Rappot Ocp

Rapport de Stage Etude comparative des performances et limites techniques des systèmes de contrôle commande (SNCC) installés à Maroc Phosphore.

Réalisé par : ZAHRAOUI Fedoua

Encadré par : Mr BENZAKOUR

Remerciement

Au terme de ce travail, je tiens à exprimer, en premier lieu mes sincères remerciements au Directeur Général du Groupe Office Chérifien des Phosphates qui a bien voulu m’accueillir au sein de son groupe et me faire bénéficier de la compétence de son personnel.

Mes vifs remerciements vont aussi à Mr Saâd BENZAKOUR pour les qualités humaines et scientifiques dont il a fait preuve, ses précieux conseils issus d’un savoir semble-t-il inépuisable, sa constante disponibilité, ses encouragements et l’attention qu’il a apportée envers mon stage. Mes remerciements sont adressés également Mr. HMAMA et Mr. EZZAIMI pour leur sympathie leur grand soutien et leurs conseils durant toute la période du stage.

Aussi, je voudrais profondément remercier toute personne, ayant contribué de près ou de loin, à l’élaboration de ce travail, ainsi que tout le personnel de l’OCP par ses encouragements, conseils, orientations et par la mise à ma disposition de toute la documentation nécessaire disponible dont j’avais besoin.

Sommaire : Introduction…………………………………………………………………….………3 Chapitre I : Présentation de l’organisme d’accueil……………………………………..6 1. 1.11.21.31.41.52. 2.12.22.32.42.52.62.73. 3.13.23.2-1. 3.2-2. 3.2-3. 3.2-4. 3.2-5. 4. 5. 6. 6.16.26.36.46.5-

Présentation de l’OCP…………………………………………………………..6 Historique……………………………………………………………………….7 Organigramme du groupe OCP…………………………………………………7 Statut juridique de l’OCP ………………………………………………………8 Missions………………………………………………………………………....8 Actualités de l’OCP……………………………………………………….…….8 Présentation du complexe industriel (pôle chimique/JORF LASFAR)…….….9 Sites miniers…………………………………………………………………….9 les filiales………………………………………………………………………..9 Atelier sulfurique……………………………………………….……………...10 Atelier des utilités……………………………………………………………...10 Atelier phosphorique…………………………………………………………..12 Atelier engrais…………………………………………………………………12 atelier fertilisant………………………………………………………………..12 Présentation du service d’accueil IDJ/S/E……………………………………..13 La fonction du service…………………………………………………………13 La répartition du service……………………………………………………….14 Préparation……………………………………………………………………..14 Magasin……………………………………………………………………….14 Secrétariat……………………………………………………………………..14 L’atelier Régulation……………………………………………………………15 L’Atelier Sulfurique…………………………………………………………...15 La Centrale thermoélectrique de production d’énergie…….…………………17 La station de pompage d’eau de mer……………………………………….….17 La station de traitement d’eau douce (TED)…………………………………..19 Station de filtration……………………………………………………………19 Station d’eau déminéralisée …………………………………………………...19 Station de polissage……………………………………………………………19 Station de compression d’air…………………………………………………..19 Station de dépotage et distribution des carburants…………………………….20

Chapitre II : Les systèmes de contrôle et de commande (SNCC (DCS) et API)……21 12-

Présentation……………………………………………………………………21 Systèmes DCS………………………………………………………………...22

Chapitre III : Système de contrôle commande de l’atelier sulfurique………………...24 11.11.2-

l’architecture du système SNCC de la centrale thermoélectrique …………….24 La salle de contrôle ……………………………………………………………27 Station de conduite et de configuration………………………………………..28

1.3- Station de contrôle (FCS)…………………………………………..…………29 1.3.1- Les caractéristiques d’une station de contrôle FCS………...………………...29 1.3.2- FCU…………………………………………..……………………………….30 1.3.3- Les nœuds…………………...…………………………………………………31 1.3.4- Bus RIO………………………………………………………………..………36 1.4- Modules d’entrées/sorties……………………………………………………...38 1.5- Bus V net………………………………………………………………………38 1.6- Ethernet………………………………………………………………………...38 1.7- Station de conduite HIS………………………………………………………..38 1.7.1- Les caractéristiques de la station HIS………………………………………….38 1.7.2- Les fonctions de la station HIS………………………………………………...39 1.8- Station d’ingénierie…………………………………………………………….40 1.9- Le réseau de communication…………………………………………………..40 1.9.1- Réseau V net…………………………………………………………………...40 1.9.2- Réseau Ethernet………………………………………………………………..41 1.9.3- Caractéristique des réseaux Vnet et Ethernet………………………………….42 1.10- Dimension du système…………………………………………………………42 1.10.1Capacités du système…………………………………………………...42 1.10.2Domaine………………………………………………………………..42 Chapitre III : Etude du Système Numérique de Contrôle Commande de la centrale thermique……………………………………………………………………………..43 1Description des entités pilotées par le SNCC de la centrale……………….…..43 1.1- Les chaudières auxiliaires……………………………………………………...43 1.2- Les groupes turboalternateurs GTA…………………………………………...44 1.3- Les circuits de fluide et vapeur………………………………………………..45 ale circuit de vapeur…………………………………………………………….45 bLe circuit de fluide……………………………………………………….…….46 2Le système de contrôle de procédé SIMATIC PCS 7…………………………47 2.1- Plateforme matérielle (hardware)……………………………………………..49 2.1.1- Niveau terrain………………………………………………………………….49 aET200M ……………………………………………………………………….49 bCoupleur IM…………………………………………………………………...49 cEntrées/sorties………………………………………………………………….51 2.2 Plateforme logicielle (software)………………………………………………52 2.2.1- Niveau contrôle et commande…………………………………………………53 2.2.2- Niveau conduite………………………………………………………………..53 aLe poste ingénieur……………………………………………………………..53 bLes postes opérateurs…………………………………………………………..54 2.2.3- Les réseaux de communication………………………………………………...55 aRéseau Ethernet Industriel……………………………………………………..55 bRéseau Ethernet TCP/IP……………………………………………………….56 cProfibus DP…………………………………………………………………….56 3Description matérielle de l’entité pilotée par la SNCC de la centrale ………..57 3.1 Gestion des groupes turboalternateur………………………………………….57 3.2- Gestion des circuits fluide et vapeur…………………………………………...60

3.3-

Gestion des Chaudières auxiliaires…………………………………………….61

Chapitre IV : Comparaison entre le SNCC de l’atelier sulfurique et celui de la centrale thermique……………………………………………………………………………...64

11.11.2 22.1 2.2

Avantages et limites techniques du SNCC de l’atelier sulfurique……………..64 Avantage de Yokogawa CS3000/Siemens……………………………………64 Les limites techniques de Yokogawa CS3000/Siemens……………………65 Analyse critique du SNCC de la centrale thermoélectrique…………………..65 Avantages de Siemens/Yokogawa CS3000……………………………………65 Les limites techniques de Siemens /Yokogawa………………………………..66

Conclusion…………………………………………………………………………….71

Introduction :

Dans un contexte économique actuel marqué par la mondialisation, la concurrence, et l’évolution technologique, la survie des entreprises, devient liée à leur capacité à augmenter leur productivité et à réaliser des réductions des coûts de leurs produits tout en améliorant la qualité de manière à répondre aux besoins des clients qui deviennent de plus en plus exigeants. Pour faire face à ces évolutions accélérées d’un marché de plus en plus concurrentiel et aux nouveaux enjeux en termes de gestion, les entreprises ne cessent de chercher les moyens d’augmenter leur productivité. Sur le plan industriel, les technologies numériques et les systèmes automatisés et supervisés jouent un rôle primordial dans l’amélioration de la productivité, en effet, la maitrise de tels systèmes permet, aux entreprises, le pilotage des processus de production pour répondre aux attentes des clients et aux besoins du marché. Dans le cadre d’une vision stratégique, le groupe OCP a opté pour l’automatisation, et la supervision de l’ensemble des unités de Maroc Phosphore en implantant des systèmes numériques de contrôle commande afin de garantir un fonctionnement fiable et rentable des unités de production. Ainsi, le présent rapport est structuré comme suit : Le Premier chapitre présentera le groupe OCP en soulignant sa puissance de productivité et ses différents secteurs d’activité. Dans un deuxième chapitre nous allons détailler les systèmes de contrôle commande comme nous les connaissons aujourd’hui. Puis dans le troisième et le quatrième chapitre nous présentons un descriptif des systèmes de contrôle commande installés dans l’atelier sulfurique et dans la centrale thermique Finalement dans le cinquième chapitre nous abordons une comparaison entre ces différents SNCC en mettant la lumière sur les avantages et les limites techniques de chacun.

Chapitre I : Présentation de l’organisme d’accueil : 1- Présentation de l’OCP :

L’office chérifien des phosphates a été créé par le dahir du 07 août 1920, les premières exploitations effectives ont commencé en février 1920 dans la région d’Oued-Zem. Le groupe OCP a été créé en 1975, avec un effectif atteignant les 25.000 personnes, jouant ainsi un rôle déterminant dans le développement économique et social du pays. Le phosphate est une des grandes matières pour l’économie mondiale, il est utilisé surtout pour la fabrication des engrais mais également par d’autres branches de l’industrie chimique, notamment celles des détergents. L’OCP

est

spécialisé

dans

l’extraction,

la

valorisation

et

la

commercialisation des phosphates et des produits dérivés. Chaque année, plus de 23 millions de tonnes de minerais sont extraites du sous-sol marocain qui recèle les trois-quarts des réserves mondiales. Principalement utilisé dans la fabrication des engrais, de l’acide phosphorique, le phosphate provient des sites de Khouribga, Ben guérir, Youssoufia et Boucraâ-Laâyoune. 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

Figure 1:Site d'implantation d'OCP au Maroc.

solide.

1.1- Historique : Les grandes étapes dans l’évolution et le développement du groupe OCP : 1976 1981 1982 1998 1998 1999 2006

2007

création de l’Office Chérifien des Phosphates

Démarrage de Maroc Phosphore I à Safi Démarrage de Maroc Phosphore II à Safi Démarrage de Maroc Phosphore III et IV à Jorf Lasfar Démarrage d’Emaphos (Maroc/Belgique/Allemagne) Démarrage de Imacid (Maroc / Inde) Réalisation de l’usine PMP (Pakistan Maroc Phosphore) d’une ligne pour la fabrication d’acide phosphorique en partenariat avec le Pakistan Réalisation de l’usine BMP (Brésil Maroc Phosphore) d’une ligne pour la fabrication d’acide phosphorique en partenariat avec le Brésil

1.2- Organigramme du groupe OCP: D’après Le diagramme qui schématise l’organisation globale du groupe OCP. On remarque que le groupe OCP est organisé en pôles : Mines, chimie, Commercial et autres sections qui garantissent le fonctionnement global du groupe afin de couvrir ses activités; l’exploitation des roches de phosphates à partir de leurs extractions, transformation et commercialisation.

