‫الحماية‬ ‫وطرق‬‫وذلك‬
‫من‬‫بوجو‬ ‫العملة‬ ‫إشعار‬ ‫من‬ ‫يمكن‬ ‫به‬ ‫موثوق‬ ‫تحكم‬ ‫نظام‬ ‫وضع‬ ‫أجل‬‫خلل‬ ‫د‬
‫العطب‬ ‫على‬ ‫تحتوي‬ ‫التي‬ ‫لآلالت‬ ‫استعجالي‬ ‫وإيقاف‬
‫إشعار‬ ،‫خلل‬ ،‫حماية‬ ،‫ضغط‬ ‫آالت‬ ،‫آلية‬ :‫المفاتيح‬ ‫.الكلمات‬
********************
Résumé
Ce travail porte sur la réalisation de l’automatisation et de la supervision
des circuits de sécurité des équipements de la Centrale Oxygène d’El
FOULEDH.
L’étude du fonctionnement de l’installation de production de l’oxygène
existante ainsi que de sa sécurité a permis la programmation d’un système
de sécurité amélioré pour la signalisation des défauts et de l’arrêt
d’urgence des équipements défaillants.
Mots Clés : automatisation, supervision, compresseur, détection,
défaillance, fiabilité, sécurité.
********************
Abstract
This work deals with the automation of the equipements' security system of
El FOULEDH’ Oxygen Station.
The study of the behavior and existent process of security of the Oxygen
Production System has allowed the development of a reliable security
system that signals flaws and stops the failing equipments.
Key words: automation, supervision, compressor, failure, reliability,
security, detection.
Dédicaces
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
Je dédie ce travail à :
À l'âme de mon père Zaghdoudi Mahmoud,
Qui m'a toujours poussé et motivé dans mes études. J'espère qu’il apprécie cet
humble geste comme preuve de reconnaissance de la part d'une fille qui a toujours
priée pour le salut de son âme.
Puisse Dieu, le tout puissant, l'avoir en sa sainte miséricorde !…
À ma très chère mère Aloui Zohra,
Abordable, honorable, aimable : Tu représentes pour moile symbole de la bonté par
excellence, la source de tendresse et l’exemple du dévouement qui n’a pas cessé de
m’encourager et de prier pour moi.
Aucune dédicacene sauraitêtre assez éloquentepour exprimer ce que tu mérites pour
tous les sacrifices que tu n’as cessé de me donner depuis ma naissance, durant mon
enfance et même à l’âge adulte.
Tu as fait plus qu’une mère puisse faire pour que ses enfants suivent le bon chemin
dans leur vie et leurs études.
Je te dédie ce travail en témoignage de mon profond amour, puisse Dieu, le tout
puissant, te préserver et t’accorder santé, longue vie et bonheur.
À mes très chers petits frères Mohamed et Omar,
Les mots ne suffisentguère pour exprimer l’attachement, l’amouretl’affection que je
porte pour vous.
Mes fidèles compagnons dans les moments les plus délicats de cette vie mystérieuse.
Je vous dédie ce travail avec tous mes vœux de bonheur, de santé et de réussite.
À toutes ma grande famille,
Mes deux grands familles Aloui et Zaghdoudi, je vous exprime mes sincères
remerciements pour vosmots, vos encouragements et votre présence à ma côtés lors
de mes difficiles moments.
Et à tous ceux qui m’ont soutenu et me soutient encore
Remerciement
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
J'ai tout l’honneur d’adresser ma profonde gratitude et mes sincères
remerciements à tous ceux qui n’ont cessé de m'aider durant toute la
période de mon stage.
Je suis très reconnaissante aussi à mon encadrante Melle
Chibani Radhia,
Maitre Assistante à ISSAT Sousse, pour son aide, pour sa patience et son
encouragement qu'elle m’a apportée. Ses critiques m’ont été très
précieuses pour structurer ce travail et pour améliorer la qualité des
différentes sections.
Je remercie encore mon encadrant industrielle, Mr Ben Moussa
Souhaiel, Chef Service de Département Centrale d’Oxygène, pour son
accueil, sa disponibilité et les informations qu’il ma fournit tout le long de
la période de mon stage.
Mes sincères remerciements sont également adressés à tous le personnel
d’EL FOULEDH pour leurs collaborations et leurs supports.
J'adresse mes remerciements aussi à mon oncle Hannachi Monji, qui m'a
beaucoup aidé dans ma recherche de stage. Son écoute et ses conseils
m'ont permis de trouver ce stage qui était en totale adéquation avec mes
attentes.
De même je remercie mon institut qui m’offre les opportunités d’affronter
l’environnement professionnel et de s’intégrer à travers ce stage.
En fin je tiens à remercier le jury pour le grand honneur d'accepter de
juger ce modeste travail.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
Sommaire
Introduction générale............................................................................................................... 1
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène.......................................................... 3
I. Introduction....................................................................................................................... 4
II. Présentation de la société.................................................................................................. 4
II.1 Mission........................................................................................................................ 4
II.2 Activités....................................................................................................................... 5
II.3 Différentes directions de l’usine.................................................................................. 5
III. Centrale d'oxygène............................................................................................................ 6
III.1 Base Théorique............................................................................................................ 6
III.1.1 La composition de l'atmosphère ......................................................................... 6
III.1.2 Liquéfaction de l'air............................................................................................ 6
III.2 Eléments constituant la centrale d’oxygène ................................................................ 7
III.2.1 Salle de commande............................................................................................. 8
III.2.2 Les composants de l’installation ........................................................................ 9
III.3 Déroulement de fonctionnement dans la centrale d’oxygène...................................... 9
III.4 Etude des compresseurs............................................................................................. 11
III.4.1 Compresseur d’air ............................................................................................ 11
III.4.2 Compresseurs d’oxygènes ................................................................................ 12
III.4.3 Compresseurs d’azote....................................................................................... 13
IV. Conclusion...................................................................................................................... 15
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène ................... 17
I. Introduction..................................................................................................................... 17
II. Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène .............................................. 17
III. Les capteurs utilisés........................................................................................................ 18
III.1 Les sondes PT100...................................................................................................... 19
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
III.2 Débitmètre "Tube de Venturi"................................................................................... 19
III.3 Capteurs de pression.................................................................................................. 20
III.3.1 Pressostat .......................................................................................................... 20
III.3.2 Transmetteur de pression.................................................................................. 20
III.4 Capteurs de niveau .................................................................................................... 21
III.4.1 Flotteur ............................................................................................................. 21
III.4.2 Plongeur............................................................................................................ 21
III.5 Les accéléromètres .................................................................................................... 21
IV. Seuils d'alarmes et/ou de sécurités.................................................................................. 22
V. Schéma électrique de l’armoire HIMA........................................................................... 26
VI. Critiques du système d'alarme et de sécurité existant..................................................... 26
VII.Solutions envisageables .................................................................................................. 27
VIII. Solution retenue......................................................................................................... 28
VIII.1 Critères de choix de l’automate.......................................................................... 29
VIII.2 L’API choisit...................................................................................................... 30
IX. Méthodologie du travail.................................................................................................. 31
X. Conclusion :.................................................................................................................... 31
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène .... 32
I. Introduction..................................................................................................................... 33
II. Analyse fonctionnelle.................................................................................................... 33
II.1 Analyse du besoin...................................................................................................... 33
II.2 Analyse fonctionnelle technique: Diagramme SADT............................................... 34
II.3 Analyse fonctionnelle interne.................................................................................... 36
III. Logigramme et Grafcet................................................................................................... 37
III.1 Logigramme du système de sécurité proposée.......................................................... 37
III.2 Description du fonctionnement du klaxon ................................................................ 39
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
III.3 Description du fonctionnement des voyants.............................................................. 40
IV. Programmation d'un API Siemens.................................................................................. 41
IV.1 Configuration matérielle du programme ................................................................... 42
IV.2 Editeur de mnémonique du programme .................................................................... 43
IV.3 La Structure du programme....................................................................................... 44
IV.3.1 Définitions des blocs ........................................................................................ 44
IV.3.2 Mise à l’échelle d’une entrée analogique ......................................................... 45
IV.4 Quelque réseau du programme.................................................................................. 46
IV.4.1 Simulation de FB1............................................................................................ 46
IV.4.2 Les exceptions .................................................................................................. 52
IV.4.3 Bouton Test Voyants. ....................................................................................... 53
V. Réalisation WINRELAIS (Voir Annexe ?) .................................................................... 54
VI. Conclusion...................................................................................................................... 55
Chapitre 4: Supervision du système automatisé des circuits d'alarme et de sécurité de la
centrale d'oxygène ................................................................................................................. 57
I. Introduction..................................................................................................................... 57
II. Définition de la supervision............................................................................................ 57
III. Utilisation de SIMATIC WinCC flexible....................................................................... 57
III.1 Fonctionnalité sophistiquée....................................................................................... 58
III.2 Intégration du projet STEP7 ...................................................................................... 59
III.3 Création de la table de variable ................................................................................. 59
III.4 Quelque vues relatives au projet................................................................................ 59
IV. Conclusion...................................................................................................................... 67
Conclusion générale & perspectives ..................................................................................... 68
Bibliographie et Netographie ................................................................................................ 70
Annexe................................................................................................................................... 71
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
Liste des Figures
Figure 1. 1: Vue externe de la Société ............................................. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 2:Vue externe de la centrale d'oxygéné.............................. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 3: Colonne de ruissellement.............................................. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 4: Ballon d'oxygène et d'azote........................................... Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 5: tableau de contrôle et commande .................................. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 6: Déroulement du fonctionnement dans la centrale d’oxygèneError! Bookmark not
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Figure 1. 7: Schéma synoptique de l'installation de production de O2. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 8: Turbocompresseur d'air DEMAG.................................. Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 9: Compresseur d'oxygène SULZER I............................... Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 10: Compresseur d'oxygène PC3...................................... Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 11:Schéma synoptique du système de remplissage des bouteilles par l’O2 comprimé à 150
bars par le compresseur PC3........................................................... Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 12: Compresseurs d'azote BURKHARD I.......................... Error! Bookmark not defined.
Figure 1. 13: Caractéristiques d’aspiration et de refoulement des produitsError! Bookmark not
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Figure 1. 14: Evolution de la température et de la pression au cour de procédé de production..... Error!
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Figure 2. 1: L’armoire HIMA (a) et une carte électronique (b) ........................................................18
Figure 2. 2 : PT100 de type RA 1834 ............................................................................................19
Figure 2. 3 : Débitmètre................................................................................................................19
Figure 2. 4: Pressostats.................................................................................................................20
Figure 2. 5 : Transmettre de pression.............................................................................................20
Figure 2. 6 : Principe mesure de niveau par flotteur........................................................................21
Figure 2. 7: Principe mesure de niveau par plongeur.......................................................................21
Figure 2. 8: L'accéléromètre .........................................................................................................21
Figure 3. 1 : Le schéma de la bête à corne ............................................................................... 34
Figure 3. 2 : Modèle fonctionnel A-0 du système d'alarme et de sécurités. ............................ 35
Figure 3. 3 : Modèle fonctionnel A0 ........................................................................................ 36
Figure 3. 4 : Analyse fonctionnelle interne.............................................................................. 37
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
Figure 3. 5: L’organigramme du système d'alarme et sécurité ................................................ 38
Figure 3. 6 : Logigramme de fonctionnement du klaxon......................................................... 39
Figure 3. 7 : Grafcet de fonctionnement du klaxon.................................................................. 40
Figure 3. 8 : Logigramme de fonctionnement d’un voyant pour une entrée TOR................... 40
Figure 3. 9 : Grafcet de fonctionnement du voyant.................................................................. 41
Figure 3. 10 : Configuration de l'API S7-300 .......................................................................... 42
Figure 3. 11: Configuration hardware du projet step7 de la centrale d’oxygène ..................... 43
Figure 3. 12 : Les blocs utilisés................................................................................................ 44
Figure 3. 13 : Les blocs du programme de la centrale d’oxygène ........................................... 44
Figure 3. 14 : Structure du programme .................................................................................... 45
Figure 3. 15: Mise en échelle de la valeur analogique ............................................................. 45
Figure 3. 16 : Absence de défaut (klaxon et voyant désactivés) .............................................. 47
Figure 3. 17: Comportement du Fonction FC1 à l’état de repos.............................................. 48
Figure 3. 18 : Présence d’un défaut (dépassement de seuil de température 105°C) ................ 49
Figure 3. 19: Klaxon activé -et voyant clignote....................................................................... 49
Figure 3. 20: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut non acquitté ................ 50
Figure 3. 21 : Klaxon désactivé et voyant allumé en permanence.......................................... 51
Figure 3. 22: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut acquitté ....................... 51
Figure 3. 23 : Exemple de sécurité d’un équipement............................................................... 52
Figure 3. 24 : Arrêt du compresseur DEMAG suite à un arrêt d'urgence ................................ 53
Figure 3. 25: Nombre de voyant utilisé.................................................................................... 53
Figure 3. 26 : Simulation de test des voyants........................................................................... 54
Liste des Tableaux
Tableau 2. 1: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour DEMAG (200)
...................................................................................................................................................23
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira
Tableau 2. 2: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour PC3 (300) ....23
Tableau 2. 3: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER III
(500)...........................................................................................................................................24
Tableau 2. 4: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER I (400)
...................................................................................................................................................24
Tableau 2. 5: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour Burckhardt 2
(700)...........................................................................................................................................25
Tableau 2. 6: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté té pour Burckhardt 1
(600)...........................................................................................................................................25
Tableau 2. 7: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour la colonne de
ruissellement ...............................................................................................................................25
Tableau 2. 8: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté la colonne de
rectification .................................................................................................................................26
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Introduction générale
Projet de Fin d'Etudes 1 Zaghdoudi Amira
Introduction générale
La sécurité industrielle est une partie intégrante et indissociable de la commande, telle
qu’on ne peut pas envisager une installation industrielle sans une solution qui assure la
sécurité.
En effet, la sécurité non seulement évite les incidents dans le domaine de production de l’air
comprimé et de ses dérivés qui pourraient provoquer des dégâts matériels et humains, mais
aussi assure la continuité de la production, et ainsi elle assure la survie de l’installation.
Aujourd’hui, un autre défi relevé, il s’agit de l’automatisation et de la supervision des
processus en utilisant des systèmes intelligents. Ces derniers fournissent à l’utilisateur une
aide dans la gestion de ses tâches d’exploitation dans le but d’augmenter la fiabilité et la
sûreté de fonctionnement des processus.
Plusieurs solutions ont été développées pour vérifier l’état des installations
industrielles en temps réel et pour pouvoir s'informer plus rapidement de tout défaut et de
tout incident. Grâce à ces solutions, les délais d’interventions sont fortement réduits sans que
les exploitants de l’installation soient affectés.et les anomalies peuvent être ainsi prises en
main.
Dans ce contexte vient s'inscrire notre projet de fin d'études dont l'objectif est de
réaliser un système d'automatisation et de supervision des circuits d'alarme et de sécurité de
certains des équipements de la centrale d'oxygène au sein de la Société Tunisienne de
Sidérurgie EL FOULEDH. Ce système permettra d’automatiser, superviser et de contrôler
l’installation et la bonne marche des équipements.
Le fruit de notre travail est présenté dans ce rapport qui est organisé comme suit:
Le premier chapitre sera consacré à la présentation de l’organisme d’accueil et le
cadre général du projet.
Dans le deuxième chapitre, on exposera une étude de l’existant suivie de critiques
qui ont menus à ce projet.
Le troisième chapitre intitulé a pour objectif la présentation de l’étude théorique de
la solution d’automatisation adoptée pour ce travail, sa conception et son principe de
fonctionnement.
Puis la description de l’environnement de travail ainsi que les outils logiciels que nous allons
utiliser pour la réalisation de notre projet. Il illustre aussi le travail réalisé et quelques tests.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Introduction générale
Projet de Fin d'Etudes 2 Zaghdoudi Amira
Le quatrième chapitre illustre la supervision en temps réel de notre système de
sécurité pour obtenir notamment les alarmes correspondantes aux défauts des différents
équipements et le suivi continu des variables processus, avec quelques vues du programme
lors de sa simulation.
Cadre général du projet
Les systèmes de sécurité industrielle jouent un rôle capital dans le succès des
organismes de production en assurant une exploitation efficiente et une gestion efficace de
différentes ressources qui sont exposés à des pannes, à des baisses de performance et à
d’autres problèmes opérationnels.
En effet, les installations industrielles deviennent de plus en plus complexes, la surveillance,
la localisation des problèmes ainsi que la sécurité deviennent de plus en plus ardues pour les
responsables et les opérateurs qui doivent connaître à tout moment l’état de chaque
équipement dans l’installation pour une très grande réactivité. C’est pourquoi les concepteurs
ont recours à une technique de contrôle et de suivi, c’est à dire à nos jours « l’automatisation
et la supervision».
Dans ce contexte s’introduit notre PFE qui consiste à mettre en place un système
automatisé d’alarmes et de sécurité avec supervision, des compresseurs ainsi que certains
équipements de la centrale d’oxygène pour le client « EL FOULADH » afin d’être prévenu
en cas d’incident ou de défaut.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 3 Zaghdoudi Amira
Chapitre 1:
Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Chapitre1: Entreprise d’accueilet Centrale d'Oxygène
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 4 Zaghdoudi Amira
I. Introduction
Dans ce chapitre, nous allons présenter, en premier lieu, une brève historique de la
Société tunisienne de sidérurgie ELFOULADH situé à Menzel Bourguiba.
En deuxième lieu, nous décrivons ses principales activités, ainsi que ses différents secteurs.
Ensuite, nous allons s'intéresser à la présentation de la Centrale d'Oxygène, son procédé de
fonctionnement ainsi que ses différents composants d'installations.
Enfin, une petite conclusion clôtura ce chapitre.
II. Présentation de la société
ELFOULADH est une Société Tunisienne de sidérurgie. L'usine est située dans la
ville de Menzel Bourguiba (gouvernorat de Bizerte). Sa vue externe est représentée dans la
figure (1.1). Elle a été créée le 23 juillet 1962 et la production a démarré au mois de novembre
1965. Actuellement elle emploie environ 1500 personnes.
Il s’agit d’une Société anonyme à caractère industrielle et commerciale soumise à la
tutelle du ministère de l’industrie. L’investissement total pour la construction et les frais du
premier établissement de la Société ELFOULEDH au 31 décembre 1966 se sont élevés à
24.500.000 DT. La participation directe de l’état tunisien est 96.73% de son capital détenu
par des organismes bancaires [1].
Figure 1. 1: Vue externe de la Société
II.1 Mission
La Société Tunisienne de sidérurgie ELFOULADH a été conçue pour satisfaire le
marché local sur la base de 120.000 tonnes de produit fini, dont 85% au moins sous forme de
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 5 Zaghdoudi Amira
ronds à béton. Actuellement, compte tenu des changements qui s’opèrent dans son
environnement socio-économique, ELFOULEDH a pour mission de satisfaire sa clientèle en
qualité en respectant les délais pour les produits qu’elle a choisis de fabriquer et
commercialiser [1].
