Rapport de stage de fin d’étude
SOMMAIRE DEDICACE REMERCIEMENT INTRODUCTION GENERALE………………………………………………………………… CHAPITRE I : PRESENTATION DU GROUPE OCP &APERCU SUR LE LIEU DE STAGE : I.Présentation du Groupe OCP………………………………………………………………… I.1. Introduction……………………………………………………………………………… I.2. Historique……………………………………………………………………………….… I.3. Carte géographique des mines de phosphates au Maroc………………………………… I.4. Domaine d‟activités……………………………………………………………………… I.5. Caractère juridique de L‟OCP…………………………………………………………… I.5.1. Des organes de conception, de gestion et de contrôle…………………………… I.5.2.Des organes d‟exécution…………………………………………………………… I.5.3.Les filiales ………………………………………………………………………… I.6. Les chiffre clés………………………………………………………………………… I.7. Personnel du groupe OCP………………………………………………………………… I.8. Fiche d‟identité………………………………………………………………………… II. Périmètre de travail ………………………………………………………………………… CHAPITRE II : DESCRIPTION DE LA CHAUDIERE : I. Introduction…………………………………………………………………………………… II. Chaîne de déminéralisation…………………………………………………………………… III. Description de la chaudière…………………………………………………………………… III .1. Constitutions de la chaudière…………………………………………………………… III .2. Processus de contrôle de sécurité……………………………………………………… III .2.1. Les sécurités principales………………………………………………………… III .2.2. Les sécurités secondaires………………………………………………………… III .2.3. Contrôle et régulation du circuit eau-vapeur…………………………………… III .2.4. Contrôle et régulation de la combustion………………………………………… III.2.5. Le ramonage……………………………………………………………………… III.3. Les chaines de retour…………………………………………………………………… III .4. Les paramètres de marche de la chaudière…………………………………………… III.5. Conduite de la chaudière……………………………………………………………… III .6. Fiche technique de la chaudière……………………………………………………… IV. Principe de Fonctionnement………………………………………………………………… IV.1. L‟aspect de la combustion…………………………………………………………… IV.2. Triangle du feu………………………………………………………………………… IV. Conclusion…………………………………………………………………………… CHAPITRE III : CAHIER DE CHARGES : I. Introduction…………………………………………………………………………………… I.1. Contexte du projet………………………………………………………………………… I.2. Objectif du projet………………………………………………………………………… II. Analyse fonctionnelle………………………………………………………………………… II.1. Diagramme Bête à corne……………………………………………………………… II.2. Diagramme "Pieuvre" ou graphe des interactions……………………………………… II.3. Fonctions de service…………………………………………………………………… III. Diagramme FAST (Function Analysis System Technique) ……………………………………
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Rapport de stage de fin d’étude IV. Conclusion…………………………………………………………………………………… CHAPITRE IV : étude critique de la chaudière BENI-IDIR. I. Etude critique de la chaudière…………………………………………………………… I.1. Introduction…………………………………………………………………………… I.2.Etude des boucles de régulation……………………………………………………… I.2.1.Détermination de grandeurs commandées dans la chaudière…………………… I.2.2.Détermination des grandeurs à commander dans la chaudière………………… I. 3.Etudes de l‟ancien Automate TSX 47/20…………………………………………… I.3.1.Les principaux caractéristique de la partie contrôle commande………………… I.4.répartition des pannes par équipement et l‟analyse des causes des anomalies………… I.4.1. Répartition des pannes par équipements………………………………………… I.4.2. Analyse des causes des pannes…………………………………………………… I.5.Conclusion…………………………………………………………………………… CHAPITRE V : Automatisation des installation a superviser I. Introduction…………………………………………………………………………… II. Actions de rénovations des automatismes de la chaudière……………………………… III. Elaboration des chaînes de régulations…………………………………………………… III.1.Les chaines de régulation proposés…………………………………………………… III.2. Capteurs & Actionneurs proposés…………………………………………………… III.3. La sécurité des pompes……………………………………………………………… IV. Automatisation des installations à superviser……………………………………………… IV.1. Introduction…………………………………………………………………………… IV.2. Grafcets de fonctionnements réalisés………………………………………………… IV.2.1. Démarrage de chaudière……………………………………………………… IV.2.2. Grafcet principal……………………………………………………………… IV.2.3. Inventaire des entrées sorties………………………………………………… IV.3.Choix de l‟automate programmable…………………………………………………… IV.3.1. Etude de la partie supervision prévue………………………………………… IV.3.1.1. Description du système de supervision……………………………… IV.3.1.2. Choix du matériel…………………………………………………… IV.4. Réingénierie de la partie contrôle et commande de la chaudière d‟UB……………… IV.4.1. Présentation du système……………………………………………………… IV.4.1.1. STEP 7………………………………………………………… IV.4.1.2. La supervision………………………………………………………… IV.4.1.3. La communication avec le logiciel WINCC………………………… IV.4.1.4. Réseau de communication de la chaudière…………………………… IV.5. Liste du matériel nécessaire à la rénovation de l‟automatisme……………………… IV.6. Evaluation économique du projet…………………………………………………… IV.6.1. Introduction………………………………………………………………… IV.6.2 Coût du matériel…………………………………………………………… IV.6.3. Le coût de développement (Cd) ……………………………………………… IV.6.4. Le coût total du projet………………………………………………………… IV.7 Gains escomptés suite à la réalisation du projet de supervision……………………… IV.8. Conclusion…………………………………………………………………………… CONCLUSION ET SUGGESTIONS…………………………………………………………… CONCLUSION GENERALE…………………………………………………………………… WEBOGRAPHIE……………………………………………………………………………… BIBLIOGRAPHIE…………………………………………………………………………… ANNEXE………………………………………………………………………………………
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Rapport de stage de fin d’étude
DEDICACE Nous dédions ce modeste travail A nos très chers parents qui nous ont soutenus et nous Ont offert les conditions favorables pour réussir nos études. A tous les membres de nos familles. A nos adorables frères A nos formateurs pour leurs efforts A nos cher (es) ami (es)
REMERCIEMENT Avant d’aborder le développement de ce rapport, nous avons l’honneur de présenter nos sincères remerciements à Mr. le Directeur de
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Rapport de stage de fin d’étude l’OCP de nous avoir permis d'effectuer notre stage au sein d'une entreprise de taille telle que OCP. Nous tenons à exprimer nos vifs remerciements à notre encadrant à l’OCP Mr. HARISS chef de service électrique et régulation, pour leur aide précieuse, leur encouragement et leur disponibilité jamais démentie tout au long de notre période du stage. Nous remercions chaleureusement Mr TAGHRAOUI responsable de l’atelier électrique Pour ses conseils et sa contribution à l’aboutissement de ce travail. Nos remerciements vont également à tout le personnel (cadres, techniciens et employés) de cette entreprise pour leur collaboration précieuse et de leurs aides très utiles, spécialement à ceux qui ont répondu favorablement à nos questions aux services électrique et régulation. Nous souhaitons remercier également Mr. notre encadrant à la FSTS pour ses directives précieuses et ses fructueuses recommandations, nos remerciements vont également à tout le corps enseignant et administratif de la FST de Settat. Nous tenons aussi à remercier Mr. le Doyen de la faculté des sciences et techniques de Settat.
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Rapport de stage de fin d’étude
L‟industrie occupe une place prépondérante et joue un rôle crucial dans l‟économie des nations, grâce aux offres d‟emplois qu‟elle procure, à sa valeur ajoutée ainsi que sa participation dans le produit intérieur brut. C‟est pour cela que les pays accordent plus d‟importance à ce secteur vital par le truchement d‟efforts logistiques et humains. Le Maroc n‟échappe pas à cette règle même s‟il a une industrie émergente dont le groupe Office Chérifien des Phosphates tire la locomotive, vu la valeur du phosphate dans les marchés internationaux. De ce fait, notre Projet de Fin d‟Etude s‟est déroulé au sein de l‟unité de BENI-IDIR du groupe OCP. Cette unité s‟occupe de sécher le phosphate grâce aux fours sécheurs. Il utilise le Fuel pour produire la chaleur nécessaire au séchage. La production de la vapeur utilisée pour le conditionnement du fuel dans l‟usine de BENI-IDIR, est assurée par deux chaudières à tubes d‟eau d‟une capacité nominale de 10T/H, d‟une température de 175°C et d‟une pression de 7 bars chacune.
Pour mener à bien ce projet, nous avons scindé notre travail en cinq chapitres. Dans le premier, nous avons présenté le Groupe OCP et donné un aperçu sur le périmètre de travail: l‟unité de BENI-IDIR. Ensuite, nous avons décrit la chaudière ainsi que ses équipements. Puis, nous avons fait une étude théorique pour établir le cahier de charges. Le quatrième chapitre présente l’étude critique des boucles de régulation et de l’ancien automate installé dans la chaudière la chaudière, et Enfin, nous avons abordé à la proposition des améliorations par l’élaboration des chaines de régulation, l’automatisation & la supervision de la chaudière.
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Rapport de stage de fin d’étude
Chapitre N°1 :
PRESENTATION DU GROUPE OCP & APERCU SUR LE LIEU DE STAGE
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Rapport de stage de fin d’étude I. Présentation du Groupe OCP : I.1. Introduction : Les origines de L‟Office Chérifien des Phosphates remontent à 1920 et depuis lors il détient le monopole de la recherche, de l‟exploitation, de la valorisation, de la commercialisation des phosphates et de leurs dérivées au Maroc. Les besoins mondiaux en phosphates et la rude concurrence des autres pays ont poussé l‟OCP à se doter des moyens de production et des technologies de pointe ; ainsi il se hisse aujourd‟hui au rang de premier exportateur mondial de phosphates. Le groupe OCP est une entreprise semi-publique sous contrôle de l‟état, mais il agit avec le même dynamisme et la même souplesse qu‟une grande entreprise privée servant a l‟état marocain tous les droits de recherche et d‟exploitation des phosphates. Il est géré par un directeur général et contrôlé par un conseil d‟administration présidé par le premier ministre. Le groupe OCP est inscrit au registre de commerce et soumis sous le plan fiscal aux mêmes obligations que n‟importe qu‟elle entreprise privée (impôts sur les salaires, taxes sur l‟exportation…), et chaque année, le groupe OCP participe au budget de l‟état par versement de ses dividendes.
I.2. Historique : Les phosphates marocains sont exploités dans le cadre d‟un monopole d‟État confié dès 1920 à l‟Office Chérifien des Phosphates, devenu Groupe OCP en 1975 et Société Anonyme le 22 janvier 2008. Mais c‟est le 1er mars 1921 que l‟activité d‟extraction et de traitement démarre à Boujniba, dans la région de Khouribga. En 1965, avec la mise en service de Maroc Chimie à Safi, le Groupe devient également exportateur de produits dérivés. En 1998, il franchit une nouvelle étape en lançant la fabrication et l‟exportation d‟acide phosphorique purifié. Depuis sa création, le groupe OCP a connu une large évolution. Les étapes les plus importantes dans son évolution sont : 1920 : Création du groupe OCP le 7 Août. 1921 : Début des exploitations en souterrain dans la région d‟Oued-Zem sur le gisement des Oulad Abdoun le 3 Mars. 1931 : Début des exploitations en souterrain à Youssoufia. 1954 : Démarrage des premières installations de séchage Youssoufia. 1961 : Mise en service de la première laverie à Khouribga. 1962 : Introduction de la mécanisation de souterrain à Youssoufia le 19 septembre.
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Rapport de stage de fin d’étude 1965 : Création de MAROC CHIMIE et Extension de l‟extraction à ciel ouvert à la mine de MERAH- EL AHRACH (Khouribga). 1965 : Démarrage du complexe de séchage de BENI-IDIR. 1967 : Introduction de la mécanisation du souterrain à Khouribga. 1969 : Entrée en exploitation de la première recette de phosphate noir à Youssoufia. 1974 : Lancement des travaux pour la réalisation du centre minier de Benguérir. 1975 : Création du groupe OCP. 1981 : L‟OCP entre dans le capital de la société PRAYON (Belgique). 1982 : Démarrage du complexe de séchage d‟Oued-Zem. 1994 : Démarrage du projet minier de Sidi Chennane. 1997 : Accord « OCP-Grande Paroisse » pour l‟utilisation de l‟usine de Rouen. 1998 : Le groupe OCP obtient le Prix National de la Qualité.
I.3. Carte géographique des mines de phosphates au Maroc : L‟OCP dispose d‟une certaines unités au Maroc soit des unités d‟extraction (des mines) ou des unités de traitement comme le montre la carte géographique de la figure N°1.
Figure N°1 : Carte géographique des unités de phosphate au Maroc.
