DEDICACE
A l'eternel Dieu tout puissant ;
A ma famille et ma progéniture.
SWEDI MASUMBUKO Louis
AVANT-PROPOS
Etant au terme de notre parcours à l'université,
l'occasion nous est offerte par ce travail rédactionnel à
caractère scientifique, d'exprimer nos sentiments de reconnaissance
à tous les hommes et femmes de bonne volonté qui, de loin ou de
près nous ont assisté, aussi bien matériellement que
scientifiquement tout au long de nos études primaires, secondaires et
universitaires.
Ainsi nous remercions de prime à bord, le corps
professoral de la faculté de l'école supérieure des
ingénieurs industriels et à ceux du département de
génie électrique en particulier.
L'expression de ma profonde gratitude s'adresse plus
particulièrement à l'assistant ingénieur BANZA pour sa
disponibilité en vue de la direction de ce mémoire malgré
ses multiples occupations.
Nous remercions très sincèrement
l'ingénieur Baudouin ILUNGA et l'ingénieur BEN pour leurs
contributions à ce travail.
Nous remercions de tout coeur, tous nos cousins et cousines,
oncles et tantes, neveux et nièces qui ne cessent de penser à
nous depuis notre existence.
Nos remerciements s'adressent à tous nos amis actuels
et ceux d'enfance qui nous ont accompagnés et assisté avant et
pendant nos études.
Nos sentiments de reconnaissance sont aussi adressés
à tous les condisciples de promotion qui n'ont cessé de faire
mieux à notre faveur.
SWEDI MASUMBUKO Louis
INTRODUCTION GENERALE
L'évolution prévisible de toute
société industrielle dans les années avenir nous permet
d'affirmer que la production à moindre coût ne sera plus un
rêve. On peut prédire un développement toujours plus
intense des systèmes automatiques qui sont réalisés en vue
d'apporter les solutions à des problèmes de nature technique,
économique ou humaine.
De nos jours, les constructeurs de commande et les
ingénieurs automaticiens n'ignorent plus rien des automates
programmables, ce point d'intersection à partir duquel ces
systèmes des commandes relativement récents sont d'un prix
comparable ou même inferieur à celui des commandes traditionnelles
à logique câblée recule cependant constamment.
En effet, pour ce qui nous concerne, dans le cadre de notre
mémoire qui censure la fin du 2e cycle d'étude
universitaire et en l'occurrence pour l'obtention de grade d'ingénieur
industriel en électricité industrielle nous avons vu une occasion
qui nous est donné en fin d'approfondir notre connaissance en
automatisme et par surcroit devenir automaticien. C'est ainsi que nous avons
intitulé notre travail de fin d'étude:
« Commande des broyeurs secondaires (Ball mill) par
automate programmable industriel cas de la Rwashi mining ».
0.1. Problématique
Par définition la problématique est l'approche
ou la perspective théorique que l'on décide d'opter pour traiter
les problèmes posés par la question du départ.
Pour accroitre la production l'entreprise Rwashi mining doit
avoir un équipement de qualité répondant à ces
besoins ; la commande par logique câblée a déjà
montré ses limites de fiabilité technique du point de vue panne,
vitesse de traitement ; défaut. Substituer cette commande de la
logique câblée à celui de l'automate programmable est-elle
une alternative?
0.2. Hypothèse
Dans le langage courant ce terme évoque la
présomption que l'on construit autours d'un problème
donné.
Pour de nombreux problème de commande, il convient donc
de déterminer le mode de commande le mieux approprié et à
cet égard, le choix actuellement se porte de plus en plus sur les
automates programmables industriels. Il s'agit d'ailleurs non seulement d'une
question de prix, mais bien d'avantage de gain de temps, de souplesse accrue
dans la manipulation, de haute fiabilité, de la localisation et
d'élimination rapide d'erreurs.
Simultanément le produit final, c'est-à-dire la
machine ou l'installation équipée d'un tel automate atteint un
niveau technique plus élevé.
Le but des pages qui suivent est de confirmer notre
hypothèse que l'utilisation d'un automate industriel est la solution
à notre problème.
0.3. Méthodes et
techniques
Pour confectionner ce travail nous nous sommes mis à la
consultation des ouvrages et des sites internet qui traitent sur l'automatisme
programmable industriel(API), sur le terrain nous avons procédé
par les interviews et l'observation directe.
0.4. Délimitation du
sujet
Dans le cadre de notre travail, nous avons le plaisir de
présenter à l'intention des dirigeants, ingénieurs et
techniciens de l'entreprise Rwashi mining, un outil permettant d'alléger
la tâche et d'améliorer le rendement des installations et la
qualité de production
L'étude consiste à améliorer les
processus d'exploitation en remplaçant un nombre de composants, de
contacts des circuits électriques par un automate programmable
industriel, offrant une grande facilité
Tout travail doit être circonscrit dans le temps et dans
l'espace, c'est ainsi que nous avons délimité notre travail
à l'automatisation par automate programmable des cinq broyeurs
secondaires qu'a la Rwashi mining.
0.5. Subdivision du travail
Notre travail est composé de trois chapitres sans
compter l'introduction et la conclusion, nous citons :
· Chapitre I présentation du site
· Chapitre II les automates programmables industriels
· Chapitre III commande de broyeurs secondaires par
automate programmable industriel
0.6. Difficultés
rencontrées
Tout oeuvre humaine est soumis à des difficultés
et dans notre cas nous avons été butés à des
problèmes tels que :
· Accès aux bibliothèques.
· Accès aux annales des entreprises qui ont assez
d'expériences dans cette matière.
CHAPITRE I. PRESENTATION DU
SITE
Rwashi mining est une société qui traite le
minerais par voie humide, donc par flottation ou par solvant, on doit diminuer
la granulométrie de la matière pour qu'elle répond aux
normes exigées, c'est ainsi qu'elle a une section de fragmentation qui
est équipée des concasseurs, d'un broyeur à boulets
semi-autogène et des broyeurs secondaires à boulets.
I.1. Fragmentation
La fragmentation est l'ensemble des opérations qui
conduisent à la réduction du volume des morceaux ou des grains
d'un matériau, elle est obtenue par concassage et broyage de ce
matériau.
L'objectif de la fragmentation est d'obtenir un état
granulométrique de la matière qui soit adapté à son
utilisation commerciale ou aux traitements à lui appliquer.
En minéralurgie et en métallurgie, elle
conditionne aussi la cinématique des opérations pour laquelle une
grande finesse du matériau solide est souvent requise, par exemple quand
des solides doivent être dans un solvant ou participer à une
réaction chimique.
La fragmentation des matériaux doit donc réduire
la dimension des morceaux trop volumineux jusqu'à une limite
fixée, et les machines qui permettent cette réduction de la
dimension du matériau sont:
· Les concasseurs
· Les broyeurs
I.1.1. Les broyeurs
Le terme de concassage était réservé
à la fragmentation des morceaux de matières volumineux et celui
de broyage à la fragmentation des morceaux et des grains de faible
dimension, cette distinction manque cependant la précision.
La matière dont s'opère la fragmentation
constitue un critère de distinction beaucoup plus précis dans les
concasseurs, les éléments broyant : mâchoires,
cônes, cylindriques, marteau, etc. font partis intégrantes des
appareils, tandis que dans le broyeurs sauf rares exceptions, la fragmentation
est obtenue par l'action de corps broyant non fixés aux appareils.
Les corps peuvent être des boulets, des barres, des
morceaux durs de la matière broyée, etc.
La fragmentation résulte donc des chocs et des impacts
de corps broyant sur les grains ainsi que des frottements et de l'abrasion des
solides entre eux. Cette abrasion devient prépondérante quand les
particules deviennent très fines.
En préparation de minerais, le broyage qui
préside souvent la concentration par flottation est
généralement effectué en voie humide sur une pulpe.
I.1.2. Les broyeurs à
chute
Les broyeurs à chute sont des cylindres (parfois
cylindro-tronconique) tournant autour de leur axe horizontal et
supportés par des tourillons creux dans lesquels se trouvent
mélangés la matière et les corps broyant. La rotation est
assurée par une couronne dentée circulaire qui est sur
l'enveloppe externe du broyeur et qui est entrainée par un pignon
relié au réducteur de vitesse du moteur.
Par suite de la rotation du tambour (cylindrique), le corps
broyant roulent, cascadent et retombent en chute libre, fragmentant ainsi la
matière entre eux et contre les parois.
En broyage humide la pulpe est introduite par une écope
fixée au tourillon avant ; elle sort le plus souvent par le
tourillon arrière.