Figure 2:Organigramme du groupe OCP

1.3- Statut juridique de l’OCP L’OCP a été constitué sous forme d’un organisme d’état, mais étant donné le caractère de ces activités commerciales et industrielles, le législateur a tenu à le doter d’une organisation qui lui permet d’agir avec le même dynamisme et la même souplesse que les puissantes entreprises avec lesquelles elle se trouve en concurrence. En ce qui concerne la gestion financière, il est entièrement séparé de celle de l’état et chaque année l’OCP établit son bilan, sec comptes de résultats et son prix de revient comme toute entreprise privée.

1.4- Missions La mission de l’OCP peut être résumée dans les deux points suivants :  Extraire les phosphates bruts, les traiter pour rendre marchands et les commercialiser.  Valoriser une partie de la production de phosphate dans les usines chimique soit sous forme d’acide phosphorique ou sous forme d’engrais.

1.5- Actualités de l’OCP Dans le cadre d’une politique adoptée par le Groupe OCP et qui accorde beaucoup d’intérêt à la gestion des ressources naturelles et humaines et à l’environnement, le groupe OCP vise la réalisation de nouveaux projets phares parmi lesquels, on cite :  Le transport du minerai sous forme de pulpe de phosphate par le moyen de pipeline. La première qui reliera Khouribga et les unités de production à Jorf Lasfar, est de longueur 237 Km. Et la deuxième qui reliera les minerais de Gantour (Youssoufia et Benguérir) et la complexe de Safi, est de longueur 174 Km. L’objectif de ce projet est d’augmenter la quantité transportée tout en maintenant un coût compétitif et de renforcer l’attractivité de la zone industrielle JORF LASFAR des producteurs étrangers.



La mise en œuvre des unités de dessalement d’eau de mer qui couvriront les besoins des complexes chimiques.

 La réalisation d’une plate-forme chimique internationale pour la production des engrais au complexe JORF LASFAR.  Le programme de responsabilité environnementale de l’OCP (Arrêt du rejet du phosphogypse)

Figure 3:Le nouveau projet des deux pipelines.

2. Présentation du complexe industriel (pôle chimique/JORF LASFAR) Le complexe industriel Maroc phosphore du groupe OCP est implanté à Jorf Lasfar pour les raisons suivantes:  Proximité des zones minières permet son alimentation en phosphate (Khouribga) ;  Existence d'un port tirant d'eau important ;  Disponibilité de terrains pour les extensions futures. Ce complexe qui se situe dans une enceinte s'étendant sur 1700ha environ, permet de produire actuellement:  Deux millions de tonnes de P2O5 sous forme d'acide phosphorique et fertilisants, nécessitant la transformation d'environ ;  7,7 millions de tonnes de phosphate extrait des gisements de Khouribga ;  2 millions de tonnes de soufre ;  0,5 millions de tonnes d'ammoniac.

Il a démarré en 1986, il permet de produire annuellement:  1,7 millions de tonnes de P2O5 d'acide phosphorique ;  1,6 millions de tonnes de phosphate ;  0,5 millions de tonnes d'ammoniac. Le complexe industriel Maroc Phosphore III et IV permet de produire 1.400.000 tonnes /ans de P2O5 sous forme d’acide phosphorique 54 % à base de :  5.000.000 tonnes de phosphates en provenance de Khouribga  1.400.000 tonnes de soufre La moitié de cette production se transforme localement en engrais avec une capacité annuelle de :  1.200.000 tonnes de DAP  400.000 tonnes de TSP Ces productions nécessitent en plus de l’acide phosphorique,  Environs : 3.000.000 tonnes d’ammoniac  100.000 tonnes de phosphates Par ailleurs l’ensemble industriel produit 110 MW/H sous forme d’énergie électrique à partir de la vapeur HP fournie par l’atelier sulfurique.

2.1- Sites miniers Le groupe OCP est présenté dans cinq zones géographiques du pays dont trois sites d’exploitation minière : Khouribga, Benguérir-Youssoufia, Boucraa –Laayoune et deux sites de transformation chimique : Safi et Jorf lasfar.

2.2- les filiales En 1975, le groupe OCP a été institué et comprend des sociétés connexes :  CERPHOS : centre d’études et de recherche des phosphates minéraux, sa mission est d’organiser et exécuter toute activité d’analyse, d’étude et de recherche scientifique et technique.  FERTIMA : société marocaine des fertilisants, son but est de commercialiser les engrais à l’intérieur du Maroc en provenance des chimiques du groupe OCP.  MARPHOCEAN : spécialisé dans le transport maritime de l’acide phosphorique, les engrais et d’autres produits chimiques.

 SMSI : société marocaine d’étude spéciales et industrielles, ses activités principales sont l’étude et la réalisation des installations industrielles (ex : stockage, manutention).  SOTREG : société de transport régional, est chargé du transport du personnel.  STAR : société de transport et de location réunis des navires et service annexes. Maroc phosphore dispose de 5 principaux ateliers de production :

2.3- Atelier sulfurique L'atelier de production d'acide sulfurique de MAROC PHOSPHORE Jorf Lasfar est composé de six unités de production identiques, de capacité unitaire 2650TMH/j, de 2 bacs de stockage de soufre liquide, de 6 bacs de stockage d'acide sulfurique, de 3 stations de chargement de camions citernes. L'acide sulfurique produit est destiné aux clients internes (PCJ/PA pour la production de l'acide phosphorique, PCJ/ PE pour la production des engrais, EMAPHOS, IMACID) et aux clients externes au pôle chimie Jorf Lasfar. L'alimentation des clients internes (PCJ/PA, EMAPHOS, IMACID) se fait par des tuyauteries. Les clients externes sont desservis par des camions citernes.

2.4- Atelier des utilités Cet atelier alimente les unités de production précitées en énergie électrique, vapeur, eau alimentaire, eau de mer et air comprimé...nécessaires à leur marche. Il comprend :  Un centrale thermoélectrique avec 3 groupes

turboalternateurs de 37MW

chacun.  Un réservoir d'eau douce et une station de traitement de 2000 m3/h.  Une station de filtration et de pompage d'eau de mer.  Une station de reprise d'eau de mer 60000 m3/h.  Une station de compression d'air.

2.5- Atelier phosphorique Il comprend:

 8 lignes de broyage de phosphate.  8 lignes d'acide phosphorique dont 3 fonctionnant selon le procédé Rhône Poulenc et 5 selon le procédé Jorf (OCP).  20 échelons de concentration.

2.6-

Atelier engrais Il se compose de quatre unités de production de DAP dont deux peuvent produire du TSP7, MAP8 et NPK9.

 Capacité pour chaque unité en DAP 1400 tonnes /jour.  Capacité pour chaque unité en TSP 1100 tonnes /jour.

2.7- atelier fertilisant Il comprend 4 unités de production de MAP et DAP dont deux peuvent produire du TSP.  capacité en MAP : 1200 tonnes / jour/ unité.  capacité en DAP : 1400 tonnes / jour/ unité.  capacité en TSP : 1200 tonnes / jour/ unité.

3. Présentation du service d’accueil IDJ/S/E 3.1- La fonction du service Le service IDJ/S/E (Industriel Direction Jorf Lasfar /sulfirique /électrique) a pour rôle principal la maintenance des instruments de régulation des ateliers sulfuriques et utilités de la division produit intermédiaires, il est chargé de l’exécution de prestations demandées par les services de production des ateliers suscités et veille au maintien et au bon état de fonctionnement de tous les instruments de régulation. Il est composé de deux responsables de service et de 22 agents.

3.2- La répartition du service Le service IDJ/S/E est divisé en plusieurs sections, chacune s’occupe d’une tache bien définie :

3.2-1. Préparation : Cette section est constituée de six agents qui assurent :  L’approvisionnement des pièces de rechanges ;  La réception des demandes d’intervention des services de production et leur diffusion aux sections concernées;  Suivi des dossiers d’approvisionnement ;  La réception du matériel ;  Etude des offres et établissement des choix techniques.  Elaboration des budgets de fonctionnement ;  Etablissement des descriptifs techniques et les notes justificatives concernant les DIB (demande d’investissement budgétaire), BREX (bon de répartition à l’extérieur) et des BSP (bon de sous traitant-prestation) ;  Relevé de l’état de prestation des rapports journaliers ;  Saisi des unités d’œuvres, terminer les opérations et clôturer les OT (ordre de travail) dont les travaux demandés sont achevés ;  Classement et suivi de la documentation ;  Préparation du rapport mensuel : travaux importants du mois, Etat de prestation, Etat des DI (demande d’intervention) reçues et des OT réalisés. 3.2-2.

Magasin :

Cette section est composé de deux agents responsables de :  Arrangement du matériel ;  Suivi de la gestion du matériel : matériel entrant et matériel sortant ;  Faire sortir les pièces de rechange du magasin général ;  Distribution des produits sanitaires ;  Suivi du matériel mobilisable.

3.2-3.

Secrétariat :

Cette section est constituée de deux agents qui assure le suivie du pointage de l’ensemble des agents de la division, l’établissement du rapport journalier comprenant

les interventions les plus importantes enregistrées le jour d’avant et les interventions prévues pour la journée. Ils sont également responsables de l’établissement des documents de contrôle d’astreinte et de l’organisation et classement des dossiers du personnel ainsi de la gestion du courrier, de la fourniture et des stages.

3.2-4.

L’atelier Régulation:

Cet atelier et le responsable de la maintenance préventive et corrective des instruments de régulation et de mesure à fin d’assurer leur disponibilité pour le bon fonctionnement des trois unités de l’atelier :  L’unité 01 de la production de l’acide sulfurique composée de six lignes de production identiques.  L’unité 11 du stockage du soufre liquide composée de deux bacs.  L’unité 12 du stockage et de transfert de l’acide sulfurique produit. 3.2-5.

L’Atelier Sulfurique :

Cet atelier assure la fabrication d’acide sulfurique ainsi la production de l’énergie sous forme de la vapeur pour la centrale. Il comprend :  6 lignes identiques (A, B, C, X, Y, Z) de production (2300 t/j)  Une unité de stockage et de transfert de soufre liquide (unité 11)  Une unité de stockage d’acide sulfurique (unité12) Chaque ligne comporte : 

Un four



Une tour de séchage



Des économiseurs



Une turbosoufflante



Une chaudière de récupération



Un ballon de purge



Une tour d’absorption Intermédiaire



Des échangeurs



Un surchauffeur



Un filtre à gaz chaud



Un convertisseur



Des refroidisseurs d’acide



Une tour d’absorption final

U11 :L’unité de stockage du soufre : Deux bacs de stockage du soufre liquide sont mis a disposition de l’atelier sulfurique afin de réceptionner le soufre liquide qui arrive directement de l’unité de fusion au port, et par la suite alimenter les 06 lignes de production à travers une fosse de deux compartiments. (Figure 4)

Figure 4 : bacs de stockage du soufre liquide U12 : L’unité de stockage de l’acide sulfurique : C’est le parc de stockage d’acide sulfurique concentré à 98,5% au moins de 40°C, qui alimente :  Les ateliers de production de l’acide phosphorique  Les fertilisants de PCJ en acide sulfurique

U01 :L’unité de production de l’acide sulfurique : Celle-ci comporte 06 lignes identiques de production A, B, C, X, Y, et Z Voir figure 5

Figure 5 : Tours d’absorption servant à produire une solution concentrée d’acide sulfurique.