II.2 Activités
ELFOULEDH est une usine intégrée qui se base dans sa production des produits
suivants de la ferraille:
 Biellettes d’acier à partir de la ferraille,
 Produits laminés longs (rond à béton, fer marchand),
 Produits tréfilés,
 Structures métalliques galvanisées à chaud
Elle comprend les installations suivantes :
 Une aciérie avec deux fours électriques de 20T avec une capacité de production
annuelle de 120.000 T d'acier.
 Une coulée continue composée de trois machines à deux lignes.
 Laminoir combiné pour section ronde et fer marchand d'une capacité de
130.000 T/an et un laminoir à fils de 75.000 T/an.
 Une Tréfilerie de 25.000 T/an.
 Un atelier pour structures métalliques de 10.000 T/an [1].
II.3 Différentes directions de l’usine
L'usine est structurée de telle façon que chaque phase de production est régie par
une direction. Les directions qui gèrent les étapes de production sont :
 Direction Exploitation Aciérie.
 Direction Exploitation Laminoirs.
 Direction Exploitation Tréfilés et Structure Métallique.
 Direction Logistique Transport et Maintenance Commune.
 Direction Etudes Sécurité Qualité et Environnement [1].
En plus de ces directions, il existe d'autres directions qui participent de façon indirecte
dans la production, à savoir :
 Direction Commerciale.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 6 Zaghdoudi Amira
 Direction Centrale Administratives et Financières
 Direction Juridique Assurance Patrimoine et Archive.
 Direction Financière et Comptable.
 Direction Ressources Humaines [1].
Dans ce qui suit, nous envisageons de détailler la présentation de la centrale
d’oxygène qui est en rapport direct avec le sujet traité durant notre stage.
III. Centrale d'oxygène
La Centrale d’Oxygène, dans laquelle j’ai effectué mon stage fin d’étude, est
considérée comme un système de production suite à la séparation des mélanges gazeux
provenant de l'air à savoir l'oxygène et l'azote.
L’oxygène produit avec une pureté de 99,7% pour un débit de 3600 Nm3/h, est utilisé pour
les opérations de soudure, pour la coupure des barres de fer et pour la concentration de la
flamme des fours.
L’azote, quant à lui est produit avec une pureté de 99% pour un débit de 20 Nm3/h, est utilisé
pour l’opération de barbotage et de balayage comme il s’agit d’un gaz neutre.
Ainsi, la centrale d'oxygène est considérée comme le cœur de toute la Société car elle génère
le travail des autres départements [1].
III.1 Base Théorique
III.1.1La composition de l'atmosphère
La composition chimique de l'atmosphère comprend pour l'essentiel, de l'azote (78%),
de l'oxygène (21%), des gaz rares (Argon, Néon, Hélium...) et dans les basses couches, de
la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone.
Les constituants de l'air atmosphérique peuvent être classés en deux catégories :
 les constituants comme l'azote, l’oxygène et les gaz rares, dont la
concentration est constante, dans les basses couches de l'atmosphère.
 les constituants dont la teneur varie dans l'atmosphère, tels que le dioxyde de
carbone et surtout la vapeur d'eau.
III.1.2Liquéfaction de l'air
L'air est formé de différents gaz qui finissent par passer à l'état liquide, puis à l'état solide
après un refroidissement assez suffisant.
 L'oxygène devient solide à la température de −218 °C,
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 7 Zaghdoudi Amira
 L'azote se liquéfie à −195 °C.
À la température de −270 °C, tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de "l'air
congelé". L'air ne peut pas être liquéfié sans avoir connues les pressions et températures
critiques qui marquent les limites théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister
qu'à l'état gazeux.
L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict, mais, à une température supérieure
à −140 °C, l'air n'est plus liquéfiable.
III.2 Eléments constituant la centrale d’oxygène
La centrale d'oxygène est composée principalement d 'une salle de commande, une
chambre des filtres, un turbocompresseur d’air, une colonne de ruissellement et une de
rectification, trois compresseurs d’oxygène, deux compresseurs d’azote, deux ballons de
stockage d’oxygène, un ballon de stockage d’azote et une salle de bouteille d’oxygène.
La figure ci-dessous nous montre une vue externe de la centrale.
Figure 1. 2:Vue externe de la centrale d'oxygéné
Dans les deux figures suivantes on montre la colonne de ruissellement dans laquelle
s'effectue le rinçage de l'air comprimé, en face d’elle la colonne de rectification et les deux
ballons de stockage de produits.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
Projet de Fin d'Etudes 8 Zaghdoudi Amira
Figure 1. 3: Colonne de ruissellement
Figure 1. 4: Ballon d'oxygène et d'azote
III.2.1 Salle de commande
La salle de commande contient un tableau de contrôle qui décrit avec un grand schéma
synoptique réalisé sur ce dernier le cycle de l’installation et donne une idée claire sur
plusieurs paramètres tel que :
 Mise en marche et l’arrêt des mécanismes de l’installation.
 Les différentes températures de l’oxygène et de l’azote dans les compresseurs
et la colonne de rectification.
 Les pressions des gaz à l’entrée et à la sortie des compresseurs (DEMAG,
PC3) et dans les colonnes (colonne de rectification et colonne de ruissellement).
 Le débit de l’air aspiré de l’atmosphère à l’entrée de l’installation.
 Le débit d’oxygène et d’azote produits par l’installation.
 La pureté de l’oxygène et de l’azote gazeux.
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Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
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Figure 1. 5: tableau de contrôle et commande
III.2.2 Les composants de l’installation
L’installation de la Centrale à Oxygène d’EL FOULADH se compose des éléments
principaux à savoir, un filtre à air symbolisé par AF, un turbocompresseur d‘air (TC), un
compresseur de O2 et de N2, un réfrigérant supplémentaire (AC), une colonne de
refroidissement (SC). On trouve aussi des échangeurs de chaleur (Reversing exchangers: R),
une colonne de rectification, un condenseur (K2), un sous refroidisseur (E2) et des
liquéfacteurs (E1 et E3).
III.3 Déroulementde fonctionnement dans la centrale d’oxygène
La tâche réalisée par la centrale d'oxygène consiste à extraire l’azote et l’oxygène
avec les critères demandés de l'air ambiant (voir figure 1.6).
En premier lieu, l'air est aspiré de l'atmosphère à travers un filtre par un compresseur
quadri-étagé qui le comprime à une pression de 6 bars à une température de 40°C. Ensuite,
l'air comprimé est refroidi, par un réfrigérant, pour atteindre une température de 25°C en
passant par une colonne de ruissellement.
En deuxième lieu, une élimination de l’humidité (H2O) dans l’échangeur à chaud de
l’air comprimé est faite et suite à un échange thermique avec l’azote de balayage, l'air
comprimé subit une sublimation qui permet son passage de l’état solide (glace d’eau) a l’état
de vapeur directement afin d’éviter le risque de bouchage des appareils (plateaux perforés de
la colonne) par la glace d’eau. Par la même procédure, l'élimination du gaz carbonique (CO2)
dans l’échangeur à froid est accomplie car le dioxyde de carbone aussi change d’état à une
très basse température (-50°C) et prend la forme du neige qui peut boucher les mêmes
appareils.
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En troisième lieu, l'air sera refroidi jusqu’à presque la température de liquéfaction (T<
−140 °). La liquéfaction se fait dans le liquéfacteur et dans le condenseur.
Ensuite, le fractionnement de l’air en oxygène et azote est fait dans une colonne de
rectification. Au cours de cette dernière opération, l'air est refroidit jusqu'à ce qu'il atteint la
température de liquéfaction. Par la suite, il sera acheminé au bas de la colonne de
fractionnement séparée en deux par un condenseur. La partie basse (haute pression) se trouve
à une pression de 6 bars et la partie haute (basse pression) à une pression de 0,6 bar.
Dans la première partie, on injecte de l'air à une pression de 6 bars, on récupère un liquide
riche en oxygène au fond de la colonne et un gaz riche en azote qui passe vers le haut à travers
les plaques perforées.
Finalement, une élimination des impuretés dangereuses à savoir les hydrocarbures et
surtout l’acétylène (C2H2) est réalisée. Le pourcentage des impuretés dans l’oxygène liquide
ne doit jamais dépasser 0.1ppm car sinon ils peuvent provoquer en tout moment une
explosion.
RQ : La production du froid est une étape nécessaire afin de compenser les
diverses pertes résultant de la conductivité des enveloppes et de l’écart de température aux
extrémités chaudes des échangeurs.
Figure 1. 6: Déroulement du fonctionnement dans la centrale d’oxygène
N
Compression
Compression
de l’air
Refroidissement
de l’air à la
température
Elimination de
l’humidité et de
CO2 de l’air
Fractionnem
ent de l’air
Refroidissem
ent de l’air à
la T° de
liquéfaction
O
Air Ambiant
STOCKAGE
Compression
STOCKAGE
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Figure 1. 7: Schéma synoptique de l'installation de production de O2
III.4 Etude des compresseurs
Différents types de compresseurs interviennent soit dans le système de compression
de l'air atmosphérique, soit dans le système de compression des produits (O2, N2). L'étude de
ces compresseurs permet de déterminer les signaux à considérer dans la réalisation du
système d'automatisation et de supervision. Ils vont nous aider aussi à fixer les seuils
d’alarmes et de sécurités. En plus, il est important de connaître les conditions de
fonctionnement normales de ces compresseurs qui influent directement sur la sécurité de
l’opérateur et de l'installation.
III.4.1 Compresseur d’air
Le compresseur d’air DEMAG (voir figure 1.8) est responsable de la compression
de l’air atmosphérique aspirée. Il est composé de 4 étages assurant chacun l’aspiration, le
refoulement et le refroidissement de l’air suite à une augmentation de la pression (6 bars) et
de la température.
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Figure 1. 8: Turbocompresseur d'air DEMAG
Les caractéristiques techniques du compresseur d'air DEMAG sont données en annexe.
III.4.2 Compresseurs d’oxygènes
Les trois compresseurs d'oxygènes sont des compresseurs à trois étages et à piston dont
deux compresseurs de type SULZER I et III sont responsables de la compression de l’oxygène
à la pression de 30 bars qui sera ainsi stocké dans un ballon (voir la figure 1.9).
Le compresseur PC3 comme le montre la figure 1.10, assure la compression de l’oxygène qui
sera stocké par la suite dans des bouteilles. Il fonctionne avec un débit de 200 m3/h avec une
pression de refoulement de 150 bars.
Figure 1. 9: Compresseur d'oxygène SULZER I
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Figure 1. 10: Compresseur d'oxygène PC3
Le principe de remplissage des bouteilles par l'O2 comprimé à 150 bars par le compresseur PC3
est donné par le schéma synoptique ci-contre:
Figure 1. 11:Schéma synoptique du système de remplissage des bouteilles par l’O2 comprimé à 150 bars par le
compresseur PC3
III.4.3 Compresseurs d’azote
Deux Compresseurs d’azote de marque Burkhard I et II sont utilisés pour la compression
de l’azote jusqu’à une pression de 30 bars afin de le stocker dans un ballon.
Figure 1. 12: Compresseurs d'azote BURKHARD I
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Il est à noter que le compresseur BURKHARD I est composé d'éléments mécaniques
qui nécessitent une lubrification. Qui risque de provoquer un passage d'huile à l'air, pour cela
un séparateur d'huile est inséré (voir la figure 1.12). Mais ce brassage entre l'huile et le produit
n'est permis que dans le cas d'azote, il est strictement interdit dans le cas d'oxygène, si non
une explosion aura lieu.
Les différentes caractéristiques d’aspiration et de refoulement pour chaque groupe de
compresseurs sont représentées sur le schéma ci-après.
Figure 1. 13: Caractéristiques d’aspiration et de refoulement des produits
Sur la figure ci-dessous, on montre l'évolution de la température et de la pression de
l'air lors de son passage d'un équipement à un autre dans toute l'installation.
Figure 1. 14: Evolution de la température et de la pression au cour de procédé de production
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IV. Conclusion
Comme une première tâche a réalisée dans notre projet de fin d'études était le collecte des
informations sur l'entreprise d'ELFOULEDH à savoir l'activité gérer par cette organisation et
les différentes directions. Ensuite, on s'est intéressé à la présentation de la centrale d'oxygène
qui est l'objet du travail élaboré dans ce projet.
Dans le chapitre suivant, on va présenter le système existant à automatiser et la solution
proposée.
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Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène
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Chapitre 2:
Etude du système d'alarme et de sécurité de la
centrale d'oxygène
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité
de la centrale d'oxygène
I. Introduction
Pour pouvoir dégager la problématique relative au fonctionnement et à la sécurité, il
était nécessaire de bien comprendre le système d’alarme et de sécurité existant dans la centrale
d'oxygène afin de déchiffrer les inconvénients et les problèmes qu'ils entraînent afin de
pouvoir aboutir à une amélioration.
Tout ceci fait l'objet de ce deuxième chapitre dans lequel, on va présenter une étude
détaillée sur le système de sécurité existant dans la centrale d'oxygène. Puis, on va exposer les
différentes problèmes et handicaps de ce système. Ensuite, suite à une étude faite afin
d'améliorer les systèmes de sécurité, on va présenter la solution proposée. On achèvera ce
chapitre par des conclusions.
II. Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Une partie de suivi quotidien du fonctionnement de la production d'azote et d'oxygène
dans la centrale d'oxygène est assuré par un opérateur. En effet, chaque heure, l'opérateur fait
un tour dans toute l'installation pour relever l’état des différents capteurs décrivant l’état de
fonctionnement des différents équipements dans un classeur de relève. S’il remarque qu'un
signal (pression, température, débit…) est dans un état anormale il informe son superviseur
pour l'intervention.
En plus, au sein de la centrale d'oxygène, il existe une ancienne armoire électrique de la maison
HIMA, qui assure le contrôle instantané des conditions de fonctionnement du
turbocompresseur DEMAG, de compresseur d’oxygène PC3, de la colonne de ruissellement
et de la colonne de rectification (voir chapitre précèdent). Cette armoire reçoit uniquement des
signaux logiques (TOR) provenant des différents capteurs, et les traites avec des cartes
électroniques distribués sur 4 étages. Chaque étage comprend environ 10 cartes, dont leur rôle
est de détecter généralement les changements d’état des signaux entrants et donc constater les
disfonctionnements possible.
L'armoire HIMA possède aussi une partie puissance qui gère plusieurs niveaux de tension
(24Vcc, 48Vcc, 110Vac, 220Vac…) nécessaires pour l'alimentation des différents composants
comme les relais de sécurité, les contacteurs, les capteurs et les disjoncteurs. L’armoire HIMA
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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comporte 3 lignes de borniers ; une ligne L1 des entrées, une ligne L2 des sorties et une ligne
L3 des sorties de sécurité.
Les câbles des signaux entrants des différents capteurs distribués sur les différents
équipements dans l'installation sont organisés dans la barrette L1.
Selon le type de défaut présent à l’entrée, on aura comme sortie à travers L2 un clignotement
du voyant de défaut concerné et une alarme sonore.
La barrette L3 permet un passage organisé des câbles assurant la sécurité de notre installation
dans le cas d’un défaut bloquant, par un arrêt d'urgence des équipements.
(a) (b)
Figure 2. 1: L’armoire HIMA (a) et une carte électronique (b)
III. Les capteurs utilisés
Le suivi et la sécurité de l’installation sont assurés par l’armoire HIMA qui reçoit les signaux
provenant des différents capteurs, elle permet à tout instant, de vérifier le fonctionnement
normal de l'installation étudiée et en cas de défaillance, de déclencher l'alarme
correspondante au défaut et, si nécessaire, l’arrêt de l’équipement concerné.
Les capteurs sont classés selon la grandeur mesurée ou selon le type de l’information
délivrée. En effet, en fonction de la grandeur mesurée, le capteur est dit de position, de
température, de vitesse, de pression, etc.
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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De même, en fonction de type de l'information délivrée, le capteur est dit logique, appelé
aussi capteur tout ou rien (TOR), ou analogique.
Dans ce qui suit, nous allons présenter les capteurs nécessaires pour l’acquisition des
données relatives au processus de l’installation de production de l'oxygène.
III.1 Les sondes PT100
La sonde PT100 est un capteur de température, ce capteur est constitué d’une résistance
en Platine. La valeur initiale du PT100 est de 100 Ohms qui correspond à une température
de 0°C. Ce capteur est branché souvent au compresseurs après chaque étage, côté
refoulement et donne un signal analogique (4-20 mA).
Figure 2. 2 : PT100 de type RA 1834
III.2 Débitmètre "Tube de Venturi"
Le débit est habituellement mesuré par déduction, en mesurant la vitesse moyenne d’un
fluide à travers une section connue. Le Tube de Venturi, est le capteur de débit le mieux
adapté pour l’installation de la centrale d'oxygène, les mesures de pression différentielle sont
converties en débit volumique en utilisant ce débitmètre [5].
Figure 2. 3 : Débitmètre
Ce capteur, donnant un signal analogique (4-20 mA), est relié à un système de limitation
permettant d’envoyer un signal TOR au système de gestion de la sécurité suivant un seuil
donné par le fabriquant ou par l’opérateur s’il a le droit de le régler.
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III.3 Capteurs de pression
III.3.1 Pressostat
Le pressostat permet d'établir un contact électrique lorsque la pression tombe en dessous
d'un certain seuil ou le dépasse. Le cœur du pressostat est un manocontact qui s'ouvre ou se
ferme selon la valeur de la pression. C'est en "appuyant" sur un ressort que la pression
commande le contact. En standard, une tige filetée applique une précontrainte au ressort.
Un réglage est prévu, qui permet d'ajuster les valeurs de pression à l'application envisagée
[4].
 L'entrée du pressostat est une pression et sa sortie est une valeur logique Tout Ou Rien.
Figure 2. 4: Pressostats
III.3.2 Transmetteur de pression
Un transmetteur de pression a pour fonction de mesurer la pression et de la transmettre
à un régulateur, ou à un afficheur, ou à un enregistreur ou encore à un module d’entrées d’un
automate programmable industriel. Cet appareil permet de mesurer la pression d'un fluide et
de transformer la valeur de mesure en un signal de sortie analogique électrique qui est un
courant continu variant de 4 à 20 mA.
Figure 2. 5 : Transmettre de pression
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III.4 Capteurs de niveau
III.4.1 Flotteur
Le flotteur se maintient à la surface d’un liquide. II est solidaire d'un capteur de position
qui délivre un signal électrique correspondant au niveau. Sa position est peu dépendante de
la masse volumique de liquide [6].