I.1.3. Equipement de la
fragmentation
Pour avoir une pulpe en fin de bien traiter le minerais par
solvant, la Rwashi mining, dans son circuit de fragmentation a placé
trois sections différent dont:
1. Concassage : qui comprend trois concasseurs
2. Broyage primaire qui comprend un broyeur à boulets
semi-autogène
3. Broyage secondaire constitué de cinq broyeurs
à boulets
Ces machines sont actionnées par des moteurs
électriques.
I.2. Le broyage secondaire
La section de broyage secondaire qui est la dernière
étape dans le processus de fragmentation de Rwashi mining, cette section
est constituée des cinq broyeurs à boulets indépendants
l'un de l'autre, actionnés par des moteurs asynchrones à rotor
bobiné et moteurs asynchrones synchronisés donc voici leurs
caractéristiques et leurs répartitions :
o Broyeur 1 (Ball mill 1) moteur asynchrone synchronisé
triphasé d'une puissance de 375kW, la fréquence est 50Hz, sous
une tension de 2,2kV.
o Broyeur 2 (Ball mill 2) moteur asynchrone triphasé
à élimination des résistances rotorique, d'une puissance
de 375 kW, la fréquence 50Hz sous une tension de 2,2kV,
o Broyeur 3 (Ball mill 3) moteur asynchrone triphasé
à élimination des résistances rotorique d'une puissance de
375kW, la fréquence 50Hz sous une tension de 2,2kV,
o Broyeur 4 (Ball mill 4) moteur asynchrone synchronisé
d'une puissance de 375kW, 50Hz de fréquence, sous une tension de
2,2kV
o Broyeur 5 (Ball mill 5) moteur asynchrone triphasé
à élimination des résistances rotorique d'une puissance de
265kW, 50Hz, 2,2kV.
I.3. Moteurs d'entrainement des
broyeurs
L'étude complète des moteurs électriques
et des schémas s'y rapportant ferait l'objet d'un ouvrage entier, nous
nous contenterons d'épingler quelques points essentiels justes pour en
fin comprendre le fonctionnement des moteurs d'une manière sommaire.
I.3.1. moteur asynchrone
à rotor bobiné (à bague)
I.3.1.1.
Constitution et fonctionnement
a. Le Stator
Dans le moteur asynchrone triphasé, le stator est
destiné à supporter les encadrements créant le champ
tournant. Il sera donc du type « lisse » formé par
une carcasse cylindrique, comportant des encoches dans lesquelles seront
logés les conducteurs. Ces encoches seront en général
reparties sur toute la circonférence et chaque phase comportera ainsi
plusieurs conducteurs en série.
Le stator sera feuilleté, c'est-à-dire
constitué par des couronnes de tôles encochées,
isolées les unes des autres par du vernis ou du papier mince, et
serrées à la presse pour former un bloc rigide. Ce
procédé a pour but de réduire les pertes par courant de
Foucault créé par les flux alternatifs parcourant dans les masses
magnétiques.
Les courants triphasés créeront alors P paires
de pôle fictif, tournant à la vitesse par seconde. Cette vitesse
angulaire est appelée vitesse synchrone, ou vitesse de synchronisme.
En 1s, le champ décrit :
En 60s, le champ décrit : = et puisque
radians correspondent à un tour
p étant le nombre de paires de pôles
b. Le rotor
Dans des encoches pratiquées sur les tôles
constituant le rotor, sont logés des enroulements identiques à
ceux du stator. Généralement le rotor est triphasé.
Une extrémité de chacun des enroulements est
reliée à un point commun (couplage étoile). Les
extrémités libres peuvent être raccordées sur un
coupleur centrifuge ou sur trois bagues en couvre isolée et solidaires
du rotor.
Sur les bagues viennent frotter de balais en graphite
raccordés au dispositif de démarrage.
En fonction de la valeur des résistances
insérées dans le circuit rotorique ce type de moteur peut
développer un couple de démarrage s'élevant jusqu'à
2,5 le couple nominal.
L'enroulement rotorique qui est aussi en court-circuit est
coupé par le champ tournant produit par le stator, ce qui donne
naissance à des courants induits intenses dans les enroulements du rotor
(loi de Lenz). Ces courants réagissent sur le champ tournant (loi de la
place) en donnant naissance à un couple moteur qui provoque la rotation
du rotor.
Si le rotor tournait à la même vitesse que le
champ tournant (vitesse de synchronisme), il n'y aurait plus de courants
induits et le couple exercé serait nul.
C'est pourquoi la vitesse du rotor est inférieure
à celle du champ tournant que ce type de moteur est dit asynchrone
I.3.1.2. Le glissement du
moteur asynchrone
On a vu que le rotor tendant à atteindre la vitesse du
champ tournant sans jamais y arriver car, dans ce dernier cas, toute variation
du flux cesserait et le couple s'annulerait. Le moteur tournera toujours
à une vitesse inférieure à la vitesse synchrone ; on
dit alors qu'il glisse par rapport à cette vitesse.
On définira le glissement par les relations :
Conséquence du glissement
Lorsque le moteur est à l'arrêt, le moteur se
comporte comme un transformateur statique et le stator induit dans le rotor des
courants de même fréquence f. on a donc à
l'arrêt :
Lorsque le moteur est en rotation, nous avons
Par conséquent, les courants induits dans le rotor,
causés par la différence de vitesse entre le champ tournant et
les spires rotoriques, auront une fréquence proportionnelle à
cette différence de vitesse.
fr = gf (3).
I.2.1.3. Le couple du moteur
asynchrone
a. Bilan de puissance
La pulsation du courants statorique
La vitesse angulaire du champ tournant
= la vitesse angulaire du rotor.
Figure 1 bilan de puissance
De ces raisonnements qui précèdent, on peut
tirer les relations suivantes :
b. Expression du couple
D'après le bilan exposé ci-dessous, on peut
écrire que le couple utile
Comme les pertes mécaniques sont faibles et
pratiquement indépendantes de la charge (sauf si la vitesse varie fort),
nous étudions la valeur du couple transmis au lieu d'étudier le
couple utile, en nous rappelant que ce dernier est toujours un peu plus faible
que le couple transmis.
Soient
La f.é.m. induite par phase rotorique à
l'arrêt. On a avec le rapport de transformation à
l'arrêt.
L'inductance d'une phase rotorique à
l'arrêt.
La résistance d'une phase rotorique.
(6)
(6) peut s'écrire pour une phase du moteur :
Avec donc et en simplifiant :
c. Tracé de la courbe caractéristique
mécanique C= f(N)
Les figures 2 et 3 représentent la
caractéristique mécanique du moteur asynchrone. La
première est la courbe C= f(g) à tension U constante.
La deuxième est la courbe à tension U
constante
Ou
Puisque est constante pour une fréquence
donnée.
La partie stable de la courbe est la partie AB correspondant
aux glissements faibles et où à la vitesse est proche de la
vitesse synchrone. C'est la partie utile de la courbe. Le moteur fonctionne en
général avec un couple normal nettement plus faible que le couple
maximum et avec des glissements dont l'ordre de grandeur varie d'une valeur
proche de zéro à vide jusqu'à 4 à 5% en charge.
Dans le domaine d'utilisation, la vitesse varie donc
très peu avec la charge. Le moteur asynchrone est un moteur à
vitesse sensiblement constante.
I.3.1. Courbe du facteur de puissance cos
Le cosest faible à vide et s'améliore
avec la charge, il est de 0,7 à 0,8 pour les petits moteurs et
même 0,9 pour les gros moteurs.
Pour des puissances situées au-delà de sa
puissance nominale, le cos diminue à nouveau.
I.3.1.5. Rendement
Comme pour les machines à courant contenu il y a 2
méthodes de calcul de rendement :
- Méthode directe : on mesure la puissance
absorbé au moyen d'un Wattmètre et la puissance mécanique
au moyen de frein mécanique (frein de prony).
- Méthode par pertes séparées : on
fait l'essai à vide pour déterminer les pertes fer statorique,
les pertes fer rotorique et ainsi que les pertes mécaniques.
La puissance à vide
Ces pertes sont pratiquement les mêmes à vide ou
en charge. On fait l'essai en court-circuit pour déterminer les pertes
joules
I.3.1.6. Démarrage de
moteurs asynchrones
Le moteur asynchrone a une pointe de courant au
démarrage qui est même son inconvénient d'où
nécessité de recourir à d'autres artifices qui peuvent
permettre un démarrage en douceur sans cette pointe du courant, nous
avons :
- Le démarrage étoile-triangle
- Le démarrage par résistance statorique
- Le démarrage par auto-transformation
Ces modes de démarrage ont montré leurs
inconvénients du fait qu'il diminue en même temps le courant et le
couple, c'est par cette raison qu'on procède d'une autre manière
par insertion des résistances au rotor, qu'on diminuerait
progressivement.