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Rapport de stage de fin d’étude I.4. Domaine d’activités : Le Groupe OCP est spécialisé dans l‟extraction, la valorisation et la commercialisation de phosphate et de produits dérivés. Chaque année, plus de 27 millions de tonnes de minerais sont extraits du sous-sol marocain qui recèle les trois-quarts des réserves mondiales. Principalement utilisé dans la fabrication des engrais, le phosphate provient des sites de Khouribga, Benguérir, Youssoufia et Boucraâ-Laâyoune. Selon les cas, le minerai subit une ou plusieurs opérations de traitement (criblage, séchage, flottation, enrichissement à sec…). Une fois traité, il est exporté tel quel ou bien livré aux industries chimiques du Groupe, à Jorf Lasfar ou à Safi, pour être transformé en produits dérivés commercialisables : acide phosphorique de base, acide phosphorique purifié, engrais solides. Premier exportateur mondial de phosphate sous toutes ses formes, le Groupe OCP écoule 95 % de sa production en dehors des frontières nationales. Opérateur international, il rayonne sur les cinq continents de la planète où il réalise un chiffre d‟affaires annuel de 32,24 milliards de dollars à l'export. Moteur de l‟économie nationale, le Groupe OCP joue pleinement son rôle d‟entreprise citoyenne. Cette volonté se traduit par la promotion de nombreuses initiatives, notamment en faveur du développement régional et de la création d‟entreprises. Dans un contexte de concurrence accrue, le Groupe OCP poursuit la politique de consolidation de ses positions traditionnelles et développe de nouveaux débouchés. Avec une exigence sans cesse réaffirmée : améliorer la qualité de ses produits tout en maintenant un niveau élevé en matière de sécurité et de protection de l‟environnement.
I.5. Caractère juridique de L’OCP : L'O.C.P a été constitué sous la forme d'une organisation d'état à caractère industriel et commercial. Cette organisation comporte sous l'autorité du directeur général nommé par un dahir royal, qui assure également les fonctions du directeur commercial, des organes cités par la suite et représenté sur l‟organigramme de la figure N°2.
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°2 : Organigramme de Groupes Office Chérifien des phosphates
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Rapport de stage de fin d’étude I.5.1. Des organes de conception, de gestion et de contrôle : Une direction commerciale. Direction approvisionnements et marché. Direction des systèmes d‟information et de l‟organisation. Direction financière. Direction de la qualité. Direction du développement. Direction de la coordination des opérations. Direction des ressources humaines.
I.5.2.Des organes d‟exécution : Constituées par des zones d‟exploitation minières et de traitement : Direction des exploitations minières de Khouribga. Direction des exploitations minières de Gantour. Direction des industries chimiques de Safi. Direction des industries chimiques de Jorf Lasfar.
I.5.3.Les filiales : Concentré sur ses métiers de base, le Groupe OCP s‟appuie sur une structure organisée qui s‟articule autour de filiales intégrées. Dans le cadre de sa stratégie de développement à l‟international, il a également noué au fil des années des partenariats avec de grands opérateurs étrangers. Les filiales sont citées par la suite : Maroc Phosphore : Totalement intégrée dans l‟organisation du Groupe OCP, cette entité est spécialisée dans la production d‟acide phosphorique et d‟engrais à Safi et Jorf Lasfar. Phosboucraâ : La société Phosboucraâ a été créée en 1962 pour exploiter le phosphate de Boucraâ dont les premières traces ont été découvertes en 1947. Mais ce n‟est qu‟en 1972 que l‟exploitation à proprement parler a démarré. Jusqu‟en décembre 2003, les Espagnols détenaient
35% du capital de la société. Depuis cette date, l‟OCP est devenu le seul actionnaire. Le siège social est installé à Casablanca. Smesi : Société Marocaine d‟Études Spéciales et Industrielles
Née en 1959, la Smesi est une société d‟ingénierie, d‟études et de réalisations industrielles. Depuis sa création, elle accompagne le développement du Groupe OCP à travers la réalisation d‟études, mais également le montage d‟unités clés en main dans le domaine du traitement des minerais, de la manutention et de l‟industrie chimique.
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Rapport de stage de fin d’étude Marphocéan : Créé en 1973, Marphocéan est parmi les grands transporteurs d'acide
phosphorique au monde. S'appuyant sur une flotte de quatre navires chimiques d'une capacité totale de 96.350 TPL, il assure actuellement le transport d'environ 11% des exportations du groupe OCP. Cerphos : Centre d‟Études et de Recherches des Phosphates Minéraux, Créé en 1975, le
CERPHOS mène des recherches sur les minerais, et en particulier les phosphates. Ses activités portent aussi bien sur la connaissance, l‟exploitation et la valorisation des gisements, que sur les produits et procédés mis en œuvre dans l‟industrie. Au fil des années, ces activités se sont élargies à des domaines liés à la corrosion, à l‟assistance en matière de qualité et à la préservation de l‟environnement... Star : Société de Transport et d‟Affrètement Réunis , La Star a été créée en 1932, mais est
devenue une filiale de l‟OCP en 1960. Elle participe aux affrètements des navires pour les exportations du Groupe OCP et pour ses importations de matières premières (soufre, ammoniaque et potasse). Son volume d‟activité annuel dépasse les 5 millions de tonnes. Société de Transports Régionaux : La Sotreg assure le transport du personnel du Groupe
OCP. Elle dispose pour cela d‟une importante flotte de cars.
I.6. Les chiffre clés: Phosphates et produits dérivés : Production marchande de phosphate (en millions de tonnes) : 23,71 Taux de valorisation en produits dérivés : 51,1 % Parts de marché à l‟international :
Phosphate : 45,6 %
Acide Phosphorique : 46,6 % Engrais : 11,0 % Phosphates sous toutes formes : 32,1 % Résultats : Chiffre d‟affaires à l'export : 32,24 milliards de dollars .
I.7. Personnel du groupe OCP : L‟OCP emploi des effectifs très important relevant de divers domaines (chimie, mécanique, électrique, mine, gestion, recherche), et son statut est régit par le « statut du mineur » du premier janvier 1973.Le groupe OCP emploie 19874 employés répartis comme suite :
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Rapport de stage de fin d’étude Catégories
Effectifs
Structure en %
OE (Ouvriers et Employés) TAMCA (Techniciens, Agents de Maîtrise et Cadres administratifs.) Hors-cadre (ingénieurs et assimilés) Total
12 810 4760
69 % 26 %
857
5%
18427
100 %
Tableau N°1: Personnel du groupe OCP
I.8. Fiche d’identité : Date de création de l‟OCP : 1920 Date de création du Groupe OCP : 1975 Réserves de phosphate : 3/4 des réserves mondiales Production : phosphate et dérivés phosphatés (acide phosphorique, engrais)
Sites de production de Phosphate : Khouribga, Benguérir, Youssoufia, Boucraâ-Laâyoune
Dérivés : Safi, Jorf Lasfar Ports d‟embarquement : Casablanca, Jorf Lasfar, Safi, Laâyoune
II. Périmètre de travail : L'unité de BENI-IDIR a démarré en 1965 dans le but de traiter le phosphate. L‟alimentation des usines de traitement de BENI-IDIR est assurée par deux liaisons de convoyeurs à bande : Liaison Zone Centrale d‟une longueur totale de 15 km pour le produit en provenance des gisements de MERA. Liaison Daoui d‟une longueur totale de 10 km pour le produit en provenance des gisements de DAOUI et SIDI CHENNANE. Cette unité est composée de 3 organes essentiels qui sont représenté par la suite sur le schéma synoptique de l‟unité : Entrée : humide. Traitement : séchage, enrichissement à sec. Sortie : chargement.
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Rapport de stage de fin d’étude Après stockage au niveau du parc humide, le phosphate est déstocké par les roues pelle pour alimenter les 8 fours de l‟usine de séchage. Le produit séché et criblé est ensuite acheminé vers les stocks secs ou directement vers la station de chargement de trains, tandis que le refus empreint les axes de mise à terril. Une partie du produit séché est enrichi au niveau de l‟usine d‟enrichissement à sec. Le périmètre de la Division est présenté par le synoptique ci-dessous :
Figure N° 3 : Périmètre de la Division Traitement BENI-IDIR. Le synoptique suivant montre les différents secteurs constituant l‟usine de séchage de BENIIDIR. Ces secteurs sont équipés de plusieurs installations, comme le montre la figure N°4:
Figure N°4 : Synoptique en bloc des secteurs de séchage
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°5 : Synoptique détaillé des secteurs de séchage et station de chargement Le produit brut traité au sein de l‟unité de séchage est fourni par la zone centrale, le parc EL WAFI et le carreau TS du secteur DAOUI. Le produit humide est criblé à une maille de 15x50 mm avant d‟être stocké au parc humide constitué de quatre stocks. La capacité totale du stockage est de 200 000 tonnes. Par le biais de quatre roues-pelles R1, R2, R3 et R4, le produit est acheminé vers l‟atelier de séchage à travers les convoyeurs RH1, RH2, RH‟1, RH‟2, RH3, RH4, P1 et P2, en passant par les trois trémies TH1, TH2 et TH3 dotées des extracteurs A1, A2, A3 et A4 et A5. Le produit est acheminé ensuite vers les huit fours sécheurs, via les convoyeurs QF, KC, QG1 à QG7 et KD1 à KD7. Chaque four est équipé d‟une trémie de capacité 100 m3. Le phosphate humide est soutiré de la trémie d‟alimentation à l‟aide d‟un extracteur à débit réglable par variateur de vitesse KE1 à KE8 et introduit directement dans le tube sécheur. Le produit séché est manutentionné par deux axes, axe Q (QH et QI) et axe K (KG et KH), pour être criblé à la maille 6x6 mm au niveau de la station de criblage constituée de 4 cribles KL1 à KL4, alors que les fines sont transportées directement vers la mise en stock par le biais des convoyeurs KF1-KF8 et RP1-RP2. Le produit criblé rejoint la mise en stock du circuit sec via les bandes transporteuses QM, KN, QM1, KN1, QR et KV pour un stockage dans l‟un des trois stocks du sec disponible QO, QS ou KP. Tandis que le refus est acheminé vers la mise à terril, via le convoyeur MA, où les stériles sont stockés.
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Rapport de stage de fin d’étude
Chapitre N°2 :
DESCRIPTION DE LA CHAUDIERE
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Rapport de stage de fin d’étude I. Introduction : La chaudière est au cœur de tout réseau de vapeur, d‟une manière générale, la chaudière transforme l‟eau en vapeur par l‟intermédiaire d‟un faisceau tubulaire lui-même chauffé par la combustion d‟un carburant (gaz, fuel,…) et d‟un comburant (air,...). Pour tirer pleinement profit de la chaudière, et obtenir le maximum d‟énergie tout en minimisant la corrosion du générateur de vapeur et des conduites, l‟eau doit être préalablement traitée. A L‟usine de séchage de BENI-IDIR, l‟eau est traitée grâce à deux chaines de déminéralisation (fonctionnant en alternance), cette déminéralisation a pour but principal d‟éviter au niveau des chaudières les phénomènes de la précipitation de certains sels peu solubles, la corrosion et le primage(l‟entraînement d‟eau et de matières minérales dans la vapeur).
II. Chaîne de déminéralisation : La déminéralisation a pour but principal d‟éviter au niveau des chaudières les phénomènes suivants : L‟entartrage. La corrosion. Le primage. Entartrage : L‟augmentation de la température et de la concentration des sels entraîne la précipitation de certains sels peu solubles. Les précipités formés peuvent adhérer aux parois des tubes et donner lieu à une formation des tartres qu‟a pour conséquences : –
Bouchage des faisceaux.
–
Augmentation de pression et risque d‟explosion de la chaudière.
–
Chute du rendement thermique de la chaudière. La corrosion : Les origines et les effets de la corrosion sont très variés. En général on peut craindre les
attaques de corrosion lorsque l‟on trouve dans les eaux de l‟oxygène, de l‟anhydride carbonique et divers ions en particulier les chlorures. Le PH est le facteur le plus important pour caractériser l‟agressivité de l‟eau. Les eaux acides entraînent la corrosion du fer. Une forte alcalinité (PH>12) entraîne la corrosion par
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Rapport de stage de fin d’étude fragilité caustique. Cette corrosion se caractérise par une attaque préférentielle des tôles aux endroits sensibles tels les points de soudure et les mandrinages. Le primage : Le primage est l‟entraînement d‟eau et de matières minérales dans la vapeur. Il est d‟autant plus dangereux : – Que le poids des gouttelettes contenues dans la vapeur est élevé – Que les gouttelettes sont initialement plus chargées en sels. Autrement dit. Que l‟eau de chaudière a une salinité totale ou un taux de matières en suspension plus élevé. Le primage occasionne des chocs thermiques dans les surchauffeurs, c‟est ainsi qu‟on procède à des purges dans les chaudières pour éviter ce phénomène. Mais il y a, en contre partie, une perte d‟énergie qui accompagne ces purges.
III. Description de la chaudière :
Collecteur de vapeur
Chambre de combustion ou foyer
Générateur de vapeur (ballon supérieur, ballon inférieur et faisceaux tubulaires).
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Rapport de stage de fin d’étude Figure N°6: Schéma représentatif de la chaudière L‟usine de séchage de BENI-IDIR a besoin de la vapeur pour assurer le réchauffage du fuel. Pour cela l‟usine dispose d‟une chaufferie équipée de deux chaudières à tube d‟eau. Cette chaudière est de type multitubulaires dans lesquelles l'eau circule à l'intérieur des tubes qui sont chauffés extérieurement par la chaleur produite par la combustion du fuel pulvérisé. La chaudière à vapeur d‟eau se compose généralement de quatre parties principales : Chambre de combustion ou foyer. Générateur de vapeur (ballon supérieur, ballon inférieur et faisceaux tubulaires). Appareils auxiliaires. Appareils de sécurité.