Figure 2. 6 : Principe mesure de niveau par flotteur
III.4.2 Plongeur
Le plongeur est un cylindre immergé dont la hauteur est au moins égale à la hauteur
maximale du liquide dans le réservoir. Il est suspendu à un capteur dynamométrique qui se
trouve soumis à une force F (le poids apparent) en fonction de la hauteur L du liquide [6].
Ces deux capteurs donnent un signal logique, (TOR) au système de gestion de la sécurité.
Figure 2. 7: Principe mesure de niveau par plongeur
III.5 Les accéléromètres
L'accéléromètre est un capteur de vibration qui donne un signal analogique. Un système
de limitation permet de le convertir en un signal logique (TOR) qui sera envoyé à notre
système suivant un seuil donné par le fabriquant.
Figure 2. 8: L'accéléromètre
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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Dans ce qui suit on va présenter les positions des capteurs et les seuils d'alarmes et/ou
de sécurités de chaque mesurande relatifs à chacun des équipements de la centrale d'oxygène
et qui sont câblés à l'armoire HIMA.
IV. Seuils d'alarmes et/ou de sécurités
Chaque équipement de la centrale d'oxygène possède deux niveaux de protection selon le
seuil atteint :
- Seuil d’alarme (Max, Min) : un niveau de signalisation de défaillance.
- Seuil de sécurité (Max Max, Min Min): un niveau d'arrêt d'urgence, cet arrêt ne suit
pas les mêmes étapes que pour l'arrêt normal.
Lorsque le premier niveau de protection est atteint, un signal d’alarme relatif à la source de
défaut est activé pour informer l’opérateur de la centrale d'oxygène de la présence d’une
défaillance du système.
Suite au déclenchement de l’alarme et à la détection de la défaillance, il intervient sur le
système pour y dépanner.
En cas ou la défaillance est grave, il y a un très grand risque de destruction des équipements,
l’intervention doit être rapide, dans ce cas la sécurité intervient pour arrêter instantanément
le compresseur.
Pour minimiser le coût pouvant être induit par l’intégration d’un outil numérique, on a
envisagé d’exploiter au maximum les ressources d’acquisition existante et de les adapter à
cet outil. En effet, une étude préalable a été réalisée pour déterminer les valeurs seuils
d'alarmes et de sécurités de chaque mesurande pour tous les équipements de centrale
d'oxygène. Ceci sera ensuite utilisé pour l'automatisation du système d'alarmes et de
sécurités.
En ce qui concerne le turbocompresseur d'air DEMAG, les valeurs seuils d'alarmes et de sécurités de
chaque mesurande correspondante à un capteur bien défini sont données sur le tableau suivant:
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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Tableau 2. 1: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour DEMAG (200)
Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Température
Air
Sortie avant
réfrigèrent
4éme étage
TAS 216
Max (104 °C)
Le contact s’ouvre
Huile
Palier 1ére étage TAS 218
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Palier 2ére étage TAS 219
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Palier 3ére étage TAS 220
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Palier 4ére étage TAS 221
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Palier à pignon TAS 222
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Palier à pignon TAS 223
Max (70 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (80 °C)
Le contact s’ouvre
Huile après
réfrigèrent
TA 201
Max (40 °C)
Le contact s’ouvre
Pression
Huile Entrée réfrigèrent PS 202
Min (2,7 bar)
Le contact s’ouvre
Min Min(0 bar)
Le contact s’ouvre
Eau Sortie réfrigèrent PS 201
Min (1 bar)
Le contact s’ouvre
Débit
Eau
Entré réfrigèrent FIA 8
Min (40 m3/h)
Le contact s’ouvre
Vibration
Pignon étage 1-2 SHIAS 201
Détection jeu l’latérale
Pignon étage 2-3 SHIAS 202
Roue denté turbine SHIAS 203 Détection jeu l’latérale
Les valeurs seuils d'alarmes et de sécurités de chaque capteur monté sur le compresseur PC3
sont présentées sur le tableau ci-dessous:
Tableau 2. 2: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour PC3 (300)
Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Pression
O2
aspiration
1ére étage
Ps 337
Min (0,14 bar)
Le contact s’ouvre
Min Min (0,02 bar)
LE contact s’ouvre
Refoulement
1éme étage
PS 338
Min (4 bar)
Max (7 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement
2éme étage
PS 339
Min (24 bar)
Max (40 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement
3éme étage
PS 340
Max Max (140 bar)
Le contact s’ouvre
Max Max (140 bar)
Le contact s’ouvre
Huile
1ére étage refoulement Ps 370
Max (6 bar)
Le contact s’ouvre
Sortie pompe PS 372
MinMin (1,4 bar)
Le contact s’ouvre
Min Min (1 bar)
LE contact s’ouvre
Eau
distillée
2éme étage refoulement PS 371
Max (24 bar)
Le contact s’ouvre
3éme étage refoulement PA 39
Max (14 bar)
Le contact s’ouvre
Débit
Eau
distillée
Réfrigèrent piston FAS 319
Min (selon le
régulateur)
Le contact s’ouvre
Réfrigèrent O2 FAS321
Min (2 m3/h)
Max 2,2 (m3/h)
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Les tableaux (2.3 et 2.4) ci-contre présentent les différents seuils d'alarmes et de sécurités de
chaque mesurande du compresseur d'oxygène SULZER III et I:
Tableau 2. 3: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER III (500)
Mesurande Fluide
Position de
capteur
Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Température O2
Refoulement
1ér étage
TAS 500
Max (144 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (164 °C)
Le contact s’ouvre
Refoulement
2émeétage
TAS 501
Max (180 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (190 °C)
Le contact s’ouvre
Refoulement
3émeétage
TAS 502
Max (160 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (170 °C)
Le contact s’ouvre
Pression
O2
Aspiration 1ér
étage PA 500
Min (0,14 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement
3émeétage
PAS 501
Max (30 bar)
Le contact s’ouvre
Max Max (34 bar)
Le contact s’ouvre
Huile Sortie pompe PAS 502
Max (20 bar)
Le contact s’ouvre
MinMin (3 bar)
Le contact s’ouvre
Débit
Eau
réfrigérant
Entré sulzer3 DA 500
Min (30 m3/h)
Le contact s’ouvre
Tableau 2. 4: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER I (400)
Mesurande Fluide
Position de
capteur
Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Température O2
Refoulement
1ére étage
TAS 400
Max (140 °C)
Le contact s’ouvre
MaxMax (160 °C)
Le contact s’ouvre
Refoulement 2éme
étage
TAS 401
Max (160 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (174 °C)
Le contact s’ouvre
Refoulement 3éme
étage
TAS 402
Max (164 °C)
Le contact s’ouvre
Max Max (174 °C)
Le contact s’ouvre
Pression
O2
Aspiration 1ér
étage
PA 400
Min (0 ,8 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement
3éme étage
PAS 401
Max Max (30 bar)
Le contact s’ouvre
Max Max (30 bar)
Le contact s’ouvre
eau
Eau
refroidissement
PAS 402
MinMin (0 ,8 bar)
Le contact s’ouvre
MinMin (0 ,8 bar)
Le contact s’ouvre
Les seuils d'alarmes et de sécurités des différents capteurs montées sur les compresseurs d'azote
Burkhardt 1 et 2 sont donnés sur les tableaux 2.5 et 2.6 suivants:
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Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
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Tableau 2. 5: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour Burckhardt 2 (700)
Mesurande Fluide
Position de
capteur
Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Pression
N2
Aspiration 1ére
étage
PA 700
Min Min (0.2 bar)
Le contact s’ouvre
MinMin
(0.2 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement 1ére
étage
PA 701
Max (2,4 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement 2éme
étage
PA 702
Max (6 bar)
Le contact s’ouvre
Refoulement final PA 703
MaxMax (30 bar)
Le contact s’ouvre
Max Max (30 bar)
Le contact s’ouvre
Huile
Lubrification
vilebrequin
Pompe à huile PA 704
Min Min (4,6 bar)
Le contact s’ouvre
MinMin (4,6 bar)
Le contact s’ouvre
Tableau 2. 6: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté té pour Burckhardt 1 (600)
Mesurande Fluide
Position de
capteur
Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Température
N2
Refoulement
1er étage
TA 600
Max (60 °C)
Le contact S'ouvre
Max Max (60 °C)
Le contact S'ouvre
Refoulement
2eme étage
TA 601
Max (44 °C)
Le contact S'ouvre
Eau de
refroidissement
Sortie
pompe
TA 602
Max (37 °C)
Le contact S'ouvre
Max Max (37 °C)
Le contact S'ouvre
Pression
N2
Aspiration
1er étage
PAS 600
Min Min (0,14 bar)
Le contact S'ouvre
MinMin (0,14 bar)
Le contact S'ouvre
Refoulement
1er étage
PA 601
Max (6 bar)
Le contact S'ouvre
Refoulement
2eme étage
PAS 602
MaxMax (30 bar)
Le contact S'ouvre
Max Max (30 bar)
Le contact S'ouvre
Huile lubrification
vilebrequin
Entré
compresseur
PA 603
MIN (1 bar)
Max (2,8 bar)
Le contact S'ouvre
Débit
Eau de
refroidissement
Sortie
pompe
DA 600
Max
Le contact S'ouvre
Pour la colonne de ruissellement, les capteurs de pression, l'indicateur de niveau et de débit
possèdent des seuils d'alarmes et de sécurités représentés sur le tableau suivant:
Tableau 2. 7: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour la colonne de ruissellement
Mesurande Fluide
Position de
capteur
Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Pression air
Air comprimé PIA 24
Min (2 bar)
Le contact s’ouvre
Mis à l’air PICR 30
Max (30 bar)
Le contact s’ouvre
Indicateur de
niveau
Eau Eau réfrigèrent
LICA 3
Max (70 %)
Le contact s’ouvre
LAS 4
Max
Le contact s’ouvre
Max Max
Le contact s’ouvre
Débit Eau
colonne de
ruissellement
FIA 8
Min (20 m3 /h)
Le contact s’ouvre
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 26 Zaghdoudi Amira
Les capteurs montés sur la colonne de rectification sont de pression, un indicateur de niveau,
de débit et de température. Les valeurs seuils déclenchant un signal d'alarme sont données sur
le tableau ci-contre:
Tableau 2. 8: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté la colonne de rectification
Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité
Pression
O2
O2 liquide dans la
pompe
PIA 16
Min (1 bar)
Le contact s’ouvre
O2 gazeux PRCA 31
Max (31 bar)
Le contact s’ouvre
Indicateur de
niveau
Liquide pur LRA 2
Min (66,9 %)
Le contact s’ouvre
Débit Sortie de la colonne FRAS 2
Min (1500 m3/h)
Le contact s’ouvre
température Etat gazeux TA4
Min (13 °C)
Le contact s’ouvre
V. Schéma électrique de l’armoire HIMA
La connaissance du schéma électrique du système existant qui représente les cartes
électronique, et les connexions qui les relient fonctionnellement avec les signaux entrants issus
des capteurs et les sorties convenables permet de bien visualiser les éléments de l’installation
électrique existante dans la centrale [1].
Le schéma électrique de l’armoire HIMA est disponible en annexe.
VI. Critiques du système d'alarme et de sécurité existant
De l'étude réalisée dans la section précédente, on a relevé les problèmes suivants:
aucun outil de supervision des circuits d’alarmes et de sécurités n’est mis en place au
sein de la centrale d’oxygène.
un temps assez important est gaspillé lors du diagnostic des pannes ce qui influe sur la
qualité du service et par conséquent le bon fonctionnement de l’installation.
plus le nombre des équipements augmente plus les tâches effectuées par les opérateurs
deviennent trop compliquées qu'ils n’arrivent pas à les assurer convenablement.
Les opérateurs ne seront pas alertés en cas des problèmes de fonctionnements anormaux
si les voyants ou le klaxon sont en pannes.
Les paramètres de fonctionnement des équipements (pression, température…) sont fixés
par des normes. Le non- respect ou la négligence de ces paramètres expose l'opérateur à des
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 27 Zaghdoudi Amira
dangers. De ce fait, on peut dire que les conditions de fonctionnement normal du compresseur
influent directement sur la sécurité de l'utilisateur.
Pour la partie de la centrale d'oxygène équipé par le système d'alarme et de sécurité, qui
est basé sur les cartes électroniques, possède plusieurs imperfections et inconvénients à
savoir:
 Les cartes ne sont plus exploitables par aucun système informatique programmable,
et donc on ne peut plus avoir, ni d’historique ni de gestion des défauts en cas de besoin d’une
supervision, d’impression ou d’archives vu l’absence de toutes les informations analogiques.
 Les cartes sont devenues défectueuse vue leur anciennetés.
 Vieillissement et détérioration des composants montés sur les cartes à cause des
multiples interventions de maintenance.
 Les cartes sont devenues de plus en plus couteuses vue que leur fabrication est sur
commande vu que la maison HIMA n'existe plus sur le marché.
 Le diagnostic de panne est devenu plus difficile car il nécessite la connaissance
parfaite de l'électricité générale et des fonctions électroniques usuelles qui constituent ces
cartes électroniques pour pourvoir interpréter le rôle de chaque fonction et la réaction en cas
de mauvais fonctionnement en analysant sont schéma bloc.
 Le prix de la maintenance en dehors d’EL FOULED de ces cartes de commande est
notamment élevé.
 Les laboratoires électroniques spécialisés dans le contrôle des cartes électroniques
sont en général équipés d’outils de test et d’analyse leurs permettant une détection rapide et
fiable des composants défectueux sur les cartes, ce qui n'est pas le cas chez EL FOULEDH.
Tous les inconvénients engendrés par le système d'alarme et de sécurité de l'installation
de la centrale d'oxygène ont fait l'objet de mon projet de fin d'études. Le travail consiste à
concevoir un autre système plus fiable pour l'automatisation et la supervision des circuits
d'alarmes et de sécurités de l'installation au sein de la centrale d'oxygène.
VII. Solutions envisageables
Suite aux inconvénients que présentent le système d'alarme et de sécurité existant
détaillé dans le paragraphe précédent, l’état actuel de l’installation impose une
reconsidération des technologies et des mécanismes de contrôle et de sécurité.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 28 Zaghdoudi Amira
Pour remédier aux problèmes déjà annoncées, il est nécessaire de prendre en considération
le remplacement de ce système par un autre plus flexible, plus efficace et plus performant.
En effet, toute solution proposée doit tenir en compte l'amélioration de la productivité avec
le moindre cout, avoir une exploitation optimale des ressources pour des concepts
d’installation plus sécurisés avec automatisation et supervision.
La solution proposée doit assurer les fonctionnalités suivantes:
- Relever les valeurs instantanées relatives à chaque paramètre contrôlé.
- Comparer les valeurs relevées avec les valeurs seuils.
- Effectuer l’action convenable dans le cas où la valeur instantanée dépasse sa valeur
seuil.
Plusieurs solutions sont ainsi envisageables, par exemple, il est possible de :
 Faire une étude approfondie des cartes de sécurité pour pouvoir les reproduire à la
demande dans les laboratoires de l’usine ou en dehors si c’est possible.
 Réaliser une implémentation matérielle comme solution d’un système automatisé
basé sur FPGA, DSP, ASIC...etc.
 Remplacer les cartes sécurité par une technologie numérique.
 Prévoir un système de suivi, de contrôle et de supervision de toute l’installation.
 Avoir une interface graphique compréhensible pour l’interaction entre l’utilisateur
et le système.
VIII. Solution retenue
Actuellement, presque la majorité des applications industrielles sont pilotées par un ou
plusieurs automates programmables. En effet un Automate Programmable Industriel (API) est
une machine électronique programmable destiné à piloter en ambiance industrielle en temps
réel, des processus ou des parties opératives à partir des données entrantes via des modules
spéciaux pour émettre des ordres de sorties en fonction d’un programme.
Parmi les avantages qui nous ont encouragés pour remplacer les cartes électronique par
une automate programmable c’est que :
 L’API va nous faire gagner de la place utilisée dans l’armoire en diminuant le nombre
des relais utilisés et minimiser le câblage interne
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 29 Zaghdoudi Amira
 La réalisation de toute modification souhaitable va être plus facile et sa récupération va
être de même facile, il suffit de lire le programme pour constater les modifications effectuées.
Certains logiciels permettent même de faire des comparaisons entre différentes version des
programmes et indiquent précisément les différences.
 La réalisation de nouvelles applications similaires à ceux déjà existants serait plus
faisable et peu couteuse, il suffit de recopier le programme en question.
 La maintenance serait aussi plus aisée, l'API par lui-même est relativement fiable et peut
aider l'homme dans sa recherche de défauts (voyants, écrans de dialogue...) ainsi que la
possibilité de prévoir une maintenance à distance (Internet) et la possibilité de communication
avec l’extérieur (ordinateur, autre API).
L’inconvénient majeur de cette solution est la diversité des marques et de modèles proposé
par les fabricants, ce qui entraine une difficulté de choix de l’automate
VIII.1 Critères de choix de l’automate
Pour pouvoir prendre une décision concernant le choix du l’API comme solution pour notre
problématique, il est nécessaire de définir ces critères de choix, à savoir
 Nombre d'entrées / sorties : L’API doit être capable de gérer le nombre d'entrées /
sorties imposés par le système.
 La capacité, en Kilo Octets, de la mémoire qui stockera les différents programmes, la
vitesse de traitement et les fonctions spéciales offertes par le processeur.
 Les différentes technologies qui existent dans le marché.
 Le coût, y compris celui des adaptations nécessaires.
 Les performances du logiciel de programmation du point de vue rapidité et sécurité.
 Les fonctions de communication : l’automate choisit doit pouvoir communiquer avec
les autres systèmes de commande (API, HMI ...) et offrir des possibilités de communication
avec des standards normalisés (Profibus ...).
 Langage de programmation : les langages de programmation les plus connus utilisés
sont le mode LIST, mode LADDER et le mode LOGIQUE
En pratique, le choix de l’API peut être fait en s’appuyant uniquement sur les quatre
premiers critères. En effet, les autres critères sont remplis par tous les constructeurs d’une
façon analogue [3].
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 30 Zaghdoudi Amira
VIII.2 L’API choisit
Après élaboration des entrées sorties dans le paragraphe précédent et tenant compte de
la formation acquise dans les classes antérieures sur ce type d’automate, notre choix porte sur
l’automate programmable industriel de gestion de procédé du fabricant Siemens pour
plusieurs raisons.
En effet l’API SIEMENS est un automate utilisant des langages de programmations de
type LADDEER, ainsi les mises au point et les dépannages peuvent être assurés dans les
meilleurs conditions puisque tout le personnel de la coopérative est très bien familiarisé avec
la technologie à relais, elle offre un choix multiples de CPU adapté au besoin de l’utilisateur,
la configuration et la programmation assurées avec le même atelier logiciel modulaire
totalement intégré et son coût est moins élevé,
La Société Siemens propose plusieurs gammes d’automates, on trouve la famille
SIMATIC S7 qui englobe, l’automate S7-200, S7-300 et S7-400.