- Démarrage par élimination de
résistances au rotor
Le procédé que nous allons étudier
à présent consiste à augmenter au démarrage, la
résistance rotorique.
Il en résultera une augmentation importante du couple
de démarrage et le moteur pourra alors démarrer en charge, la
pointe de courant au démarrage sera diminuée.
- Couple maximum :
Cette valeur était atteinte lorsque
- Couple de démarrage
On en concluait que :
- La valeur du couple maximum est constante, à tension
d'alimentation et fréquence constantes. Elle ne dépend pas de la
valeur de la résistance rotorique.
- Son abscisse varie avec g, puisque se produit pour
Si augmente, l'abscisse de se déplace vers les
glissements plus élevés donc, vers les vitesses plus faibles.
- Le couple de démarrage augmente avec la
résistance rotorique
Les courbes de la figure 6 illustrent ces
propriétés. Elles correspondent chacune à une valeur
différente de la résistance rotorique, on obtient donc :
- Une diminution du courant dans les enroulements rotoriques
par conséquent, une diminution du courant absorbé au
démarrage.
- Une augmentation du cos au démarrage. En
effet, on a : puisque est élevé au démarrage, on a
intérêt à augmenter pour diminuer le déphasage Ce
dernier point explique que, même si on diminue, le couple du moteur qui
peut s'écrire : augmente au démarrage par suite de
l'augmentation importante de à cette valeur
théorique.
I.4.1.3. Moteur asynchrone
synchronise
I.4.1.3.1.
Moteur asynchrone à rotor lisse
Le moteur synchrone possède :
- Un couple de démarrage nul
- Un bon facteur de puissance
Le moteur asynchrone possède :
- Un bon couple au démarrage (si le rotor est
bobiné)
- Un mauvais ( facteur de puissance
On cherche à avoir un moteur qui présente les
bonnes caractéristiques du moteur synchrone et du moteur asynchrone.
I.4.1.3.1. Fonctionnement et
constitution
- Le stator est identique à celui d'un moteur
synchrone.
- Le rotor est bobiné et comporte le même nombre
de pôles que le stator. De plus, il peut être relié à
une source de courant selon le schéma ci-dessous.
Au démarrage, l'interruption K se trouve en (a). Le
moteur démarrage comme un moteur asynchrone bobiné classique.
A l'approche du synchronisme, l'excitatrice est mise en
service (k ou b). Et le courant continu réglé pour avoir
Le moteur s'accroche et tourne alors au synchronisme. Un tel
moteur peut décrocher ; lors d'une surcharge il ne s'arrête
pas mais tourne en synchrone et reprend sa marche synchrone une fois la
surcharge disparue.
On peut remplacer l'excitatrice à courant continu par
des redresseurs secs.
I.3.1.3.2. Utilisation
Ce type de moteur peut être utilisé dans le cas
où il est nécessaire de compenser le d'une installation.
Il possède un couple de démarrage important. Se
synchronise automatiquement et revient de lui-même au synchronisme
après une surcharge.
Il est fabriqué pour des puissances de 5 à 1000
KVA.
I.4. La commande des
broyeurs
Rwashi mining a deux sections de broyage : le broyage
primaire qui est semi-autogène et broyage secondaire où nous
nous intéressons dans ce travail qui est constitué de cinq
broyeurs à boulets dont les broyeurs 1 et 4 qui sont actionnés
par des moteurs asynchrones synchronisés et les broyeurs 2,3 et 5, qui
sont actionnés par des moteurs asynchrones à bagues.
Le choix technologique de ce deux types de moteurs est
basé sur leurs avantages celui d'avoir :
- Un bon couple de démarrage
- Possibilité d'avoir un bon et ainsi compenser
l'installation
I.4.1. Circuit de puissance
a. moteur asynchrone
synchronisé
Figure 8 moteur asynchrone synchronisé
b. moteur asynchrone à rotor bobiné
Figure 9 moteur asynchrone
Circuit de puissance
Dans le circuit de puissance de moteur actionneur de broyeur
secondaire nous retrouvons les éléments suivants :
- Le discontacteur
- Le relais de protection moteur
- Les appareils des mesures
- Vapormatique ou résistance rotorique du moteur
- Générateur à courant continu pour les
broyeurs 1 et 4
a. Le discontacteur
Le discontacteur est un disjoncteur qui est muni des fusibles
à moyenne tension(MT) et qui est manipulé manuellement ou
automatiquement, à distance ou localement.
Les fusibles moyennes tensions (MT) protègent le moteur
contre le défaut de court-circuit et des surintensités.
En cas de court-circuit, les fusibles fondent et percutent sur
tringle mécanique qui agit sur le disjoncteur, ce dernier ouvre le
circuit d'alimentation du moteur.
b. Relais de protection moteur
Le relais de protection du moteur est un relais
électronique, qui est équipé d'un microprocesseur
basé en unité de protection, spécifiquement
désigné d'être employé sur les moteurs dont la
charge peut aller jusqu'à 2000 A.
Le relais de protection du moteur reçoit les
informations de courant et de tension à partir de transformateur
d'intensité(IT) et du transformateur de potentiel (TP) qui sont
montés dans la cellule.
Le relais de protection moteur protège le moteur
contre :
- Les surcharges
- Les déséquilibres de phases
- Les défauts de terre
- Les défauts de phases
- Les surtensions
En agissant sur un contact normalement fermé NF ou
normalement ouvert NO qui à son tour agit sur un relais et qui fait
déclencher le discontacteur électriquement à partir de sa
bobine d'enclenchement.
c. Les appareils des mesures
- Nous avons les ampèremètres de
200A/1A qui nous donnent les intensités de chaque phase à
partir des T.I.
- Nous avons les appareils de mesure digital qui nous donnent
les valeurs en digital à partir de TI et TP:
o La tension
o Intensité de chaque phase
o Puissance apparente
o Puissance active
o Puissance réactive
o Facteur de puissance
o Fréquence
d. Vapormatique
Vapormatique ce sont des résistances liquides, elles
sont insérées dans le circuit rotorique afin de permettre le
démarrage avec un grand couple et un faible pointe de courant de
démarrage.
Ces deux types des moteurs démarrent avec les
résistances rotoriques
e. Générateur
Le générateur est une dynamo shunt
entraînée par un moteur asynchrone triphasé, permet
d'alimenter le rotor en courant continu juste après le démarrage
pour que le moteur puisse fonctionner en moteur asynchrone synchronisé
et comme nous l'avons démontrée au paragraphe
précédent du fonctionnement en moteur synchrone qui avait
l'avantage lorsqu'il est surexcité de pouvoir compenser l'installation
en puissance réactive.
I.4.2. Circuit de commande
· Conditions de démarrage
Le moteur démarre si seulement si les conditions
suivantes sont réalisées.
1. Haute Pression et débit d'huile de lubrification est
bonne, pompe d'huile de lubrification en marche
2. Basse Pression et débit d'huile de lubrification est
bonne, pompe d'huile de lubrification en marche.
3. Vapormatique (résistance rotorique) sont en place
4. Générateur en marche pour les broyeurs 1et 4
qui sont actionnés par des moteurs asynchrones synchronisés
5. L'une de pompe cyclone 03-PMP-01 ou 03-PMP-02 en
marché.
6. Graissage de la couronne dentée, pompe de graissage
en marche.
N.B. :
- le démarrage se fait avec une temporisation (temps
d'avertissements)
- la machine peut s'arrêter quelques temps après
le démarrage si les séquences du vapormatique ne se terminent pas
comme prévu
- le moteur démarre en 3 temps.
FUSIBLE : le contact s'ouvre en cas de fusion d'un
fusible de puissance
INTERLOCK : le contact s'ouvre lorsque la porte du
discontacteur n'est pas bien fermée.
GENERATEUR : le contact se ferme lorsque le
générateur est en marche
GRAISSAGE : le contact se ferme quand le système
de graissage de la couronne dentée fonctionne sans problème
LUBRIFICATION haute et basse pression: les contacts se
ferment lorsque la pression et le débit d'huile des deux paliers sont
au-dessus de seul de réglage, les 2 pompes en marches.
VAPORMATIQUE : le contact est fermé
- lorsque la température de l'électrolyte est
bonne
- lorsque les séquences d'élimination
s'effectuent sans aucun problème
03-PMP-01 : le contact se ferme lorsque la pompe cyclone
en marche
03-PMP-02 : le contact se ferme lorsque la pompe cyclone
est en marche
AVERTISSEUR : une lampe s'allume et une sonnerie pour
signaler que le broyeur démarre dans les secondes qui suivent
DEFAUT ELEC : en cas de défaut une lampe s'allume
pour signaler le défaut
FUSIBLE FONDU : une lampe s'allume au cas où les
fusibles ont fondu
VCC Ferme : une lampe s'allume si toutes les conditions
de démarrage ont été réunies
VCC OUVERT : une lampe reste allumer si une condition de
démarrage n'est pas réunie.