Chaque ligne de production comprend principalement : • Le filtre à air S01 et turbosoufflante : Le filtre à air est installé à la prise d’air atmosphérique, pour éliminer les poussières contenues dans l’air, ces dernières adhèrent à la surface de la toile filtrante (grille filtrante). La poussière présente un poison pour la masse catalytique dans le convertisseur et affecte la qualité de l’acide dans la tour de séchage. La turbosoufflante, alimentée en vapeur surchauffée à haute pression, assure l’aspiration de l’air vers le four a travers le filtre et la tour de séchage. • La tour de séchage d’air D01 : L’air nécessaire à la combustion au niveau du four doit être exempt d’humidité, pour cela chaque ligne de l’atelier sulfurique dispose d’une tour de séchage en acier briqueté avec garnissage, arrosée à l’acide sulfurique 98,5%, pour élimination de l’humidité et préchauffage de l’air.

• Le four de combustion du soufre F01 : Le soufre liquide se brûle dans le four F01 en présence de l’air séché et préchauffé, le soufre est introduit dans le four par cinq brûleurs à pulvérisation mécanique.

Remarque : Après un arrêt à froid, le démarrage du four se fait au moyen du gasoil et d’une manière progressive jusqu’à l’obtention d’une température de 1175°C, la ligne démarre après cinq jours de mise en marche. • La chaudière de récupération V01: La conversion de SO2 produit lors de la combustion en SO3 au niveau du convertisseur se fait à une température bien déterminée T°= 420 °C, car cette opération se réalise en présence du catalyseur V 2O 5. Dans l’objectif de refroidir les gaz et dans le cadre de la maîtrise de l’énergie, chaque ligne dispose d’une chaudière tubulaire pour la récupération de l’énergie et la production de la vapeur au moyen de l’échange entre les gaz et l’eau alimentaire (l’eau circule dans le coté calandre, alors que le gaz passe à l’intérieur des tubes). La chaudière est alimentée en eau via un ballon qui sert aussi à la récupération de la vapeur produite (2/3 pour l’eau et 1/3 pour la vapeur). • Le filtre à gaz S02: Le soufre liquide filtré au niveau de l’unité de fusion au port, est loin d’être exempt d’impuretés, après la combustion les gaz passent par un filtre afin d’éliminer les cendres qui constituent un poison pour le catalyseur V2O5, le filtre à gaz est en duplex, la masse gazeuse est divisée en deux parties à l’entrée du filtre, à la sortie elle est récupérée dans un conduit qui mène au surchauffeur E16. En conclusion Le processus décrit précédemment réalise l’opération de combustion :

Cette réaction permet de brûler le soufre liquide de l’unité 11 avec l’air filtré, séché et aspiré par une turbosoufflante qui créé une dépression du coté aspiration et une pression du coté refoulement. Le filtrage de l’air est assuré par un filtre à air qui permet l’élimination des poussières y existant, cet air filtré passe dans la tour de séchage qui est un compartiment cylindrique, où il sera arrosé par l’acide sulfurique concentré à 98,5 % pour éliminer les gouttelettes d’eau existant dans cet air. Au niveau de four on a la réaction suivante : S + O2

SO2 + énergie

L’effet exothermique de cette réaction est exploité dans la production de l’énergie électrique. • Le convertisseur K01: Dans les unités sulfuriques de PCJ le taux de conversion est de 99,5 %, le SO2 non converti est une source d'émission dans les rejets gazeux au niveau de la colonne d’absorption finale. La température d'entrée du gaz dans chaque masse catalytique du convertisseur doit être correctement maintenue aux environs de 420°C. Après la conversion à travers la première couche catalytique, le gaz est refroidi dans le surchauffeur E01 et traverse ensuite la 2ème masse catalytique pour poursuivre la conversion avec dégagement de chaleur additionnelle. Cette fois, le gaz est refroidi à l'intérieur de l’échangeur gaz/gaz E02, avant de passer par la 3ème masse catalytique, à la sortie le gaz est refroidi dans l’échangeur gaz/gaz E03 et l’économiseur

E04 avant de passer par la tour

d'absorption intermédiaire D02 pour absorber la quantité de SO2 convertis en SO3, à la sortie de la colonne D02 le gaz traverse E02 et E03 avant d’entrer à la 4ème masse où se convertit ce qui reste de SO2 non converti.

En conclusion Le processus décrit précédemment réalise l’opération de conversion: Le gaz sortant de la chaudière de récupération passe à travers un filtre à gaz et pénètre dans le convertisseur. Ce dernier est formé de quatre couches avec présence d’un catalyseur qui est l’oxyde de vanadium (V205) qui permet d’amorcer la réaction et de faciliter la combinaison du dioxyde de soufre avec l’oxygène. L’équation de cette réaction est : SO2 + ½ O2

SO3

• La colonne d’absorption intermédiaire D02 : Le principe de la double absorption vise l’augmentation du taux de conversion de SO2 en SO3 et consiste à faire passer le gaz à la sortie de la 3ème masse vers une colonne d’absorption intermédiaire pour récupérer le SO3 converti sous forme d’acide sulfurique H2SO4. • La colonne d’absorption finale D03 :

Après l’absorption intermédiaire au niveau D02, le gaz est acheminé vers la 4ème masse catalytique, qui abrite la dernière conversion, le reste de SO2 se convertit en SO3, et le gaz est introduit à la tour DO3 pour subir l’absorption finale.

En conclusion Le processus décrit précédemment réalise l’opération de l’absorption: Le SO3 ne se combine pas avec l’eau directement

mais se combinera

indirectement par absorption dans l’acide sulfurique à 98-99%, cette opération se fait dans des tours d’absorption. La 1ére phase est la conversion à 95% de SO2 en SO3, cette phase est nommé absorption intermédiaire. Le fait de relier le SO3 du gaz avant d’atteindre la quatrième couche active la réaction de conversion et permet d’obtenir un

rendement global plus meilleur, le reste de SO3 est absorbé dans la tour d’absorption finale après conversion dans la quatrième couche du convertisseur. Un système composé de 5 refroidisseurs (E06, E07, E08, E09 et E17) en eau de mer, vise la diminution de la température de l’acide jusqu’à moins de 40°C (températures exigée par les clients internes et externes).

4.

La Centrale thermoélectrique de production d’énergie :

La Centrale thermoélectrique est conçue pour assurer les fonctions suivantes :  La production et la distribution de l’énergie électrique  La production et la gestion de la vapeur  La production et la distribution de l’eau alimentaire et condensat  La réfrigération des auxiliaires du complexe La centrale alimente les unités de production en énergie nécessaire à leur fonctionnement. Elle est constitué de :  trois groupes turboalternateurs de 37 MW chacun  deux chaudières auxiliaires qui produisent de la vapeur HP pour le démarrage des alternateurs.  Un groupe électrogène de secours  Un poste de 60 KV  Un poste 10KV La vapeur provenant de la réaction exothermique de la combustion du soufre, arrive dans deux barillets HP (58 bars/ 490°C), et alimente les trois groupes alternateurs. Quant à la vapeur moyenne pression (9.5 bars / 200°C), elle est obtenu par des soutirages

des

trois

groupes

turboalternateurs,

des

échappement

des

turbosoufflantes et parfois des stations de détente. Cette vapeur est récupérée dans deux barillets MP et distribuée aux ateliers : Phosphorique, Port, Engrais et

pour le réchauffage de la Bâche Alimentaire Enfin, la vapeur basse pression (5.5 bars /155°C) est obtenue par détente et désurchauffe de la vapeur MP, elle est utilisé pour le réchauffage des conduites, le stockage (fuel-oil, soufre liquide et la soude caustique en solution) et pour les besoins de réchauffage aux vestiaires et engrais. D’autre part l’eau alimentaire est prise de la bâche alimentaire, celle-ci est alimentée par des condensats à travers le dégazeur afin d’éliminer O2. Deux réseaux principaux et des annexes sont alimentés à partir de la bâche, le premier alimente les chaudières de récupération, le second alimente les chaudières auxiliaires. Tous les condensats viennent alimenter la bâche à condensat (sauf ceux de l’atelier phosphorique qui alimente directement le dégazeur, puis ils sont pompés vers le poste de polissage au TED à travers des refroidisseur de condensat. Une eau douce de réfrigération assure le refroidissement des paliers des pompes, de l’air de refroidissement de l’alternateur et des réfrigérants d’huile. 5.

La station de pompage d’eau de mer : Cette station est conçue pour pomper l’eau de mer et l’envoyer vers le

bassin de reprise dans le but de produire l’eau de mer filtrée et décantée qui va servir au :  Refroidissement de l’acide sulfurique  Condensation de la vapeur d’eau

6. La station de traitement d’eau douce (TED) : Cette station joue un rôle très important dans plusieurs activités industrielles au sein de Maroc Phosphore, ainsi au sein de Emaphos et Imacid, elle a pour rôle le traitement, le stockage et la distribution de l’eau alimentaire et de l’air comprimé. Cette installation comporte plusieurs stations :

6.1-

Station de filtration :

L’eau est filtrée à partir de l’eau brute par filtration à sable, et à charbon actif, pour éliminer toutes les impuretés et les matières organiques en suspension. Il y a quatre filtres à sable, ainsi quatre filtres à charbon.

6.2- Station d’eau déminéralisée : L’eau déminéralisé ou désilicé est produit par des chaînes de déminéralisation, chaque chaîne d’eau est composé de :  Un échangeur cationique  Un échangeur anionique  Un dégazeur atmosphérique

6.3- Station de polissage : Elle sert au traitement de l’eau qui revient après utilisation depuis la bâche condensat vers la TED pour être traité pour une nouvelle réutilisation avant d’être envoyé au dégazeur de la centrale. Elle est appelé mixed bed, qui contient deux charges de résines mélangés (résine cationique et résine anionique).

6.4- Station de compression d’air : Cette station a pour but de produire l’air de service et l’air de l’instrument pour alimenter tout le complexe. Elle est composé de :  Six Compresseurs  Deux sécheurs  Quatre ballons de stockage d’air service L’air instrument n’est pas stocké dans des réservoirs, il est utilisé directement comme source d’énergie pneumatique pour commander par exemple, les vérins, les vannes…etc,

6.5- Station de dépotage et distribution des carburants :

Les deux carburants utilisés sont :  Le gasoil : utilisé pour l’allumage des chaudières auxiliaires et pour le soufflage des unités sulfurique.  Le fuel: utilisé pour la marche des chaudières auxiliaires et pour les sécheurs de l’atelier d’engrais.