L’automate S7-300 peut prendre en charge toutes besoins de notre étude y compris prendre en
charge toutes les entrées/sorties de notre étude, elle dispose d’une gamme de modules
complètes, tel que :
 Le module unité centrale (CPU) dont certain est avec des entrées / sortie intégrées,
des interfaces PROFIBUS-DP et Interface multipoint (MPI) intégrée qui servent pour le
raccordement simultané de PC et de systèmes de dialogue opérateur HMI.
 Les modules interfaces pour signaux (SM) pour les entrées et les sorties Logique et
analogiques.
 Le module de communication pour la connexion aux bus AS-Interface, PROFIBUS
et industriel Ethernet.
Parmi les autres caractéristiques de l’API S7 300 on peut citer ces caractéristiques
matérielles à savoir :
 La technique de montage simple qui confère à l’APIS7-300 une grande souplesse
d’utilisation et une excellente convivialité.
 Le remplacement et la fixation des modules sont faciles, ils sont simplement
accrochés et encliquetés sur un profilé support.
 La liaison entre les modules est assurée par des connecteurs de bus enfichés au dos
des modules.
 Pas d’emplacement imposé, les modules de signaux et de communications peuvent
être enfiché sans aucune restriction.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 31 Zaghdoudi Amira
IX. Méthodologie du travail
Après la prise de décision pour l’outil d’automatisation et afin d’arriver au but
souhaité avec des pas sûrs, il est nécessaire de choisir une méthode de travail qui sera notre
guide vers la réalisation de ce projet sans rester coincer dans les problèmes.
C’est pourquoi on a choisi la méthode suivante :
 Elaboration d’une analyse fonctionnelle.
 Description du fonctionnement de notre système avec des logigrammes et des
grafcets.
 Implantation de programme sous Step7.
 Simulation de programme pour la vérification de fonctionnement et il existe
deux façons de vérifier le fonctionnement du programme :
 En simulation (sans partie opérative).
 En condition réelle (avec partie opérative).
 Supervision sous WinCC.
X. Conclusion :
Au cours de ce chapitre, nous avons présenté le système existant, ses inconvénients,
les solutions proposées et la solution retenue.
Il nous a permis de mieux cerner la problématique de ce projet, de mieux comprendre les
besoins et les attentes du client.
Par la suite on a focalisé notre étude sur l’automate S7-300 en mettant en avant ses
caractéristiques pour une meilleure exploitation pendant son utilisation qui sera l’objet de
chapitre 3, dont on va concrétiser la solution proposée et effectuer l’implémentation de notre
programme dans l’API choisit.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 32 Zaghdoudi Amira
Chapitre 3:
Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité
de la centrale d'oxygène
Chapitre 3: Automatisation descircuits d'alarme et de
sécurité de la centrale d'oxygène
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 33 Zaghdoudi Amira
I. Introduction
Dans ce chapitre, on va présenter les différents outils et concepts qui vont permettre la
description et la compréhension du système automatisé des circuits d'alarme et de sécurités de
la centrale d'oxygène. Le formalisme et les outils de représentation employés sont utilisés dans
l’industrie en phase de conception d’un projet.
Puis, on va s'intéresser à la présentation du logiciel de programmation de l'automate
programmable industrielle choisi de type Siemens. Ensuite, on va présenter des exemples de
réseaux du système automatisé lors de leurs simulations.
Avant de conclure, on présentera le câblage électrique de l'API à l'aide du logiciel
WINRELAIS.
II. Analyse fonctionnelle
L'analyse fonctionnelle est un moyen qui doit être menée au début d'un projet afin de concevoir
des produits industriels, des objets techniques, des programmes d’automatismes... Elle permet
d’éviter certains pièges classiques de la conception (aveuglement, manque d’objectivité,
mauvaise gestion des priorités …etc.) [12].
La démarche utilisée dans les premières phases de conception d’un projet repose sur :
- L’analyse du besoin qui permet d’identifier clairement le besoin auquel doit répondre le
système.
- L’analyse fonctionnelle technique qui permet de qualifier les fonctions techniques.
L’identification de ces fonctions permet d’établir et de choisir les solutions constructives
convenables pour la réalisation.
- Analyse fonctionnelle interne.
II.1 Analyse du besoin
Pour l'analyse du besoin, la méthode la plus employée (crée par la Société Application
des Techniques d’Entreprises) est la bête à cornes. Le principe de cette analyse est de répondre
à ces trois questions: A qui (à quoi) le système rend-il service ?, Sur quoi (sur qui) le système
agit-il ? Et Dans quel but est-il utilisé ?
Pour le cas de notre projet, le système de sécurité et d'alarme des compresseurs et d’autres
équipements rend services aux employés au sein de la centrale d'oxygène, il agit sur les défauts
des signaux. Ces derniers sont issus des capteurs installés sur les différents équipements pour
Utilisateur au sein de
Les signaux issus des
différents capteurs
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 34 Zaghdoudi Amira
le besoin d’alerte et de sécurité en cas de défaillance. Le schéma analysant les besoins de
système automatisé à réaliser est donné par la figure ci-contre.
Figure 3. 1 : Le schéma de la bête à corne
II.2 Analyse fonctionnelle technique: Diagramme SADT
Le diagramme SADT (structure analyses and techniques) est un outil d’analyse
fonctionnelle technique décrivant les flux à travers les fonctions du système. 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, 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.
Le niveau A-0: c'est le niveau le plus élevé, il présente le contexte général de notre
système (Fonction globale, Matière d’œuvre…). Le diagramme fonctionnel relatif au système
automatisé des circuits d'alarme et de sécurités de l'installation au sein de la centrale d'oxygène
est donné par la figure suivante:
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 35 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 2 : Modèle fonctionnel A-0 du système d'alarme et de sécurités.
La figure 3.3 montre la modèle fonctionnel A0 qui décrit notre système d'alarme et de sécurités
de l'installation dans la centrale d'oxygène.
Signal non
automatisé
Programme et
Configuration
Etat (Marche/
Arrêt)
Énergie
Électrique
Automatiser et superviser les
défauts de signaux issus du
différent capteur de
l’installation
Système automatisée de sécurité et d’alarme
Signal
Automatisé
Information
(Supervision du
Système)
A-0
Alarme
Sonore
+
Variable
Information
Capter
C R E
Energie
Signal non automatisé
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 36 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 3 : Modèle fonctionnel A0
II.3 Analyse fonctionnelle interne
Pour pouvoir assurer son rôle, notre système de sécurité et d’alarme des équipements de
l’installation, a besoin d’une structure matérielle lui donnant la possibilité de communiquer
avec l’environnement sur lequel il va agir.
En effet, il est nécessaire de prévoir un système d’acquisition de données à partir de
l’installation (capteurs) et un système de conditionnement de ces données pour les rendre
compréhensibles par l’organe de gestion. Un système d’action est également prévu pour
exécuter les ordres que donne notre système aux différents équipements, et un système de
communication avec l’opérateur pour, d’une part, l’informer de l’état de l’installation et, d’autre
part, recevoir les informations de ce dernier (interface Homme/Machine).
Afficher les
informations
HMI
MessageConsigne
opérateurGrandeur à mesurer
(pression,
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 37 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 4 : Analyse fonctionnelle interne
III. Logigramme et Grafcet
Le logigramme peut être décrit comme une représentation linéaire simple de
l'enchaînement des différentes étapes qui constituent un processus donné afin de visualiser
son progression. Il permet d'obtenir une vision globale et partagée du processus.
III.1 Logigramme du système de sécurité proposée
Le logigramme ci-dessous présente le processus de détection des défauts sur plusieurs étapes
consécutifs. A l'état initial est, il n’y a aucun défaut, le voyant et le klaxon sont éteints. Si un
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 38 Zaghdoudi Amira
défaut apparait le voyant qui le désigne s’allume en clignotant et le klaxon produit un signal
sonore. Si l’opérateur appuie sur le bouton ACQ d’acquittement, pour intervenir en essayant de
corriger le défaut apparu, le klaxon s’éteint et le voyant s’allume en continue.
Puis et comme une dernière étape dans le cas où le problème est résolu et le défaut est corrigé,
le système retourne à son état initial, si non dans le cas échéant on se retrouve de nouveau à
l’étape où le voyant est allumée en continue.
Figure 3. 5: L’organigramme du système d'alarme et sécurité
Dans ce qui suit, on va s'intéresser au fonctionnement de la lampe et du klaxon.
OuiNon
Début
Présence
défaut
ACQ
Action voyant
défaut en
continu
Arrêt
sirène
Action
sirène
Action voyant
défaut en
clignotant
Disparation
défaut
Eteindre
voyant défaut
Fin
NonO
Non
Oui
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 39 Zaghdoudi Amira
III.2 Description du fonctionnement du klaxon
Le fonctionnement du klaxon en cas d'entrée TOR ou analogique est représenté sur le
logigramme suivant :
(a) Entrée TOR (b) Entrée analogique
Figure 3. 6 : Logigramme de fonctionnement du klaxon
Le fonctionnement du klaxon peut être également décrit par un grafcet, HQ étant le bouton
ACQ et le défaut représente une entrée analogique ou TOR.
Initialisation de
la sortie à 0
Non
Présence
d’un défaut
(entrée à 1)
Oui
Oui
Appui sur le
bouton
ACQ
Non
Non Présence du
même
défaut
Oui
Mettre la sortie à 1
Initialisation de
la sortie à 0
Non OuiSeuil
dépassé
Oui Appui sur le
bouton
ACQ
Non
Non Présence du
même défaut
Oui
Mettre la sortie à 1
Lecture de l’entrée et
comparaison au seuil
limite
Défaut. HQ
Sortie klaxon = 0
Sortie klaxon = 1
Défaut.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 40 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 7 : Grafcet de fonctionnement du klaxon
III.3 Description du fonctionnement des voyants
Le fonctionnement du voyant est décrit par le logigramme suivant: Schéma ci-dessous pas cl
Figure 3. 8 : Logigramme de fonctionnement d’un voyant pour une entrée TOR
Initialisation de la sortie à 0
N
Présence d’un
défaut (entrée à 1)
O
O
Appui sur le
bouton ACQ
N
N
Présence
du même
défaut
O
N
Présence
du même
défaut
O
Activation du
mode clignotant
Activation du
mode continu
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 41 Zaghdoudi Amira
Le fonctionnement d’un voyant peut également être décrit par le grafcet de la figure suivante
Figure 3. 9 : Grafcet de fonctionnement du voyant
Dans cette partie suivante, on va élaborer le système automatisé des circuits de sécurité et
d’alarmes de la centrale d’oxygène d’ELFOULADH modélisée par les outils élaborés dans les
paragraphes précédentes.
IV. Programmation d'un API Siemens
Les automates Siemens sont programmés par l’intermédiaire du logiciel SIMATIC
MANAGER STEP7 qui permet la programmation de l’automate programmable choisi S7-300.
Il offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour configurer, paramétrer et programmer
l’automate utilisé.
La programmation à l’aide du STEP7 peut s’effectuer en trois modes : schéma à contacts
CONT, logigramme LOG et liste d'instructions LIST. On a choisi de faire la programmation
par la mode schémas à contacts.
La démarche à suivre pour créer un projet sous STEP 7 est la suivante :
1) Lancer SIMATIC Manager par un double clic sur son icône.
2) Une fenêtre s’ouvre permet de passer aux étapes de la création du projet.
3) Les étapes de l’assistant de création du projet sont : choisir la CPU utilisée, choisir
le type des blocs de programme avec le langage souhaité (LIST, CONT, LOG) et le nom du
projet.
4) Après l’exécution de la commande crée, SIMATIC Manager s’ouvre avec la fenêtre
du projet nouvellement créé.
Défaut
Défaut. HQ
Défaut. HQ
Sortie voyant
=0/1
Sortie voyant = 0
Sortie voyant = 1
Défaut
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 42 Zaghdoudi Amira
IV.1 Configuration matérielle du programme
C’est une étape très importante dans la programmation car elle nous permettre de choisir
la référence adéquate de l’automate à utiliser pour gérer le programme des circuits d'alarme et
de sécurité de l'installation au sein de la centrale d'oxygène.
La configuration du l'API S7-300 se fait comme l'indique la figure suivante:
Figure 3. 10 : Configuration de l'API S7-300
Comme le montre la figure 3.11, la configuration doit se faire de la manière suivante:
l'emplacement 1 est réservé uniquement pour alimentation (par exemple 6ES7 307-...)
sinon il reste vide
 l'emplacement 2 est consacré à pour l’unité centrale (par exemple 6ES7 314-...)
l'emplacement 3 comporte le module de couplage (par exemple 6ES7 360-.../361-...)
sinon il reste vide
les emplacements de 4 à 11 comportent modules de signaux ou modules fonctionnels,
processeurs de communication ou bien ils restent vides.
Pour configure matériellement l'API SIMATIC S7-300,on appuie par un double cliquer
sur matériel. Ceci ouvre la fenêtre "HW Config" comme la montre la figure suivante:
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 43 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 11: Configuration hardware du projet step7 de la centrale d’oxygène
Les composantes de l'API choisi sont :
 Un module d’alimentation : PS 307-10 A.
 Une CPU de type CPU314C-2 DP.
 Module de 24 entrées, 16 sorties TOR, DI24 +DO16
 Module de 5 entrées 2 sorties analogiques, AI5+AO2
 Module de 8 entrées analogiques PT100 AI8xRTD, 16 bits (4 modules)
 Module de 64 entrées TOR, 24V DI64xDC24V
 Module de 64 sorties TOR, 24V DO64xDC24V (2 modules)
IV.2 Editeur de mnémonique du programme
L’éditeur de mnémonique permet la gestion de toutes les variables globales. Il définit
les désignations symboliques et les commentaires correspondants aux signaux du processus à
savoir les entrées/sorties, les mémentos, les blocs de données, les temporisations et les
compteurs.
La table des mnémoniques résultant est utilisé dans de toutes les applications. La modification
de l’un des paramètres d’une mnémonique est reconnue automatiquement par toutes les
applications [2]. Pour notre application, la table des mnémoniques est donnée en annexe.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 44 Zaghdoudi Amira
IV.3 La Structure du programme
Les types de blocs et leur définitions détaillés sont disponible en annexe ().
IV.3.1 Définitions des blocs
 Bloc d’organisation OB1 pour le programme de fonctionnement cyclique.
 Fonction OB35 : pour l’alarme cyclique.
 Fonction FC1 : pour le défaut.
Le reste des blocs utilisés sont définis comme suit :
Figure 3. 12 : Les blocs utilisés
Les figures suivantes montrent bien les différents blocs et leurs structures utilisés pour
programmer les circuits d'alarmes et de sécurités de l'installation de la centrale d'oxygène:
Figure 3. 13 : Les blocs du programme de la centrale d’oxygène
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 45 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 14 : Structure du programme
IV.3.2 Mise à l’échelle d’une entrée analogique
Il est à noter que dans l'installation de la centrale d'oxygène, les transmetteurs de
pression, certains débitmètres et les capteurs de températures PT100, donnent des signaux
analogiques.
En général dans l’industrie les capteurs analogiques donnent des signaux électriques
normalisés, par exemple : 4-20 mA, 0-10V …etc.
Par conséquent, il faut convertir ces signaux analogiques vers des signaux numériques en
utilisant les convertisseurs analogiques numériques CAN situés dans les modules d’entrées
analogiques des API.
Dans les CANs des APIs siemens, la plage des nombres entiers est entre 0 et 27648. Ces valeurs
numériques doit représenter la grandeur à mesurer (comme par exemple une mesure de
température en °C). Cette opération s'appelle normalisation ou mise à l'échelle de la valeur
analogique comme le montre la figure ci- après:
Figure 3. 15: Mise en échelle de la valeur analogique
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 46 Zaghdoudi Amira
La conversion de la valeur numérique entière (plage nominale : entre 0 et 27648) de
l’entrée analogique en valeur normée (normalisation) est réalisée par le bloc fonctionnel
standard « Mise à l’échelle » (SCALE) FC105. La fonction FC 105 est fournie par STEP 7 dans
la bibliothèque « Standard Library » dans le programme S7 «TI-S7 Converting Blocks».
IV.4 Quelque réseau du programme
IV.4.1 Simulation de FB1
Dans cet exemple on va décrire quatre scénarios qui auront lieu lors de la simulation du
défaut TA 216, la température du 4ème étage dont le seuil Max pour le déclenchement d’un
défaut et le dépassement d’une température de 105 °C.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 47 Zaghdoudi Amira
Sur la figure 3.16, on observe qu'en absence d’un défaut, la fonction FC105 du scale
donne comme valeur de sortie stockée dans le mot mémoire MD 78 de type REAL une
température toujours inférieure au seuil, on se retrouve dans l’état initial et le voyant et le klaxon
seront désactivés.
Figure 3. 16 : Absence de défaut (klaxon et voyant désactivés)
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 48 Zaghdoudi Amira
La figure 3.17 prouve lors de l’absence d’un défaut, le contact « def » et désactivé. Par
conséquent, le klaxon, la voyant et le bit de mémorisation de l’état de bouton d’acquittement,
si appuyée ou pas, sont tous à 0.
Figure 3. 17: Comportement du Fonction FC1 à l’état de repos
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 49 Zaghdoudi Amira
Sur la figure 3.18 ci-dessous, on peut remarquer que si la sortie de la fonction SCALE
FC105 prouve un dépassement de seuil 105 °C, le bit mémoire M0.1 du défaut TA 216 est ainsi
activé.
Figure 3. 18 : Présence d’un défaut (dépassement de seuil de température 105°C)
La figure 3.19 illustre que le présence d’un défaut non acquitté remet à 1 le klaxon et
permet le clignotement du voyant désignant l’origine de défaut.
Figure 3. 19: Klaxon activé -et voyant clignote
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 50 Zaghdoudi Amira
La figure 3.20 ci-contre présente le même comportement lors de la présence d'un défaut
non acquitté, mais programmé par le bloc de fonction FC1.
Figure 3. 20: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut non acquitté
Un simple appuie sur le bouton d’acquittement par action sur E0.0 permet d’une part
d’arrêter le klaxon et d’autre part de changer le clignotement du voyant concerné qui deviens
allumé d’une façon continue tant que le défaut concerné est encore présent. Ceci est observé les
figures 3.21 et 3.22.
Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH
Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
Projet de Fin d'Etudes 51 Zaghdoudi Amira
Figure 3. 21 : Klaxon désactivé et voyant allumé en permanence
Figure 3. 22: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut acquitté
L’acquittement total (Voyant éteint) sera lié à l’absence complète de défaut provoquant
et qui nous amène de retourner de nouveau à l’état initial
 Sujet : Automatisation et supervision des circuits d’alarme et de sécurité d'une centrale d’oxygéné
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Sujet : Automatisation et supervision des circuits d’alarme et de sécurité d'une centrale d’oxygéné

  • 1. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira ‫تلخيص‬ ‫محطة‬ ‫في‬ ‫الضغط‬ ‫آالت‬ ‫حماية‬ ‫دارت‬ ‫ألية‬ ‫في‬ ‫مساهمة‬ ‫العمل‬ ‫هذا‬ ‫يمثل‬ ‫لسير‬ ‫دقيقة‬ ‫بدراسة‬ ‫القيام‬ ‫على‬ ‫ذلك‬ ‫ويعتمد‬ ‫الفوالذ‬ ‫لشركة‬ ‫التابعة‬ ‫األكسجين‬ ‫والنتروجين‬ ‫األكسجين‬ ‫توليد‬ ‫بأجهزة‬ ‫والمتعلقة‬ ‫الموجودة‬ ‫الحماية‬ ‫وطرق‬‫وذلك‬ ‫من‬‫بوجو‬ ‫العملة‬ ‫إشعار‬ ‫من‬ ‫يمكن‬ ‫به‬ ‫موثوق‬ ‫تحكم‬ ‫نظام‬ ‫وضع‬ ‫أجل‬‫خلل‬ ‫د‬ ‫العطب‬ ‫على‬ ‫تحتوي‬ ‫التي‬ ‫لآلالت‬ ‫استعجالي‬ ‫وإيقاف‬ ‫إشعار‬ ،‫خلل‬ ،‫حماية‬ ،‫ضغط‬ ‫آالت‬ ،‫آلية‬ :‫المفاتيح‬ ‫.الكلمات‬ ******************** Résumé Ce travail porte sur la réalisation de l’automatisation et de la supervision des circuits de sécurité des équipements de la Centrale Oxygène d’El FOULEDH. L’étude du fonctionnement de l’installation de production de l’oxygène existante ainsi que de sa sécurité a permis la programmation d’un système de sécurité amélioré pour la signalisation des défauts et de l’arrêt d’urgence des équipements défaillants. Mots Clés : automatisation, supervision, compresseur, détection, défaillance, fiabilité, sécurité. ******************** Abstract This work deals with the automation of the equipements' security system of El FOULEDH’ Oxygen Station. The study of the behavior and existent process of security of the Oxygen Production System has allowed the development of a reliable security system that signals flaws and stops the failing equipments. Key words: automation, supervision, compressor, failure, reliability, security, detection. Dédicaces
  • 2. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira Je dédie ce travail à : À l'âme de mon père Zaghdoudi Mahmoud, Qui m'a toujours poussé et motivé dans mes études. J'espère qu’il apprécie cet humble geste comme preuve de reconnaissance de la part d'une fille qui a toujours priée pour le salut de son âme. Puisse Dieu, le tout puissant, l'avoir en sa sainte miséricorde !… À ma très chère mère Aloui Zohra, Abordable, honorable, aimable : Tu représentes pour moile symbole de la bonté par excellence, la source de tendresse et l’exemple du dévouement qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier pour moi. Aucune dédicacene sauraitêtre assez éloquentepour exprimer ce que tu mérites pour tous les sacrifices que tu n’as cessé de me donner depuis ma naissance, durant mon enfance et même à l’âge adulte. Tu as fait plus qu’une mère puisse faire pour que ses enfants suivent le bon chemin dans leur vie et leurs études. Je te dédie ce travail en témoignage de mon profond amour, puisse Dieu, le tout puissant, te préserver et t’accorder santé, longue vie et bonheur. À mes très chers petits frères Mohamed et Omar, Les mots ne suffisentguère pour exprimer l’attachement, l’amouretl’affection que je porte pour vous. Mes fidèles compagnons dans les moments les plus délicats de cette vie mystérieuse. Je vous dédie ce travail avec tous mes vœux de bonheur, de santé et de réussite. À toutes ma grande famille, Mes deux grands familles Aloui et Zaghdoudi, je vous exprime mes sincères remerciements pour vosmots, vos encouragements et votre présence à ma côtés lors de mes difficiles moments. Et à tous ceux qui m’ont soutenu et me soutient encore Remerciement
  • 3. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira J'ai tout l’honneur d’adresser ma profonde gratitude et mes sincères remerciements à tous ceux qui n’ont cessé de m'aider durant toute la période de mon stage. Je suis très reconnaissante aussi à mon encadrante Melle Chibani Radhia, Maitre Assistante à ISSAT Sousse, pour son aide, pour sa patience et son encouragement qu'elle m’a apportée. Ses critiques m’ont été très précieuses pour structurer ce travail et pour améliorer la qualité des différentes sections. Je remercie encore mon encadrant industrielle, Mr Ben Moussa Souhaiel, Chef Service de Département Centrale d’Oxygène, pour son accueil, sa disponibilité et les informations qu’il ma fournit tout le long de la période de mon stage. Mes sincères remerciements sont également adressés à tous le personnel d’EL FOULEDH pour leurs collaborations et leurs supports. J'adresse mes remerciements aussi à mon oncle Hannachi Monji, qui m'a beaucoup aidé dans ma recherche de stage. Son écoute et ses conseils m'ont permis de trouver ce stage qui était en totale adéquation avec mes attentes. De même je remercie mon institut qui m’offre les opportunités d’affronter l’environnement professionnel et de s’intégrer à travers ce stage. En fin je tiens à remercier le jury pour le grand honneur d'accepter de juger ce modeste travail.
  • 4. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira Sommaire Introduction générale............................................................................................................... 1 Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène.......................................................... 3 I. Introduction....................................................................................................................... 4 II. Présentation de la société.................................................................................................. 4 II.1 Mission........................................................................................................................ 4 II.2 Activités....................................................................................................................... 5 II.3 Différentes directions de l’usine.................................................................................. 5 III. Centrale d'oxygène............................................................................................................ 6 III.1 Base Théorique............................................................................................................ 6 III.1.1 La composition de l'atmosphère ......................................................................... 6 III.1.2 Liquéfaction de l'air............................................................................................ 6 III.2 Eléments constituant la centrale d’oxygène ................................................................ 7 III.2.1 Salle de commande............................................................................................. 8 III.2.2 Les composants de l’installation ........................................................................ 9 III.3 Déroulement de fonctionnement dans la centrale d’oxygène...................................... 9 III.4 Etude des compresseurs............................................................................................. 11 III.4.1 Compresseur d’air ............................................................................................ 11 III.4.2 Compresseurs d’oxygènes ................................................................................ 12 III.4.3 Compresseurs d’azote....................................................................................... 13 IV. Conclusion...................................................................................................................... 15 Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène ................... 17 I. Introduction..................................................................................................................... 17 II. Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène .............................................. 17 III. Les capteurs utilisés........................................................................................................ 18 III.1 Les sondes PT100...................................................................................................... 19
  • 5. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira III.2 Débitmètre "Tube de Venturi"................................................................................... 19 III.3 Capteurs de pression.................................................................................................. 20 III.3.1 Pressostat .......................................................................................................... 20 III.3.2 Transmetteur de pression.................................................................................. 20 III.4 Capteurs de niveau .................................................................................................... 21 III.4.1 Flotteur ............................................................................................................. 21 III.4.2 Plongeur............................................................................................................ 21 III.5 Les accéléromètres .................................................................................................... 21 IV. Seuils d'alarmes et/ou de sécurités.................................................................................. 22 V. Schéma électrique de l’armoire HIMA........................................................................... 26 VI. Critiques du système d'alarme et de sécurité existant..................................................... 26 VII.Solutions envisageables .................................................................................................. 27 VIII. Solution retenue......................................................................................................... 28 VIII.1 Critères de choix de l’automate.......................................................................... 29 VIII.2 L’API choisit...................................................................................................... 30 IX. Méthodologie du travail.................................................................................................. 31 X. Conclusion :.................................................................................................................... 31 Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène .... 32 I. Introduction..................................................................................................................... 33 II. Analyse fonctionnelle.................................................................................................... 33 II.1 Analyse du besoin...................................................................................................... 33 II.2 Analyse fonctionnelle technique: Diagramme SADT............................................... 34 II.3 Analyse fonctionnelle interne.................................................................................... 36 III. Logigramme et Grafcet................................................................................................... 37 III.1 Logigramme du système de sécurité proposée.......................................................... 37 III.2 Description du fonctionnement du klaxon ................................................................ 39
  • 6. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira III.3 Description du fonctionnement des voyants.............................................................. 40 IV. Programmation d'un API Siemens.................................................................................. 41 IV.1 Configuration matérielle du programme ................................................................... 42 IV.2 Editeur de mnémonique du programme .................................................................... 43 IV.3 La Structure du programme....................................................................................... 44 IV.3.1 Définitions des blocs ........................................................................................ 44 IV.3.2 Mise à l’échelle d’une entrée analogique ......................................................... 45 IV.4 Quelque réseau du programme.................................................................................. 46 IV.4.1 Simulation de FB1............................................................................................ 46 IV.4.2 Les exceptions .................................................................................................. 52 IV.4.3 Bouton Test Voyants. ....................................................................................... 53 V. Réalisation WINRELAIS (Voir Annexe ?) .................................................................... 54 VI. Conclusion...................................................................................................................... 55 Chapitre 4: Supervision du système automatisé des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène ................................................................................................................. 57 I. Introduction..................................................................................................................... 57 II. Définition de la supervision............................................................................................ 57 III. Utilisation de SIMATIC WinCC flexible....................................................................... 57 III.1 Fonctionnalité sophistiquée....................................................................................... 58 III.2 Intégration du projet STEP7 ...................................................................................... 59 III.3 Création de la table de variable ................................................................................. 59 III.4 Quelque vues relatives au projet................................................................................ 59 IV. Conclusion...................................................................................................................... 67 Conclusion générale & perspectives ..................................................................................... 68 Bibliographie et Netographie ................................................................................................ 70 Annexe................................................................................................................................... 71
  • 7. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira Liste des Figures Figure 1. 1: Vue externe de la Société ............................................. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 2:Vue externe de la centrale d'oxygéné.............................. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 3: Colonne de ruissellement.............................................. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 4: Ballon d'oxygène et d'azote........................................... Error! Bookmark not defined. Figure 1. 5: tableau de contrôle et commande .................................. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 6: Déroulement du fonctionnement dans la centrale d’oxygèneError! Bookmark not defined. Figure 1. 7: Schéma synoptique de l'installation de production de O2. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 8: Turbocompresseur d'air DEMAG.................................. Error! Bookmark not defined. Figure 1. 9: Compresseur d'oxygène SULZER I............................... Error! Bookmark not defined. Figure 1. 10: Compresseur d'oxygène PC3...................................... Error! Bookmark not defined. Figure 1. 11:Schéma synoptique du système de remplissage des bouteilles par l’O2 comprimé à 150 bars par le compresseur PC3........................................................... Error! Bookmark not defined. Figure 1. 12: Compresseurs d'azote BURKHARD I.......................... Error! Bookmark not defined. Figure 1. 13: Caractéristiques d’aspiration et de refoulement des produitsError! Bookmark not defined. Figure 1. 14: Evolution de la température et de la pression au cour de procédé de production..... Error! Bookmark not defined. Figure 2. 1: L’armoire HIMA (a) et une carte électronique (b) ........................................................18 Figure 2. 2 : PT100 de type RA 1834 ............................................................................................19 Figure 2. 3 : Débitmètre................................................................................................................19 Figure 2. 4: Pressostats.................................................................................................................20 Figure 2. 5 : Transmettre de pression.............................................................................................20 Figure 2. 6 : Principe mesure de niveau par flotteur........................................................................21 Figure 2. 7: Principe mesure de niveau par plongeur.......................................................................21 Figure 2. 8: L'accéléromètre .........................................................................................................21 Figure 3. 1 : Le schéma de la bête à corne ............................................................................... 34 Figure 3. 2 : Modèle fonctionnel A-0 du système d'alarme et de sécurités. ............................ 35 Figure 3. 3 : Modèle fonctionnel A0 ........................................................................................ 36 Figure 3. 4 : Analyse fonctionnelle interne.............................................................................. 37
  • 8. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira Figure 3. 5: L’organigramme du système d'alarme et sécurité ................................................ 38 Figure 3. 6 : Logigramme de fonctionnement du klaxon......................................................... 39 Figure 3. 7 : Grafcet de fonctionnement du klaxon.................................................................. 40 Figure 3. 8 : Logigramme de fonctionnement d’un voyant pour une entrée TOR................... 40 Figure 3. 9 : Grafcet de fonctionnement du voyant.................................................................. 41 Figure 3. 10 : Configuration de l'API S7-300 .......................................................................... 42 Figure 3. 11: Configuration hardware du projet step7 de la centrale d’oxygène ..................... 43 Figure 3. 12 : Les blocs utilisés................................................................................................ 44 Figure 3. 13 : Les blocs du programme de la centrale d’oxygène ........................................... 44 Figure 3. 14 : Structure du programme .................................................................................... 45 Figure 3. 15: Mise en échelle de la valeur analogique ............................................................. 45 Figure 3. 16 : Absence de défaut (klaxon et voyant désactivés) .............................................. 47 Figure 3. 17: Comportement du Fonction FC1 à l’état de repos.............................................. 48 Figure 3. 18 : Présence d’un défaut (dépassement de seuil de température 105°C) ................ 49 Figure 3. 19: Klaxon activé -et voyant clignote....................................................................... 49 Figure 3. 20: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut non acquitté ................ 50 Figure 3. 21 : Klaxon désactivé et voyant allumé en permanence.......................................... 51 Figure 3. 22: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut acquitté ....................... 51 Figure 3. 23 : Exemple de sécurité d’un équipement............................................................... 52 Figure 3. 24 : Arrêt du compresseur DEMAG suite à un arrêt d'urgence ................................ 53 Figure 3. 25: Nombre de voyant utilisé.................................................................................... 53 Figure 3. 26 : Simulation de test des voyants........................................................................... 54 Liste des Tableaux Tableau 2. 1: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour DEMAG (200) ...................................................................................................................................................23
  • 9. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Projet de Fin d'Etudes Zaghdoudi Amira Tableau 2. 2: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour PC3 (300) ....23 Tableau 2. 3: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER III (500)...........................................................................................................................................24 Tableau 2. 4: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER I (400) ...................................................................................................................................................24 Tableau 2. 5: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour Burckhardt 2 (700)...........................................................................................................................................25 Tableau 2. 6: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté té pour Burckhardt 1 (600)...........................................................................................................................................25 Tableau 2. 7: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour la colonne de ruissellement ...............................................................................................................................25 Tableau 2. 8: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté la colonne de rectification .................................................................................................................................26
  • 10. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Introduction générale Projet de Fin d'Etudes 1 Zaghdoudi Amira Introduction générale La sécurité industrielle est une partie intégrante et indissociable de la commande, telle qu’on ne peut pas envisager une installation industrielle sans une solution qui assure la sécurité. En effet, la sécurité non seulement évite les incidents dans le domaine de production de l’air comprimé et de ses dérivés qui pourraient provoquer des dégâts matériels et humains, mais aussi assure la continuité de la production, et ainsi elle assure la survie de l’installation. Aujourd’hui, un autre défi relevé, il s’agit de l’automatisation et de la supervision des processus en utilisant des systèmes intelligents. Ces derniers fournissent à l’utilisateur une aide dans la gestion de ses tâches d’exploitation dans le but d’augmenter la fiabilité et la sûreté de fonctionnement des processus. Plusieurs solutions ont été développées pour vérifier l’état des installations industrielles en temps réel et pour pouvoir s'informer plus rapidement de tout défaut et de tout incident. Grâce à ces solutions, les délais d’interventions sont fortement réduits sans que les exploitants de l’installation soient affectés.et les anomalies peuvent être ainsi prises en main. Dans ce contexte vient s'inscrire notre projet de fin d'études dont l'objectif est de réaliser un système d'automatisation et de supervision des circuits d'alarme et de sécurité de certains des équipements de la centrale d'oxygène au sein de la Société Tunisienne de Sidérurgie EL FOULEDH. Ce système permettra d’automatiser, superviser et de contrôler l’installation et la bonne marche des équipements. Le fruit de notre travail est présenté dans ce rapport qui est organisé comme suit: Le premier chapitre sera consacré à la présentation de l’organisme d’accueil et le cadre général du projet. Dans le deuxième chapitre, on exposera une étude de l’existant suivie de critiques qui ont menus à ce projet. Le troisième chapitre intitulé a pour objectif la présentation de l’étude théorique de la solution d’automatisation adoptée pour ce travail, sa conception et son principe de fonctionnement. Puis la description de l’environnement de travail ainsi que les outils logiciels que nous allons utiliser pour la réalisation de notre projet. Il illustre aussi le travail réalisé et quelques tests.
  • 11. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Introduction générale Projet de Fin d'Etudes 2 Zaghdoudi Amira Le quatrième chapitre illustre la supervision en temps réel de notre système de sécurité pour obtenir notamment les alarmes correspondantes aux défauts des différents équipements et le suivi continu des variables processus, avec quelques vues du programme lors de sa simulation. Cadre général du projet Les systèmes de sécurité industrielle jouent un rôle capital dans le succès des organismes de production en assurant une exploitation efficiente et une gestion efficace de différentes ressources qui sont exposés à des pannes, à des baisses de performance et à d’autres problèmes opérationnels. En effet, les installations industrielles deviennent de plus en plus complexes, la surveillance, la localisation des problèmes ainsi que la sécurité deviennent de plus en plus ardues pour les responsables et les opérateurs qui doivent connaître à tout moment l’état de chaque équipement dans l’installation pour une très grande réactivité. C’est pourquoi les concepteurs ont recours à une technique de contrôle et de suivi, c’est à dire à nos jours « l’automatisation et la supervision». Dans ce contexte s’introduit notre PFE qui consiste à mettre en place un système automatisé d’alarmes et de sécurité avec supervision, des compresseurs ainsi que certains équipements de la centrale d’oxygène pour le client « EL FOULADH » afin d’être prévenu en cas d’incident ou de défaut.