II.1. LES AUTOMATES
PROGRAMMABLES INDUSTRIELS
II.1.1.
L'automatisme
Par définition, nous savons que l'automatisation est le
moyen de production automatique et continue qui permet d'améliorer les
conditions de travail de perfectionner le produit, d'augmenter la
capacité de production, de réduire le prix de revient et
d'accroître la sécurité des travailleurs.
II.1.1. Conception d'un
système automatisé
Dès sa conception, un système à
automatiser doit être décomposé en deux parties :
- la partie commande que l'on appelle aussi automate
élabore les ordres nécessaires à l'exécution du
processus, en fonction de rendus d'exécution qui lui sont fournis par la
partie opérative ; la partie commande assure le traitement logique
des informations et échange des informations avec l'extérieur du
système pilote, usager, surveillant...dont elle reçoit les
consignes et à qui elle fournit des comptes rendu visuels ou sonores.
- La partie opérative ou la partie puissance qui
effectue les opérations en exécutant les ordres qui lui sont
donnés par la partie commande.
Figure 12 systèmes automatisés
Un système automatisé est défini en deux
niveaux :
1. Premier niveau : spécifications
fonctionnelles
Décrit le comportement de la partie commande
vis-à-vis de la partie opérative. C'est le rôle des
spécifications fonctionnelles qui permettent ou concepteur de
comprendre :
- Ce que l'automatisme doit faire face aux différentes
situations pouvant se présenter
- Quel devra être le rôle de la partie commande
à construire, elles doivent donc définir de façon claire
et précise les différentes fonctions, informatique et commandes
impliquées dans l'automatisation de la partie opérative ainsi que
les sécurités des fonctionnements prévues.
2ème niveau : spécification
technologique et opérationnelle
Complète les exigences fonctionnelles et apporte,
grâce aux spécifications technologiques et opérationnelles,
les précisions indispensables aux conditions de fonctionnement des
matériels. Les spécifications technologiques précisent les
conditions dans lesquelles l'automatisme devra physiquement s'inverser dans
l'ensemble que constituent le système automatisé et son
environnement.
Lorsque des spécifications sont exprimées au
langage courant, il y a un risque permanent d'incompréhension ou de
malentendu entre rédacteur et lecteur d'un cahier de charge.
En effet, certains mots sont peu précis, mal
définis, possèdent plusieurs sens ou sont extrait d'un jargon
technique incompréhensible pour les non-initiées
C'est pourquoi, il est utile de disposer d'un outil de
représentation d'un cahier de charge qui doit être
normalisé
(Association française pour la cybernétique
économique et technique) AFCET et (Agence national pour le
développement de la production automatisé) ANDPA ont mis au point
et développé une représentation graphique qui traduit,
sans ambigüité, l'évolution du cycle d'un automatisme
séquentiel.
Le diagramme fonctionnel est le GRAFCET (graphe de commande
étape transition) que nous parlerons dans le paragraphe suivant.
II.1.1.2. GRAFCET
Le graphe de commande étape transition permet de
décrire les comportements attendus de l'automatisme de commande face aux
informations qu'il reçoit en imposant une démarche rigoureuse,
éventuellement hiérarchisée, évitant ainsi les
incohérences dans le fonctionnement.
A chaque niveau de description ce diagramme peut être
affiné et corrigé sans nécessiter la remise en cause des
parties déjà étudiées. (Suivant NF C03-190).
II.1.1.2.1. Eléments de
base
Le GRAFCET se compose d'un ensemble :
- D'étape auxquelles sont associées des
actions.
- De transitions (réceptivités) auxquelles sont
associées des réceptivités.
- De liaisons orientées reliant les étapes aux
transitions et les transitions aux étapes.
II.1.2.2. Description du
fonctionnement
Partie opérative
Le GRAFCET permet de décrire le fonctionnement de la
partie opérative il peut donc être tracé directement par le
concepteur de la partie opérative sans exiger de connaissance propres
aux technologies utilisées pour la partie commande.
C'est un outil de dialogue entre le mécanicien, le
chimiste, l'électricien ou tout autre spécialiste et
l'automaticien.
Ce premier Grafcet tracé en ne tenant compte que des
informations directement liées ou processus de fabrication ou de
transformation est appelé GRAFCET de niveau 1.
Partie commande
Le Grafcet permet l'étude de la partie commande. Le
GRAFCET de niveau 1, tracé en tenant compte uniquement du
fonctionnement de la machine, et ensuite aménagé en prenant en
compte la réalité des capteurs et des actionneurs. Nous obtenons
ainsi le Grafcet de niveau 2.
Il conduira au schéma ou au diagramme de la partie
commande lorsque nous aurons tenu compte des contraintes propres au
matériel utilisé pour la réalisation de la partie
commande.
II. Automate programmable
industriel API
II.2.1.
Définition et fonction
L'automate programmable industriel est un dispositif
électronique programmable, destiné à la commande de
processus industriels par un traitement séquentiel, il envoie des ordres
vers les pré-actionneurs (partie opérative) à partir des
données d'entrées (capteurs, partie commande) et d'un programme
informatique.
En d'autre terme un API est un appareil électronique
qui comporte une mémoire programmable à l'aide d'un langage
adapté, pour le stockage interne d'instruction comportant les fonctions
d'automatisme :
- Logique séquentiel et combinatoire
- Temporisation
- Comptage, décomptage, comparaison
- Calcul arithmétique
- Réglage, asservissement, régulation...
II.2.2. Configuration
L'automate programmable industriel API étant une
machine informatique de nombreux périphérique peuvent y
être raccordée, suivant la notice du périphérique et
la phase de travail concernée, mise au point du programme ou
exploitation, l'API peut traiter les informations générées
par un périphérique ou assurer la commande de ce dernier.
Figure 13 configuration de l'automate
Un automate programmable industriel est constitué de
plusieurs éléments mise ensemble qui fondent son
architecture :
- L'unité de traitement ou processeur
- Zone d'espace mémoire
- Système modulaire d'entrées et sorties
(interfaces)
- Dispositif d'alimentation
L'unité centrale est le regroupement du processeur et
de la mémoire centrale, elle commande l'interprétation et
l'exécution des instructions du programme.
II.2.2.1. Rôle et
fonctionnement
II.2.2.1.1.
Processeur
Dans un système de traitement d'information le
processeur est l'unité fonctionnelle capable d'interpréter et
exécuter les instructions du programme.
Dans un API le processeur gère l'ensemble des
échanges informationnels en assurant :
- La lecture d'information d'entrée
- L'exécution des instructions du programme mis en
mémoire.
Suivant sa puissance de traitement le processeur peut
exécuter des instructions relatives à des
opérations :
- Logique
- Arithmétique, addition, soustraction
- Des mémorisations et transfert de mémoire, de
pas à pas
- De comptage, décomptage, comparaison,
régulation, décalage
- Lecture des entrées, écriture des sorties
- Temporisation
Fonctionnellement le processeur comprend :
· Une unité logique(UL) ou une unité
arithmétique et logique(UAL) qui traite :
- Des opérations arithmétiques : addition,
soustraction, décalage, rotation
· Un accumulateur, registre d'instruction et de travail
dans lequel se range le résultat d'une opération.
· Un registre d'instruction, où sont
rangées durant le temps de traitement les instructions à
interpréter et à exécuter.
· D'un décodeur d'instruction, circuit qui
transforme les instructions d'un programme en signaux de commande
nécessaire à l'UAL, aux registres et au bus de contrôle.
· Un compteur du programme, registre qui contient
l'adresse de la prochaine instruction à exécution.
II.2.2.1.2. Mémoire
centrale
La mémoire centrale est aussi
désignée : espace mémoire. C'est
l'élément fonctionnel qui peut recevoir, conserver et restituer
des données. Dans une zone, où un emplacement de la
mémoire une information est écrite, effacée ou lie.
Les mémoires utilisées dans un API peuvent
être :
- Durant la phase d'étude et de mise au point du
programme :
§ Des mémoires vives(RAM)
§ Des mémoires EAPROM
§ Des mémoires mortes (ROM et PROM)
§ Des mémoires programmables (EPROM et REPROM)
En plus de la nature technologique des mémoires cette
zone est caractérisée par :
- Sa capacité utile, exprimée en k mots (1024
mots)
- Son organisation interne :
§ Nombre d'éléments modulaires
utilisés
§ Format des mots mémorisés, de 1 à
32 bits
- Son organisation logicielle qui impose à
l'automaticien des zones affectées à des familles
d'information.