Chapitre II : Les systèmes de contrôle et de commande (SNCC (DCS) et API) : 1- Présentation : Le contrôle industriel a fortement évolué ces dernières années en accompagnant la progression des systèmes d’information omniprésents dans toutes les composantes de l’entreprise industrielle. Il est aujourd'hui nécessaire voir impératif de pouvoir disposer d'une visualisation en temps réel de l'état et de l'évolution d'une installation automatisée, afin que l'opérateur puisse prendre, le plus vite possible, les décisions permettant d'atteindre les objectifs de production (cadences, qualité, sécurité...). Des appareils de différents fournisseurs sont conçues pour répondre aux besoins des processus de plus en plus complexes des machines et des systèmes et pour satisfaire des besoins spécifiques en matière d'interface homme machine en utilisant des interfaces ouvertes et standardisées dans le matériel et les logiciels, assurant ainsi une intégration efficace dans les systèmes d'automatisation. Toutefois, la technologie et le développement des systèmes d’exécution de la production n’ont pas changé de façon significative la vision d’ensemble du contrôle industriel. On considère généralement que l’activité de production est réalisée par le biais de 3 entités :

Hommes Equipements

Système

Activité de production Figure 6 Le poids respectif de ces entités indique le degré relatif d’automatisation. Par exemple, si les investissements en termes d’équipements et de systèmes sont faibles,

les

hommes

feront

l’essentiel

du

travail.

Inversement,

des

investissements élevés sur ces points entraîneront une part humaine relativement faible. Les recouvrements entre ces 3 entités (Figure 10) définissent 3 interfaces :

les dispositifs de contrôle et de surveillance (IHM, superviseurs)

l’instrumentation

Les interactions physiques directes entre les opérateurs et les équipements dans les opérations manuelles d’exploitation.

2- Systèmes DCS : Un DCS est une combinaison du concept d’une boucle simple de contrôle local et les réseaux informatiques. Les systèmes de contrôle distribués ont énormément amélioré la gestion des procédés industriels avec plus de souplesse et de sécurité. Le système de contrôle commande, doit être fiable et déterministe. Ainsi, plusieurs exigences doivent être prises en considération. Par exemple, la disponibilité et la sécurité des systèmes de communication.

Ainsi,

l’intégration

d’une

architecture

redondante

s’avère

indispensable pour garantir une haute disponibilité des équipements. Cela signifie que tous les composants constituants le système sont redondants et fonctionnent en permanence (par exemple Réseaux Ethernet, station ingénieur). Les systèmes de contrôle DCS permettent une conduite et surveillance centralisées et un contrôle reparti d’ou le nom DCS (Distributed Control System)

Régulation mono boucle

Avantages Contrôle réparti

(Single loop control, SLC) Conduites centralisés Contrôle centralisé Contrôle réparti DCS

Inconvénients Conduites répartie

Contrôle centralisé

Conduites centralisées Les principaux éléments constituant un système numérique de contrôle commande DCS sont les suivants : Le contrôleur de processus Un DCS fait référence à un système de contrôle d’un procédé, dans lequel les éléments régulateurs ne sont pas centralisés (comme le cerveau) mais distribués avec chaque sous-système sous le contrôle d’un ou plusieurs régulateurs. Les éléments du système tout entier peuvent être connectées en réseau pour assurer les fonctions de communication, de conduite et de surveillance.

Il réalise les fonctions de régulation analogique, de communication numérique et les fonctions d’automatismes séquentiels et combinatoires.  Acquisition et conditionnement des signaux d’entrées  Traitement de signaux  Conditionnement et émission des signaux de commande  La communication  L’autotest.

L'interface de communication homme machine Le DCS est utilisé dans les procédés industriels pour assurer la conduite, la surveillance et le contrôle des équipements distribués avec ou sans l’intervention à distante d’un opérateur humain. Cette interface comporte généralement trois grandes fonctions:  Surveillance et conduite de processus ;  Archivage de données ;  Gestion de données.

Le réseau de communication numérique Un DCS utilise des ordinateurs (le plus souvent ayant des processeurs spécialement conçus) comme des régulateurs et des modes de connexion et des protocoles de communication spécifiques. Les modules d’entrées/s. orties font partie des composants les plus importants d’un DCS. Le processeur reçoit les informations à partir modules d’entrée et les envoie par le biais des modules de sortie. Les modules d’entrée reçoivent les informations à partir des instruments de mesure du procédé et les modules de sortie transmettent les informations aux instruments de terrain. Les bus d’ordinateur ou bus électriques servent à relier le processeur aux modules (E/S) via des multiplexeurs/démultiplexeurs. Ils relient également les régulateurs distribués au contrôleur central et finalement l’interface homme-machine (Human Machine Interface, HMI) ou les consoles de commande.

Chapitre III : Système de contrôle commande de l’atelier sulfurique : Lors de la rénovation de l’atelier sulfurique en 1999, la direction a adopté pour la modernisation de son système de contrôle commande, le système numérique SNCC, de constructeur YOKOGAWA et de modèle Centum CS3000, il intègre les dernières technologies, sur une architecture ouverte, modulaire, et une fiabilité légendaire incontestée, ces avantages ont permis à l’atelier sulfurique, de remplacer massivement et définitivement les systèmes analogiques. Ce système de supervision installé au niveau des lignes d’acide sulfurique a permis la remise en état de la salle de contrôle en présence de plusieurs fonctionnalités : Le système de supervision permet la gestion et la commande des différents paramètres de marche par la possibilité d’affichage des différents types de vues : vues générale de l’unité, vues de groupes, vues de boucles, vues synoptiques et les vues d’alarme. Ce système gère également les alarmes, l’enregistrement et la consultation d’historique. Il contient les routines d’auto diagnostic nécessaires à l’identification et la localisation des défauts et la signalisation prioritaires de ces défauts.  La supervision des différents paramètres de marche par la possibilité d’affichage

des différentes vues : 

Vue générale de l’unité.



Vue de groupe



Vue de boucle



Vue d’alarme



Etc.

 La gestion des alarmes  L’affichage des synoptiques en dimension 3, animé en temps réel  L’enregistrement et la consultation d’historique  L’édition sur imprimante de plusieurs données : 

Alarme



Evénement



Historique



Vues d’écrans



Rapport, bilan et journaux d’exploitation

 La commande des différents paramètres de marche

L’architecture de cet SNCC, est constitué en générale de :  Des stations de contrôle (FCS)  Des Interfaces Homme Machine (HIS)  Des réseaux de communication

1- l’architecture

du

système

SNCC

de

la

centrale

thermoélectrique : La figure ci-dessous montre l’architecture du système SNCC de la salle de contrôle à l’atelier sulfurique:

FCS01 Un i t é d e s to c k a g e 1 1 Ligne A Ligne B

FCS02 Ligne C Ligne X

FCS03 Un i t é d e s to c k a g e 1 2 Ligne Y Ligne Z

Figure 7 :Architecture générale du SNCC de l’atelier sulfurique

Figure 8 : Configuration du système

1.1- La salle de contrôle : La salle de contrôle comporte : Cinq stations HIS Une station ingénieur Trois stations de contrôle FCS (Field Control System) Une FCS pour la gestion des unités : 01A, 01B, U11 Une FCS pour la gestion des unités : 01C, 01X Une FCS pour la gestion des unités : 01Y, 01Z, U12 Des armoires d’extensions pour les nœuds Une armoire d’alimentation Un réseau de supervision Ethernet TCP/IP Un réseau de contrôle Vnet

1.2- Station de conduite et de configuration : a- Station opérateurs : Le système actuel dispose de 5 stations opérateurs dédiées à la conduite du système en mode d’exploitation de procédé b- Station ingénieurs

La station ingénieur permet non seulement la réalisation des travaux de configurations, les synoptiques et la maintenance du système mais elle permet aussi de réaliser la conduite des ateliers sulfuriques. Remarque : On note qu’il y a une redondance au niveau des stations, une défaillance d’une station n’affecte pas le suivi et la conduite de procédé, ceci grâce au réseau distribué sur les différentes stations, qui permet à chaque station l’accès directe à n’importe quel paramètre du procédé via le réseau V net. Chaque station dispose d’une imprimante, et elle est chargée par deux cartes de communication V net et Ethernet.

1.3- Station de contrôle (FCS) : Avec une disponibilité et une fiabilité inégalées, la FCS, cœur du CENTUM CS3000, prend en charge l’automatisation de procédés industriels, quelles qu’en soient la taille ou la nature (continus, séquentiels ou batch (discontinu)). Grâce à la technologie « Pair and Spare », la redondance de CPU qui apporte une disponibilité totale. Lorsque les deux CPU sont opérationnelles, la CPU inactive s’auto surveille en permanence et informe en temps réel de toute anomalie en cas de défaut « dormant ». Les stations de contrôle intègrent la technologie éprouvée « pair and Spare » depuis l’unité centrale de la station FCS jusqu’au bus de communication et au module d’entrée/ sortie (E/S) Les cartes d’Entrées/Sorties peuvent être déportées jusqu’à 2 Km de l’unité Centrale. En complément des cartes d’E/S classiques, analogiques (avec option hart) et logiques,

il existe des modules de communication supportant les protocoles de type Fieldbus Foundation, Profibus DP et MODBUS (Fieldbus Foundation est un système entièrement numérique, pour une communication série bidirectionnelle dans un réseau d’usine ou un environnement d'automatisation d'usine. Il s'agit d'une architecture ouverte, développé et administré par la Fieldbus Foundation. (version série classique ou Ethernet)).

1.3.1- Les caractéristiques d’une station de contrôle FCS : Le système actuel dispose de 3 FCS, modèle en armoire. FCS0101 qui commande l’unité de stockage soufre et les deux lignes sulfuriques A et B, FCS0102 qui conduit les deux lignes sulfuriques C et X, et finalement FCS0103 qui pilote l’unité de stockage acide et les deux lignes Y et Z. Armoire FCS0101 (U11) : Station de contrôle FCS, NIU1 Armoire EX0101A (U01A) : NIU2, NIU3, NIU4 Armoire EX0101B (U01B) : NIU5, NIU6, NIU7 Armoire FCS0102 : station de contrôle FCS Armoire EX0102A (U01C) :NIU1, NIU2, NIU3 Armoire EX0102B (U01X) :NIU4, NIU5, NIU6 Armoire FCS0103 (U12) : Station de contrôle FCS, NIU1, NIU2 Armoire EX0103A (U01Y) : NIU3, NIU4, NIU5 Armoire EX0103B (U01Z) : NIU6, NIU7, NIU8 Une station de contrôle FCS est constituée d’une FCU et des nœuds reliées entre eux par des bus RIO.

1.3.2- FCU :

Une FCU est constituée de :

De type :  2 cartes d’alimentation PW302 ;  2 cartes processeurs CP333D ;  2 cartes de communications avec le bus RIO RB301. Répartie en 3 armoires.