III .1. Constitutions de la chaudière : La chaudière de Béni-Idir est constituée de: Chambre de combustion : Les parois forment des écrans de la chambre de combustion sont tapissés de tues d‟eau mandrinés à leurs extrémités dans les réservoirs. Elle est constituée par : Ecran latéral extérieur plafond et sole Ecran arrière Ecran coté faisceau La façade Faisceaux vaporisateurs Revêtement soubassement Générateur de vapeur (ballon supérieur, ballon inférieur et faisceaux tubulaires) : Le ballon supérieur comporte le dispositif d‟alimentation de la chaudière et le dispositif qui sépare l‟eau de la vapeur (cyclone) suite à l‟orientation de l‟émulsion de la vapeur émanant des tubes vaporisateurs.( 2/3 niveau d‟eau et 1/3 de vapeur). Le ballon inférieur est placé horizontalement et parallèlement au ballon supérieur, il est relié à ce dernier par les tubes de descente. Le faisceau vaporisateur constitue la surface de chauffage par convection, ces tubes où l‟eau circule sont mandrinés à leurs extrémités dans les réservoirs calorifugés (constitué des briques réfractaires, des briques isolantes et des panneaux de verres maintenus par le casing). Appareils auxiliaires : Détecteur de flamme (cellule photo-électrique)
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Rapport de stage de fin d’étude Allumage par torche ventilateur de soufflage pour le ramoneur (nettoyage des tubes vaporisateurs) Manomètre de contrôle de pression Manostat vapeur Thermomètres de contrôle de température de fuel d‟alimentation et de la cheminée Contrôleur de niveau Brûleur à pulvérisation mécanique Deux soupapes de sécurité Portes de visite pour accès au foyer ventilateur de balayage Fin de course retour fuel Fin de course rapport air-fuel pressostat Appareils de sécurité : 2 soupapes de sécurité (quand la pression atteint un maximum fixé (le premier taré sur 11.5 bar et le deuxième taré sur 12 bar), la soupape laisse échapper la vapeur). Deux contrôleurs de niveau de l‟eau (magne-trole et régulateur pneumatique). Deux pressostats pour la pression vapeur d‟eau(si P>10.7 bar la chaudière déclenche). Un thermomètre pour la température fuel.(si T°>120°C les 3 vannes (by-pass) réchauffeurs fermer manuellement) Un pressostat pour la pression fuel. Un signal d‟alarme. Détecteur de flamme (cellule photo-électrique).
III.2. Les équipements de la chaudière : 2 Pompes doseuses (non fonctionnée) : Ce sont des pompes qui permettent le traitement de l‟eau déminéralisé par des produits afin de lutter contre la corrosion et l‟entartage. 3 pompes alimentaires : Elles ne fonctionnent pas simultanément. Il y a toujours une seule pompe qui marche et lorsqu‟elle tombe en panne l‟une des deux autres prend la relève. 2 Pompes de Gavage : consiste à refouler le fuel en débit faible dans le but d‟assurer son réchauffement et d‟éviter son comblement. 3 Réchauffeurs : C‟est le lieu ou on chauffe le fuel. 3 pompes hautes pression : utilisées pour pulvériser le fuel.
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Rapport de stage de fin d’étude Ventilateur de balayage : balaye la flamme, c'est-à-dire elle la rend centrée et horizontale. Ventilateur de soufflage : commande le débit d‟air nécessaire à la combustion du fuel, ainsi que l‟évacuation des gaz qui se trouvent à l‟intérieur du foyer. Cyclone : c‟est un appareil permettant de séparer la vapeur et les gouttelettes d‟eau. Vue la différence de la masse volumique de l‟eau et celle de la vapeur, les gouttelettes d‟eau descendent et la vapeur reste dans le niveau supérieur du cyclone avant qu‟elle ne soit acheminée vers le collecteur vapeur.
III .3. Processus de contrôle de sécurité : La chaudière est protégée par un certain nombre de sécurité. Ce système de sécurité est doublé en plus de la sécurité manuelle.
III .3.1. Les sécurités principales : Donnant une alarme sonore et lumineuse, arrêtent la chaudière si elle est en marche, ou lui interdisent la mise en route lors d‟un démarrage. Elles portent sur les éléments suivants : Le niveau d‟eau : par manque d‟eau (contrôlé par un Magnétrol ME1et par le régulateur pneumatique de niveau ME2). La pression du fuel au niveau du bruleur : Par les manostats de pression gavage (mPG) et fuel (mPF). La sécurité à l‟allumage : - Pré-ventilation de la chaudière : Par le ventilateur de soufflage et de balayage. - Contact fin de course : Pour la vanne de retour fuel, permettant de limiter le débit du bruleur au minimum à l‟allumage. - Sectionnement de l‟arrivé du fuel au bruleur par défaut flamme. - Détecteur flamme : par un bloc cellule photoélectrique. - Déclenchements thermiques : pour la protection des moteurs-pompes et des ventilateurs. - Contrôle maxi pression et mini pression vapeur : Par des pressostats-soupapes de sécurité. Après un arrêt causé par la sécurité principale, un nouvel allumage n‟est possible qu‟après avoir remédié au défaut, et sur intervention manuelle par un réarment du système.
III.3.2. Les sécurités secondaires :
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Rapport de stage de fin d’étude Donnant simplement une alarme sonore et lumineuse. Elles portent sur le niveau d‟eau (niveau bas NB, et niveau haut NH) repéré par rapport à un niveau normal moyen (à peu prêt la moitié du réservoir supérieur) et sur la température de fuel pour contrôler la viscosité. Comme autre mesure de sécurité, nous citons la qualité de l‟eau d‟alimentation de la chaudière, elle doit être traitée au préalable par un ensemble d‟échangeurs d‟ions constituant la chaine de déminéralisation de l‟eau brute. Cela pour éviter l‟entartage et le primage, pouvant causer des explosions. Un dégazeur thermique permet aussi de compléter l‟épuration de l‟eau de l‟O2 que contient l‟eau afin d‟éviter la corrosion des tubes d‟eau.
III.3.3. Contrôle et régulation du circuit eau-vapeur : Le contrôle et la régulation du niveau d‟eau dans le ballon supérieur se fait par une double sécurité réalisée par : le contrôleur de niveau à trois mécanismes et à commande magnétique, il est constitué de deux flotteurs permettant d‟assurer trois fonctions : - signalisation d‟une alarme sonore et visualisation des niveaux bas(NB), niveau haut (NH) et manque eau (ME). - Arrêt de la chaudière en cas du manque eau. - Commande marche (NB) ou arrêt (NH) des pompes alimentaire. Le régulateur pneumatique Masoneilan 12812-2C : Il permet de régler le niveau d‟eau dans le réservoir en commandant les vannes électropneumatiques, et permet d‟arrêter la chaudière en cas du manque eau (ME).
III.3.4. Contrôle et régulation de la combustion: Le control de la combustion se fait par le contrôle des paramètres suivants : Réglage du rapport Air/Fuel. Les pressions de refoulement et de retour du fuel au niveau du bruleur grâce à des manomètres. Contrôle de l‟atmosphère de la combustion par une ventilation aidant à l‟évacuation régulière et rapide des produits de la combustion (suie). La pression vapeur. Les températures du fuel au niveau du bruleur et de la fumée grâce à des thermomètres. Présence flamme par le détecteur de flamme qui peut provoquer l‟arrêt de la chaudière en cas de défaut flamme.
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Rapport de stage de fin d’étude Surveillance visuelle de la fumée.
III.2.5. Le ramonage : Si la température de cheminée dépasse 200°C, il y a mauvais échange thermique entre la masse gazeuse et les tubes de la chaudière. Ce Phénomène est du au dépôt d‟une couche isolante de suies qu‟on doit éliminer, le ramonage consiste à injecter la vapeur à l‟aide d‟une vanne afin d‟enlever les suies déposées dans les conduites, cette opération doit être effectuées au moins une fois par poste.
III.3. Les chaines de retour : Les chaines de retour installées servent à refouler l‟excès du fuel vers son point de départ (citerne de fuel).
Figure N°7 : Circuit de fuel Allé et Retour
III .4. Les paramètres de marche de la chaudière : Eau traitée : PH >= 9.5 TH= 0°F T °C d‟entrée =60°C P d‟entrée =15 bars Fuel-oil : T°C d’entée=110à 120°C P d’entrée =18 à20 bars Débit = 400 à 50 l/h Vapeur :
T°C de sortie=165 à 170 °C P de sortie = 8à 10 bars
Pression de service :
De 8 à10 bars
Température de la cheminée :
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Entre 180 et 260 °C
Rapport de stage de fin d’étude III.5. Conduite de la chaudière : Niveau d‟eau :
Premier souci d‟un conducteur de chaudière avant de démarrer, ou, à la reprise de son poste est de vérifier si le niveau d‟eau dans le ballon supérieur de la chaudière est convenable.
Il ne doit pour cela se fier supplément aux indicateurs donnés par les montures.
Il doit au paravent purger les niveaux de façon à s‟assurer que l‟indication est correcte, il faut vérifier également les indications fournies par les autres appareils flotteurs, indicateurs électriques, sifflet d‟alarmes, toutes les indications doivent concorder.
En marche, purger les niveaux une fois par poste et assurer leur éclairage d‟une manière suffisante.
Etablissement du rapport d‟incident de la marche de la chaudière. Soupape de sécurité :
Vérifier périodiquement le bon fonctionnement, soulager chaque fois par poste, leur conduite d‟échappement doit dégager à l‟extérieur du bâtiment de la chaudière. Eau d‟alimentation :
Il est strictement interdit d‟alimenter la chaudière par l‟eau brute non déminéralisée Surveiller la qualité de l‟eau d‟alimentation par des analyses régulières.
Ne jamais introduire de l‟eau froide dans la chaudière encore chaude , la différence entre la température de l‟eau utilisée et celle de la chaudière ne doit pas dépasser 40°C.
Lorsqu‟on arrête la chaudière ne jamais vidanger tant que les maçonneries sont encore chaudes.
Veiller à ce que le niveau d‟eau du ballon inférieur doit être au plein complet. Nettoyage et entretien :
Tenir très propres de l‟intérieur et de l‟extérieur toutes les parties de surface de chauffe.
Effectuer ramonage une fois par poste pour éliminer les suies collectées aux parois de tubes afin d‟obtenir une meilleure conduite et entretien de la chaudière.
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Rapport de stage de fin d’étude III .6. Fiche technique de la chaudière : Marque : BABCOCK ATLANTIQUE. Type : FM-9-48 FM: chaudière à faisceaux tubulaires mandrinés à leurs extrémités dans les réservoirs d'eau. 9 : distances des deux réservoirs d'eau (9 pieds = 2,7432 m). 48 : nombre de tubes par nappe de faisceaux. Débit de vapeur 11 tonnes/heure. Consommation du fuel = 450Kg/h Température de sortie = 187°C à 200°C. Puissance max contenue : 6,6 106 Kcal/h Débit fioul : 500l/h CIRCUIT DE VAPORISATION :
A la puissance normale : 10t/h A la puissance max continue : 11t/h Avec de l‟eau d‟alimentation à : 60°C Timbre : 18 bars (pression max à ne pas dépasser) Pression de service : 12 bars (par sécurité, il est arrêté à11,3 bars) Surface de chauffe du générateur complet : 255 m² Capacité du générateur complet : 8,306 m3 FAISCEAU TUBULAIRE :
Nombre de tubes : 594 Largeur moyenne des tubes : 2152 mm Diamètre extérieur des tubes : 51 mm Epaisseur des tubes : 2,9 mm ECRAN ARRIERE ET LATERAL :
Nombre de tubes : 53 Longueur moyenne des tubes : 5426 mm Diamètre extérieur de tubes : 63,5 mm Epaisseur des tubes : 2,9 mm RESERVOIR SUPERIEUR :
Longueur hors tout : 5356 mm Diamètre intérieur : 914 mm Epaisseur : 18 mm Epaisseur frette TH : 16 mm Surface de chauffe : 3,37 m² Capacité : 3,390 m3
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Rapport de stage de fin d’étude IV. Principe de Fonctionnement :
Figure N°8 : Foyer et ballon supérieur La chaudière à vapeur d‟eau possède deux réservoirs appelés ballon inferieur et ballon supérieur (Ou encore ballon de vaporisation), ils sont reliés par un faisceau de tubes vaporisateurs. Le niveau d‟eau dans le ballon supérieur est de 2/3. La flamme se développe dans un foyer tapissé de ces tubes. Ces derniers absorbent la chaleur par rayonnement, un second faisceau des tubes reçoit sa chaleur par convection, à l‟intérieur de ceux-ci se produit la vaporisation. l‟eau excédentaire est ramenée vers le ballon inférieur par des tubes de chute non soumis à la chaleur, La vapeur ainsi générée est collectée dans le ballon supérieur et regagne par la suite une clarinette de distribution vers les points suivants : L`atelier de séchage (conditionnement du fuel). Station de dépotage du fuel (préchauffage des tanks et citernes sur roues). Le dégazeur thermique (élimination de l`oxygène de l`eau d`alimentation des chaudières). Les réchauffeurs Le ramoneur
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°9 : Circuit de vapeur
IV.1. L’aspect de la combustion : La combustion du Fuel oïl dans le foyer du générateur de vapeur, se déroule en présence d‟un excès d‟air (combustion oxydante), au moyen d‟un brûleur à pulvérisation mécanique. En effet, la combustion oxydante règne dans le domaine de la production de la chaleur, du fait qu‟elle permet une oxydation totale du combustible et une libération maximale d‟énergie, l‟intérêt est toujours de réaliser une combustion oxydante complète qui transforme tout le combustible en produits de combustion. Mais dans le domaine industriel, un mauvais réglage du brûleur ou une mauvaise pulvérisation du combustible peut entraîner une oxydation partielle (combustion oxydante incomplète) du combustible, même en présence d‟un excès de comburant. Le réglage convenable des différents paramètres de combustion se fait au niveau du bruleur.