II.2.2.1.3. Interfaces
a. Définition
La structure d'un système automatisé fait
apparaître trois parties essentielles qui sont :
- La partie opérative
- La partie commande
- L'opérateur
Ces différents éléments doivent
échanger des informations logiques, or, la nature des signaux
échangés, n'est pas toujours compatibles avec la
« technologie » de la partie destinataire, la partie
commande d'un système automatisé, traite des signaux logiques,
électriques ou pneumatiques, des qualités et niveaux bien
définies
Des interfaces d'entrées transforment les informations
en provenance de l'extérieur, en signaux adaptés à la
partie commande. Universellement les signaux en provenance de la partie
commande doivent être adaptés ou dialogue avec l'opération
(voyant, affichage, etc.) ou à la nature et à la puissance
nécessaire à l'alimentation des actionneurs.
b. Classification
Le réseau d'interfaces est constitué de quatre
grandes catégories d'appareils :
- Les interfaces de puissances : ils délivrent aux
actionneurs, au moment voulu, l'énergie qui leur nécessaire.
- Les capteurs : ils transforment les grandeurs physiques
à détecter sur la partie opérative (position, force,
vitesse, pression, etc.) en signaux adaptés aux traitements de la partie
commande.
- Le bouton poussoir et clavier : ils permettent à
l'opérateur de communiquer des informations à la partie
commande.
- Les voyants et affichage : ils renseignent
l'opérateur sur la situation de la partie commande ou de la partie
opérative. Le classement le plus simple, consiste à
réduire à deux les types d'interfaces.
- Les interfaces d'entrées : qui adaptent les
signaux en provenance de périphérique vers la partie commande.
- Les interfaces des sorties : qui adaptent les signaux
en provenance de la partie commande vers leurs exploitations
(périphérique).
II.2.2.1.3.1. Capteurs
Tout problème d'automatisme commence par celui de la
saisie d'information provenant du système à automatisé.
Les capteurs créent, à partir d'information de
nature diverse, prise sur l'unité de production, des informations
utilisables par la partie commande afin que celui-ci puisse les traiter et
envoyer les informations convenablement aux différents actionneurs.
Les informations ont pour origine :
- L'unité de production
- L'opérateur ou le dépanneur.
a. Différents types d'informations
délivrés par les capteurs
- Information à caractère logique : le
signal supportant l'information ne peut prendre que deux états.
- Information à caractère analogique : le
signal supportant l'information peut varier de façon continue.
- Information à caractère
numérique : le signal supportant l'information est quantifiable, il
varie de façon discrète (par incrément)
b. Nature technologique des signaux transmis
Les signaux transmis peuvent, sur le plan technique, se
présenter sous des formes variées que nous classerons en trois
catégories :
- Signal pneumatique : le capteur délivre une
pression d'air(ou d'un autre gaz) qui varie en fonction du signal
d'entrée (la grandeur physique).
- Signal électrique : le capteur établit ou
interrompt un circuit électrique en fonction du signal
d'entrée.
- Signal électronique : la résistance
apparente en sortie du capteur varie en fonction du signal d'entrée.
c. Structure du capteur
La grandeur physique source, d'information agit sur
l'étage de détection : de cet étage sort un signal
qui est amplifié et adapté dans l'étage de sortie (fig.
13).
d. Différents types des capteurs
Parmi les capteurs existant, nous allons
énumérer les plus répandus ; ce sont ceux qui
permettent de capter la présence, un déplacement ou une rotation,
un niveau, une pression, une température, un courant électrique,
une tension.
Nous citons :
- Capteurs de présence
- Capteurs de niveau
- Capteurs de rotation
- Capteurs de déplacement
- Capteurs de niveau
- Capteurs de pression
- Capteurs de début
- Capteurs de température
- Capteurs de vitesse
- Capteurs de force
- Capteurs de position
- Capteurs de signale électrique nous avons TI, TP
II.2.2.2. Les
pré-actionneurs
Reçoivent les informations du système par
l'intermédiaire des interfaces de sorites et agissent à leurs
tour sur les actionneurs, il s'agira par exemple d'ouvrir une vanne, de
commander le déplacement d'un chariot, de déclencher l'ouverture
d'une porte ou d'un volet, etc.
La plupart de ces actionneurs seront dotés d'un moteur
réalisant la manoeuvre recherchée.
Le courant délivré par le processeur
n'étant pas suffisant pour actionner directement ces moteurs il faudra
donc disposer de contact-relais.
Dans un très grand nombre de cas, le processeur enverra
donc ses ordres à un relais, il suffira pour cela d'une seule
information binaire donc logique tout ou rien(TOR).
Dans d'autres cas l'actionneur peut requérir
différents niveaux de commande. On peut aussi avoir à faire
à des actionneurs fonctionnant en courant continu et sensibles à
une tension ou à un contact délivré par la commande.
Dans ce cas, comme la logique du processeur ne peut
délivrer que des nombres digitaux, on aura recours à un
convertisseur digital-analogique capable de convertir de nombres binaires (en
général de 8,10 ou 12 bits) en un courant proportionnel au nombre
binaire affiché en entrée.
Un convertisseur courant-tension est alors souvent
nécessaire avant l'interface de puissance. On fait appel pour cela
à un amplificateur opérationnel.
II.3. Programmation des
automates
Nous savons à présent que le programme d'un
automate était établi à partir d'ordres
élémentaires : les instructions ce sont elles qui permettent
d'effectuer des opérations à partir d'informations
délivrées par les capteurs (variables d'entrées) et les
auxiliaires de commande à intervention humaine. Le résultat de
ces opérateurs peuvent intervenir sur des variables des sorties ou des
variables internes.
Etablir un programme consiste à écrire, à
l'aide des instructions des bases et des repères attribués aux
variables, la suite d'expressions décrivant les opérations
logiques ou numériques à exécuter, chaque expression
comprend deux parties successives.
- Une zone de « test » exprimant les
conditions logiques correspondant aux opérations à effectuer.
- Une zone d'action exprimant quel ordre est à
exécuter par l'automate
C'est ainsi nous avons plusieurs sortes de langage de
programmation que nous énumérons.
- Langage booléen
- Langage Grafcet(SFC)
- Langage organigramme
- Langage à contact(LD)
- Langage liste d'instruction(LIST)
- Langage littéral structuré(ST)
- Schéma blocs fonctionnels(FBD)
Ces langages sont définis dans la norme CEI 61131-3
II.3.1. Principe de
programmation des automates
Les programmes automates sont constitués d'une suite
d'instruction ; on distingue dans un programme automate, trois types
d'instructions :
- Les instructions relatives à l'acquisition des
informations d'entrée
- Les instructions relatives au traitement logique et
séquentiel du cycle
- Les instructions relatives à l'affectation des
sorties et à la commande des pré-actionneurs
Chaque instruction est composée :
- D'une adresse (numéro ligne)
- D'un code opération (désignant le type
d'opérateur à exécuter)
- D'un opérande (variable ou objet sur lequel
s'effectue l'opération)
II.4. fonctionnement de
l'automate
Les fonctionnements logique existent à
l'intérieur de l'automate ; l'automate lit en permanence et
à grande vitesse les instructions de programmation dans la
mémoire selon la modification des entrées, il réalise les
opérations logiques entre les informations d'entrées et des
sorties. L'automate est caractérisé par un fonctionnement
cyclique ou synchrone de l'unité centrale.
Ce mode de fonctionnement entraine :
· Un traitement séquentiel des opérations
qui sont effectués les unes après les autres.
· Sous le contrôle d'une horloge qui en assure le
séquencèrent.
Dans un cycle automate les actions suivantes sont
réalisées :
· Acquisition synchrone des entrées et
mémorisation.
· Exécution du programme défini par
l'utilisateur.
· Affectation synchrone des sorties.
II.5. gestion des
automates
Pour des raisons de gestion centralisée, de
communication et de maintenance, les automates sont montés en
réseau et peuvent entretenir des genres de liaisons :
· Communication homme/machine.
· Communication à distance avec d'autres
automates.
· Communication locale avec des convertisseurs
machines.
II.6. Condition d'emploi et
sécurité de fonctionnement
II.6.1.
Condition d'emploi
Le fonctionnement d'un API dans un milieu industriel risque
d'être perturbé :
- Par des conditions limites d'influences externes :
§ Température
§ Humidité
§ Vibration
- Par des défaillances du réseau de
distribution d'énergie
- Fluctuations des tensions et/ou de fréquence
- Microcoupure de l'ordre de quelques dixièmes de
seconde.