Figure 9 : Configuration de la FCU

Une CPU est basée sur deux processeurs RISC de mémoire RAM 16 Mo Le microprocesseur à jeu d'instruction réduit ou reduced instruction-set computer RISC, est un type d'architecture matérielle de microprocesseurs, qui se caractérise par un jeu d'instructions réduit, facile à décoder et comportant uniquement des instructions simples). Chaque CPU effectue des calculs identiques et les résultats sont comparés à chaque calcul. Si les résultats sont identiques le fonctionnement de la carte est considéré normal et les résultats sont transmis à la mémoire et à la carte d’interface de bus. Si les résultats de CPU1 et CPU2 ne sont pas identiques, le comparateur considère que le fonctionnement de la CPU est anormal, et la carte processeur en attente prend le relais, le contrôle se poursuit sans interruption. Si une anomalie de CPU est détectée, un autodiagnostic de la carte est effectué ; si le matériel fonctionne normalement, l’erreur sera considéré comme transitoire et la carte passe de l’état d’anomalie à l’état d’attente.

1.3.3- Les nœuds :

Un nœud est composé de :

Un slot est composé d’un boîtier dans lequel il y a des cartes d’E/S qui servent d’interface avec les signaux analogiques et numériques. Redondance des Nœuds La carte d’interface de nœud et la carte d’alimentation peuvent être double redondantes, il en est de même pour le bus de module d’entrées/sorties qui relie l’unité d’interface de nœud à chaque unité d’entrées/sorties. *Convertisseurs de bus (BCV)

Il relie le bus V net à un autre domaine du CS 3000 ou à un autre système de contrôle distribué CENTUM ou µXL. *Passerelle (CGW) Cette passerelle de communication relie le bus V net à un bus Ethernet conduisant vers un système de supervision ou vers un PC. Les fonctions de contrôle commande de la station FCS se composent de :  Fonction de régulation  Fonction d’automatisme  Fonction de calcul  Fonction de contrôle avancé

 Régulation prédictive  Logique floue Remarque :

La régulation prédictive anticipe les variations d’une valeur procédée (PV) et calcule la sortie optimale correspondante comme procédé comportant de longs temps morts. La logique floue est une extension de la logique classique qui permet la modélisation des imperfections des données et se rapproche dans une certaine mesure de la flexibilité du raisonnement humain. La FCS gère les entrées et les sorties de procédé et peut être à un automate de sécurité (PLC). Elles sont de deux types, afin de s’adapter à des besoins différents.  LFCS, station standard : Hautement fiable, c’est le cœur du système. Elle dispose de fonctions avancées et accepte les entrées/sorties à distance.  SFCS, station compacte

Placée près du procédé, cette station rassemble toutes les fonctions de contrôle, les entrées/sorties et les interfaces avec les sous-systèmes dans une unité compacte. Différences de matériels entre la LFCS standard et la SFCS compacte : Station LFCS : la FCU est reliée aux nœuds et aux modules d’entrées/sorties par le bus RIO. Station SFCS : la FCU et les modules d’entrées/sorties sont à l’arrière

Figure 10Configuration de la station de contrôle

Redondance et fiabilité de la station LFCS Sur ce type de station, tous les composants sont double redondants : les cartes CPU, le coupleur V net, la carte d’alimentation, l’interface du bus RIO, le coupleur de bus RIO et le bus interne de nœud. La double redondance des cartes processeurs (une active, l’autre en attente) permet le passage d’une carte à l’autre sans interruption.

Figure 11: Carte processeur double redondance sur une LFCS

Redondance et fiabilité de la station SFCS Sur la station SFCS, la carte processeur, le coupleur V net, la carte d’alimentation et l’interface d’entrées/sorties processeur sont double redondants. Les cartes processeur double redondantes (une active, l’autre en attente) passent d’un état à l’autre sans interruption du contrôle.

Figure N°12: Configuration double redondance de la station SFCS

1.3.4- Bus RIO : C’est le réseau qui assure le transfert des informations entre la FCU et les nœuds. Caractéristiques :  Supports de transmission : Câble torsadé  Type : Bus connexion multi drop  Distance de transmission : Jusqu’à 20 Km en utilisant les fibres optiques  Nombre de nœuds par FCU :8  Vitesse de communication : 2 Mb/s  Redondance : Doublement de bus Un bus multipoint (MDB) est un bus d'ordinateur, dans lequel tous les composants sont reliés au même ensemble de fils électriques. Un processus d'arbitrage détermine quel périphérique obtient le droit d'être l'expéditeur des informations à tout moment. Les autres dispositifs doivent écouter pour les données qui sont destinés à être reçus par eux.

Redondance du Bus RIO

La FCU peut recevoir des cartes d’interface de bus RIO double redondantes (RB301) ; la carte CPU active vérifie quelle est la carte active (normalement, c’est la carte qui se trouve du même côté que la CPU active). Le côté « en attente » n’effectue que les communications nécessaires au diagnostic. Il réalise la liaison entre l’unité centrale de la station de contrôle FCS et les nœuds d’E/S avec un débit de 2Mb/s. La structure de la station de contrôle FCS permet de disposer de bus RIO comme suit: •

En liaison électrique (câble pair torsadé), la longueur maximum est de 750m ;

•

En liaison mixte (support pair torsadé+ fibre optique), la longueur totale

maximum est de 20Km. Les bus RIO double redondants sont utilisés alternativement ; en cas d’anomalie, sur un bus, c’est l’autre qui est utilisé .Le bus sur lequel il y a une anomalie est testé périodiquement pour vérifier si celle-ci a disparu. Deux coupleurs RIO se trouvent au niveau de la FCU et au niveau des interfaces de nœuds NIU. Remarque : Nœud NIU : Une unité d'interface de réseau (NIU) (parfois appelé un dispositif d'interface de réseau) est un dispositif qui sert d'interface commune pour les divers autres dispositifs au sein d'un réseau local (LAN), ou comme une interface pour permettre à des ordinateurs en réseau de se connecter à un réseau extérieur. Le NIU permet la communication entre les périphériques qui utilisent des protocoles différents en fournissant un protocole de transmission commun, qui peut être utilisé à la place de ses propres protocoles des dispositifs de, ou peut être utilisé pour convertir le protocole de dispositif spécifique à la commune. Afin de permettre une interface entre un réseau local et un autre réseau, la NIU convertit les protocoles et les codes et agit comme un tampon entre le matériel connecté associée. La liaison entre la FCU et les nœuds se fait via un distributeur de réseau RIO.

1.4-

Modules d’entrées/sorties Les modules d’entrées convertissent les signaux du procédé au format des données numériques utilisé par la station LFCS. Les modules de sorties convertissent les données numériques au format de la FCS en signaux analogiques et signaux contact.

1.5- Bus V net Il s’agit d’un bus série qui assure le transfert des informations entre les stations opérateurs, ingénieur et les FCS. Caractéristiques :  Protocole : IEEE802.4  Type de bus : jeton  Vitesse : 10Mb/s  Longueur : 500m à 20Km  Média : coaxial ou fibre optique C’est un bus temps réel il relie la station FCS à d’autres stations, telles que HIS, BCV ou CGW. Il peut être double redondant, il utilise un câble coaxial seul. Il peut atteindre jusqu’à 20 Km grâce à des récepteurs de bus et/ou des liaisons à fibre optique. Le média utilisé est le câble coaxial 10BASE5, au niveau des FCS, et le câble coaxial 10BASE2 au niveau des stat ions opérateurs et ingénieur.

Câble 10Base2 : 10BASE2 (aussi appelé Ethernet Fin) est un standard Ethernet standardisant une couche physique dans le modèle OSI utilisant un câble coaxial fin. Celui-ci permet le transfert de données à des débits jusqu’à 10 Mbits/s. Plus simple et plus économique que le 10BASE5, cette solution s’est vite imposée pour un câblage simple. Pour la station HIS, distance de transmission=185m Câble 10Base5:

10BASE5 (aussi nommé StarLAN) est une norme Ethernet spécifiant une couche physique du modèle OSI utilisant une topologie réseau en bus, d'une longueur maximale de 500 mètres avec 100 connexions espacées au minimum de 2m50 et une vitesse de 10 Mbits/s. Son support est du câble coaxial épais relié aux cartes réseaux par des émetteurrécepteurs (transceivers). Autre stations que la HIS (FCS, CGW etc.), distance de transmission=500m.

1.6- Ethernet Une liaison Ethernet relie les stations HIS, HIS configuration et systèmes de supervision. Les ordinateurs de supervision et les PC du réseau LAN accèdent aux messages et aux données enregistrées du système CS 3000. Grâce à Ethernet, l’opérateur envoie des fichiers de données enregistrées de la station HIS vers les ordinateurs de supervision ou effectue une mise en cohérence des données de deux stations HIS (plutôt que d’utiliser le bus V net).

1.7- Station de conduite HIS : 1.7.1- Les caractéristiques de la station HIS :

La station HIS est organisée autour de Windows XP sur PC standard, plus les logiciels associés au CENTUM CS3000. Caractéristiques :  Processeur

: Pentium (4), 3.00 GHz

 Disque dur

: 74 Go

 Mémoire principale

: 1,00 Go de RAM

 Système d’exploitation

: Windows XP

1.7.2- Les fonctions de la station HIS :

Cette station regroupe toutes les fonctions d’exploitation et de surveillance, elle affiche les variables du procédé, les paramètres de contrôle, les alarmes, et donne à l’opérateur une vision instantanée de l’ensemble de l’exploitation, elle comporte

des interfaces ouvertes permettant aux opérateurs d’accéder aux

messages, aux données d’historique et aux donnés de procédé, elle dispose également d’une fonction ingénieur et de fonction de test. HIS de type console : Cette interface homme machine offre des fonctionnalités et d’une fiabilité identiques à celle dont disposaient les stations de la famille CENTUM. HIS de bureau : C’est un PC standard utilisant Windows XP (Windows NT avant mise à jour). La station de contrôle de l’atelier sulfurique dispose de :  Cinq HIS de bureau.  Une station de configuration (ou station ingénieur).

1.8- Station d’ingénierie : Les fonctions d’Ingénierie sont :

1.9-

 Etude du système

 Test

 Conception

 Simulation de FCS

 Saisie de données

 Configuration du système

Le réseau de communication :

1.9.1- Réseau V net :

C’est le réseau principal du système, c’est un bus série à haute vitesse qui assure le transfert des informations entre les différents stations de contrôle et de supervision. Il est toujours redondant et le fait qu’il soit un bus à jeton avec une vitesse de 10 Méga b/s permet d’obtenir des performances élevées en matière d’appel de vues et rafraîchissement des images.