IV.2. Triangle du feu :
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Rapport de stage de fin d’étude La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si l'on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d'activation en quantités suffisantes. On représente de façon symbolique cette association par le triangle du feu. De la même manière, la combustion cesse dès qu'un élément du triangle est enlevé. La quantité d‟énergie produite par la combustion est exprimée en joules (J) ; il s'agit de l'enthalpie de réaction. Dans les domaines d'application (fours, brûleurs, moteurs à combustion interne), on utilise souvent la notion de pouvoir calorifique, qui est l'enthalpie de réaction par unité de masse de combustible ou l'énergie obtenue par la combustion d'un kilogramme de combustible, exprimée en général en kJ/kg. Les combustions d'hydrocarbures dégagent de l'eau sous forme de vapeur. Cette vapeur d'eau contient une grande quantité d'énergie. Ce paramètre est pris en compte de manière spécifique pour l'évaluation du pouvoir calorifique. On définit : le pouvoir calorifique supérieur (PCS) : Quantité d'énergie dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée condensée et la chaleur récupérée. le pouvoir calorifique inférieur (PCI) : Quantité de chaleur dégagée par la combustion complète d'une unité de combustible, la vapeur d'eau étant supposée non condensée et la chaleur non récupérée. Pour obtenir la vapeur nous avons besoin d‟une énergie de l‟ordre de 2500 KJ /Kg.
V. Conclusion : Dans ce chapitre nous avons établi une étude descriptive en citant les différents équipements du procédé .Cette étude nous a permis de comprendre le fonctionnement de la chaudière et ses annexes, et aussi les sécurités installées actuellement pour assurer son fonctionnement. Cette étude descriptive nous servira aussi dans l‟établissement du cahier des charges que nous allons détailler dans le chapitre suivant.
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Rapport de stage de fin d’étude
Chapitre N°3 :
CAHIER DE CHARGES
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Rapport de stage de fin d’étude I. Introduction : I.1. Contexte du projet : La chaudière est un dispositif permettant de chauffer l'eau et de produire de la vapeur si l'eau est chauffée au-delà de la température d‟ébullition. Industriellement, on utilise les chaudières pour produire la vapeur nécessaire au fonctionnement des procédés. La source de chaleur peut-être fournie par un combustible (gaz, fuel, charbon…) ou une résistance électrique. La nécessité d‟avoir des débits et pressions de vapeur importants aboutit en 1867 à la mise au point de la chaudière à tubes d‟eau par les ingénieurs américains BABCOK et WILCOX. Depuis, celles-ci ont sans cesse été perfectionné permettant d‟avoir notamment des rendements de 90%. Dans ce cadre, le groupe OCP a installé à l‟usine de BENI-IDIR deux chaudières à tubes d‟eau d‟une capacité nominale de 10T/H, d‟une température de 175°C et d‟une pression de 11 bars chaque une afin d‟assurer le conditionnement du fuel.
I.2. Objectif du projet : Le groupe OCP nous a proposé d‟effectuer une étude critique de la commande et de contrôle actuels de la chaudière et de Proposer des actions d‟amélioration pour mettre en place d‟un système numérique de contrôle et de commande. La chaudière constitue l‟un des plus important processus internes de l‟usine de BENI-IDIR. Dans cette perspective, nous sommes amenés à : Gérer les performances de la chaudière. Augmenter la capacité du processus et la disponibilité de Chaudière. Améliorer les compétences du personnel. Assurer un environnement de travail hygiénique et sécurisé.
II. Analyse fonctionnelle : L‟analyse fonctionnelle a pour objet de contribuer à générer les fonctions de service et techniques relatives à la chaudière. La méthode peut être séquencée en trois étapes : 1. Identifier les fonctions : cette étape consiste à imaginer les fonctions potentielles ou réalisées.
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Rapport de stage de fin d’étude 2. Exprimer les fonctions : cette étape consiste à qualifier les fonctions à l‟aide d‟un verbe d‟action et d‟un complément. 3. Caractériser les fonctions : cette étape consiste à quantifier les fonctions à l‟aide de critères et de valeurs.
II.1. Diagramme Bête à corne : Pour définir le besoin éprouvé par l‟utilisateur pour un produit, il faut répondre à 3 questions : A qui (à quoi) le système rend il service ? Sur qui (sur quoi) le système agit-il ? Dans quel but ? La chaudière à tubes d‟eau installée dans l‟usine de BENI-IDIR a pour objectif de produire la vapeur nécessaire au conditionnement du fuel. Et cela, évidemment, à l‟aide des différents équipements installés en parallèle.
Figure N°10: Bête à corne
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Rapport de stage de fin d’étude II.2. Diagramme "Pieuvre" ou graphe des interactions : Ce graphe permet de visualiser les relations du produit avec les éléments réels du milieu extérieur. Voici le graphe d‟interaction (incomplet) de la production de la vapeur dans la situation « Utilisation »:
Figure N°11: Graphe d’interaction (incomplet) de la production de la vapeur dans la situation « utilisation »
II.3. Fonctions de service : Elles peuvent être classées en 2 catégories : Fonction principale : FP (aussi appelée fonction d’Interaction FI) C‟est une fonction de service qui justifie la création du produit. FP = Action + milieu Extérieur 1 + milieu Extérieur 2 Il existe deux fonctions principales: FP1 = Produire du vapeur à partir de l‟eau traitée. FP2 = Faciliter à l’operateur le pilotage par le système de supervision. Fonction contrainte: FC (aussi appelée fonction d’adaptation FA) C‟est une fonction de service qui limite la liberté du concepteur. FC = Action + milieu Extérieur Il existe quatre fonctions contraintes: FC1 = Etre géré par l‟opérateur. FC2 = Démarrer en Gas-oil. FC3 = Basculer vers Fuel. FC4 = Protéger l‟opérateur. Le graphe d‟interaction complet de la production de la vapeur dans la situation
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Rapport de stage de fin d’étude « utilisation » :
Figure N°12 : Graphe d’interaction (complet) de la production de la vapeur dans la situation « utilisation » Les fonctions de service existantes sont : FP1 = Produire de la vapeur à partir de l‟eau traitée. FP2 = Faciliter à l‟operateur le pilotage par le système de supervision. FC1 = Etre gérée par l‟opérateur. FC2 = Démarrer en Gas-oil. FC3 = Basculer vers Fuel. FC4 = Protéger l‟opérateur
III. Diagramme FAST (Function Analysis System Technique) : Cet outil permet, à partir d'une fonction de service, par un questionnement, d'aboutir aux fonctions techniques et aux solutions constructives associées. Pour cela, nous allons établir pour chaque fonction de service son diagramme FAST. La fonction principale FP1 «Produire de la vapeur à partir de l‟eau traitée » est assurée par plusieurs fonctions techniques (notées FT).
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Rapport de stage de fin d’étude FT11 Alimenter la Chaudière Par l‟eau traitée
FP1 Produire de la Vapeur à partir de L‟eau traitée
FT12 Mettre le Foyer à une Certaine température
FT111 Démarrer les pompes alimentaires
FT121 Fournir L‟énergie
FT13 Détecter le Niveau d‟eau
FT14 Régler le niveau
FT1211 Régler Rapport Air/fuel
FT131 Magnétrol
FT141 Utilisation d’une boucle de régulation
Figure N°13: FAST partiel de la fonction principale La fonction principale FP2 «Faciliter à l‟operateur le pilotage par le système de supervision» est assurée par plusieurs fonctions techniques (notées FT). FT21 Automatisation de la Chaudière
FP2 Faciliter à L’opérateur le pilotage par le Système de Supervision
FT22 Amélioration des performances de la chaudière
FT211 Utilisation une nouvelle technologie
FT221Ajout des boucles de régulation
FT231 Implantation du système de supervision
FT23 Suivi des paramètres de production en temps
FT232 Mise en place des Centrales de mesures de la Température, de la pression et Du débit massique Figure N°14: FAST partiel de la fonction principale FP2
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Rapport de stage de fin d’étude La fonction contrainte FC1 «Etre gérée par l‟opérateur» est assurée par une fonction technique. FC1 Etre gérée par l’Opérateur
FT11 Améliorer les compétences du personnel
FT111 Assurer une formation aux Opérateurs de la Chaufferie
Figure N°15: FAST partiel de la fonction contrainte FC1
La fonction contrainte FC2 «Démarrer en Gas-oil» est assurée par deux fonctions techniques.
FT21 Ouvrir la vanne du Gas-oil FC2 Démarrer en Gas-oil FT22 Fermer la vanne du Fuel
Figure N°16: FAST partiel de la fonction contrainte FC2 La fonction contrainte FC3 «Basculer vers Fuel» est assurée par deux fonctions techniques. FT31 Fermer la vanne du Gas-oil FC3 Basculer vers Fuel FT32 Ouvrir la vanne du Fuel
Figure N°17: FAST partiel de la fonction contrainte FC3 La fonction contrainte FC4 «Protéger l‟Opérateur» est assurée par deux fonctions techniques. FT41 Mettre des arrêts d’urgence FC4 Protéger l’Opérateur FT42 Mettre un transfo d’allumage
Figure N°18: FAST partiel de la fonction contrainte FC4
IV. Conclusion : L‟analyse fonctionnelle que nous avons établie nous a permet de fixer les objectifs à atteindre: Régulation des grandeurs non commandés dans la chaudière Automatisation et supervision de la chaudière
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Rapport de stage de fin d’étude
Chapitre N°4 :
ETUDE CRITIQUE DE LA CHAUDIERE
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Rapport de stage de fin d’étude I. Etude critique de la chaudière : I.1. Introduction : Les fours sécheurs de l‟usine de BENI-IDIR utilisent le fuel pour le séchage du phosphate , Le fuel nécessite un réchauffement pour atteindre son point d‟inflammation (110 à 120 °C) afin de faciliter sa combustion. Ce réchauffement est assuré par la vapeur produite par la chaudière. En effet un bon fonctionnement de cette installation et une continuité de sa disponibilité sont les deux facteurs capitaux pour la bonne conduite de ces fours. Dans ce chapitre nous allons procéder à une étude critique des équipements de la chaudière en faisant une étude technique des boucles de régulation et de l‟ancien automate afin de dégager les causes principales des anomalies de ces derniers. Pour cela on a procédé a l‟analyse des pannes enregistrées en relevant les temps d‟arrêt de la chaudière, ensuite on a fait une étude économique afin de savoir combien des pertes (tonnage du phosphate, coût de main d‟œuvre…) dues à ces arrêts.
I.2.Etude des boucles de régulation : Pour avoir critiqué les boucles de régulation existe dans la chaudière la première chose qu‟on a fait c‟est la détermination des grandeurs commandés et non commandés dans la chaudière.
I.2.1.Détermination de grandeurs commandées dans la chaudière : D‟après ce qu‟on a vu on a découvert que la seule grandeur commandée actuellement dans la chaudière est :
– le niveau d‟eau dans le ballon supérieure. I.2.2.Détermination des grandeurs à commander dans la chaudière : Pour les différentes grandeurs à commander dans la chaudière sont :
La température de fuel :
La température du fuel doit être comprise entre 110°C et 120°C pour assurer un bon fonctionnement des fours sécheurs. Pour l‟instant pour contrôler cette grandeur les agents de la chaudière agie sur des vannes qui ont le rôle d‟injecter la vapeur dans les réchauffeurs pour assurer le réchauffement du fuel, par exemple si la T° de fuel dépasse 120°C ils ferment ces vannes et vise versa dans le cas ou si la T° de fuel diminue à 110°C.