- Coupure brève d'une à plusieurs secondes
- Parasites industriels
La norme NFC 03-850 fixe de limites d'utilisation
au-delà de quelles l'API risque de subir de perturbation qui affecterait
son bon fonctionnement.
II.4.2. Sécurité
de fonctionnement
Dans un système industriel informatisé l'API est
un des constituants. A ce titre son comportement fonctionnel doit permettre
d'assurer la sécurité des personnes et des matériels pour
l'API, cette sécurité doit se traduire par son aptitude à
ne pas exécuter d'ordre non proportionnel, et sa fiabilité est
dans tous les cas inférieure à celle de son composant le moins
fiable.
Mais la fiabilité de l'API n'est pas seul facteur qui
influence sur le niveau de la sécurité globale du système.
Il faut prendre en compte l'ensemble, partie opérative, API et leur
interconnexion.
Le contrôle de la sécurité de
fonctionnement impose à l'API les fonctions de test, relatives aux
différents maillons de la chaîne du traitement des informations,
c'est-à-dire au niveau :
- L'acquisition des données : test dynamique du
capteur et de sa ligne de raccordement en général, par exemple,
des impulsions sur la ligne.
- Du traitement des informations : test de
l'exécution des instructions du programme et du bon fonctionnement
synchrone de l'unité centrale par le dispositif chien de garde.
- De la commande des sorties : test de la charge et de sa
ligne de raccordement par une mesure du courant.
Lorsqu'un des dispositifs de test détecte une panne,
une procédure d'arrêt, préalablement définie, est
mise en oeuvre par l'API qui impose au système une position de
sécurité.
CHAPITRE III. COMMANDE DES
BROYEURS SECONDAIRES PAR AUTOMATE PROGRAMMABLE INDUSTRIEL
La réalisation de la partie commande peut se faire par
association de fonctions logiques (ou contacts) chaque fonction utilisée
à un rôle différent dans l'élaboration des ordres de
commande.
Ces fonctions logiques sont raccordées entre elles par
de connexions (fils électriques, circuit imprimé, tubes, etc.)
d'où le nom de la logique câblée utilisée pour
toutes les parties commandes aussi réalisées.
Une autre possibilité existe : utiliser une
fonction de chaque type (ET, OU, mémoire, etc.) pour réaliser le
fonctionnement recherché mais il est alors nécessaire d'utiliser
plusieurs fois chaque fonction en la raccordant différemment à
chaque utilisation.
La description de la suite des fonctions à utiliser et
de raccordements à effectuer à chaque utilisation constitue un
programme, une partie commande réalisée selon ce principe est
dite en logique programmée.
III.1. l'inconvénient
de la logique câblée par rapport à la logique
programmée
· La logique câblée n'utilise que les
fonctions logiques nécessaires au fonctionnement de la partie
opérative, elle impose l'utilisation d'autant de fonctions logiques que
le fonctionnement le nécessite, il existe une limite au-dessus de
laquelle elle est plus coûteuse et plus volumineuse que la logique
programmée.
· Du point de vue souplesse la logique
câblée ne se prête pas mieux tandis que la logique
programmée est déterminée par le programme et peut
être modifié sans intervention sur le câblage, d'où
une souplesse à laquelle ne peut prétendre la logique
câblée.
· De par son principe, la logique programmée
utilise beaucoup moins de connexions que la logique câblée ;
or les points de connexion sont les points faibles de partie commande.
Sous cet aspect, la logique programmée qui est
l'automate programmable industriel est plus compétitif que le circuit de
câblage à relais.
III.2 étude et
observation du problème
La commande actuelle du broyage secondaire est à
logique câblée ; comme nous l'avons démontre
précédemment que cette logique est tributaire de beaucoup de
conséquences qui font à ce qu'à la longue sa
fiabilité', son dynamisme ne prête plus assurance, nous pouvons
citer quelques unes de ces difficultés :
- Le contrôle de la température au niveau des
paliers se fait manuellement par un operateur avec toute la maladresse qui
caractérise l'être humain.
- Au niveau de la lubrification, un relais défectueux
pourrait signaler que la pression ne pas normale hors que la lubrification se
déroule normalement.
- La poussière et l'humidité qui sont les agents
destructeurs de point de contacts et connexions aux différents
relais.
- Lorsque les séquences d'élimination de
résistances rotoriques ne se font plus normalement cela est dû
souvent aux relais temporisés défectueux.
III.3. élaboration de
cahier de charge
III.3.1.
énoncé technologique du problème
La tâche consiste à commander les moteurs
d'entrainements des broyeurs par automate programmable industriel.
Les broyeurs à chutes sont de cylindres tournant autour
de leur axe horizontal et supportés par des tourillons creux, la
rotation est assurée par une couronne dentée circulaire qui est
fixée sur l'enveloppe externe du broyeur et qui est entrainée par
un pignon relié au réducteur de vitesse de moteur.
Les paliers sont des organes utilisés en construction
mécanique pour supporter et guider, en rotation des arbres de
transmission ; les tourillons sont supportés par les deux paliers
en amont et en aval du broyeur, ces paliers ont pour rôle de permettre un
mouvement libre de l'axe.
Pour réduire les efforts de frottement, l'usure entre
les pièces en contacts et en mouvement l'une par rapport à
l'autre, évacuer une partie de l'énergie thermique
engendrée par ce frottement, ainsi qu'éviter la corrosion entre
les pièces en contacts qui sont les tourillons et les coussinets, la
couronne dentée, deux modes de lubrifications sont pratiquées aux
niveaux des paliers et le graissage au niveau de la couronne
dentée :
- La lubrification haute pression de 30 à 40bars ;
l'huile est introduite dans les paliers de bas vers le haut pour soulever
l'axe, le tenir horizontalement, éviter que la charge du broyeur puisse
se sentir sur les paliers.
- La lubrification basse pression de 3 à 5bars se fait
aux niveaux des chapeaux pour l'arrosage complet.
Les tourillons et les paliers sont des pièces
métalliques en contact et en mouvement ; il y a des
élévations des températures dans les paliers malgré
la lubrification. Ces températures deviennent néfastes au
delà de 40°C, d'où un contrôle minutieux de la
température est prépondérant.
Les broyeurs sont actionnés par des moteurs asynchrones
triphasés à démarrage par élimination des
résistances rotoriques et aussi les moteurs asynchrones
synchronisés à élimination des résistances
rotoriques.
III.3.2. Conditions de
démarrage et de fonctionnement des broyeurs
Le broyage secondaire est constitué de cinq broyeurs
à boulet actionnés par deux types de moteurs dont les moteurs
asynchrones synchronisés pour les broyeurs 1 et 4, les moteurs
asynchrones pour les broyeurs 2,3 et 5.
Pour que les moteurs d'entraînements puissent
démarrer et fonctionner, les conditions suivantes doivent être
réunies :
· Le système de graissage fonctionne sans
problème
· Que les pompes de lubrification basse et haute pression
soient en marche
· Températures aux niveaux des paliers
admissibles
· Générateur en marche pour le broyeur1 et
4 qui sont actionnés par des moteurs asynchrones synchronisés
· Que l'une des deux pompes cyclone soit en marche
· Fusibles non fondus et pas de défaut
électrique
· Interlock : le couvercle de l'armoire abritant le
discontacteur soit hermétiquement fermé
· Température des résistances rotoriques
(vapormatique, ou résistance liquide) admissible.
Au cours de fonctionnement, la machine s'arrête
aussitôt si l'une de conditions énumérées ci-haut
n'est pas vraie. Le moteur démarre en 3 temps, chaque séquence
prend 10 secondes.
III.4. Grafcet de
fonctionnement
Le programme de l'automate ne peut être écrit
avant que l'on ait analysé en détail toutes les fonctions qu'il
doit remplir et l'ordre dans lequel il doit les remplir. Cette analyse se fait
au moyen d'un outil standardisé qui est le GRAFCET.
En effet, le fonctionnement d'un automate peut être
représenté graphiquement par des successions :
- d'étapes auxquelles sont associées des
actions
- de transitions auxquelles sont associées des
réceptivités (des informations provenant des capteurs).
III.4.1. Grafcet
fonctionnelle
Le Grafcet fonctionnelle ou Grafcet de niveau 1 décrit
en claire les différentes actions à effectuer à chaque
étape ainsi que les réceptivités conditionnant chacune des
transitions d'une étape vers la suivante.