1.9.2- Réseau Ethernet :

C’est le réseau local qui relie les stations HIS, ENG. Les ordinateurs de supervision du réseau LAN accèdent aux messages et aux données enregistrées du système CS3000 via Ethernet. En effet TCP/IP et Ethernet sont devenus de plus en plus performants, de moins en moins chers et permettant l'encapsulation de protocoles propriétaires. TCP/IP devient le véhicule logique universel de transmission des informations, quant à l’Ethernet, il devient le support physique privilégié à utiliser chaque fois que c'est possible. La place du TCP/IP et d'Ethernet dans le modèle OSI : Modèle OSI

Modèle TCP/IP

Application Présentation Session Transport Réseau

Application Présentation TCP TCP/IP IP

Liaison de données Physique

Ethernet Ethernet

Figure 13 : la correspondance entre le modèle OSI et le modèle TCP/IP On voit que le TCP/IP prend en charge l'ouverture et la fermeture des sessions, le découpage en paquets des messages, la vérification de l'intégrité de la transmission. Les volumes de données à transmettre sont souvent énormes, les vitesses sont grandes, des erreurs sont fréquentes, par conséquent des mécanismes sophistiqués de reprise et de corrections sont nécessaires, et c’est ce qui offre Ethernet en définissant les niveaux 1 et 2 du modèle d’OSI: les supports physiques, les niveaux des signaux, les mécanismes de communication.

1.9.3- Caractéristique des réseaux Vnet et Ethernet :

Réseau V net

Réseau Ethernet

Supports de transmission

Câble coaxial

Câble coaxial

Distance de transmission

185 m

100m

Vitesse de communication

10 Mb/s

10 Mb/s

Redondance

Active

Active

Typologie de réseau

bus

Bus

1.10- Dimension du système 1.10.1- Capacités du système :

Nombre de repères possibles : 100,000 Nombre de stations raccordées : 256 stations (16 domaines maximum, 64stations par domaine cependant un domaine n’admet pas plus de 16 stations HIS. 1.10.2- Domaine

Un domaine est constitué de stations reliées entre elles par un seul bus V net .Un convertisseur de bus relie les domaines au système CENTUM CS 3000 ou à des systèmes installés auparavant (CENTUM-CS, CENTUM-XL, CENTUM -V, CENTUM CS 1000, µXL etc.).

Chapitre III : Etude du Système Numérique de Contrôle Commande de la centrale thermique 1- Description des entités pilotées par le SNCC de la centrale :

Le système de contrôle commande de la centrale thermique est le SIMATIC PCS7 qui est un système de contrôle de procédés homogène et cohérent, faisant partie intégrante de la Totally Integrated Automation (TIA qui est une stratégie (philosophies / architecture) concernant les techniques d'automatisation, cette stratégie définit l'interaction de nombreux composants, outils (SW) et services (service de pièces de rechange, etc) pour parvenir à une solution d'automatisation optimum. L'interaction réalise l'intégration entre les quatre niveaux d'automatisation de la pyramide de l'automatisation: niveau de gestion, niveau de l'opérateur, niveau du contrôleur, niveau de terrain), caractérisé par une architecture évolutive unique et des propriétés exceptionnelles. Ce système assure la conduite des installations suivantes :  Les chaudières auxiliaires  Les groupes turboalternateurs GTA  Les circuits de fluide et vapeur

1.1- Les chaudières auxiliaires : La centrale thermoélectrique est équipée de 2 chaudières auxiliaires fonctionnant avec un même principe et ayant des caractéristiques similaires.

Figure 14: Schéma synoptique de la chaudière auxiliaire

La chaudière auxiliaire est un générateur de vapeur qui a pour rôle de transmettre la chaleur issue de la combustion de fuel ou du gasoil vers une chambre de combustion remplie par l’eau alimentaire dans le but de préchauffer cette eau, l’évaporer et le surchauffer jusqu’à une température 500°C et à une pression de 55 Bars.

1.2- Les groupes turboalternateurs GTA : La centrale thermoélectrique dispose de 3 groupes turboalternateurs similaires. Un groupe turboalternateur est composé en gros des éléments suivants :  Une turbine multicellulaire à condensation et soutirage  Un alternateur avec accouplement rigide  Un condenseur principal  Une station de création du vide La vapeur HP est admise par les soupapes d’admission, elle subit ensuite une détente par passage dans les aubages dans le distributeur fixe (transformation de l’énergie thermique en énergie cinétique), cette vapeur entraîne les ailettes pour faire tourner l’arbre de la turbine à une vitesse de 3000 tr/min, qui est rigidement accouplé à l’arbre de l’alternateur.

La station de création du vide, comme son nom l’indique a pour rôle de créer un vide dans le condensateur principal, et ce pour permettre à la vapeur BP se trouvant dans le dernier étage de la turbine de se condenser. Le condensateur principal est constitué de milliers de tubes de petits diamètres dans lesquels circule l’eau de mer (froide) et autour de ces tubes circule la vapeur qui se condense par un simple contact, et l’eau condensée est renvoyée vers la bâche à condensats. Les groupes turboalternateurs dont la capacité 37MW assurent la production de l’énergie électrique à une tension de 11Kv, couplés au poste 60Kv (PJ5), situé à la centrale, à travers des transformateurs élévateurs 11/60Kv. L’ONE fournit l’énergie nécessaire pour le démarrage du complexe et en cas de déficit de production locale. Par contre tout l’excédent d’énergie produite par les groupes turboalternateurs est évacué sur le réseau de l’ONE. La boucle électrique est connectée à l’ONE au poste PJ0 par trois lignes aériennes,

1.3- Les circuits de fluide et vapeur a- le circuit de vapeur : La moyenne pression est prélevée du soutirage des trois turbines, ou par l’intermédiaire des vannes de contournement lorsque la pression de la vapeur dans le barillet HP dépasse 55bars. Toute la vapeur admise dans la turbine se détend dans les huit premiers étages, une partie de cette vapeur va être soutirée pour satisfaire le besoin en cette vapeur et le reste subit la détente jusqu’à une pression très basse à l’échappement (condensation).

Cette vapeur est récupérée dans deux barillets MP et distribuée aux ateliers suivants : L’atelier phosphorique, Le port, Les engrais, Le réchauffage de la bâche alimentaire

Figure 15 :Schéma synoptique du circuit de vapeur La vapeur basse pression est obtenue par détente de la vapeur MP, elle est utilisée pour le réchauffage et le traçage (réchauffage du fuel et traçage du souffre) et pour les besoins de réchauffage aux vestiaires et engrais.

b- Le circuit de fluide Le circuit de fluide consiste à la production et la distribution de l’eau alimentaire et des condensats. Les différents condensats issus des installations utilisant la vapeur HP, MP ou BP diverses dans la bâche à condensats sauf ceux de l’atelier phosphorique qui

alimentent directement le dégazeur de la bâche alimentaire afin d’éliminer les gaz dissous (l’oxygène et le gaz carbonique). Les condensats sont ensuite pompés vers le poste de polissage du TED (traitement de l’eau douce), par l’intermédiaire de 3 pompes 20IP011, 20IP021 et 20IP031. Une fois traitée, l’eau alimente le dégazeur de la bâche alimentaire puis elle est stockée dans la bâche alimentaire.

2- Le système de contrôle de procédé SIMATIC PCS 7 : La technologie des systèmes numériques de contrôle commande devient de plus en plus prépondérante dans l’industrie des procédés, elle permet une large intégration et automatisation des installations de production, répondant ainsi aux objectifs des entreprises en terme de cadences de production, de qualité, et de sécurité. Un système numérique de contrôle-commande des procédés à comme fonctions d'assurer la surveillance et la gestion du procédé grâce à une interface de communication entre l'opérateur et l'unité qu'il est chargé de gérer. La surveillance du procédé s'effectue par l'acquisition des mesures sur le site et la transmission de ces mesures jusqu'à la salle de contrôle où elles seront visualisées par l'opérateur. L'API gère le programme, assure le fonctionnement automatique des boucles de régulation, surveille les seuils liés à la sécurité et assure la mise en sécurité du procédé. La mesure est réalisée au moyen de capteurs-transmetteurs et l'évolution du procédé est au moyen d'actionneurs qui sont reliés à l’API. Le système numérique de contrôle commande chargé du pilotage des installations de la centrale thermoélectrique est le SIMATIC PCS7, de marque Siemens qui est un système hybride basé sur des automates S7-400 permettant la supervision, la gestion et l’archivage des données. Le S7-400 se caractérise pas :  Automate haute performance pour les applications de milieu et haut de gamme.  Possibilité d’extension à plus de 300 modules.  Possibilité de mise en réseau avec :

 PROFIBUS.  Industriel Ethernet.  Mode multiprocesseur (4 CPU maxi peuvent être mis en œuvre sur un châssis centrale). Remarque : Siemens utilise une architecture autre que client-serveur et réseau distribué, tel que la communication d’une station avec n’importe quel contrôleur est conditionné par le transfert des données à travers l’anneau Ethernet. L’architecture proposée par SIEMENS pour assurer le contrôle commande de la centrale thermoélectrique est présentée ci-dessous :

Figure 16: L’architecture proposée par SIEMENS pour assurer le contrôle commande de la centrale thermoélectrique

1.1- Plateforme matérielle (hardware) : L’architecture du système de contrôle commande à la centrale est composée de ce qui suit :  Cinq automates S7-400 (CPU 417-4H) chacun a son automate redondant qui est en « Stand by » doté d’une carte PROFIBUS DP.  Des châssis déportés de type ET 200M : Les uns sont liés directement au premier automate S7-400 via le réseau PROFIBUS, les autres via PROFIBUS DP et la fibre optique puisqu’ils sont trop loin.  Sept hubs (Switch) qui assurent l’interconnexion entre les automates S7-400 et les postes de supervision.  Six postes de supervision : cinq postes opérateurs et un poste ingénieur.  Des modules entrées/sorties (I/O). Tous ses éléments communiquent avec le système d'automatisation par un réseau local Ethernet en fibre optique de 100Mbit/s. Cette architecture se décompose en 3 niveaux :  Niveau terrain  Niveau contrôle et commande  Niveau conduite

1.1.1- Niveau terrain : Ce niveau est composé de l’ensemble des équipements à superviser et à commander dans la centrale thermoélectrique, que ça soient pour les chaudières, les GTA ou les circuits de fluide et vapeur, ils peuvent être des pompes, des vannes, des moteurs… Ces équipements communiquent avec le niveau contrôle via des liaisons fil à fil, en passant par des boites de jonction BJ (un boîtier électrique située en aval d'un tableau électrique. Elle est située au plus près des installations sur le terrain et permet

de centraliser les départs vers les différents appareils électriques) et puis par les modules d’entrées/sorties. Ce niveau englobe aussi la périphérie décentralisée présentée par les châssis déportés ET200M.

a- ET200M :

Figure 10 : ET200M

La station de périphérie modulaire ET 200M est constituée par :  Un coupleur IM 153.  Jusqu’à 8 modules de périphérie de l'automate programmable S7-400. Il n'y a pas de règle spéciale d'emplacement pour les modules de périphérie. Ils peuvent être combinés à volonté. L'ET 200M est reliée au PROFIBUS DP par un coupleur IM 153. b- Coupleur IM :

Les coupleurs IM153 assurent la liaison entre les différents châssis :  Châssis UR1 (Universel Rack) d’une capacité maxi de 18 modules.  Universel UR2 (Universel Rack) d’une capacité maxi de 9 modules.  Universel ER1 (Extension Rack) d’une capacité maxi de 18 modules.

 Universel ER2 (Extension Rack) d’une capacité maxi de 9 modules.