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Rapport de stage de fin d’étude Pression du fuel : La pression du fuel doit être comprise entre 18 et 20 bar, pour l‟instant pour contrôler cette grandeur les agents de la chaudière agie sur une vanne by-pass. Pression de vapeur : La pression de vapeur doit être comprise entre 7 et 10.7 bar. Pour avoir une pression de vapeur entre 7 et 10.7 bar les agents de la chaudière agissent pour l‟instant sur le rapport air fuel ce qui implique un mauvais réglage du rapport air-fuel provoque un mal réglage de la pression vapeur alors un mauvais réchauffement de fuel. Pour assurer un réchauffement exacte du fuel il faut que la pression ne dépasse pas la valeur limite car cela provoque une augmentation de la température (T°vapeur= ((Pvapeur)^ (1/4))*100) (relation donné par les agents de la chaudière)) donc un mauvais réchauffement du fuel ce qui amène a un mauvais fonctionnent des fours sécheurs. rapport air/fuel : Le rapport air/fuel joue le rôle de limiter le débit de l‟air par rapport au fuel pour assurer une bonne combustion. Pour l‟instant pour régler ce rapport les agents de la chaudière agie sur un levier afin d‟obtenir une proportionnalité entre l‟air et le fuel. température de la fumé de la chaudière : La température de cheminée ne doit pas dépasser 200°C, car il y aura un mauvais échange thermique entre la masse gazeuse et les tubes de la chaudière. Ce Phénomène est du au dépôt d‟une couche isolante de suies qu‟on doit éliminer, pour l‟instant pour éliminer ces suie les agents de la chaudière fait ce qu‟il appelle le ramonage . Le ramonage consiste à injecter la vapeur à l‟aide d‟une vanne afin d‟enlever les suies déposées dans les conduites jusqu'à que la température de cheminé prend la valeur 180°C à peu prés, cette opération doit être effectuées au moins une fois par poste. Synthèse et position du problème : Les majorités des pannes se situe au niveau de la seul grandeur commandé (niveau d‟eau dans le ballon supérieure) par exemple le niveau d‟eau dépasse le niveau normale, et d‟après l‟analyse de ce problème on a découvert que ce problème est provoqué par l‟ancien régulateur pneumatique Masoneilan 12812-2C ce qui nécessite le changement de ce régulateur par un autre. Le contrôle des différentes grandeurs (pression vapeur, température fuel, Pression fuel etc..) nécessite l‟intervention directe de l‟opérateur à l‟aide des indicateurs situé dans la salle de contrôle, ce qui nécessite l‟amélioration du fonctionnement de la chaudière par la régulation de ces grandeurs pour gagner du temps.
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Rapport de stage de fin d’étude Afin d‟améliorer la performance de la chaudière de BENI_IDIR on a élaboré des chaines de régulation pour commander les différentes grandeurs non commander actuellement dans la chaudière.
I. 3.Etudes de l’ancien Automate TSX 47/20 : Description : Le système d‟automatisation actuel, qui fait fonctionner la chaudière de l‟usine de BENIIDIR, est un système non intégré. Les différentes fonctions d‟automatisation, et de supervision sont séparées, ce qui implique automatiquement, une augmentation du temps de communication entre les différents services en cas de problèmes. Ces différentes fonctions sont réalisées, pour ce qui est de l‟automatisme avec l‟automate TSX 47/20. Constats : L‟installation actuelle ne permet pas de: Suivre les paramètres de la production en temps réel. Maîtriser les procédés de fabrication. Archiver et éditer les événements. Garantir une intervention rapide, utile et efficace des services de la maintenance. Assurer le diagnostic de la maintenance en temps réel. Éditer les rapports journaliers de production. Un pilotage rigoureux pour le diagnostic et d‟aide à la décision.
I.3.1.Les principaux caractéristique de la partie contrôle commande : L‟automate TSX 47/20 : L‟automate utilisé actuellement est le TSX 47/20 de TELEMECANIQUE c‟est un automate très ancien qui utilise un mode classique de programmation.
Figure N°19 : automate TSX47/20
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Rapport de stage de fin d’étude Il présente cependant, les inconvénients suivants :
Temps de réparation
élevé du à la difficulté de dépannage, donc une perte
financière.
Pièces de rechange ne sont plus disponibles sur le marché.
Ne réalise pas les fonctions complexes telles que la régulation.
Caractéristiques techniques de l‟automate TSX 47/20 :
Caractéristiques générales
Variables TSX 47/20
Type de blocs de fonction Synthèse et position du problème : L‟étude critique relative au système de contrôle commande actuel a permis d‟identifier les anomalies qui handicapent la supervision des installations. De plus La supervision est très utile, surtout que la complexité et l‟étendue des systèmes rendent difficile la prévision de leurs comportements dans des situations critiques : (défaillances, mauvaises conditions d‟utilisation, etc.).
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Rapport de stage de fin d’étude D‟une part la complexité et la multitude des fonctionnalités dans les systèmes industriels ne facilitent pas sur le terrain ni leur pilotage ni les tâches de maintenance. Ceci génère plus de dépense et plus de temps alloué aux interventions. D‟où la nécessité de suivre une politique de maintenance et de mettre en œuvre un moyen de pilotage plus précis et de suivi en temps réel du fonctionnement des installations. Objectifs de l‟installation d‟un nouveau système de contrôle commande : L‟installation du système de contrôle commande va permettre de réaliser à partir de la salle de contrôle, la surveillance, la conduite, le pilotage et le contrôle de l‟ensemble des étapes constituant le processus de fabrication. En effet, notre système contribuera à :
Améliorer la productivité du personnel de la conduite.
Suivre les paramètres de la production en temps réel.
Assurer la maîtrise des procédés de fabrication.
Archiver et éditer les événements.
Garantir une intervention rapide, utile et efficace des services de la maintenance.
Assurer le diagnostic de la maintenance en temps réel.
Éditer les rapports journaliers de production.
I.4.répartition des pannes par équipement et l’analyse des causes des anomalies : Pour être sur de l‟étude critique qu‟on a fait on a suivi avec les agents de service les différentes pannes de la chaufferie, ce qui a nous permit de faire une répartition des pannes par équipement ainsi que l‟analyse des causes des anomalies.
I.4.1. Répartition des pannes par équipement : Le tableau suivant donne la répartition des durées et les fréquences des pannes pour chaque équipement pendant 2 ans:
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Rapport de stage de fin d’étude
Table N°2 : Durée et fréquence annuel des pannes et leurs pourcentages cumulés Nous constatons que les automatismes de la chaudière ont cumulé 368 heures d‟arrêt multiples à une fréquence de 31 pannes annuelles, alors Les automatismes de la chaudière sont caractérisés par une fréquence des pannes faible, mais la durée de ces pannes est relativement élevée.
I.4.2. Analyse des causes des pannes : Le tableau suivant récapitule les causses principaux des pannes qui arrêtent les différentes installations de la chaudière:
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Rapport de stage de fin d’étude
Table N°3 : Causes des pannes dans la chaudière
I.5. CONCLUSION : A la lecture de ce qui précède, on remarque que, bien que la chaudière de l‟usine de BENI-IDIR ait fonctionné avec ces systèmes pendant pas mal d‟années, à l‟ère de la concurrence grandissante et du concept de l‟amélioration continue, il se pose un sérieux problème, celui de savoir comment réduire le temps de réparation ou comment être plus disponible et produire de la qualité au moindre coût , Il est donc le temps de réfléchir à la rénovation de l‟automatisme actuel, afin de créer de la valeur ajoutée à l‟entreprise. L‟arrêt de la chaudière implique l‟arrêt des huit fours, des deux broyeurs et aussi de la pomperie (dépotage). Ces arrêts engendrent des pertes considérables au terme de tonnage du phosphate, et du coût de main d‟œuvre. Dans le chapitre suivant, nous allons procéder à la proposition des chaines de régulation pour contrôler les différentes grandeurs non commander dans la chaudière, l‟automatisation et la supervision de cette dernier afin de réduire la durée des arrêts et de limiter l‟intervention de l‟opérateur.
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Rapport de stage de fin d’étude
Chapitre N°5 :
AUTOMATISATION & SUPERVISION DE LA CHAUDIERE
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Rapport de stage de fin d’étude I. Introduction : D‟après notre étude de fonctionnement et l‟analyse critique de la chaudière nous avons pu proposer des actions d‟améliorations pour limiter l‟intervention de l‟opérateur, ainsi pour améliorer la disponibilité de la chaudière, on a proposé des nouveaux capteurs et actionneurs. et finalement on a élaboré un grafcet du fonctionnement qui tient compte de toutes les conditions de sécurité. Le fonctionnement de la chaudière de l‟usine de BENI-IDIR est assuré par l‟automate programmable Télémécanique TSX 47et les installations auxiliaires. Ces équipements ne permettent pas de: Suivre les paramètres de la production en temps réel. Archiver et éditer les événements. Garantir une intervention rapide, utile et efficace des services de la maintenance. Éditer les rapports journaliers de production. Suivre et piloter la consommation électrique. Les limitations techniques de l‟automate installé(Télémécanique) nous amènent à concevoir un nouveau réseau d‟automates en vue de mettre en place un système de supervision performant. Ces limitations sont dues principalement au fait que les automatismes actuels sont abandonnés en fabrication, au manque de pièces de rechange sur le marché, à leur faible capacité de traitement et à leur vitesse de traitement lente. Afin d‟élaborer le nouveau système de supervision nous avons suivi les étapes suivantes: Actions de rénovations des automatismes de la chaudière : Elaboration des chaînes de régulations ; Automatisation des installations à superviser ; Inventaire des Entrées/Sorties ; Architecture du réseau ; Réalisation des vues de supervision.
II. Actions de rénovations des automatismes de la chaudière : Le tableau suivant regroupe toutes les actions d‟améliorations que nous avons établies, en se basant sur l‟étude critique.
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Rapport de stage de fin d’étude Équipements
Actions d’améliorations
Causes
- Installation d‟un nouveau débitmètre pour la mesure du débit vapeur à la sortie des deux chaudières Circuit vapeur - Installation d‟un nouveau thermomètre pour la mesure de la température vapeur
N‟existent pas sur le procédé
- Installation des transmetteurs pour la visualisation de la température et débit vapeur consommé
- Changements du régulateur Pneumatique Masoneilan 12812-2C - Changements du régulateur Pneumatique Magnétrol
- Abandonné de fabrication - Manque de pièces de rechange - Introduire ces paramètres dans la Supervision
Automate programmable
- Remplacement de l‟automate programmable télémécanique par une automate siemens S300.
- Abandonnés de fabrication. - Faible capacité de traitement. - Vitesse de traitement lente.
des circuits HP ET BP Fuel
- Rénovations des électrovannes des circuits de haute et basse pression
Indicateur de niveau dans le ballon supérieur
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- Abandonné de fabrication - Manque de pièces de rechange - Intégration des régulateurs haute et basse - Introduire ces paramètres dans la pression dans l‟Automate supervision
Rapport de stage de fin d’étude - Rénovations des électrovannes des réchauffeurs - Installation de compteur pour la mesure de la consommation Fuel et son transmetteur
-la consommation est calculée manuellement par la différence des index des deux compteurs
- Remise en service de la chaine de
- Régulateur défectueux
régulation Chaine de l’eau brute - Installation d‟un débitmètre pour la mesure du débit eau alimentant la chaudière et son transmetteur
- Contrôler la consommation de l‟eau dans la chaudière
Tableau N°4 : récapitulatif des actions d’amélioration
III. Elaboration des chaînes de régulations : III.1.Les chaines de régulation proposés : Régulation de la pression fuel : Un capteur de pression situé après chaque pompe gavage (fuel) et une autre dans la conduite d‟alimentation pour capter la pression du fuel, selon la consigne des capteurs le régulateur agit sur une vanne régulatrice de la chaîne de retour des réchauffeurs, si la pression du pompe diminue l‟électrovanne se ferme proportionnellement au consigne et vis vers sa. Régulation de la température de fuel : Un capteur de température situé à la sortie de chaque réchauffeur et un autre dans la conduite d‟alimentation, selon la consigne du capteur le régulateur agit sur les vannes du vapeur de réchauffeur, si la température du fuel augmente les électrovannes se ferment proportionnellement au consigne. Régulation de niveau d‟eau (TOR) : Un capteur de niveau va envoyer la consigne vers le régulateur pour commander l‟ouverture ou la fermeture totale de l‟électrovanne de commande de niveau d‟eau. Régulation de la pression vapeur :
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Rapport de stage de fin d’étude Un capteur de pression situé à la sortie de vapeur, le régulateur agit sur la pression du fuel car si la pression vapeur diminue, le régulateur augmente la pression du fuel pour augmenter le débit du fuel entrant dans la chaudière. Régulation de rapport air-fuel : Notre but de l‟opération de la combustion est de réaliser une combustion complète, la combustion partielle peut être obtenue suite au mauvais réglage de l‟air de combustion avec le débit fuel dans la chaudière. Pour dépasser ce problème On va utiliser un servomoteur mécanique qui va commander la vanne d‟alimentation fuel et la pompe de soufflage (pompe d‟air de combustion).
Figure N°20 : Boucle fermé de la régulation
III.2. Capteurs & Actionneurs proposés : Pour réaliser les chaînes de régulation prévue nous avons proposé des équipements afin de rendre le système plus fiable, en se basant sur les critères de choix suivant : Résistivité contre les vibrations au niveau de la chaudière et au niveau des conduites. Facilité d‟utilisation et d‟installation Temps de réponse court Fonctionnement au milieu industriel (température et pression élevées, poussière etc.…) Concernons les fournisseurs, nous avons choisi notre matériel des sociétés dont les quelles l‟ocp fait ses transactions fréquemment.
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Rapport de stage de fin d’étude (Voir annexe ).
III.3. La sécurité des pompes : Pour établir la sécurité des pompes nous avons proposé : Un capteur de rotation pour surveiller la rotation des pompes. Un relais de protection moteur contre les surcharges thermiques et les défaillances de phase. Ces propositions aident les électriciens à détecter spécifiquement l‟emplacement de la panne dans une pompe, pour faciliter la réparation.