En se basant de l'énonce technologique et des
conditions de démarrage et des fonctionnements nous pouvons tracer les
Grafcet suivants :
a. Grafcet fonctionnel de broyeurs 1 et 4
b. Grafcet fonctionnel pour les broyeurs 2,3 et 5
Etape 1 : étape initiale
Transition : 1-2 : validée par la
réceptivité « ordre de démarrage »
départ cycle
Etape 2 : alerte de démarrage
Transition 2-3 : validée par la fin de l'alerte
démarrage et ainsi que toutes les conditions réunies
Etape 3 : démarrage de moteur en 1er
temps
Transition 3-4 : validée par le passage en
3ème temps et toutes les conditions réunies
Etape 5 : 3ème temps et marche normale
pour les broyeurs 2,3 et 5 pour les 1 et 4 c'est le 3ème
temps de démarrage
Transition 5-6 : validée par le passage en mode
synchrone pour broyeurs 1 et 4
Transition 3-6 : validée si toutes les conditions
ne sont pas réunies
Etape 6 : marche en mode synchrone pour les broyeurs 1 et
4, alerte défaut pour broyeurs 2,3 et 5
Transition 3-7 : validée par conditions non
réunies (broyeur 1 et 4)
Transition : 4-7 : validée par conditions non
réunies (broyeurs 2,3 et 5)
Etape : 7 : alerte défaut (broyeurs 1 et 4
aussi 2,3 et 4)
Transition : 4-8 : valide par condition non
réunies (broyeurs 1 et 4)
Etape 8 : alerte défaut (broyeurs let 4 aussi 2,3
et 5)
Transition : 8-1 : validée par arrêt
cycle (broyeurs 2,3 et 5)
Transition 5-9 : validée par conditions non
réunies (broyeurs 1 et 4)
Etape 9 : alerte défaut (broyeurs 1 et 4)
Transition 6-10 : validée par condition non
réunies (broyeurs 1 et 4)
Etape 10 : alerte défaut (broyeurs 1 et 4)
Transition 10-1 : validée par arrêt cycle
III.4.2. Grafcet
technologique
Le Grafcet de 2ème niveau est plus
étroitement lié à la nature :
- Des actionneurs dont la commande permet d'obtenir l'action
à réaliser.
- Des capteurs délivrant les informations logiques
permettent de valider les transitions.
a. Grafcet technologique pour les broyeurs1 et 4
b. Grafcet technologique pour les broyeurs 2,3 et 4
III.4.2.1. Définition
des éléments de ces Grafcet
Comme nous avons cinq broyeurs dont 2 leur fonctionnement est
illustré par le Grafcet technologique a et les 3 broyeurs leur
fonctionnement est illustré par le Grafcet technologique b. L'indice
i qui est sur chaque réceptivité et action signifie le
numéro du broyeur.
Mi représente les récepteurs
suivants :
- Pour les broyeurs1 et 4 :
- pour les broyeurs2, 3et 5:)
Ni représente les réceptivités
suivantes :
- Pour les broyeurs1 et 4 :
- Pour les broyeurs 2,3 et 5: +
III.4.3. Les entrées
et sorties de l'installation
Pour la définition des entrées et sorties
correspondantes à chaque étape, nous nous servirons pour cela de
la vue technologique et de Grafcet fonctionnelle et technologique
III.4.3.1. Les
entrées
Pour le captage des informations venant du processus à
commander, la partie commande à besoin des capteurs suivants :
a. Les capteurs de pression de lubrification
On peut être amené à détecter une
pression pour obtenir, entre autres l'arrêt automatique de la machine
à de baisse de la pression d'huile ou manque de pression d'huile.
Le manostat est un dispositif qui nous permet de prendre la
valeur d'une pression donnée.
Pour la basse pression de lubrification des paliers nous
utilisons le manostat qu'on appelle aussi capteur à membrane qui a une
plage de réglage de pression de 0,5 à 10 bars.
Pour la haute pression de lubrification nous utilisons le
capteur à piston qui est aussi un manostat avec une plage de
réglage de 20 à 160 bars.
b. Les capteurs de températures
On imagine l'utilité de tels capteurs, notamment dans
les endroits où la température peut varier jusqu'à mettre
en difficulté les pièces ; la température aux niveaux
des paliers, et aux niveaux de vapormatique (résistance liquide).
Le dispositif le mieux adapté, c'est le thermocouple
avec une gamme de température allant de 0 à 600°C. Notons
que ce dispositif génère alors un signal analogique (variation
d'un courant, d'une tension) qui est en général lié de
façon linéaire à la mesure à enregistrer (ici la
température). Pour que cette mesure puisse être utilisée
par l'unité centrale de l'automate il faudra transformer la valeur
analogique en valeur digitale (numérique). Un outil sera dispensable
pour cela : Le convertisseur analogique numérique CAN
c. Capteurs d'informations manuelles
Le fonctionnement de la partie commande nécessite la
connaissance de l'état de l'unité de commande.
Ce sont des capteurs qui permettent la transmission des ordres
manuels à la partie commande ; la partie commande dépend
aussi des ordres émis par l'opérateur ou le
dépanneur :
- Capteurs à commande par pression (bouton
poussoir) : dans notre cas nous avons le bouton poussoirs pour le
départ du cycle et le bouton poussoir pour l'arrêt du cycle.
- Capteurs à commande par levier (combinateur ou
manipulateur) utilisés pour l'interlock (fermeture de l'armoire abritant
le disjoncteur) et aussi pour des fusibles fondus.
d. Les capteurs électriques
Ces capteurs délivrent directement l'information sous
forme d'un signal électrique émanant d'un appareil
électrique ou électronique, ici nous avons le relais de
protection moteur qui donne les informations en cas de défaut
électrique et aussi un capteur électrique pour le
générateur lorsqu'il est mis en fonctionnement.
III.4.3.1.1. Listes de
capteur
Nos capteurs suivants :
- L,l: les capteurs haute pression et basse pression
- G : le capteur pour la sous pression de graissage
- t° : le thermocouple pour les paliers
- V : le thermocouple pour le vapormatique
- F : le capteur à commande pour le fusible
- I : le capteur à commande pour l'interlock
- DCY : bouton poussoir départ cycle
- ARR : bouton poussoir arrêt du cycle
- D : capteur électrique pour le
générateur
- E : capteur électrique pour le relais de
protection moteur (défaut électrique).
III.4.3.2. Les sorties
Les pré-actionneurs commandés par l'automate
sont généralement des contacteurs, des voyants de
signalisation.
Nous avons les pré-actionneurs qui agissent directement
sur les actionneurs :
C1 : contacteur principal
RC1 : contacteur d'élimination de
résistance 1er cran
RC2 : contacteur d'élimination de
résistance 2ème cran
RC3 : contacteur de marche en mode
synchrone
R1 : alerte de démarrage, de mise en
marche de la lubrification basse et haute pression, mise en marche de
système de graissage
R2 : alerte de défaut
III.5. Choix de l'automate
programmable industriel
Le choix d'une technologie de l'unité de traitement
dépend de nombreux paramètres comme la capacité de
traitement, vitesse de traitement, capacité de mise en réseau,
multitâche, temps réel.
Les critères de choix essentiels d'un automate
programmable industriel sont :
· Les compétences, expériences de
l'équipe d'automaticien en mise en oeuvre et en programmation de la
gamme d'automate
· La qualité de service après-vente
· Les capacités de traitements du processeur
(vitesse, données, opération, temps réel...)
· Le type des entrées/sortie nécessaires
· Le nombre d'entrées/sortie nécessaire
Pour ce qui est de ce travail notre choix s'est porté
sur les automates Siemens SIMATIC S7-300
III.5.1.
Fonctionnalités de l'automate Siemens SIMATIC S7-300
L'automate Siemens S7-300 est une plate-forme
d'automatisation universelle pour des applications avec des architectures
centralisées et décentralisées, orientée
sécurité, motion control ou avec interface Ethernet/PROfinet
intégrée.
L'automate Siemens SIMATIC S7-300 peut s'intégrer
également dans des solutions compactes ou dans des têtes de
station pour traitement intelligent décentralisé.
III.5.2.
Caractéristique technique
- CPU315-2DP Standard avec interface Ethernet/PROfinet
intégrée, CPU compactes avec fonctions technologiques et
périphériques intégrées
- Modules d'entrées/sorties TOR et analogiques pour la
quasi-totalité des signaux avec possibilité de traitement des
interruptions et du diagnostic.
- Modules pour emploi dans des zones à
atmosphère explosive
- Modules de fonctions technologiques
Il a une simplicité de montage et sa grande
densité d'implantation avec des modules au modulo 32 permettent un gain
de place appréciable dans les armoires électriques.
III.5.3. programmation de
l'automate Siemens SIMATIC S7-300
Le programme est l'ensemble ordonné des instructions
à exécuter pour réaliser le fonctionnement
recherché.
Ce programme, est rangé dans la zone de la
mémoire prévue à cet effet et appelée
mémoire de programme. L'écriture du programme se fait en trois
étapes :
· Analyse du problème.