La liaison entre le niveau terrain et le niveau contrôle est assurée par un réseau Profibus DP.

① Module d'alimentation PS 307 ② Module d'interface IM 153-x ③ Jusqu'à 12 modules de périphérie (SM /FM /CP)

Figure 15 : Configuration de la station de périphérie décentralisée ET 200M c- Entrées/sorties :  Les entrées et les sorties analogiques sont généralement au standard 4-20 mA avec conversion en 1-5V au niveau des entrées.  les entrées analogiques peuvent être munies du protocole Hart permettant de configurer à distance des instruments.  les entrées et sorties logiques sont généralement au standard 0-24V avec de nombreuses variantes d'isolation, de contacts secs, de point commun...  Mais il y a d'autres possibilités, d'autres échelles. Il faut prendre en compte les entrées bas niveau : thermocouples... Les modules d’entrées/ sorties, logique et analogique, utilisés sont ceux de SIMATIC S7-300 compatible avec la série S7-400 et peu encombrant par rapport aux modules d’entrées/sorties de la série S7-400. Ces modules sont :  Modules d’entrées TOR : SM 321 DI 16 x DC 24V :  Nombre de voies d’entrée: 16 voies par un seul module d’entrée

 Séparation galvanique par groupe de 16  Tension d’entrée : 24Vcc [2]  Possibilité d’alimentation redondante externe de l’alimentation de capteurs  2 alimentations capteurs résistantes aux courts-circuits pour 8 voies chacune  Modules de sorties TOR : SM 322 DO 16 x DC 24V :  Nombre de voies de sortie : 16 voies par un seul module de sortie.  Séparation galvanique par groupe de 8  Courant de sortie : 0.5A  Tension de sortie : 24V [2]  Modules d'entrées analogiques : SM 331, AI 8 x 12 bits caractérisés par :  8 voies d’entrée par module dont chacune reçoit une mesure analogique  Le type de mesure qui est réglable pour chaque voie, cette mesure peut être une tension, un courant, une température, une pression…)  La sélection de la plage de mesure pour chaque voie, c'est-à-dire définir si le signal de mesure que la voie reçoit est un signal 4à20mA, 0à20mA ou 0à10V. [2]  Modules de sorties analogiques : SM 332, AO 4 x 12 bits caractérisés par :  4 voies de sorties par module analogique  Les signaux de sorties peuvent être des courants, ou des tensions [2]

1.2-

Plateforme logicielle (software) : La plateforme software est constituée essentiellement des logiciels de Siemens

suivants :  SIMATIC Manager : Le logiciel de programmation des automates Siemens.  WINCC : Le logiciel de supervision qui permet de faire des synoptiques de toute l’installation afin de visualiser son comportement et même le contrôler.  SIMATICNET : Le logiciel de configuration et de maintenance du réseau PROFIBUS DP.

Le système de contrôle commande est piloté par le PCS 7 qui est un système de conduite de processus qui offre parallèlement de nombreuses possibilités de créer des solutions individuelles et spécifiques au projet, adaptées aux besoins spécifiques. 1.3.1- Niveau contrôle et commande : Ce niveau contient 5 systèmes d’automatisation à haute disponibilité AS 417-H, caractérisés par leurs redondance, les systèmes redondants restent en Stand By. Chaque système d’automatisation est équipé de deux processeurs (CPU) et de deux alimentations, La redondance est de type normal/secours. En effet, le système comprend une CPU primaire (CPU 1) qui exécute le programme applicatif et une deuxième CPU de réserve (CPU2) qui prend la relève en cas de panne de la première. En ce qui concerne la redondance des alimentations, il existe deux alimentations : une alimentation primaire (PS 1), et une alimentation de secours (PS 2). Le premier système contrôle le groupe turboalternateur GTA 1, le deuxième contrôle le GTA 2, le troisième assure la conduite du GTA3, alors que les deux autres systèmes assurent le pilotage des chaudières auxiliaires d’une part, et d’autre part le pilotage des circuits de fluide et vapeur. La figure suivante représente le système d’automatisation AS 417-H :

Figure 16: disponibilité élevée avec deux CPU redondantes du S7 400 H.

L’unité centrale de traitement utilisée est la CPU 417-4H, le tableau ci-dessous illustre quelques caractéristiques de cette unité :

Caractéristiques Mémoire de travail Temps d’exécution

Spécifications 2Mo pour les données 2Mo pour le programme 0.1μs

Interfaces

Profibus DP et MPI/DP

Nombre des blocs fonctionnels FB

6144

Nombre de fonctions FC

6144

Nombre de blocs de données

8191

Tableau1 1:Caractéristique de la CPU 417-4H

1.3.2- Niveau conduite Ce niveau se charge de la configuration, la supervision et la maintenance de l’architecture de contrôle commande, il se compose des éléments suivants : a- Le poste ingénieur Ce poste permet le développement complet de l’application et est équipé de l’ensemble des logiciels nécessaires au développement (Logiciel d’ingénierie PCS7). Il s’agit d’une seule station ingénieur, cette station est relié aux contrôleurs par le réseau redondant industriel Ethernet et aux stations opérateurs par le réseau redondant Ethernet TCP/IP.

b- Les postes opérateurs SIMATIC PCS7 fournit aux opérateurs une interface homme machine IHM qui permet le contrôle et la surveillance du procédé depuis n’importe quel poste opérateur. Elle fournit à l’opérateur des données historiques, en temps réel, et des rapports d’installation. La salle de contrôle de SIMATIC PCS7 contient 5 stations opérateur, ces stations supervisent l’installation comme suit :  La station OS1 supervise le groupe turboalternateur 1  La station OS2 supervise le groupe turboalternateur 2  La station OS3 supervise le groupe turboalternateur 3

 La station OS4 supervise les circuits fluides et vapeurs  La station OS5 supervise les chaudières auxiliaires 1.3.3- Les réseaux de communication Dans cette partie, on va essayer de définir les modes de communication entre les différents niveaux précédemment mentionnés. L’architecture réseau existante dans la centrale thermoélectrique, c’est une architecture redondante ou en anneau, et ceci vient du fait que chacune des installations contrôlées par le système de contrôle commande est gérée par deux CPU redondantes, cette architecture assure une grande fiabilité de transfert de données Les 5 contrôleurs (CPUs) sont reliés aux switchs (via un câble RJ45 Ethernet Industriel), et ces switchs sont reliés entre eux avec des paires de câbles à base de fibre optique et reliés aussi au poste d’ingénieur par le biais du câble Ethernet industriel, le poste ingénieur est relié aux postes de supervision par l’intermédiaire d’un réseau Ethernet TCP/IP. La communication est assurée grâce à des modules de communication CP montée sur le châssis du système d’automatisation et des cartes réseaux montées sur les stations opérateurs et ingénieurs.

Les différents réseaux chargés de la communication des différents équipements de chaque niveau sont les suivants :

a- Réseau Ethernet Industriel :

Le bus système relie les automates programmables aux postes de supervision via un réseau Industrial Ethernet à 100 Mbit/s. En cas d'utilisation d'un bus système redondant, la défaillance d'une liaison de réseau active ne gêne pas la communication entre l'automate programmable et la station opérateur dans la mesure où elle s'effectue via la liaison redondante.

b- Réseau Ethernet TCP/IP :

Le bus usine relie les stations de supervision au poste ingénieur. Il présente une rapidité et une fiabilité pour le transfert des données avec des caractéristiques techniques évoluées. c- Profibus DP :

Ce bus de terrain assure la communication entre les contrôleurs et le périphérique décentralisé. D'un point de vue physique, le profibus DP est soit un réseau électrique basé sur un câble blindé à deux conducteurs (RS 485), soit un réseau optique basé sur un câble à fibres optiques. Le protocole de transmission "DP" permet un échange cyclique rapide de données entre la CPU de l'automate et les stations de périphérie décentralisée. Le maître DP est le lien entre la CPU de l'automate et les stations de périphérie décentralisée. Le maître DP échange les données avec les stations de périphérie décentralisée via le profibus DP et surveille ce dernier. Les systèmes de périphérie décentralisée (= esclaves DP) traitent les données des capteurs et actionneurs sur le site, de façon qu'elles puissent ensuite être transmises via PROFIBUS DP jusqu'à la CPU de l'automate. Cette connexion relie l’interface maître Profibus DP de la CPU de l’automate programmable S7-417H et les périphériques décentralisées via des coupleurs IM 1532.

La figure suivante présente la structure typique d'un réseau PR OFIBUS DP. Les maîtres DP sont intégrés dans la station concernée. Les esclaves DP sont les stations de périphérie décentralisée qui sont reliées aux maîtres DP via le PROFIBUS DP.

Figure 17: structure typique d'un réseau PR OFIBUS DP

3- Description matérielle de l’entité pilotée par la SNCC de la

centrale 3.1

Gestion des groupes turboalternateur :

Pour chaque groupe turboalternateur le SNCC se charge de la gestion des fonctions suivantes:  Gestion des obturateurs (admissions de vapeur). 

Gestion du soutirage de la vapeur.

 Transmission des ordres d’ouverture et fermeture des vannes. 

Transmission des consignes (vitesse, pression, position…).



Acquisition des signaux TOR issus des capteurs de pression, température et de niveau de la vapeur et de l’huile.

 Acquisition des signaux analogiques (température huile graissage, débit vapeur, pression condenseur …).  Gestion de l’excitation du groupe et ses défauts. 

Acquisition des différentes mesures au niveau de l’alternateur :

 Mesure des puissances actives et réactive.  Mesure du facteur de puissance.  Mesure des courants et tensions triphasés au stator.  Gestion du circuit d’huile :  Acquisition des différents signaux TOR issus des pressostats, thermostat et capteur de niveau.  Acquisition des différents paramètres analogiques (température huile graissage, pression)  Commande et asservissement des différents paramètres de marche pour l’huile (pression, température, niveau…)  Commande des pompes d’huiles.  Gestion du condenseur principal :  Acquisition des différents paramètres analogiques (niveau et pression de l’eau dans le condenseur principal)  Commande et asservissement des différents paramètres de marche (pression, niveau…)  Commande les pompes du condenseur principal et des positions des

vannes d’aspiration.  Gestion du circuit de vide :  Commande des pompes à vide et des positions des vannes  Test du bon fonctionnement des capteurs et des asservissements. 

Gestion des signalisations, des alarmes et défauts (excitation, protection électrique, survitesse, défaut de masse, défaut de déclenchement transformateur, défaut aèroréfrigérant du transformateur, ...).



Gestion des sécurités mécaniques (vibrations, dilatation différentielle, usure butée…).



Les arrêts d’urgence.

 Archivage d’événements.