Réglage du courant nominal
Indicateur de manque de phase Indicateur de surcharge
Temporisateur de déclenchement
Figure N°21 :Relais de protection moteur
IV. Automatisation des installations à superviser : IV.1. Introduction : La maîtrise du fonctionnement de la chaudière, a toujours été un facteur important de progrès de la production au sein de l‟unité de BENI-IDIR. Le pilotage de la chaudière a été rendu possible grâce aux connaissances scientifiques et techniques en mécanique, thermodynamique, électrotechnique et hydraulique. L‟automatisation et la supervision de la chaudière sont destinées à augmenter les possibilités de l‟opérateur pour la rapidité de ses déplacements et de ses actions, et pour l‟amplification de sa force et de son champ d‟action, notamment dans l‟accomplissement de tâches pénibles, dangereuses et/ou répétitives.
IV.2. Grafcets de fonctionnements réalisés : La mise en place d‟un système de supervision nécessite l‟automatisation des installations et l‟implantation d‟un réseau local industriel. Et dans ce chapitre nous allons détailler les Grafcets que nous avons établis.
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Rapport de stage de fin d’étude IV.2.1. Démarrage de chaudière : Lire avec soin les cosignes, pour s‟assurer quelle chaudière doit en démarrer. S‟assurer la disponibilité de l‟ensemble chaudières et annexes. Faire une tournée générale et vérifier : Stock du gas-oil Fuel Eau traitée Circuit vapeur fuel et eau Ainsi que les organes tels que pompes, ventilateurs. Faire un rond autour de la chaudière, examiner l‟extérieur et l‟intérieur de la chambre de combustion par regard. S‟assurer la présence d‟air comprimé pour fonctionnement des vannes pneumatiques et des appareils de régulation. Ouvrir les vannes qui doivent être ouvertes et fermer celles qui être fermées. Mettre la chaudière au niveau d‟allumage. ouverture de la vanne de recyclage de gas-oil. Appuyer sur le bouton poussoir du gas-oil. Démarrer la pompe de gavage basse pression 2.5 à 3 bars. Démarrer la pompe de haute pression 18 à 20 bars. Démarrer le ventilateur de soufflage afin d‟effectuer une ventilation pour évacuer les gaz à l‟intérieur du foyer. Ouvrir la vanne de ramoneur. Mettre la chaudière en service en manœuvrant le bouton de commande. Le programmeur démarre grâce à l‟impulsion reçue L‟allumage par des électrodes ou à défaut se fait par la torche de butane
Lorsque la flamme atteint le nez du brûleur le ventilateur (VB) démarre automatiquement, on doit surveiller le soufflage progressivement. Contrôler la flamme par un regard, une bonne combustion donne une bonne flamme et une légère fumée à la sortie de la cheminée.
L‟évaporation commence lorsque la pression augmente de 4 à5 bars: ouverture du by-pass
de la grande vanne de sortie vapeur vers clarinette.
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Rapport de stage de fin d’étude Ouvrir la vanne de départ vapeur vers citerne fuel et les réchauffeurs progressivement. Après avoir atteint une température de 100 à 110°C, isolé le circuit du gas-oil et lancer complètement le fuel-oil N2. Enfin respecter les paramètres de marche de la chaudière.
IV.2.2. Grafcet principal: Le Grafcet principal que nous avons élaboré décrit le fonctionnement de la chaudière, il est basé sur des Grafcets secondaires qui réalisent les différentes fonctions de : Démarrages de la chaudière ; Sécurité principale et secondaire ; Alimentation de la chaudière en eau traité et en fuel ; Les Grafcets secondaires de fonctionnement (Voir Annexe) de la chaudière sont les suivants :
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GPA {50}
: Grafcet des pompes alimentaires (Etape initiale {50}).
EA
: étape d‟attente
GPG {57}
: Grafcet des pompes gavages (Etape initiale {57}).
GEVR {62}
: Grafcet des électrovannes Fuel (Etape initiale {62}).
GPF {66}
: Grafcet des pompes Fuel (Etape initiale {66}).
GSS1 {80}
: Grafcet Sécurité secondaire (Etape initiale {80}).
GSP {77}
: Grafcet Sécurité principale (Etape initiale {77}).
GBR{86}
: Grafcet de bruleur (Etape initiale {86}).
GVB {82}
: Grafcet ventilateur de balayage (Etape initiale {82}).
Rapport de stage de fin d’étude
Figure N° 22: Grafcet principal de fonctionnement L‟alimentation de la chaudière en eau traité est assurée par les pompes alimentaires (GPA) Les pompes de gavages (GPG), les pompes fuel(GPF) doivent être aussi en marche pour assurer l‟alimentation de la chaudière par le fuel. En suite si les sécurités secondaire(GSS) et principales (GSP) sont vérifiées, la vanne pilote fuel (GEVP) s‟ouvre et le transformateur d‟allumage (GTA) assure l‟étincelle de démarrage de la combustion en présence de l‟air grâce au ventilateur de soufflage (GVS).
IV.2. 3. Inventaire des entrées sorties : Après avoir déterminé la liste des entrées/sorties de la chaudière de l‟usine de BENIIDIR, nous déduisons que l‟automate programmable à choisir doit satisfaire les caractéristiques suivantes :
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Rapport de stage de fin d’étude Entrées
TOR
Nombre
65
Sorties
Analogique
14
TOR
Analogique
79
0
Tableau N°5 : Inventaire des Entrées/Sorties La détermination du nombre des entrée/sorties permet d‟identifier le nombre de modules d‟E/S nécessaire. Ces modules forment l‟interface entre les circuits d‟E/S et les capteurs et actionneurs. Pour la liste complète des Entrées /Sorties du système, voir Annexe.
IV.3.Choix de l’automate programmable : Les automates programmables des gammes S7300 de siemens offrent la puissance et la flexibilité pour une solution complètement automatisée. Leur puissant jeu d‟instructions, leurs outils de programmation évolués et leurs ressources extensibles nous donnent toutes les raisons de les incorporer dans notre application d‟automatisme.
IV-3-1 : Gamme Simatic S7 de Siemens : Siemens reste le seul à proposer une gamme complète de produits pour l‟automatisation Industrielle, par le biais de sa gamme SIMATIC. L‟intégration globale de tout l‟environnement D‟automatisation est réalisée grâce a : • Une configuration et une programmation homogène des différentes unités du système. • Une gestion cohérente des données. • Une communication globale entre tous les équipements d‟automatisme mis en œuvre.
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°23 : Présentation de la gamme de SIMATIC S7300 : est un Mini-automate modulaire pour les applications d‟entrée et de milieu de Gamme, avec possibilité d‟extensions jusqu‟a 32 modules, et une mise en réseau par L‟interface multipoint (MPI), PROFIBUS et Industriel Ethernet
Figure N°24: L’API S300
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Rapport de stage de fin d’étude IV.3.2. Etude de la partie supervision prévue : Le système de supervision s‟avère être l‟un des outils indispensables du contrôle commande ouvrant la voie à une maîtrise optimale de la production. Il constitue le carrefour de rencontres et de liens entre les différents niveaux des fonctions d‟une entreprise d‟une part, entre les opérateurs aux intérêts différents, les données binaires, numériques et structurées d‟autre part. IV.3.2.1. Description du système de supervision: La supervision de la production permet à l‟exploitant de réaliser rapidement des gains de productivité. Cela se fait par la maîtrise de la surveillance et de la conduite des processus, mais aussi la maîtrise des défaillances et du non qualité. La supervision des installations de la chaudière de l‟unité de Béni-Idir permet d‟avoir une vision globale mais aussi élémentaire des processus allant du suivi des paramètres de fonctionnement jusqu‟aux aides aux diagnostics et à la maintenance. C‟est un outil qui permet à l‟opérateur de s‟informer en temps réel de tous les dysfonctionnements, d‟identifier les causes et de suggérer les actions de maintenance. La supervision des dites installations permet également à l‟opérateur d‟agir à temps sur l‟installation, accomplir les taches nécessaires au bon déroulement des procès relatifs à la fabrication des qualités marchandes et piloter en manuel les installations dans des situations délicates (phases transitoires, incidents). La détection et la mesure des causes de non productivité et de non qualité des produits, permettront d‟engager par le biais d‟outils statistiques, les actions correctives adéquates de nature préventive. Dans ce contexte, on veut installer un système de supervision de la chaudière de Béni-Idir performant qui permet : D‟améliorer la productivité du personnel de la conduite. Suivre des paramètres de production en temps réel. Maîtriser les procédés de fabrication. Archivage et édition des événements. Intervention rapide, utile et efficace des services de maintenance. Diagnostic pour la maintenance. Edition des rapports journaliers de production.
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Rapport de stage de fin d’étude La concrétisation de cet investissement est indispensable en vue d‟augmenter la productivité, améliorer la qualité du réchauffement du fuel et satisfaire ainsi aux exigences des clients. IV.3.2.2. Progiciel de conception et configuration d’interface Win CC flexible: Win CC flexible, est un progiciel partage dans l‟environnement STEP7, et propose pour la configuration de divers pupitres operateurs, une famille de systèmes d'ingénierie évolutifs adaptes aux taches de configuration. Créer l'interface graphique et les variables, c‟est pouvoir lire les valeurs du processus via L‟automate, les afficher pour que l‟operateur puisse les interpréter, et ajuster, éventuellement, le Processus, toujours via l‟automate voir figure7.
Figure N°24: L‟interface Homme/Machine dans un processus automatisé IV.3.3.réseau de communication: IV.3.3.1Introduction : Dans le cadre d‟une évolution conduisant une automatisation globale, l‟automate est de Moins en moins achète. et même si c‟est le cas, il doit pouvoir être connecter a d‟autres Matériels a processeur, et pouvoir dialoguer avec les agents d‟exploitation. Il faut donc se pencher sur ses liens avec son environnement et les fonctions qu‟il doit assurer, Outre son rôle premier de commande d‟un dispositif de production. IV.3.3.2 Définitions élémentaires : Terrain : indique une espace délimité géographiquement (usine, atelier, voiture...) BUS : au sens informatique industriel, conducteur ou ensemble de conducteurs communs a Plusieurs circuits permettant l‟échangé de données entre eux avec : Liaisons communes.
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Rapport de stage de fin d’étude Plusieurs circuits. Référence à la topologie de la configuration. RESEAU : ensemble de ligne de communication qui desservent une même unité géographique . BUS / RESEAU DE TERRAIN : Terme générique d‟un nouveau réseau de communication Numérique, bidirectionnel, multi branche (multi drop), série reliant différents types D‟équipements d‟automatisme : • E/S déportées. • Capteur / Actionneur. • Automate programmable. • Calculateur. IV.3.3.3 Profibus : PROFIBUS (Process Field Bus) est un réseau de terrain ouvert, permettant de répondre a un large éventail d‟applications dans les domaines concernant : les procèdes manufacturiers (conduite des procèdes séquentiels, procèdes discontinus par lots < batch >). les procèdes continus (conduite, régulation). PROFIBUS se décline en trois variantes de protocoles, répondant chacune a des finalités métiers et applicatives spécifiques : a) PROFIBUS-DP (Decentralized Peripheral) : destine aux applications de type maitre esclave en mono-maitre pour la gestion des équipements d‟entrées-sorties déportées avec des temps d‟accès extrêmement courts. Le fonctionnement multi-maitre est possible. b) PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) : destine aux applications nécessitant l‟échange entre maitres pour la synchronisation d‟activités de contrôle- commande, base sur la messagerie MMS (Manufacturing Message Spécifications). c) PROFIBUS-PA (Process Automation) : destine aux applications de contrôle de Processus nécessitant la communication avec des équipements de terrain (capteurs, actionneurs) permettant une tel alimentation des équipements et un fonctionnement avec sécurité intrinsèque en ambiance explosive. IV.3.3.4 réseau MPI : Le Multi Point Interface - Siemens (MPI) est une interface propriétaire des automates programmables industriels SIMATIC S7 de la compagnie Siemens.
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Rapport de stage de fin d’étude Elle est utilisée pour le raccordement des stations de programmation (PG ou PC), les pupitres opérateurs, ainsi que pour d‟autres appareils appartenant à la famille SIMATIC. C‟est cette technologie qui a inspiré le développement du protocole Profibus. IV.3.3.4 réseau ETHERNET : Ethernet (aussi connu sous le nom de norme IEEE 802.3) est un standard de transmission de données pour réseau local basé sur le principe suivant : Toutes les machines du réseau Ethernet sont connectées à une même ligne de communication, constituée de câbles cylindriques. IV.3.3.4 schéma de réseau de communication :
Figure N°25 : Classification des réseaux PROFIBUS
IV.4. Réingénierie de la partie contrôle et commande de la chaudière d’UB : Cette partie a donc pour objectif de présenter le travail d‟automatisation qui a été réalisé avec le système Simatic Manager de Siemens, mais, cette présentation ne pourrait se faire, sans un aperçu sur ce système. Ainsi, dans ce chapitre, nous présenterons le système Simatic Manager, et le travail qui a été accompli.