  • 12. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 3 Zaghdoudi Amira Chapitre 1: Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Chapitre1: Entreprise d’accueilet Centrale d'Oxygène
  • 13. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 4 Zaghdoudi Amira I. Introduction Dans ce chapitre, nous allons présenter, en premier lieu, une brève historique de la Société tunisienne de sidérurgie ELFOULADH situé à Menzel Bourguiba. En deuxième lieu, nous décrivons ses principales activités, ainsi que ses différents secteurs. Ensuite, nous allons s'intéresser à la présentation de la Centrale d'Oxygène, son procédé de fonctionnement ainsi que ses différents composants d'installations. Enfin, une petite conclusion clôtura ce chapitre. II. Présentation de la société ELFOULADH est une Société Tunisienne de sidérurgie. L'usine est située dans la ville de Menzel Bourguiba (gouvernorat de Bizerte). Sa vue externe est représentée dans la figure (1.1). Elle a été créée le 23 juillet 1962 et la production a démarré au mois de novembre 1965. Actuellement elle emploie environ 1500 personnes. Il s’agit d’une Société anonyme à caractère industrielle et commerciale soumise à la tutelle du ministère de l’industrie. L’investissement total pour la construction et les frais du premier établissement de la Société ELFOULEDH au 31 décembre 1966 se sont élevés à 24.500.000 DT. La participation directe de l’état tunisien est 96.73% de son capital détenu par des organismes bancaires [1]. Figure 1. 1: Vue externe de la Société II.1 Mission La Société Tunisienne de sidérurgie ELFOULADH a été conçue pour satisfaire le marché local sur la base de 120.000 tonnes de produit fini, dont 85% au moins sous forme de
  • 14. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 5 Zaghdoudi Amira ronds à béton. Actuellement, compte tenu des changements qui s’opèrent dans son environnement socio-économique, ELFOULEDH a pour mission de satisfaire sa clientèle en qualité en respectant les délais pour les produits qu’elle a choisis de fabriquer et commercialiser [1]. II.2 Activités ELFOULEDH est une usine intégrée qui se base dans sa production des produits suivants de la ferraille:  Biellettes d’acier à partir de la ferraille,  Produits laminés longs (rond à béton, fer marchand),  Produits tréfilés,  Structures métalliques galvanisées à chaud Elle comprend les installations suivantes :  Une aciérie avec deux fours électriques de 20T avec une capacité de production annuelle de 120.000 T d'acier.  Une coulée continue composée de trois machines à deux lignes.  Laminoir combiné pour section ronde et fer marchand d'une capacité de 130.000 T/an et un laminoir à fils de 75.000 T/an.  Une Tréfilerie de 25.000 T/an.  Un atelier pour structures métalliques de 10.000 T/an [1]. II.3 Différentes directions de l’usine L'usine est structurée de telle façon que chaque phase de production est régie par une direction. Les directions qui gèrent les étapes de production sont :  Direction Exploitation Aciérie.  Direction Exploitation Laminoirs.  Direction Exploitation Tréfilés et Structure Métallique.  Direction Logistique Transport et Maintenance Commune.  Direction Etudes Sécurité Qualité et Environnement [1]. En plus de ces directions, il existe d'autres directions qui participent de façon indirecte dans la production, à savoir :  Direction Commerciale.
  • 15. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 6 Zaghdoudi Amira  Direction Centrale Administratives et Financières  Direction Juridique Assurance Patrimoine et Archive.  Direction Financière et Comptable.  Direction Ressources Humaines [1]. Dans ce qui suit, nous envisageons de détailler la présentation de la centrale d’oxygène qui est en rapport direct avec le sujet traité durant notre stage. III. Centrale d'oxygène La Centrale d’Oxygène, dans laquelle j’ai effectué mon stage fin d’étude, est considérée comme un système de production suite à la séparation des mélanges gazeux provenant de l'air à savoir l'oxygène et l'azote. L’oxygène produit avec une pureté de 99,7% pour un débit de 3600 Nm3/h, est utilisé pour les opérations de soudure, pour la coupure des barres de fer et pour la concentration de la flamme des fours. L’azote, quant à lui est produit avec une pureté de 99% pour un débit de 20 Nm3/h, est utilisé pour l’opération de barbotage et de balayage comme il s’agit d’un gaz neutre. Ainsi, la centrale d'oxygène est considérée comme le cœur de toute la Société car elle génère le travail des autres départements [1]. III.1 Base Théorique III.1.1La composition de l'atmosphère La composition chimique de l'atmosphère comprend pour l'essentiel, de l'azote (78%), de l'oxygène (21%), des gaz rares (Argon, Néon, Hélium...) et dans les basses couches, de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Les constituants de l'air atmosphérique peuvent être classés en deux catégories :  les constituants comme l'azote, l’oxygène et les gaz rares, dont la concentration est constante, dans les basses couches de l'atmosphère.  les constituants dont la teneur varie dans l'atmosphère, tels que le dioxyde de carbone et surtout la vapeur d'eau. III.1.2Liquéfaction de l'air L'air est formé de différents gaz qui finissent par passer à l'état liquide, puis à l'état solide après un refroidissement assez suffisant.  L'oxygène devient solide à la température de −218 °C,
  • 16. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 7 Zaghdoudi Amira  L'azote se liquéfie à −195 °C. À la température de −270 °C, tous les gaz sauf l'hélium sont alors solides et on obtient de "l'air congelé". L'air ne peut pas être liquéfié sans avoir connues les pressions et températures critiques qui marquent les limites théoriques au-delà desquelles un composé ne peut exister qu'à l'état gazeux. L'air étant un mélange, ces valeurs n'ont pas de sens strict, mais, à une température supérieure à −140 °C, l'air n'est plus liquéfiable. III.2 Eléments constituant la centrale d’oxygène La centrale d'oxygène est composée principalement d 'une salle de commande, une chambre des filtres, un turbocompresseur d’air, une colonne de ruissellement et une de rectification, trois compresseurs d’oxygène, deux compresseurs d’azote, deux ballons de stockage d’oxygène, un ballon de stockage d’azote et une salle de bouteille d’oxygène. La figure ci-dessous nous montre une vue externe de la centrale. Figure 1. 2:Vue externe de la centrale d'oxygéné Dans les deux figures suivantes on montre la colonne de ruissellement dans laquelle s'effectue le rinçage de l'air comprimé, en face d’elle la colonne de rectification et les deux ballons de stockage de produits.
  • 17. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 8 Zaghdoudi Amira Figure 1. 3: Colonne de ruissellement Figure 1. 4: Ballon d'oxygène et d'azote III.2.1 Salle de commande La salle de commande contient un tableau de contrôle qui décrit avec un grand schéma synoptique réalisé sur ce dernier le cycle de l’installation et donne une idée claire sur plusieurs paramètres tel que :  Mise en marche et l’arrêt des mécanismes de l’installation.  Les différentes températures de l’oxygène et de l’azote dans les compresseurs et la colonne de rectification.  Les pressions des gaz à l’entrée et à la sortie des compresseurs (DEMAG, PC3) et dans les colonnes (colonne de rectification et colonne de ruissellement).  Le débit de l’air aspiré de l’atmosphère à l’entrée de l’installation.  Le débit d’oxygène et d’azote produits par l’installation.  La pureté de l’oxygène et de l’azote gazeux.
  • 18. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 9 Zaghdoudi Amira Figure 1. 5: tableau de contrôle et commande III.2.2 Les composants de l’installation L’installation de la Centrale à Oxygène d’EL FOULADH se compose des éléments principaux à savoir, un filtre à air symbolisé par AF, un turbocompresseur d‘air (TC), un compresseur de O2 et de N2, un réfrigérant supplémentaire (AC), une colonne de refroidissement (SC). On trouve aussi des échangeurs de chaleur (Reversing exchangers: R), une colonne de rectification, un condenseur (K2), un sous refroidisseur (E2) et des liquéfacteurs (E1 et E3). III.3 Déroulementde fonctionnement dans la centrale d’oxygène La tâche réalisée par la centrale d'oxygène consiste à extraire l’azote et l’oxygène avec les critères demandés de l'air ambiant (voir figure 1.6). En premier lieu, l'air est aspiré de l'atmosphère à travers un filtre par un compresseur quadri-étagé qui le comprime à une pression de 6 bars à une température de 40°C. Ensuite, l'air comprimé est refroidi, par un réfrigérant, pour atteindre une température de 25°C en passant par une colonne de ruissellement. En deuxième lieu, une élimination de l’humidité (H2O) dans l’échangeur à chaud de l’air comprimé est faite et suite à un échange thermique avec l’azote de balayage, l'air comprimé subit une sublimation qui permet son passage de l’état solide (glace d’eau) a l’état de vapeur directement afin d’éviter le risque de bouchage des appareils (plateaux perforés de la colonne) par la glace d’eau. Par la même procédure, l'élimination du gaz carbonique (CO2) dans l’échangeur à froid est accomplie car le dioxyde de carbone aussi change d’état à une très basse température (-50°C) et prend la forme du neige qui peut boucher les mêmes appareils.
  • 19. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 10 Zaghdoudi Amira En troisième lieu, l'air sera refroidi jusqu’à presque la température de liquéfaction (T< −140 °). La liquéfaction se fait dans le liquéfacteur et dans le condenseur. Ensuite, le fractionnement de l’air en oxygène et azote est fait dans une colonne de rectification. Au cours de cette dernière opération, l'air est refroidit jusqu'à ce qu'il atteint la température de liquéfaction. Par la suite, il sera acheminé au bas de la colonne de fractionnement séparée en deux par un condenseur. La partie basse (haute pression) se trouve à une pression de 6 bars et la partie haute (basse pression) à une pression de 0,6 bar. Dans la première partie, on injecte de l'air à une pression de 6 bars, on récupère un liquide riche en oxygène au fond de la colonne et un gaz riche en azote qui passe vers le haut à travers les plaques perforées. Finalement, une élimination des impuretés dangereuses à savoir les hydrocarbures et surtout l’acétylène (C2H2) est réalisée. Le pourcentage des impuretés dans l’oxygène liquide ne doit jamais dépasser 0.1ppm car sinon ils peuvent provoquer en tout moment une explosion. RQ : La production du froid est une étape nécessaire afin de compenser les diverses pertes résultant de la conductivité des enveloppes et de l’écart de température aux extrémités chaudes des échangeurs. Figure 1. 6: Déroulement du fonctionnement dans la centrale d’oxygène N Compression Compression de l’air Refroidissement de l’air à la température Elimination de l’humidité et de CO2 de l’air Fractionnem ent de l’air Refroidissem ent de l’air à la T° de liquéfaction O Air Ambiant STOCKAGE Compression STOCKAGE
  • 20. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 11 Zaghdoudi Amira Figure 1. 7: Schéma synoptique de l'installation de production de O2 III.4 Etude des compresseurs Différents types de compresseurs interviennent soit dans le système de compression de l'air atmosphérique, soit dans le système de compression des produits (O2, N2). L'étude de ces compresseurs permet de déterminer les signaux à considérer dans la réalisation du système d'automatisation et de supervision. Ils vont nous aider aussi à fixer les seuils d’alarmes et de sécurités. En plus, il est important de connaître les conditions de fonctionnement normales de ces compresseurs qui influent directement sur la sécurité de l’opérateur et de l'installation. III.4.1 Compresseur d’air Le compresseur d’air DEMAG (voir figure 1.8) est responsable de la compression de l’air atmosphérique aspirée. Il est composé de 4 étages assurant chacun l’aspiration, le refoulement et le refroidissement de l’air suite à une augmentation de la pression (6 bars) et de la température.
  • 21. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 12 Zaghdoudi Amira Figure 1. 8: Turbocompresseur d'air DEMAG Les caractéristiques techniques du compresseur d'air DEMAG sont données en annexe. III.4.2 Compresseurs d’oxygènes Les trois compresseurs d'oxygènes sont des compresseurs à trois étages et à piston dont deux compresseurs de type SULZER I et III sont responsables de la compression de l’oxygène à la pression de 30 bars qui sera ainsi stocké dans un ballon (voir la figure 1.9). Le compresseur PC3 comme le montre la figure 1.10, assure la compression de l’oxygène qui sera stocké par la suite dans des bouteilles. Il fonctionne avec un débit de 200 m3/h avec une pression de refoulement de 150 bars. Figure 1. 9: Compresseur d'oxygène SULZER I
  • 22. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 13 Zaghdoudi Amira Figure 1. 10: Compresseur d'oxygène PC3 Le principe de remplissage des bouteilles par l'O2 comprimé à 150 bars par le compresseur PC3 est donné par le schéma synoptique ci-contre: Figure 1. 11:Schéma synoptique du système de remplissage des bouteilles par l’O2 comprimé à 150 bars par le compresseur PC3 III.4.3 Compresseurs d’azote Deux Compresseurs d’azote de marque Burkhard I et II sont utilisés pour la compression de l’azote jusqu’à une pression de 30 bars afin de le stocker dans un ballon. Figure 1. 12: Compresseurs d'azote BURKHARD I
  • 23. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 14 Zaghdoudi Amira Il est à noter que le compresseur BURKHARD I est composé d'éléments mécaniques qui nécessitent une lubrification. Qui risque de provoquer un passage d'huile à l'air, pour cela un séparateur d'huile est inséré (voir la figure 1.12). Mais ce brassage entre l'huile et le produit n'est permis que dans le cas d'azote, il est strictement interdit dans le cas d'oxygène, si non une explosion aura lieu. Les différentes caractéristiques d’aspiration et de refoulement pour chaque groupe de compresseurs sont représentées sur le schéma ci-après. Figure 1. 13: Caractéristiques d’aspiration et de refoulement des produits Sur la figure ci-dessous, on montre l'évolution de la température et de la pression de l'air lors de son passage d'un équipement à un autre dans toute l'installation. Figure 1. 14: Evolution de la température et de la pression au cour de procédé de production
  • 24. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 15 Zaghdoudi Amira IV. Conclusion Comme une première tâche a réalisée dans notre projet de fin d'études était le collecte des informations sur l'entreprise d'ELFOULEDH à savoir l'activité gérer par cette organisation et les différentes directions. Ensuite, on s'est intéressé à la présentation de la centrale d'oxygène qui est l'objet du travail élaboré dans ce projet. Dans le chapitre suivant, on va présenter le système existant à automatiser et la solution proposée.
  • 25. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre1 : Entreprise d’accueil et Centrale d'Oxygène Projet de Fin d'Etudes 16 Zaghdoudi Amira Chapitre 2: Etude du système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
  • 26. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 17 Zaghdoudi Amira Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène I. Introduction Pour pouvoir dégager la problématique relative au fonctionnement et à la sécurité, il était nécessaire de bien comprendre le système d’alarme et de sécurité existant dans la centrale d'oxygène afin de déchiffrer les inconvénients et les problèmes qu'ils entraînent afin de pouvoir aboutir à une amélioration. Tout ceci fait l'objet de ce deuxième chapitre dans lequel, on va présenter une étude détaillée sur le système de sécurité existant dans la centrale d'oxygène. Puis, on va exposer les différentes problèmes et handicaps de ce système. Ensuite, suite à une étude faite afin d'améliorer les systèmes de sécurité, on va présenter la solution proposée. On achèvera ce chapitre par des conclusions. II. Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Une partie de suivi quotidien du fonctionnement de la production d'azote et d'oxygène dans la centrale d'oxygène est assuré par un opérateur. En effet, chaque heure, l'opérateur fait un tour dans toute l'installation pour relever l’état des différents capteurs décrivant l’état de fonctionnement des différents équipements dans un classeur de relève. S’il remarque qu'un signal (pression, température, débit…) est dans un état anormale il informe son superviseur pour l'intervention. En plus, au sein de la centrale d'oxygène, il existe une ancienne armoire électrique de la maison HIMA, qui assure le contrôle instantané des conditions de fonctionnement du turbocompresseur DEMAG, de compresseur d’oxygène PC3, de la colonne de ruissellement et de la colonne de rectification (voir chapitre précèdent). Cette armoire reçoit uniquement des signaux logiques (TOR) provenant des différents capteurs, et les traites avec des cartes électroniques distribués sur 4 étages. Chaque étage comprend environ 10 cartes, dont leur rôle est de détecter généralement les changements d’état des signaux entrants et donc constater les disfonctionnements possible. L'armoire HIMA possède aussi une partie puissance qui gère plusieurs niveaux de tension (24Vcc, 48Vcc, 110Vac, 220Vac…) nécessaires pour l'alimentation des différents composants comme les relais de sécurité, les contacteurs, les capteurs et les disjoncteurs. L’armoire HIMA
  • 27. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 18 Zaghdoudi Amira comporte 3 lignes de borniers ; une ligne L1 des entrées, une ligne L2 des sorties et une ligne L3 des sorties de sécurité. Les câbles des signaux entrants des différents capteurs distribués sur les différents équipements dans l'installation sont organisés dans la barrette L1. Selon le type de défaut présent à l’entrée, on aura comme sortie à travers L2 un clignotement du voyant de défaut concerné et une alarme sonore. La barrette L3 permet un passage organisé des câbles assurant la sécurité de notre installation dans le cas d’un défaut bloquant, par un arrêt d'urgence des équipements. (a) (b) Figure 2. 1: L’armoire HIMA (a) et une carte électronique (b) III. Les capteurs utilisés Le suivi et la sécurité de l’installation sont assurés par l’armoire HIMA qui reçoit les signaux provenant des différents capteurs, elle permet à tout instant, de vérifier le fonctionnement normal de l'installation étudiée et en cas de défaillance, de déclencher l'alarme correspondante au défaut et, si nécessaire, l’arrêt de l’équipement concerné. Les capteurs sont classés selon la grandeur mesurée ou selon le type de l’information délivrée. En effet, en fonction de la grandeur mesurée, le capteur est dit de position, de température, de vitesse, de pression, etc.
  • 28. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 19 Zaghdoudi Amira De même, en fonction de type de l'information délivrée, le capteur est dit logique, appelé aussi capteur tout ou rien (TOR), ou analogique. Dans ce qui suit, nous allons présenter les capteurs nécessaires pour l’acquisition des données relatives au processus de l’installation de production de l'oxygène. III.1 Les sondes PT100 La sonde PT100 est un capteur de température, ce capteur est constitué d’une résistance en Platine. La valeur initiale du PT100 est de 100 Ohms qui correspond à une température de 0°C. Ce capteur est branché souvent au compresseurs après chaque étage, côté refoulement et donne un signal analogique (4-20 mA). Figure 2. 2 : PT100 de type RA 1834 III.2 Débitmètre "Tube de Venturi" Le débit est habituellement mesuré par déduction, en mesurant la vitesse moyenne d’un fluide à travers une section connue. Le Tube de Venturi, est le capteur de débit le mieux adapté pour l’installation de la centrale d'oxygène, les mesures de pression différentielle sont converties en débit volumique en utilisant ce débitmètre [5]. Figure 2. 3 : Débitmètre Ce capteur, donnant un signal analogique (4-20 mA), est relié à un système de limitation permettant d’envoyer un signal TOR au système de gestion de la sécurité suivant un seuil donné par le fabriquant ou par l’opérateur s’il a le droit de le régler.