Remarque : On dispose de trois groupes turboalternateurs identiques d’où la

description d’un seul. L’armoire contenant le sous-système se chargeant de gérer chacun des trois groupes turboalternateurs contient les modules suivants :

Désignation Module unité centrale

Référence

Quantité installée

CPU 417-4H

2x3

6ES7 417-4HL01-0AB0 Module d’alimentation de CPU

PS407 10A R

2x3

6ES7 407-0KR00-0AA0 Module de communication

CP443-1

2x3

6GK7 443-1EX11-0XE0 Module d’alimentation d’extension

PS307 2A

12x3

6ES7 307-1BA00-0AA0 Coupleurs

ET200M-IM153-2

12x3

6ES7 153-2AA01-0XB0 Rack d’extension

******

6x3

Rack de base

UR2-H

1x3

6ES7 400-2JA00-0AA0 Module de sortie TOR

SM322 DO 16xDC24v/0.5A

12x3

6ES7 322-1BH01-0AA0 Module d’entrée TOR

SM321 DI 16xDC24V

16x3

6ES7 321-1BH02-0AA0 Module de sortie ANA

SM332 AO 4x12bit

3x3

6ES7 332-5HD01-0AB0 Module d’entrée ANA

SM331 AI 8x12bit

7x3

6ES7 331-7KF02-0AB0 SM331 AI 8x16bit

2x3

6ES7 331-7NF00-0AB0 SM331 AI 8xTC

2x3

6ES7 331-7PF10-0AB0 SM331 AI 8xRTD

2x3

6ES7 331-7PF00-0AB0

3.2- Gestion des circuits fluide et vapeur Pour le circuit d’eau alimentaire, le circuit d’eau des condensats, le circuit de vapeur, ainsi que le circuit de refroidissement le SNCC se charge de la gestion des fonctions suivantes:  Acquisition des signaux analogiques issus des capteurs de pression, température, niveau, débit …  Gestion des boucles de régulations de température, de niveau…  Gestion des asservissements des pompes et des vannes  Acquisition des signaux issus des analyseurs (conductivité, pH, O2)  La commande des vannes.  Transmission des ordres de marche et d’arrêt des pompes. 

Gestion des alarmes et défauts (isolement, distribution, ventilation).

 Acquisition des comptes rendu de marche. 

Archivage des données.



Signalisations L’armoire contenant le sous-système se chargeant de gérer le circuit de fluide et

vapeur contient les modules suivants : Désignation Module unité centrale

Référence

Quantité installée

CPU 417-4H

2

6ES7 417-4HL01-0AB0 Module d’alimentation de CPU

PS407 10A R

2

6ES7 407-0KR00-0AA0 Module de communication

CP443-1

2

6GK7 443-1EX11-0XE0 Module d’alimentation d’extension

PS307 2A

20

6ES7 307-1BA00-0AA0 Coupleurs

ET200M-IM153-2 6ES7 153-2AA01-0XB0

20

Rack d’extension

******

10

Rack de base

UR2-H

1

6ES7 400-2JA00-0AA0 Module de sortie TOR

SM322 DO 16xDC24v/0.5A

12

6ES7 322-1BH01-0AA0 Module d’entrée TOR

SM321 DI 16xDC24V

19

6ES7 321-1BH02-0AA0 Module de sortie ANA

SM332 AO 4x12bit

12

6ES7 332-5HD01-0AB0 Module d’entrée ANA

SM331 AI 8x12bit

19

6ES7 331-7KF02-0AB0 SM331 AI 8x16bit

1

6ES7 331-7NF00-0AB0 SM331 AI 8xTC

5

6ES7 331-7PF10-0AB0 SM331 AI 8xRTD

8

6ES7 331-7PF00-0AB0

Tableau 18:Liste des matériels installés au niveau du circuit de fluide et vapeur.

3.3-

Gestion des Chaudières auxiliaires

Pour chaque chaudière auxiliaire le SNCC se charge de la gestion des fonctions suivantes:  Acquisition des comptes rendus de marche (ventilateur de soufflage, ventilateur de recyclage, commutateur fluide pulvérisant …)  Acquisition des signaux TOR issus des capteurs (niveau bas ou haut d’eau, niveau bas ou haut bac fuel, manque flamme, arrêt d’urgence…)  Acquisition des acquittements de défauts.  Transmission des ordres de marche et d’arrêt. 

Commande des vannes (combustible, air de soufflage, eau alimentaire…).

 Contrôle et asservissement des valeurs analogiques (débit d’air, débit de fuel, température…).

 Archivage des données.  Signalisations (marche pompes, niveau réservoirs, ventilateur de soufflage…). 

L’armoire contenant le sous-système se chargeant de gérer les chaudières auxiliaires contient les modules suivants :

Module unité centrale

Référence

Quantité installée

CPU 417-4H

2

6ES7 417-4HL01-0AB0 Module d’alimentation de CPU

PS407 10A R

2

6ES7 407-0KR00-0AA0 Module de communication

CP443-1

2

6GK7 443-1EX11-0XE0 Module d’alimentation d’extension

PS307 2A

20

6ES7 307-1BA00-0AA0 Coupleurs

ET200M-IM153-2

20

6ES7 153-2AA01-0XB0 Rack d’extension

******

10

Rack de base

UR2-H

2

6ES7 400-2JA00-0AA0 Module de sortie TOR

SM322 DO 16xDC24v/0.5A

11

6ES7 322-1BH01-0AA0 Module d’entrée TOR

SM321 DI 16xDC24V

9

6ES7 321-1BH02-0AA0 Module de sortie ANA

SM332 AO 4x12bit

9

6ES7 332-5HD01-0AB0 Module d’entrée ANA

SM331 AI 8x12bit

6

6ES7 331-7KF02-0AB0 SM331 AI 8x16bit

0

6ES7 331-7NF00-0AB0 SM331 AI 8xTC

2

6ES7 331-7PF10-0AB0 SM331 AI 8xRTD 6ES7 331-7PF00-0AB0

2

Tableau 14:liste du matériel installé au niveau de l’armoire chaudières auxiliaires.

Chapitre IV : Comparaison entre le SNCC de l’atelier sulfurique et celui de la centrale thermique 1- Avantages et limites techniques du SNCC de l’atelier sulfurique : 1.1-

Avantage de Yokogawa CS3000/Siemens

 Le contrôleur du CENTUM CS3000 utilise l’architecture unique « Pair and Spare ». Elle est basée sur l’utilisation d’une paire de processeurs au sein même des unités centrales « Pair ». Associée à une seconde unité centrale (elle-même « Pair ») pour assurer une redondance, l’ensemble qui comprend 4 processeurs est alors en structure « Pair and Spare » Ce principe de redondance 2/4 donne à la station FCS une disponibilité inégalée en prenant en compte les moindres défauts, même transitoires, ce qui, outre la disponibilité renforce l’intégrité des données.  CENTUM CS3000 dispose d’autres possibilités de redondance pour les E/S, les différents bus de communication, les alimentations électriques, ...  Il dispose d’une architecture distribuée, la défaillance d’une station de supervision n’affecte pas la conduite du processus parce que toutes les stations se trouvent dans le même niveau d’égalité.  Assure des niveaux excellents de fiabilité et disponibilité, le système est fondée sur la notion des mots de passe hiérarchisés, de même, la définition de différents types de profils limitant les accès aux fonctions du système à la gestion de certaines parties de l’installation, est disponible ;  Disponibilité opérationnelle du système comprend sept 9 ou en réalité 99.9999953%, Cela représente une minute d’arrêt sur 40 années d’exploitation.  Avoir la possibilité d’extension sans aucune contrainte (armoire avant, armoire arrière);  Avoir un ensemble d’outils de développement d’application, comme les simulations et l’élaboration des schémas.  Jusqu’à 3000 entrées/sorties

 Permet d’assurer simultanément la sécurité et d’améliorer la disponibilité (Redondance active)  Redondance des Entrées/sorties analogique

Les limites techniques de Yokogawa CS3000/Siemens

1.2

 Autonomie des piles de sauvegardes limitée à 3 jours (30 jours pour Siemens)  Temps de scrutation supérieur à celui de Siemens  Pas d’autoréglage des paramètres PID  Nombre de vue synoptique limité jusqu’à 800 (illimité pour siemens)  Cycle d’archivage réduit

2- Analyse critique du SNCC de la centrale thermoélectrique 2.1

Avantages de Siemens/Yokogawa CS3000

 Utilisation et visualisation confortable.  Ingénierie performante, rapide et homogène à l’échelle du système.  Possibilité de modification en ligne à l’échelle du système.  Intégration poussée des bus de terrain.  Diminution du stock de pièces de rechanges  Communication à haut débit ;  Architecture distribuée  Autoréglage des paramètres PID  Autonomie des piles de sauvegarde  Acquisition en temps réel de tous les paramètres de production ;  Réduction des coûts :  Les coûts de câblage : un seul câble réseau permet de véhiculer toutes les informations nécessaires sur le procédé.  Le coût de la maintenance.

 Les dépenses administratives : la communication par réseau permet d’éliminer une quantité non négligeable de papiers administratifs  Le système est doté d’automates performants à haute disponibilité

(CPU 417-

4H) qui présentent la caractéristique de redondance.  Les outils de programmation, de supervision, de communication et de configuration du réseau sont séparés ce qui donne une organisation formelle dans le travail.  Ces outils sont installés sous Windows qui facilite la tâche pour les techniciens.  Utilisation du langage CFC (CONTINUOUS FUNCTION CHART) dans la programmation par SIMATIC Manager qui est plus maîtrisé par les techniciens et qui offre des blocs de régulation déjà prédéfinis.  Autonomie des piles de sauvegarde jusqu’à 30 jours (seulement 3 j pour Yokogawa  Temps de scrutation supérieur à celui de Yokogawa  Nombre de vue synoptique illimité.

2.2

Les limites techniques de Siemens /Yokogawa

 La configuration on-line du système reste partielle.  Pas de carte monovoie.  Le temps de scrutation augmente en augmentant le nombre de module E/S  Encombrement dans les câbles et les armoires qui contiennent les automates.  Fragilité des cartes d’entrée/sorties.  Il faut installer plusieurs outils softwares qui sont indépendants et dans chacun il faut déclarer une base de données pour les variables utilisés (surtout dans la programmation et la supervision).  Difficulté de localiser la panne au niveau matériel en utilisant l’outil software.  Difficultés de programmation et de supervision par rapport à Allen Bradley.  La structure d’archivage n’est pas bien conçue.  Arrive seulement à 1470 entrées/sorties  Doté d’une redondance passive ne permettant pas d’assurer la sécurité  Entrées/Sorties analogiques non redondantes

Conclusion : Ce stage, effectué au sein du groupe OCP, fut une première expérience, dont je garderai un excellent souvenir. J’ai pu voir le contraste qui existe entre le travail académique et le travail professionnel, et d'en dégager une certaine culture d'entreprise. IL m'a ainsi permis de mieux entrevoir les impératifs du monde du travail avec tous ce que cela entraîne (respect hiérarchique, respect des délais, etc..). Je pense que cette expérience m’a offerte une bonne préparation à mon insertion professionnelle car elle fut pour moi une expérience enrichissante et complète qui conforte mon désir d’exercer le métier de l’ingénieur. Enfin, je tiens à exprimer ma satisfaction d’avoir pu travailler dans de bonnes conditions matérielles et un environnement très agréable.