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Rapport de stage de fin d’étude IV.4.1. Présentation du système : Par rapport à l‟approche classique d‟automatisation des installations industrielles, qui consiste à mettre en œuvre des solutions matérielles et logicielles spécifiques à partir des spécifications définies, le nouveau système de contrôle commande doit couvrir l‟ensemble des fonctions assurées par les différentes unités d‟une installation industrielle. On définit donc, le contrôle procès comme étant l‟ensemble des trois fonctions suivantes :
la fonction automatisation, qui comprend, la mesure des grandeurs physiques, la régulation, la commande, etc.…
la fonction supervision, qui comprend la visualisation, la commande, l‟enregistrement, etc.…
la fonction communication qui assure l‟échange de données entre les équipements de l‟installation. Le programme d‟automatisation de la chaudière de l‟usine de BENI-IDIR a été réalisé
avec le logiciel de programmation Step 7V5.4, la supervision avec le logiciel Wincc flexible et la communication avec le logiciel . La communication entre la station de supervision et l‟automate programmable sera assurée par un réseau MPI, IV.4.1.1. STEP 7 V5.4: Présentation du logiciel de programmation step 7 : STEP 7 est le progiciel de base pour la configuration et la programmation de systèmes d‟automatisation SIMATIC S300 et S400. Il fait partie de l'industrie logicielle SIMATIC. Le logiciel de base assiste dans toutes les phases du processus de création de la solution d'automatisation, La conception de l'interface utilisateur du logiciel STEP 7 répond aux Connaissances ergonomiques modernes et son apprentissage est très facile [14]. STEP 7 comporte les quatre sous logiciels de base suivants : a)Gestionnaire de projets SIMATIC Manager : SIMATIC Manager constitue l'interface d'accès a la configuration et a la programmation. Ce gestionnaire de projets présente le programme principal du logiciel STEP7 il gère toutes les Données relatives a un projet d'automatisation, quelque soit le système cible (S7/M7/C7) sur Lequel elles ont été créées. Le gestionnaire de projets SIMATIC démarre automatiquement les
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Rapport de stage de fin d’étude Applications requises pour le traitement des données sélectionnées. b) Editeur de programme et les langages de programmation: Les langages de programmation CONT, LIST et LOG, font partie intégrante du logiciel de base. Le schéma a contacts (CONT) est un langage de programmation graphique. La syntaxe des instructions fait penser aux schémas de circuits électriques. Le langage CONT permet de suivre facilement le trajet du courant entre les barres d'alimentation en passant par les contacts, les éléments complexes et les bobines La liste d'instructions (LIST) est un langage de programmation textuel proche de la machine. Dans un programme LIST, les différentes instructions correspondent, dans une large mesure, aux étapes par lesquelles la CPU traite le programme Le logigramme (LOG) est un langage de programmation graphique qui utilise les boites de l'algèbre de Boole pour représenter les opérations logiques. Les fonctions complexes, comme par exemple les fonctions mathématiques, peuvent être représentées directement combinées avec les boites logiques c) Paramétrage de l’interface PG-PC: Cet outil sert a paramétrer l‟adresse locale des PG/PC, la vitesse de transmission dans le Réseau MPI ou PROFIBUS en vue d‟une communication avec l‟automate et le transfert du projet. d) Le simulateur des programmes PLCSIM: L'application de simulation de modules S7-PLCSIM permet d'exécuter et de tester le Programme dans un automate programmable (AP) qu‟on simule dans un ordinateur ou dans une Console de programmation. La simulation étant complètement réalisée au sein du logiciel STEP7, il n'est pas nécessaire qu'une liaison soit établie avec un matériel S7 quelconque (CPU ou module de signaux). L'AP S7 de simulation permet de tester des programmes destines aux CPU S7-300 et aux CPU S7-400, et de remédier a d'éventuelles erreurs.
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°26 : logiciel de simulation PLC-SIM Programme de la chaudière élaboré sous Step 7: a) Création du projet dans Simatic manager: Afin de créer un nouveau projet STEP7, il nous est possible d‟utiliser << l‟assistance de création de projet >>, ou bien créer le projet soi même et le configurer directement, cette dernière est un peu plus complexe, mais nous permet aisément de gérer notre projet. En sélectionnant l‟icone SIMATIC Manager, on aura la fenêtre principale qui s‟affiche, pour sélectionner un nouveau projet et valider. Comme le projet est vide il nous faut insérer une station SIMATC 300/400.
Figure N°27: Le SIMATIC Manager
Deux approches sont possibles. Soit on commence par la création du programme puis la Configuration matérielle ou bien l‟inverse. b) Configuration matérielle : C‟est une étape importante, qui correspond a l‟agencement des châssis, des modules et de la Périphérie décentralisée.
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Rapport de stage de fin d’étude Les modules sont fournis avec des paramètres définis par défaut en usine. Une configuration Matérielle est nécessaire pour :
modifier les paramètres ou les adresses prérègles d‟un module.
configurer les liaisons de communication.
Le choix du matériel SIMATIC S300 avec une CPU314-2DP nous conduit a introduire Hiérarchisée suivante :
Figure N°28 : Configuration matérielle On commence par le choix du châssis selon la station choisie auparavant, Pour la station SIMATIC S300, on aura le châssis <
> qui comprend un rail profile. Sur ce profile, l‟alimentation préalablement sélectionnée se trouve dans l‟emplacement n°1. Parmi celles proposées notre choix s‟est porte sur la << PS-307 10A >>. La <>est impérativement mise a l‟emplacement n°2. L‟emplacement n°3 est réserve comme adresse logique pour un coupleur dans une configuration Multi châssis. A partir de l‟emplacement 4, il est possible de monter au choix jusqu'a 8 modules de signaux (SM), processeurs de communication (CP) ou modules fonctionnels (FM). Apres cela il ne nous Reste qu‟à enregistrer et compiler. La configuration matérielle étant terminée, un dossier <> est automatiquement insère dans le projet, comme indique dans la figure suivante :
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Rapport de stage de fin d’étude
Figure N°29: Création du programme S7 d)
Création de la table des mnémoniques (Partie Software) : Dans tout programme il faut définir la liste des variables qui vont être utilisées lors de
Notre programmation. Pour cela la table des mnémoniques est crée. L‟utilisation des noms Appropries rend le programme plus compréhensible est plus facile a manipuler. Ce type D‟adressage est appelé <> (voir Figure) Pour créer cette table, on suit le cheminement suivant : Insérer nouvel objet _ table des mnémoniques On édite la table des mnémoniques en respectant notre cahier de charge, pour les entrées et les Sorties. (Voir annexe). d) Elaboration du programme S7 (Partie Software) : Le dossier bloc, cite auparavant, contient les blocs que l‟on doit charger dans la CPU pour Réaliser la tache d‟automatisation, il englobe : les blocs de code (OB, FB, SFB, FC, SFC) qui contiennent les programmes, les blocs de données DB d‟instance et DB globaux qui contiennent les paramètres du programme. 1) Les blocs d‟organisation (OB) Les OB sont appelés par le système d‟exploitation, on distingue plusieurs types : ceux qui gèrent le traitement de programmes cycliques. ceux qui sont déclenches par un événement. ceux qui gèrent le comportement a la mise en route de l‟automate programmable. et en fin, ceux qui traitent les erreurs.
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Rapport de stage de fin d’étude Le bloc OB1 est génère automatiquement lors de la création d‟un projet. C‟est le programme cyclique appelé par le système d‟exploitation. 2) Les fonction (FC) : La FC contient des routines pour les fonctions fréquemment utilisees. Elle est sans mémoire et sauvegarde ses variables temporaires dans la pile de données locales. Cependant elle peut faire Appel a des blocs de données globaux pour la sauvegarde de ses donnés.
Figure N°30: Vue d’ensemble des blocs programme dans SIMATIC Manager Les programmes de l‟automatisation de la chaudière voir annexe. IV.4.1.2. La supervision : Généralités sur la supervision : La supervision est un système informatique interactif qui se situe entre les automatismes d‟atelier et la gestion de la production. Elle est conçue pour fournir aux opérateurs les informations leurs permettant de prendre, au bon moment, les bonnes décisions pour assurer la conduite d‟une production complexe. Elle permet aussi de contrôler et de surveiller l‟exécution d‟une opération ou d‟un travail effectué par d‟autres sans rentrer dans les détails de cette exécution. Elle devient prépondérante par rapport à la commande et à la surveillance. Certaines de ces fonctionnalités entraînent une action directe sur le procédé, d‟autres ne concernent que la transformation d‟information et enfin que d‟autres sont caractérisés par la mise en œuvre d‟un processus décisionnel et une modification des objectifs au cours du fonctionnement.
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Rapport de stage de fin d’étude La commande : Son rôle est de faire exécuter un ensemble d‟opérations au procédé en fixant des consignes de fonctionnement en réponse à des ordres d‟exécution. Il peut s‟agir de réaliser : Une séquence d‟opérations constituant une gamme de fabrication dans le but de fabriquer un produit en réponse à une demande d‟un client Une séquence d‟action corrective destinée à rendre au système de production toutes ou une partie des fonctionnalités requise pour assurer sa mission. Des actions prioritaires et souvent prédéfinies sur le procédé dans le but d‟assurer la sécurité de l‟installation et du personnel. Des opérations de test, de réglage, de nettoyage permettant de garantir que le système de production pourra continuer d‟assurer sa mission. Dans cette définition, la commande regroupe toutes les fonctions qui agissent directement sur les actionneurs du procédé. La surveillance : Recueillir en permanence tous les signaux du procédé, reconstituer l‟état réel du système commandé: pour dresser des historiques de fonctionnement
pour mettre en œuvre un processus de traitement de défaillance. Dans cette définition, la surveillance est limitée aux fonctions qui collectent des informations, les archivent, etc.… sans agir réellement ni sur le procédé ni sur la commande. La surveillance a donc un rôle passif vis- à- vis du système de commande et du procédé. Logiciel de supervision wincc flexible : Le logiciel Wincc flexible fonctionne dans un ensemble intégré utilisé pour développer et exécuter des projets HMI (Man Machine Interface) : Compatibilité avec les standards ouverts de l‟industrie Fournit des outils de productivité Permet de développer des projets avec des fonctionnalités sophistiquées
Les standards ouverts de l‟industrie : Apparence et style Windows : - Basé sur standards MFC (Microsoft Foundation Class) pour interfaces utilisateurs de Windows.
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Rapport de stage de fin d’étude - Fournit un environnement familier si vous utilisez déjà d‟autres applications Windows Microsoft.
Intégration avec d’autres produits Microsoft : - Supporte les objets OLE: Object Linking and Embidding (OLE 2.0) - Des applications OLE2.0 Server peuvent être inclues dans les vues graphiques et contrôlées par les opérateurs et les appareils industriels. - Exemple : Insérer des tableaux et des graphiques EXCEL dans vos vues pour générer des rapports de gestion en temps réel. Accès ouvert à des données historiques : - Archive toutes les données historiques dans un format de fichier. dbf (dBase IV) - Permet l‟accès aux données (activités de l‟opérateur, valeurs des tags, Etc.) à d‟autres logiciels (third-party software).
Format de base de données ouvert : - Archive les configurations de tags, d‟alarmes et les données liées à la communication dans un format de Base de Données relationnel qui utilise les standards ODBC (Open Data base Connectivity) - Permet la possibilité de gérer et de créer des rapports sur des Bases de Données complexes en utilisant un grand nombre d‟outils habituels de Base de Données
Outils de Productivité :
Visualisation organisée de notre projet : - Fournit un Gestionnaire de Projet (Project Manager) qui contient tous les éditeurs nécessaires pour créer des projets. - Inclue aussi des boutons Mode Editeur et Mode Exécution (Edit Mode, Run Mode) que vous pouvez utiliser rapidement pour passer d‟un environnement de développement à un environnement d‟exécution.
Librairie d’objets graphiques : - Fournit une large sélection d‟objets graphiques et de symboles les plus souvent utilisés qu‟on peut facilement inclure dans nos synoptiques. - Beaucoup d‟objets sont configurés avec des contrôles d‟animation qu‟on peut utiliser tels quels ou changés pour correspondre à nos besoins.
Fonctionnalités sophistiquées :
Graphiques à haut niveau : - Utilise des graphiques crées par son propre éditeur ou importés d‟autres logiciels tels que CorelDRAW, Auto CAD, Photo Studio et Mouse Grafix (de ControlView) - Anime des affichages graphiques en utilisant jusqu‟à 12 types de contrôles incluant : position, rotation et taille… Courbes de tendance :
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Rapport de stage de fin d’étude - Création d‟affichages de courbes montrant des variables procédés évoluant en fonction du temps. - Affichage de données en temps réel ou en historiques en utilisant une grande variété de couleurs et de symboles de traçage. - Création de courbes transparentes et superposables pour comparaisons de données temps réel et historiques. Recettes : - Création d‟affichages de recettes que l‟opérateur peut utiliser pour charger ou sauvegarder des groupes de variables procédé (recettes) depuis ou vers les automates programmables. Alarmes : - Visualisation des alarmes, incidents, du procédé avec de multiples niveaux de sévérité. - Configuration d‟alarmes pour l‟affichage sur l‟écran, l‟archivage sur le disque ou les deux. Détection d’événement : - Déclenche des commandes dés que des événements apparaissent. - Les événements sont définis par l‟utilisateur et peuvent inclure par exemple le dépassement d‟un seuil par une variable, une action de l‟opérateur ou une heure particulière chaque jour.
Archivage de données : - Consigne des Données de variables (TAGS) ou des données système vers le disque à une fréquence particulière, quand un événement particulier apparaît ou sur demande.