  • 29. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 20 Zaghdoudi Amira III.3 Capteurs de pression III.3.1 Pressostat Le pressostat permet d'établir un contact électrique lorsque la pression tombe en dessous d'un certain seuil ou le dépasse. Le cœur du pressostat est un manocontact qui s'ouvre ou se ferme selon la valeur de la pression. C'est en "appuyant" sur un ressort que la pression commande le contact. En standard, une tige filetée applique une précontrainte au ressort. Un réglage est prévu, qui permet d'ajuster les valeurs de pression à l'application envisagée [4].  L'entrée du pressostat est une pression et sa sortie est une valeur logique Tout Ou Rien. Figure 2. 4: Pressostats III.3.2 Transmetteur de pression Un transmetteur de pression a pour fonction de mesurer la pression et de la transmettre à un régulateur, ou à un afficheur, ou à un enregistreur ou encore à un module d’entrées d’un automate programmable industriel. Cet appareil permet de mesurer la pression d'un fluide et de transformer la valeur de mesure en un signal de sortie analogique électrique qui est un courant continu variant de 4 à 20 mA. Figure 2. 5 : Transmettre de pression
  • 30. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 21 Zaghdoudi Amira III.4 Capteurs de niveau III.4.1 Flotteur Le flotteur se maintient à la surface d’un liquide. II est solidaire d'un capteur de position qui délivre un signal électrique correspondant au niveau. Sa position est peu dépendante de la masse volumique de liquide [6]. Figure 2. 6 : Principe mesure de niveau par flotteur III.4.2 Plongeur Le plongeur est un cylindre immergé dont la hauteur est au moins égale à la hauteur maximale du liquide dans le réservoir. Il est suspendu à un capteur dynamométrique qui se trouve soumis à une force F (le poids apparent) en fonction de la hauteur L du liquide [6]. Ces deux capteurs donnent un signal logique, (TOR) au système de gestion de la sécurité. Figure 2. 7: Principe mesure de niveau par plongeur III.5 Les accéléromètres L'accéléromètre est un capteur de vibration qui donne un signal analogique. Un système de limitation permet de le convertir en un signal logique (TOR) qui sera envoyé à notre système suivant un seuil donné par le fabriquant. Figure 2. 8: L'accéléromètre
  • 31. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 22 Zaghdoudi Amira Dans ce qui suit on va présenter les positions des capteurs et les seuils d'alarmes et/ou de sécurités de chaque mesurande relatifs à chacun des équipements de la centrale d'oxygène et qui sont câblés à l'armoire HIMA. IV. Seuils d'alarmes et/ou de sécurités Chaque équipement de la centrale d'oxygène possède deux niveaux de protection selon le seuil atteint : - Seuil d’alarme (Max, Min) : un niveau de signalisation de défaillance. - Seuil de sécurité (Max Max, Min Min): un niveau d'arrêt d'urgence, cet arrêt ne suit pas les mêmes étapes que pour l'arrêt normal. Lorsque le premier niveau de protection est atteint, un signal d’alarme relatif à la source de défaut est activé pour informer l’opérateur de la centrale d'oxygène de la présence d’une défaillance du système. Suite au déclenchement de l’alarme et à la détection de la défaillance, il intervient sur le système pour y dépanner. En cas ou la défaillance est grave, il y a un très grand risque de destruction des équipements, l’intervention doit être rapide, dans ce cas la sécurité intervient pour arrêter instantanément le compresseur. Pour minimiser le coût pouvant être induit par l’intégration d’un outil numérique, on a envisagé d’exploiter au maximum les ressources d’acquisition existante et de les adapter à cet outil. En effet, une étude préalable a été réalisée pour déterminer les valeurs seuils d'alarmes et de sécurités de chaque mesurande pour tous les équipements de centrale d'oxygène. Ceci sera ensuite utilisé pour l'automatisation du système d'alarmes et de sécurités. En ce qui concerne le turbocompresseur d'air DEMAG, les valeurs seuils d'alarmes et de sécurités de chaque mesurande correspondante à un capteur bien défini sont données sur le tableau suivant:
  • 32. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 23 Zaghdoudi Amira Tableau 2. 1: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour DEMAG (200) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Température Air Sortie avant réfrigèrent 4éme étage TAS 216 Max (104 °C) Le contact s’ouvre Huile Palier 1ére étage TAS 218 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Palier 2ére étage TAS 219 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Palier 3ére étage TAS 220 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Palier 4ére étage TAS 221 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Palier à pignon TAS 222 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Palier à pignon TAS 223 Max (70 °C) Le contact s’ouvre Max Max (80 °C) Le contact s’ouvre Huile après réfrigèrent TA 201 Max (40 °C) Le contact s’ouvre Pression Huile Entrée réfrigèrent PS 202 Min (2,7 bar) Le contact s’ouvre Min Min(0 bar) Le contact s’ouvre Eau Sortie réfrigèrent PS 201 Min (1 bar) Le contact s’ouvre Débit Eau Entré réfrigèrent FIA 8 Min (40 m3/h) Le contact s’ouvre Vibration Pignon étage 1-2 SHIAS 201 Détection jeu l’latérale Pignon étage 2-3 SHIAS 202 Roue denté turbine SHIAS 203 Détection jeu l’latérale Les valeurs seuils d'alarmes et de sécurités de chaque capteur monté sur le compresseur PC3 sont présentées sur le tableau ci-dessous: Tableau 2. 2: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour PC3 (300) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Pression O2 aspiration 1ére étage Ps 337 Min (0,14 bar) Le contact s’ouvre Min Min (0,02 bar) LE contact s’ouvre Refoulement 1éme étage PS 338 Min (4 bar) Max (7 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 2éme étage PS 339 Min (24 bar) Max (40 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 3éme étage PS 340 Max Max (140 bar) Le contact s’ouvre Max Max (140 bar) Le contact s’ouvre Huile 1ére étage refoulement Ps 370 Max (6 bar) Le contact s’ouvre Sortie pompe PS 372 MinMin (1,4 bar) Le contact s’ouvre Min Min (1 bar) LE contact s’ouvre Eau distillée 2éme étage refoulement PS 371 Max (24 bar) Le contact s’ouvre 3éme étage refoulement PA 39 Max (14 bar) Le contact s’ouvre Débit Eau distillée Réfrigèrent piston FAS 319 Min (selon le régulateur) Le contact s’ouvre Réfrigèrent O2 FAS321 Min (2 m3/h) Max 2,2 (m3/h)
  • 33. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 24 Zaghdoudi Amira Les tableaux (2.3 et 2.4) ci-contre présentent les différents seuils d'alarmes et de sécurités de chaque mesurande du compresseur d'oxygène SULZER III et I: Tableau 2. 3: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER III (500) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Température O2 Refoulement 1ér étage TAS 500 Max (144 °C) Le contact s’ouvre Max Max (164 °C) Le contact s’ouvre Refoulement 2émeétage TAS 501 Max (180 °C) Le contact s’ouvre Max Max (190 °C) Le contact s’ouvre Refoulement 3émeétage TAS 502 Max (160 °C) Le contact s’ouvre Max Max (170 °C) Le contact s’ouvre Pression O2 Aspiration 1ér étage PA 500 Min (0,14 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 3émeétage PAS 501 Max (30 bar) Le contact s’ouvre Max Max (34 bar) Le contact s’ouvre Huile Sortie pompe PAS 502 Max (20 bar) Le contact s’ouvre MinMin (3 bar) Le contact s’ouvre Débit Eau réfrigérant Entré sulzer3 DA 500 Min (30 m3/h) Le contact s’ouvre Tableau 2. 4: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour SULZER I (400) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Température O2 Refoulement 1ére étage TAS 400 Max (140 °C) Le contact s’ouvre MaxMax (160 °C) Le contact s’ouvre Refoulement 2éme étage TAS 401 Max (160 °C) Le contact s’ouvre Max Max (174 °C) Le contact s’ouvre Refoulement 3éme étage TAS 402 Max (164 °C) Le contact s’ouvre Max Max (174 °C) Le contact s’ouvre Pression O2 Aspiration 1ér étage PA 400 Min (0 ,8 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 3éme étage PAS 401 Max Max (30 bar) Le contact s’ouvre Max Max (30 bar) Le contact s’ouvre eau Eau refroidissement PAS 402 MinMin (0 ,8 bar) Le contact s’ouvre MinMin (0 ,8 bar) Le contact s’ouvre Les seuils d'alarmes et de sécurités des différents capteurs montées sur les compresseurs d'azote Burkhardt 1 et 2 sont donnés sur les tableaux 2.5 et 2.6 suivants:
  • 34. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 25 Zaghdoudi Amira Tableau 2. 5: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour Burckhardt 2 (700) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Pression N2 Aspiration 1ére étage PA 700 Min Min (0.2 bar) Le contact s’ouvre MinMin (0.2 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 1ére étage PA 701 Max (2,4 bar) Le contact s’ouvre Refoulement 2éme étage PA 702 Max (6 bar) Le contact s’ouvre Refoulement final PA 703 MaxMax (30 bar) Le contact s’ouvre Max Max (30 bar) Le contact s’ouvre Huile Lubrification vilebrequin Pompe à huile PA 704 Min Min (4,6 bar) Le contact s’ouvre MinMin (4,6 bar) Le contact s’ouvre Tableau 2. 6: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté té pour Burckhardt 1 (600) Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Température N2 Refoulement 1er étage TA 600 Max (60 °C) Le contact S'ouvre Max Max (60 °C) Le contact S'ouvre Refoulement 2eme étage TA 601 Max (44 °C) Le contact S'ouvre Eau de refroidissement Sortie pompe TA 602 Max (37 °C) Le contact S'ouvre Max Max (37 °C) Le contact S'ouvre Pression N2 Aspiration 1er étage PAS 600 Min Min (0,14 bar) Le contact S'ouvre MinMin (0,14 bar) Le contact S'ouvre Refoulement 1er étage PA 601 Max (6 bar) Le contact S'ouvre Refoulement 2eme étage PAS 602 MaxMax (30 bar) Le contact S'ouvre Max Max (30 bar) Le contact S'ouvre Huile lubrification vilebrequin Entré compresseur PA 603 MIN (1 bar) Max (2,8 bar) Le contact S'ouvre Débit Eau de refroidissement Sortie pompe DA 600 Max Le contact S'ouvre Pour la colonne de ruissellement, les capteurs de pression, l'indicateur de niveau et de débit possèdent des seuils d'alarmes et de sécurités représentés sur le tableau suivant: Tableau 2. 7: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté pour la colonne de ruissellement Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Pression air Air comprimé PIA 24 Min (2 bar) Le contact s’ouvre Mis à l’air PICR 30 Max (30 bar) Le contact s’ouvre Indicateur de niveau Eau Eau réfrigèrent LICA 3 Max (70 %) Le contact s’ouvre LAS 4 Max Le contact s’ouvre Max Max Le contact s’ouvre Débit Eau colonne de ruissellement FIA 8 Min (20 m3 /h) Le contact s’ouvre
  • 35. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 26 Zaghdoudi Amira Les capteurs montés sur la colonne de rectification sont de pression, un indicateur de niveau, de débit et de température. Les valeurs seuils déclenchant un signal d'alarme sont données sur le tableau ci-contre: Tableau 2. 8: Seuils d’alarmes et de sécurités relatives à chaque mesurande capté la colonne de rectification Mesurande Fluide Position de capteur Désignation Seuil d’alarme Seuil de sécurité Pression O2 O2 liquide dans la pompe PIA 16 Min (1 bar) Le contact s’ouvre O2 gazeux PRCA 31 Max (31 bar) Le contact s’ouvre Indicateur de niveau Liquide pur LRA 2 Min (66,9 %) Le contact s’ouvre Débit Sortie de la colonne FRAS 2 Min (1500 m3/h) Le contact s’ouvre température Etat gazeux TA4 Min (13 °C) Le contact s’ouvre V. Schéma électrique de l’armoire HIMA La connaissance du schéma électrique du système existant qui représente les cartes électronique, et les connexions qui les relient fonctionnellement avec les signaux entrants issus des capteurs et les sorties convenables permet de bien visualiser les éléments de l’installation électrique existante dans la centrale [1]. Le schéma électrique de l’armoire HIMA est disponible en annexe. VI. Critiques du système d'alarme et de sécurité existant De l'étude réalisée dans la section précédente, on a relevé les problèmes suivants: aucun outil de supervision des circuits d’alarmes et de sécurités n’est mis en place au sein de la centrale d’oxygène. un temps assez important est gaspillé lors du diagnostic des pannes ce qui influe sur la qualité du service et par conséquent le bon fonctionnement de l’installation. plus le nombre des équipements augmente plus les tâches effectuées par les opérateurs deviennent trop compliquées qu'ils n’arrivent pas à les assurer convenablement. Les opérateurs ne seront pas alertés en cas des problèmes de fonctionnements anormaux si les voyants ou le klaxon sont en pannes. Les paramètres de fonctionnement des équipements (pression, température…) sont fixés par des normes. Le non- respect ou la négligence de ces paramètres expose l'opérateur à des
  • 36. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 27 Zaghdoudi Amira dangers. De ce fait, on peut dire que les conditions de fonctionnement normal du compresseur influent directement sur la sécurité de l'utilisateur. Pour la partie de la centrale d'oxygène équipé par le système d'alarme et de sécurité, qui est basé sur les cartes électroniques, possède plusieurs imperfections et inconvénients à savoir:  Les cartes ne sont plus exploitables par aucun système informatique programmable, et donc on ne peut plus avoir, ni d’historique ni de gestion des défauts en cas de besoin d’une supervision, d’impression ou d’archives vu l’absence de toutes les informations analogiques.  Les cartes sont devenues défectueuse vue leur anciennetés.  Vieillissement et détérioration des composants montés sur les cartes à cause des multiples interventions de maintenance.  Les cartes sont devenues de plus en plus couteuses vue que leur fabrication est sur commande vu que la maison HIMA n'existe plus sur le marché.  Le diagnostic de panne est devenu plus difficile car il nécessite la connaissance parfaite de l'électricité générale et des fonctions électroniques usuelles qui constituent ces cartes électroniques pour pourvoir interpréter le rôle de chaque fonction et la réaction en cas de mauvais fonctionnement en analysant sont schéma bloc.  Le prix de la maintenance en dehors d’EL FOULED de ces cartes de commande est notamment élevé.  Les laboratoires électroniques spécialisés dans le contrôle des cartes électroniques sont en général équipés d’outils de test et d’analyse leurs permettant une détection rapide et fiable des composants défectueux sur les cartes, ce qui n'est pas le cas chez EL FOULEDH. Tous les inconvénients engendrés par le système d'alarme et de sécurité de l'installation de la centrale d'oxygène ont fait l'objet de mon projet de fin d'études. Le travail consiste à concevoir un autre système plus fiable pour l'automatisation et la supervision des circuits d'alarmes et de sécurités de l'installation au sein de la centrale d'oxygène. VII. Solutions envisageables Suite aux inconvénients que présentent le système d'alarme et de sécurité existant détaillé dans le paragraphe précédent, l’état actuel de l’installation impose une reconsidération des technologies et des mécanismes de contrôle et de sécurité.
  • 37. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 28 Zaghdoudi Amira Pour remédier aux problèmes déjà annoncées, il est nécessaire de prendre en considération le remplacement de ce système par un autre plus flexible, plus efficace et plus performant. En effet, toute solution proposée doit tenir en compte l'amélioration de la productivité avec le moindre cout, avoir une exploitation optimale des ressources pour des concepts d’installation plus sécurisés avec automatisation et supervision. La solution proposée doit assurer les fonctionnalités suivantes: - Relever les valeurs instantanées relatives à chaque paramètre contrôlé. - Comparer les valeurs relevées avec les valeurs seuils. - Effectuer l’action convenable dans le cas où la valeur instantanée dépasse sa valeur seuil. Plusieurs solutions sont ainsi envisageables, par exemple, il est possible de :  Faire une étude approfondie des cartes de sécurité pour pouvoir les reproduire à la demande dans les laboratoires de l’usine ou en dehors si c’est possible.  Réaliser une implémentation matérielle comme solution d’un système automatisé basé sur FPGA, DSP, ASIC...etc.  Remplacer les cartes sécurité par une technologie numérique.  Prévoir un système de suivi, de contrôle et de supervision de toute l’installation.  Avoir une interface graphique compréhensible pour l’interaction entre l’utilisateur et le système. VIII. Solution retenue Actuellement, presque la majorité des applications industrielles sont pilotées par un ou plusieurs automates programmables. En effet un Automate Programmable Industriel (API) est une machine électronique programmable destiné à piloter en ambiance industrielle en temps réel, des processus ou des parties opératives à partir des données entrantes via des modules spéciaux pour émettre des ordres de sorties en fonction d’un programme. Parmi les avantages qui nous ont encouragés pour remplacer les cartes électronique par une automate programmable c’est que :  L’API va nous faire gagner de la place utilisée dans l’armoire en diminuant le nombre des relais utilisés et minimiser le câblage interne
  • 38. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 29 Zaghdoudi Amira  La réalisation de toute modification souhaitable va être plus facile et sa récupération va être de même facile, il suffit de lire le programme pour constater les modifications effectuées. Certains logiciels permettent même de faire des comparaisons entre différentes version des programmes et indiquent précisément les différences.  La réalisation de nouvelles applications similaires à ceux déjà existants serait plus faisable et peu couteuse, il suffit de recopier le programme en question.  La maintenance serait aussi plus aisée, l'API par lui-même est relativement fiable et peut aider l'homme dans sa recherche de défauts (voyants, écrans de dialogue...) ainsi que la possibilité de prévoir une maintenance à distance (Internet) et la possibilité de communication avec l’extérieur (ordinateur, autre API). L’inconvénient majeur de cette solution est la diversité des marques et de modèles proposé par les fabricants, ce qui entraine une difficulté de choix de l’automate VIII.1 Critères de choix de l’automate Pour pouvoir prendre une décision concernant le choix du l’API comme solution pour notre problématique, il est nécessaire de définir ces critères de choix, à savoir  Nombre d'entrées / sorties : L’API doit être capable de gérer le nombre d'entrées / sorties imposés par le système.  La capacité, en Kilo Octets, de la mémoire qui stockera les différents programmes, la vitesse de traitement et les fonctions spéciales offertes par le processeur.  Les différentes technologies qui existent dans le marché.  Le coût, y compris celui des adaptations nécessaires.  Les performances du logiciel de programmation du point de vue rapidité et sécurité.  Les fonctions de communication : l’automate choisit doit pouvoir communiquer avec les autres systèmes de commande (API, HMI ...) et offrir des possibilités de communication avec des standards normalisés (Profibus ...).  Langage de programmation : les langages de programmation les plus connus utilisés sont le mode LIST, mode LADDER et le mode LOGIQUE En pratique, le choix de l’API peut être fait en s’appuyant uniquement sur les quatre premiers critères. En effet, les autres critères sont remplis par tous les constructeurs d’une façon analogue [3].