-
Sécurité : Protège votre système en assignant des codes de sécurité à des commandes système, des Macros, des synoptiques et des tags.
Editeur d’Expressions : - Création d‟expressions logiques pour contrôler les fonctions du système par l‟utilisation d‟une syntaxe de type BASIC. a) -planification d’un projet HMI réussi : Un projet réussi aide à optimiser les opérations industrielles. En travaillant avec les exploitants, vous devriez déterminer les besoins prioritaires en suivant les phases suivantes : Gagner une compréhension des points critiques du procédé par le point de vue des opérateurs. déterminer quelles données doivent être collectées construire une Base de Données efficace déterminer quelles conditions vont déclencher les alarmes déterminer l‟intérêt de l‟apport potentiel d‟autres caractéristiques comme la détection d‟événements ou l‟archivage de données.
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Rapport de stage de fin d’étude préparer une hiérarchie logique des synoptiques construire des synoptiques utiles, clairs et complet fournir le niveau approprié de sécurité du système. b) Création de la station HMI Dans le projet automatisation de la chaudière on introduit un nouvel objet qui est la station HMI en choisissant le type de pupitre sur lequel, les informations serons transmises, pour notre application on utilise un Multi Panel MP 377 19‟‟ en liaison avec l‟automate qui a l‟adresse 1.Pour la gestion de cette station on crée la vue suivante. -Une vue nomme « chaudière » pour la gestion des composants de la De la chaudière, et la visualisation.
Figure N°31:Synoptique de la chaudière de BENI-IDIR Le synoptique de la chaudière est composé d‟objets graphiques présente une vue globale de l‟atelier, chaque objet représente un équipement contenu dans ce dernier, cette vue offre un environnement convivial pour l‟opérateur, elle lui permet de visualiser l‟état de chaque machine en temps réel et lui donne l‟accès à chacun de ces équipements pour commander et en même temps repérer les pannes et anomalies susceptibles de causer un arrêt de l‟atelier ainsi que de gérer tous les défauts. c)Etablissement de la liaison Automate-Panneau MP 377
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Rapport de stage de fin d’étude La liaison est etablie en choisissant le protocole de communication qui est dans notre cas MPI/DP.
Figure N°32: Configuration de la liaison Panel-Automate IV.4.1.4. Architecture du nouveau réseau de communication : Le projet qui a été confié à la société SIEMENS pour l‟élaboration d‟un nouveau système de contrôle commande de l‟usine de BENI-IDIR (voir Annexe) a pour but d‟assurer la continuité de service et garantir la sécurité des personnes, des installations et des informations aussi, pour intégrer la chaudière dans ce nouveau réseau nous proposons l‟architecture suivante :
Figure N°33 : Architecture du nouveau réseau de communication Cette architecture est adaptée à ce projet et offre les avantages suivants :
Gestion des courbes et tendances.
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Rapport de stage de fin d’étude Editer le programme de tous les automates du réseau. Editions des rapports et des bilans. Gestion de la consommation de la chaudière Archivage sur disque. Gestion avancée des alarmes. La visualisation et l‟animation des synoptiques. Visualisation des alarmes.
IV.5. Evaluation économique du projet : IV.5.1.Introduction : Dans ce paragraphe nous allons établir l‟évaluation économique relative à la réalisation du projet d‟automatisation et supervision de la chaudière de l‟usine de BENI-IDIR. Le tableau suivant illustre le coût de l‟investissement à engager pour la mise en place de ce système de supervision et pour la rénovation des équipements installés. IV.5.2 Coût d’investissement : Le tableau suivant récapitule les besoins en moyens matériels et le montant global :
Désignation
Quantité
P.U(DH)
P.T(DH)
Automates programmable
2
130.000
130.000
Débitmètre fuel
2
30.000
60.000
Débitmètre vapeur
2
30.000
30.000
Débitmètre eau
1
30.000
30.000
Transmetteur de température
3
3.500
10.500
Transmetteur de débit
3
3.000
9.000
Transmetteur de pression (0 a 50) bar
5
13.000
65.000
Sonde a résistance PT100 L=1200mm
2
3.000
6.000
Vanne de régulation
5
15.000
75.000
Accessoires réseau
1
30.000
30.000
70
Rapport de stage de fin d’étude Pc conduite
1
80.000
80.000
Bruleur WEISHAUPT mixte
2
311.640
623.280
Montant global T.T.C(DH)
1 178 780
Tableau N° 8: Coût d’acquisition du matériel d’automatisation et de supervision Le coût d‟acquisition du matériel pour l‟automatisation et la supervision s‟élève à 1,17 MDH. IV.5.3. Travaux de programmation, de formation et de mise en service : Le coût de la formation du personnel est estimé à 60 000 DH, et le coût de programmation et de mise en service est estimé à 70.000 DH ce qui donne un montant de 130 000 DH relatif à la programmation et à la mise en service des automates et des postes de conduite et des terminaux opérateurs. Le coût de l‟investissement total du projet de supervision de l‟usine de séchage de BENIIDIR est alors estimé à 1,308 MDH. IV.5.4. Gains escomptés suite à la réalisation du projet de supervision : Le gain relatif aux pertes en tonnage : Nous allons calculer le gain relatif aux arrêts dus à la chaudière et qui engendrent l‟arrêt
de 8 fours sécheurs. Sachant qu‟un four produit 300 Tonne/heure, et le nombre des arrêts annuel de la chaudière égal à 841 heures. Le gain relatif aux pertes en tonnage est le suivant : Gt = 841 x 300 t /h = 252 300 tonnes La réduction de la durée des arrêts est estimée à 70%. Les charges fixe : 12,86 DH /T Donc : G1 =8 x 252 300 tonnes x 70% x 12,86 DH /T Le gain relatif aux pertes en tonnage escomptés s‟élèvent à 18,17 MDH. Gains relatifs au coût de maintenance est le suivant : Chaque arrêt nécessite l‟intervention de deux agents du service électrique.
Donc : G2 = 841 heures x 104,09 (taux de facturation d‟un agent) x 2 agents x 70 %. Le gain relatif aux pertes en tonnage escomptés s‟élèvent à 122 555 DH. Le gain annuel global est donné par : G = G1 +G2 = 18 169 636 + 122 555 = 18 292191,57 DH= 18,3 MDH. La mise en place du système de supervision au sein de l‟usine de séchage de BENI-IDIR permettra de réaliser un gain annuel global de 18,3 MDH. IV.5.5. Durée de récupération du coût de l’investissement :
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Rapport de stage de fin d’étude Afin de pouvoir évaluer la rentabilité du projet de supervision de l‟usine de séchage de BENI-IDIR, on procède au calcul de la durée de récupération du coût de l‟investissement (DRCI) : DRCI= (cout global d‟investissement)/ (gain annuel global) =1.308MDH/18.3MDH =0.85 mois=26jours
La durée de récupération de l‟investissement est alors évaluée presque à un mois. Ce qui justifie la rentabilité du projet de supervision de l‟usine de séchage de BENI-IDIR.
IV.2.4. Formation du personnel: L‟installateur doit prévoir des séances de formation au profit du personnel de conduite du processus et de la maintenance des installations. Cette formation durera une semaine par module, et s‟articulera autour de l‟automatisation et en particulier : Les modes d‟exploitation des postes de conduite et de supervision. La mise en œuvre et la maintenance des équipements électriques. La programmation des postes de conduite et automates programmables.
IV.8. CONCLUSION Nous avons évalué le coût d‟investissement inhérent à notre projet de rénovation des automatismes et supervision de la chaudière de BENI-IDIR d‟un montant global de 1,308 MDH. La mise en place de ce système de supervision permettra de maitriser les paramètres de marche de la chaudière et de réduire le temps de diagnostic ou d‟intervention. Les gains escomptés suite à la réalisation de ce projet s‟élèvent à 18,3 MDH/an. La durée de récupération du coût de l‟investissement est d‟un mois. Cette dernière montre la rentabilité économique du projet de supervision de la chaudière.
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Rapport de stage de fin d’étude
Notre mission au sien du groupe OCP, exactement à l‟unité de BENI-IDIR de séchage du phosphate à Khouribga, consiste à faire une étude critique de la commande et contrôle actuel de la chaudière. Dans cette optique, nous avons fait une étude technique des boucles de régulation et de l‟ancien automate existe dans la chaudière afin de dégager les anomalies de cette dernier ensuite on a relevé une fréquence annuelle des pannes de l‟ordre de 107 arrêts, avec une durée annuelle des arrêts de 870 Heures. Ce qui influence la production de l‟usine et engendre des pertes en tonnage du phosphate allant jusqu‟à 252300tonnes/an et des pertes en coûts de maintenance de l‟ordre de 122555 DH/an. Dans le but de minimiser la durée des pannes d‟un pourcentage de 70%, nous avons procéder à l‟élaboration des chaines de régulation, à l‟automatisation et la supervision de la chaudière. Cette action nécessite un investissement de 1.308MDH et engendre un gain escompté en tonnage et en coût de maintenance qui vaut 18.3 MDH/an. La durée de récupération de cet investissement est d‟environ un mois, ce qui justifie la rentabilité économique de notre projet. Ceci d‟une part et d‟autre part nous avons travaillé avec Travailler avec le système d‟automatisation STEP7 de SIEMENS, qui s‟est avéré très agréable et instructif, il présente une prise en main facile. C‟est une solution efficace et un investissement durable capable de faire face aux évolutions actuelles. Dans les suggestions nous proposons :
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Rapport de stage de fin d’étude L‟installation d‟un registre d‟air qui doit etre placé sur le refoulement du ventilateur de soufflage et un servomoteur électrique pour bien contrôler le rapport air-fuel. Réduire au maximum le nombre de commandes (boutons poussoirs, commutateurs,…) présentes actuellement à la salle de contrôle de la chaudière et les intégrer totalement dans le système de supervision que ce soit en mode manuel ou automatique. Ceci va permettre de réduire l‟encombrement et aussi de minimiser le nombre de cartes d‟entrées sorties de l‟automate programmable. L‟installation d‟un nouveau foyer contenant un Brûleur pour automatiser le démarrage.
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Rapport de stage de fin d’étude
Ce stage de projet de fin d‟étude a pour but d‟apprendre beaucoup de choses et de s‟habituer sur des comportements responsable. Comme il permet de travailler avec des gens qui ont des grades différents, qui possèdent autant d‟expérience et qui peuvent vous aider à améliorer vos connaissances et développer vos capacités techniques. Le stage vous oblige d‟être un homme ponctuel aux horaires du travail, responsable de ce que vous faîtes et capable de travailler et de s‟organiser avec des techniciens et des cadre administratif de différentes services. C‟est ça l‟importance du stage ; vous découvrez un autre monde du travail plein de responsabilité. Finalement, nous pouvons dire que le stage que nous l‟avons effectué à L’Office Chérifien de Phosphate nous a permis de changer la façon de travail et la responsabilité qui est tout à fait différente à la responsabilité d‟étude.
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http://www.automation.siemens.com/mcms/automation/en/Pages/automationtechnology.aspx http://btscira.perso.sfr.fr/page1/page64/page64.html http://pedagogie.ac-toulouse.fr/sti/2_filieres/2isi/conc99/souillac/bruleur.ht http://www.scribd.com/doc/31696836/Rapport-Finale-t. http://www.yopdf.in/la-supervision-industrielle-pdf.html#a1 http://www.energieplus-lesite.be/energieplus/page_1000.htm
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[1] Technique d’ingénieur “Transferts de chaleur (J1080) ”. [2] Technique d’ingénieur “les carburants et la combustion” [3] Technique d’ingénieur “Evaporation (J2320) ” [4] Mohamed elhajaji&Cherif laaguidi “Automatisation et commande de l’unité sulfurique de Maroc Phosphore I ” Projet de Fin d‟Etude en 2009. [5]Lamnaouar “Etude critique de l’automatisation de la chaudière ” Projet de Fin d‟Etude en 2009.
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Rapport de stage de fin d’étude
ANNEXES
ANNEXE „A‟ -Grafcet Pompes alimentaires
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Th : Relais thermique FP : Fermeture de Platine FF : Fusion fusi Pompes d‟alimentation
-Grafcet pompes Gavage GPG
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Pompes de gavage
-Grafcet Electrovannes Réchauffeurs GEVR
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Avec : HGEVR=CEV. PV.TRF. (X53+X56) Les réchauffeurs
-Grafcet pompes Fuel GPF :
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Avec :
IPF1: (t/X53/4s+ t/X56/4s).CPF1./CPF2./CPF3.JPF1 IPF2: (t/X53/4s+ t/X56/4s)./CPF1.CPF2./CPF3.JPF2 IPF3: (t/X53/4s+ t/X56/4s)./CPF1./CPF2.CPF3.JPF3
Pompes de hotte pression
Pompe fuel
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Rapport de stage de fin d’étude -Grafcet de sécurité secondaire GSS
-Grafcet bruleur :
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- Grafcet ventilateur Balayage GVB
Rapport de stage de fin d’étude -Grafcet de contrôle de Niveau de l’eau GCNE :
-Grafcet de sécurité principale GSP1
Avec : I =ME1_1. FdcF1.PF1
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ANNEXE „B‟ Table Mnémonique :
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ANNEXE „C‟
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