  • 39. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 30 Zaghdoudi Amira VIII.2 L’API choisit Après élaboration des entrées sorties dans le paragraphe précédent et tenant compte de la formation acquise dans les classes antérieures sur ce type d’automate, notre choix porte sur l’automate programmable industriel de gestion de procédé du fabricant Siemens pour plusieurs raisons. En effet l’API SIEMENS est un automate utilisant des langages de programmations de type LADDEER, ainsi les mises au point et les dépannages peuvent être assurés dans les meilleurs conditions puisque tout le personnel de la coopérative est très bien familiarisé avec la technologie à relais, elle offre un choix multiples de CPU adapté au besoin de l’utilisateur, la configuration et la programmation assurées avec le même atelier logiciel modulaire totalement intégré et son coût est moins élevé, La Société Siemens propose plusieurs gammes d’automates, on trouve la famille SIMATIC S7 qui englobe, l’automate S7-200, S7-300 et S7-400. L’automate S7-300 peut prendre en charge toutes besoins de notre étude y compris prendre en charge toutes les entrées/sorties de notre étude, elle dispose d’une gamme de modules complètes, tel que :  Le module unité centrale (CPU) dont certain est avec des entrées / sortie intégrées, des interfaces PROFIBUS-DP et Interface multipoint (MPI) intégrée qui servent pour le raccordement simultané de PC et de systèmes de dialogue opérateur HMI.  Les modules interfaces pour signaux (SM) pour les entrées et les sorties Logique et analogiques.  Le module de communication pour la connexion aux bus AS-Interface, PROFIBUS et industriel Ethernet. Parmi les autres caractéristiques de l’API S7 300 on peut citer ces caractéristiques matérielles à savoir :  La technique de montage simple qui confère à l’APIS7-300 une grande souplesse d’utilisation et une excellente convivialité.  Le remplacement et la fixation des modules sont faciles, ils sont simplement accrochés et encliquetés sur un profilé support.  La liaison entre les modules est assurée par des connecteurs de bus enfichés au dos des modules.  Pas d’emplacement imposé, les modules de signaux et de communications peuvent être enfiché sans aucune restriction.
  • 40. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 2: Etude du Système d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 31 Zaghdoudi Amira IX. Méthodologie du travail Après la prise de décision pour l’outil d’automatisation et afin d’arriver au but souhaité avec des pas sûrs, il est nécessaire de choisir une méthode de travail qui sera notre guide vers la réalisation de ce projet sans rester coincer dans les problèmes. C’est pourquoi on a choisi la méthode suivante :  Elaboration d’une analyse fonctionnelle.  Description du fonctionnement de notre système avec des logigrammes et des grafcets.  Implantation de programme sous Step7.  Simulation de programme pour la vérification de fonctionnement et il existe deux façons de vérifier le fonctionnement du programme :  En simulation (sans partie opérative).  En condition réelle (avec partie opérative).  Supervision sous WinCC. X. Conclusion : Au cours de ce chapitre, nous avons présenté le système existant, ses inconvénients, les solutions proposées et la solution retenue. Il nous a permis de mieux cerner la problématique de ce projet, de mieux comprendre les besoins et les attentes du client. Par la suite on a focalisé notre étude sur l’automate S7-300 en mettant en avant ses caractéristiques pour une meilleure exploitation pendant son utilisation qui sera l’objet de chapitre 3, dont on va concrétiser la solution proposée et effectuer l’implémentation de notre programme dans l’API choisit.
  • 41. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 32 Zaghdoudi Amira Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Chapitre 3: Automatisation descircuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène
  • 42. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 33 Zaghdoudi Amira I. Introduction Dans ce chapitre, on va présenter les différents outils et concepts qui vont permettre la description et la compréhension du système automatisé des circuits d'alarme et de sécurités de la centrale d'oxygène. Le formalisme et les outils de représentation employés sont utilisés dans l’industrie en phase de conception d’un projet. Puis, on va s'intéresser à la présentation du logiciel de programmation de l'automate programmable industrielle choisi de type Siemens. Ensuite, on va présenter des exemples de réseaux du système automatisé lors de leurs simulations. Avant de conclure, on présentera le câblage électrique de l'API à l'aide du logiciel WINRELAIS. II. Analyse fonctionnelle L'analyse fonctionnelle est un moyen qui doit être menée au début d'un projet afin de concevoir des produits industriels, des objets techniques, des programmes d’automatismes... Elle permet d’éviter certains pièges classiques de la conception (aveuglement, manque d’objectivité, mauvaise gestion des priorités …etc.) [12]. La démarche utilisée dans les premières phases de conception d’un projet repose sur : - L’analyse du besoin qui permet d’identifier clairement le besoin auquel doit répondre le système. - L’analyse fonctionnelle technique qui permet de qualifier les fonctions techniques. L’identification de ces fonctions permet d’établir et de choisir les solutions constructives convenables pour la réalisation. - Analyse fonctionnelle interne. II.1 Analyse du besoin Pour l'analyse du besoin, la méthode la plus employée (crée par la Société Application des Techniques d’Entreprises) est la bête à cornes. Le principe de cette analyse est de répondre à ces trois questions: A qui (à quoi) le système rend-il service ?, Sur quoi (sur qui) le système agit-il ? Et Dans quel but est-il utilisé ? Pour le cas de notre projet, le système de sécurité et d'alarme des compresseurs et d’autres équipements rend services aux employés au sein de la centrale d'oxygène, il agit sur les défauts des signaux. Ces derniers sont issus des capteurs installés sur les différents équipements pour Utilisateur au sein de Les signaux issus des différents capteurs
  • 43. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 34 Zaghdoudi Amira le besoin d’alerte et de sécurité en cas de défaillance. Le schéma analysant les besoins de système automatisé à réaliser est donné par la figure ci-contre. Figure 3. 1 : Le schéma de la bête à corne II.2 Analyse fonctionnelle technique: Diagramme SADT Le diagramme SADT (structure analyses and techniques) est un outil d’analyse fonctionnelle technique décrivant les flux à travers les fonctions du système. 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, 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. Le niveau A-0: c'est le niveau le plus élevé, il présente le contexte général de notre système (Fonction globale, Matière d’œuvre…). Le diagramme fonctionnel relatif au système automatisé des circuits d'alarme et de sécurités de l'installation au sein de la centrale d'oxygène est donné par la figure suivante:
  • 44. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 35 Zaghdoudi Amira Figure 3. 2 : Modèle fonctionnel A-0 du système d'alarme et de sécurités. La figure 3.3 montre la modèle fonctionnel A0 qui décrit notre système d'alarme et de sécurités de l'installation dans la centrale d'oxygène. Signal non automatisé Programme et Configuration Etat (Marche/ Arrêt) Énergie Électrique Automatiser et superviser les défauts de signaux issus du différent capteur de l’installation Système automatisée de sécurité et d’alarme Signal Automatisé Information (Supervision du Système) A-0 Alarme Sonore + Variable Information Capter C R E Energie Signal non automatisé
  • 45. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 36 Zaghdoudi Amira Figure 3. 3 : Modèle fonctionnel A0 II.3 Analyse fonctionnelle interne Pour pouvoir assurer son rôle, notre système de sécurité et d’alarme des équipements de l’installation, a besoin d’une structure matérielle lui donnant la possibilité de communiquer avec l’environnement sur lequel il va agir. En effet, il est nécessaire de prévoir un système d’acquisition de données à partir de l’installation (capteurs) et un système de conditionnement de ces données pour les rendre compréhensibles par l’organe de gestion. Un système d’action est également prévu pour exécuter les ordres que donne notre système aux différents équipements, et un système de communication avec l’opérateur pour, d’une part, l’informer de l’état de l’installation et, d’autre part, recevoir les informations de ce dernier (interface Homme/Machine). Afficher les informations HMI MessageConsigne opérateurGrandeur à mesurer (pression,
  • 46. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 37 Zaghdoudi Amira Figure 3. 4 : Analyse fonctionnelle interne III. Logigramme et Grafcet Le logigramme peut être décrit comme une représentation linéaire simple de l'enchaînement des différentes étapes qui constituent un processus donné afin de visualiser son progression. Il permet d'obtenir une vision globale et partagée du processus. III.1 Logigramme du système de sécurité proposée Le logigramme ci-dessous présente le processus de détection des défauts sur plusieurs étapes consécutifs. A l'état initial est, il n’y a aucun défaut, le voyant et le klaxon sont éteints. Si un
  • 47. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 38 Zaghdoudi Amira défaut apparait le voyant qui le désigne s’allume en clignotant et le klaxon produit un signal sonore. Si l’opérateur appuie sur le bouton ACQ d’acquittement, pour intervenir en essayant de corriger le défaut apparu, le klaxon s’éteint et le voyant s’allume en continue. Puis et comme une dernière étape dans le cas où le problème est résolu et le défaut est corrigé, le système retourne à son état initial, si non dans le cas échéant on se retrouve de nouveau à l’étape où le voyant est allumée en continue. Figure 3. 5: L’organigramme du système d'alarme et sécurité Dans ce qui suit, on va s'intéresser au fonctionnement de la lampe et du klaxon. OuiNon Début Présence défaut ACQ Action voyant défaut en continu Arrêt sirène Action sirène Action voyant défaut en clignotant Disparation défaut Eteindre voyant défaut Fin NonO Non Oui
  • 48. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 39 Zaghdoudi Amira III.2 Description du fonctionnement du klaxon Le fonctionnement du klaxon en cas d'entrée TOR ou analogique est représenté sur le logigramme suivant : (a) Entrée TOR (b) Entrée analogique Figure 3. 6 : Logigramme de fonctionnement du klaxon Le fonctionnement du klaxon peut être également décrit par un grafcet, HQ étant le bouton ACQ et le défaut représente une entrée analogique ou TOR. Initialisation de la sortie à 0 Non Présence d’un défaut (entrée à 1) Oui Oui Appui sur le bouton ACQ Non Non Présence du même défaut Oui Mettre la sortie à 1 Initialisation de la sortie à 0 Non OuiSeuil dépassé Oui Appui sur le bouton ACQ Non Non Présence du même défaut Oui Mettre la sortie à 1 Lecture de l’entrée et comparaison au seuil limite Défaut. HQ Sortie klaxon = 0 Sortie klaxon = 1 Défaut.
  • 49. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 40 Zaghdoudi Amira Figure 3. 7 : Grafcet de fonctionnement du klaxon III.3 Description du fonctionnement des voyants Le fonctionnement du voyant est décrit par le logigramme suivant: Schéma ci-dessous pas cl Figure 3. 8 : Logigramme de fonctionnement d’un voyant pour une entrée TOR Initialisation de la sortie à 0 N Présence d’un défaut (entrée à 1) O O Appui sur le bouton ACQ N N Présence du même défaut O N Présence du même défaut O Activation du mode clignotant Activation du mode continu
  • 50. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 41 Zaghdoudi Amira Le fonctionnement d’un voyant peut également être décrit par le grafcet de la figure suivante Figure 3. 9 : Grafcet de fonctionnement du voyant Dans cette partie suivante, on va élaborer le système automatisé des circuits de sécurité et d’alarmes de la centrale d’oxygène d’ELFOULADH modélisée par les outils élaborés dans les paragraphes précédentes. IV. Programmation d'un API Siemens Les automates Siemens sont programmés par l’intermédiaire du logiciel SIMATIC MANAGER STEP7 qui permet la programmation de l’automate programmable choisi S7-300. Il offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour configurer, paramétrer et programmer l’automate utilisé. La programmation à l’aide du STEP7 peut s’effectuer en trois modes : schéma à contacts CONT, logigramme LOG et liste d'instructions LIST. On a choisi de faire la programmation par la mode schémas à contacts. La démarche à suivre pour créer un projet sous STEP 7 est la suivante : 1) Lancer SIMATIC Manager par un double clic sur son icône. 2) Une fenêtre s’ouvre permet de passer aux étapes de la création du projet. 3) Les étapes de l’assistant de création du projet sont : choisir la CPU utilisée, choisir le type des blocs de programme avec le langage souhaité (LIST, CONT, LOG) et le nom du projet. 4) Après l’exécution de la commande crée, SIMATIC Manager s’ouvre avec la fenêtre du projet nouvellement créé. Défaut Défaut. HQ Défaut. HQ Sortie voyant =0/1 Sortie voyant = 0 Sortie voyant = 1 Défaut
  • 51. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 42 Zaghdoudi Amira IV.1 Configuration matérielle du programme C’est une étape très importante dans la programmation car elle nous permettre de choisir la référence adéquate de l’automate à utiliser pour gérer le programme des circuits d'alarme et de sécurité de l'installation au sein de la centrale d'oxygène. La configuration du l'API S7-300 se fait comme l'indique la figure suivante: Figure 3. 10 : Configuration de l'API S7-300 Comme le montre la figure 3.11, la configuration doit se faire de la manière suivante: l'emplacement 1 est réservé uniquement pour alimentation (par exemple 6ES7 307-...) sinon il reste vide  l'emplacement 2 est consacré à pour l’unité centrale (par exemple 6ES7 314-...) l'emplacement 3 comporte le module de couplage (par exemple 6ES7 360-.../361-...) sinon il reste vide les emplacements de 4 à 11 comportent modules de signaux ou modules fonctionnels, processeurs de communication ou bien ils restent vides. Pour configure matériellement l'API SIMATIC S7-300,on appuie par un double cliquer sur matériel. Ceci ouvre la fenêtre "HW Config" comme la montre la figure suivante:
  • 52. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 43 Zaghdoudi Amira Figure 3. 11: Configuration hardware du projet step7 de la centrale d’oxygène Les composantes de l'API choisi sont :  Un module d’alimentation : PS 307-10 A.  Une CPU de type CPU314C-2 DP.  Module de 24 entrées, 16 sorties TOR, DI24 +DO16  Module de 5 entrées 2 sorties analogiques, AI5+AO2  Module de 8 entrées analogiques PT100 AI8xRTD, 16 bits (4 modules)  Module de 64 entrées TOR, 24V DI64xDC24V  Module de 64 sorties TOR, 24V DO64xDC24V (2 modules) IV.2 Editeur de mnémonique du programme L’éditeur de mnémonique permet la gestion de toutes les variables globales. Il définit les désignations symboliques et les commentaires correspondants aux signaux du processus à savoir les entrées/sorties, les mémentos, les blocs de données, les temporisations et les compteurs. La table des mnémoniques résultant est utilisé dans de toutes les applications. La modification de l’un des paramètres d’une mnémonique est reconnue automatiquement par toutes les applications [2]. Pour notre application, la table des mnémoniques est donnée en annexe.
  • 53. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 44 Zaghdoudi Amira IV.3 La Structure du programme Les types de blocs et leur définitions détaillés sont disponible en annexe (). IV.3.1 Définitions des blocs  Bloc d’organisation OB1 pour le programme de fonctionnement cyclique.  Fonction OB35 : pour l’alarme cyclique.  Fonction FC1 : pour le défaut. Le reste des blocs utilisés sont définis comme suit : Figure 3. 12 : Les blocs utilisés Les figures suivantes montrent bien les différents blocs et leurs structures utilisés pour programmer les circuits d'alarmes et de sécurités de l'installation de la centrale d'oxygène: Figure 3. 13 : Les blocs du programme de la centrale d’oxygène
  • 54. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 45 Zaghdoudi Amira Figure 3. 14 : Structure du programme IV.3.2 Mise à l’échelle d’une entrée analogique Il est à noter que dans l'installation de la centrale d'oxygène, les transmetteurs de pression, certains débitmètres et les capteurs de températures PT100, donnent des signaux analogiques. En général dans l’industrie les capteurs analogiques donnent des signaux électriques normalisés, par exemple : 4-20 mA, 0-10V …etc. Par conséquent, il faut convertir ces signaux analogiques vers des signaux numériques en utilisant les convertisseurs analogiques numériques CAN situés dans les modules d’entrées analogiques des API. Dans les CANs des APIs siemens, la plage des nombres entiers est entre 0 et 27648. Ces valeurs numériques doit représenter la grandeur à mesurer (comme par exemple une mesure de température en °C). Cette opération s'appelle normalisation ou mise à l'échelle de la valeur analogique comme le montre la figure ci- après: Figure 3. 15: Mise en échelle de la valeur analogique
  • 55. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 46 Zaghdoudi Amira La conversion de la valeur numérique entière (plage nominale : entre 0 et 27648) de l’entrée analogique en valeur normée (normalisation) est réalisée par le bloc fonctionnel standard « Mise à l’échelle » (SCALE) FC105. La fonction FC 105 est fournie par STEP 7 dans la bibliothèque « Standard Library » dans le programme S7 «TI-S7 Converting Blocks». IV.4 Quelque réseau du programme IV.4.1 Simulation de FB1 Dans cet exemple on va décrire quatre scénarios qui auront lieu lors de la simulation du défaut TA 216, la température du 4ème étage dont le seuil Max pour le déclenchement d’un défaut et le dépassement d’une température de 105 °C.
  • 56. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 47 Zaghdoudi Amira Sur la figure 3.16, on observe qu'en absence d’un défaut, la fonction FC105 du scale donne comme valeur de sortie stockée dans le mot mémoire MD 78 de type REAL une température toujours inférieure au seuil, on se retrouve dans l’état initial et le voyant et le klaxon seront désactivés. Figure 3. 16 : Absence de défaut (klaxon et voyant désactivés)
  • 57. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 48 Zaghdoudi Amira La figure 3.17 prouve lors de l’absence d’un défaut, le contact « def » et désactivé. Par conséquent, le klaxon, la voyant et le bit de mémorisation de l’état de bouton d’acquittement, si appuyée ou pas, sont tous à 0. Figure 3. 17: Comportement du Fonction FC1 à l’état de repos
  • 58. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 49 Zaghdoudi Amira Sur la figure 3.18 ci-dessous, on peut remarquer que si la sortie de la fonction SCALE FC105 prouve un dépassement de seuil 105 °C, le bit mémoire M0.1 du défaut TA 216 est ainsi activé. Figure 3. 18 : Présence d’un défaut (dépassement de seuil de température 105°C) La figure 3.19 illustre que le présence d’un défaut non acquitté remet à 1 le klaxon et permet le clignotement du voyant désignant l’origine de défaut. Figure 3. 19: Klaxon activé -et voyant clignote
  • 59. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 50 Zaghdoudi Amira La figure 3.20 ci-contre présente le même comportement lors de la présence d'un défaut non acquitté, mais programmé par le bloc de fonction FC1. Figure 3. 20: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut non acquitté Un simple appuie sur le bouton d’acquittement par action sur E0.0 permet d’une part d’arrêter le klaxon et d’autre part de changer le clignotement du voyant concerné qui deviens allumé d’une façon continue tant que le défaut concerné est encore présent. Ceci est observé les figures 3.21 et 3.22.
  • 60. Sujet : Automatisation et supervision des circuits de d’alarme et de sécurité de la centrale d’oxygéné D’ELFOULEDH Chapitre 3: Automatisation des circuits d'alarme et de sécurité de la centrale d'oxygène Projet de Fin d'Etudes 51 Zaghdoudi Amira Figure 3. 21 : Klaxon désactivé et voyant allumé en permanence Figure 3. 22: Comportement du Fonction FC1 en présence de défaut acquitté L’acquittement total (Voyant éteint) sera lié à l’absence complète de défaut provoquant et qui nous amène de retourner de nouveau à l’état initial