· Rédaction du programme (programmation).
· Introduction du programme dans la mémoire de
programme.
La gamme d'automates Siemens a un logiciel de programmation
qu'on appelle Step 7.
Step 7 permet l'accès aux automates Siemens, il permet
de programmer individuellement un automate(en différents langages). Il
prend également en compte le réseau des automates, ce qui permet
d'accéder à tout automate du réseau (pour le
programme).
Le langage de programmation CONT, LIST, LOG, GRAPH font partie
intégrante du logiciel de basse SIMATIC MANAGER.
Le schéma à contact (CONT) est un langage de
programmation graphique. La syntaxe des instructions fait penser aux
schémas de circuit, 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'instruction (LIST) est un langage textuel proche de
la machine .dans un programme LIST, les différents instructions
correspondent, dans un large mesure, aux étapes par lesquelles la CPU
traite le programme.
Notons que le Step 7 permet aussi la création de la
table de mnémoniques et la configuration matérielle.
III.5.3.1. Rédaction du
programme
Le programme ci-dessous a été
rédigé au départ en langage à contact(CONT) et par
après converti en langage liste d'instruction(LIST) pour une bonne
visibilité.
Pour ce projet de programmation nous dévons
écrire 5 programmes pour les 5 broyeurs dont nous avons 3 broyeurs
actionnés par les moteurs asynchrones et 2 broyeurs actionnés par
les moteurs asynchrones synchrones qui forment ainsi 2 groupes.
Comme nous avons 2 groupes des machines nous écrirons 2
programmes qui seraient différents que par leurs opérandes et
leurs variables internes :
· FC1 : démarrage et fonctionnement de
broyeur 1.
· FC1 : démarrage et fonctionnement de
broyeur 2.
FC1 : DEMARRAGE ET FONCTIONNEMENT DE BROYEUR 1.
Réseau 1 : départ cycle
· Départ cycle
A « marche » I2.7 .....Bouton
marche
S M0.7
A (
O « arrêt » I2.7
......Bouton arrêt
O M1.4
)
R M0.7
A M0.7
= M1.0
Réseau 2 : alimentation de système de
lubrification
· Activation lubrification
A M1.0
= « contacteur1 » Q0.7
.....Contacteur d'alimentation de système de lubrification
Réseau 3 : alimentation dispositif de graissage
· activation graissage
A M1.0
= «graissage » Q1.0 ......Contacteur
d'alimentation de système de graissage
Réseau 4 : alimentation alarme démarrage
· Activation alarme
A M1.0
S M1.7
A M1.3
R M1.7
A M1.7
= « système alarme » Q1.1
.....Alimentation alarme démarrage
Réseau 5 : condition supplémentaire de
l'activation contacteur principal
· Activation système contacteur principal
A (
O « pompe cyclone 1 »I1.4 .....
Signal pompe cyclone 1
O « pompe cyclone 2 »I1.5 ......
Signal pompe cyclone 2
)
AN « lubrification bp »I1.6 .....
Basse pression lubrification
AN « lubrification hp »I1.7
..... Haute pression lubrification
AN « graissage »I2.0 .....
Feedback graissage
AN « vapormatique »I2.1 .....
Vapormatique
AN « défaut
électrique »I2.2 ..... Défaut électrique
AN « fusibles fondus »I2.3 .....
Fusibles fondus
AN « interlock »I2.4 .....
Interlock
AN « générateur »I2.5
..... Générateur en marche
= M1.3
Réseau 6 : alimentation de système de
température
· Comparaison de la température
L PIW 260
L DB2DBW4
>I
= M1.4
Réseau 7 : alimentation du système
contacteur principal
· Activation système contacteur principal
A (
A M1.0
A M1.3
S M1.4
AN M1.0
R M1.4
A M1.4
)
L S5T#10S
SD T5
AN M1.0
R T5
NOP O
NOP O
A T5
= M1.2
Réseau 8 : cas de défaut
· Activation alarme défaut
A M1.3
NOT
S M2.0
A « arrêt »I1.7 .....
Arrêt cycle
R M2.0
A M2.0
= « défaut »Q1.5 .....
Alarme défaut
Réseau 9 : alimentation du contacteur principal
· Contacteur principal
A M1.1
A M1.3
= « contacteur principal »Q1.2
..... Contacteur principal
Réseau 10 : alimentation du contacteur
d'élimination de résistances rotoriques
1esérie
· Activation de 1esérie de
résistances rotoriques
A M1.1
L S5T#10S
SD T6
AN M1.0
R T6
NOP O
NOP O
A T6
= M1.2
Réseau 11 : contacteur d'élimination de
résistances 1e série
· Elimination 1e série des
résistances
A M1.2
= « contacteur 2 »Q1.3 .....
Contacteur d'élimination de résistances rotoriques
Réseau 12 : alimentation du contacteur
d'élimination de résistances rotoriques
2esérie
· Activation de 2esérie de
résistances rotoriques
A M1.2
L S5T#10S
SD T7
AN M1.0
R T7
NOP O
NOP O
A T7
= « contacteur 3 »Q1.4 .....
Contacteur d'élimination des résistances rotoriques 2e
série
Réseau 13 : marche synchrone
· Activation de système de marche synchrone
A « contacteur 3 »Q1.4 .....
Contacteur d'élimination des résistances rotoriques 2e
série
L S5t#10S
SD T8
AN M1.0
R T8
NOP O
NOP O
A T8
= « passage en marche synchrone »Q1.6
..... Contacteur de marche synchrone
FC1 : DEMARRAGE ET FONCTIONNEMENT DE BROYEUR 2.
Réseau 1 : départ cycle
· Départ cycle
A « marche » I0.0 .....Bouton
marche
S M0.0
A (
O « arrêt » I1.3
......Bouton arrêt
O M0.5
)
R M0.0
A M0.0
= M0.1
Réseau 2 : alimentation de système de
lubrification
· Activation lubrification
A M0.1
= « contacteur1 » Q0.0
.....Contacteur d'alimentation de système de lubrification
Réseau 3 : alimentation dispositif de graissage
· activation graissage
A M0.1
= «graissage » Q0.1 ......contacteur
d'alimentation de système de graissage
Réseau 4 : alimentation alarme démarrage
· Activation alarme
A M0.1
S M1.5
A M0.3
R M1.5
A M1.5
= « système alarme » Q0.2
.....Alimentation alarme démarrage
Réseau 5 : condition supplémentaire de
l'activation contacteur principal
· Activation système contacteur principal
A (
O « pompe cyclone 1 »I0.1 .....
Signal pompe cyclone 1
O « pompe cyclone 2 »I0.2 ......
Signal pompe cyclone 2
)
AN « lubrification BP »I0.3 .....
Basse pression lubrification
AN « lubrification HP »I0.4
..... Haute pression lubrification
AN « graissage »I0.5 .....
Feedback graissage
AN « vapormatique »I0.6 .....
Vapormatique
AN « défaut
électrique »I0.7 ..... Défaut électrique
AN « fusibles fondus »I1.0 .....
Fusibles fondus
AN « interlock »I1.1 .....
Interlock
AN « générateur »I2.5
..... Générateur en marche
= M0.3
Réseau 6 : alimentation de système de
température
· Comparaison de la température
L PIW 258
L DB2DBW2
>I
= M0.5
Réseau 7 : alimentation de système de
contacteur principal
· Activation système contacteur principal
A (
A M0.1
A M0.3
S M0.5
AN M0.1
R M0.5
A M0.5
)
L S5T#10S
SD T1
AN M0.1
R T1
NOP O
NOP O
A T1
= M0.2
Réseau 8 : cas de défaut
· Activation alarme défaut
A M0.7
NOT
S M1.6
A « arrêt »I1.3 .....
Arrêt cycle
R M1.6
A M1.6
= « défaut »Q0.6 .....
Alarme défaut
Réseau 9 : alimentation du contacteur principal
· Contacteur principal
A M0.2
A M0.3
= « contacteur principal »Q0.3
..... Contacteur principal
Réseau 10 : alimentation du contacteur
d'élimination de résistances rotoriques
1esérie
· Activation de 1esérie de
résistances rotoriques
A M0.2
L S5T#10S
SD T2
AN M0.1
R T2
NOP O
NOP O
A T2
= M0.4
Réseau 11 : contacteur d'élimination de
résistances 1e série
· Elimination 1e série des
résistances
A M0.4
= « contacteur 2 »Q0.4 .....
Contacteur d'élimination de résistances rotoriques
Réseau 12 : alimentation du contacteur
d'élimination de résistances rotoriques
2esérie
· Activation de 2esérie de
résistances rotoriques
A M0.4
L S5T#10S
SD T3
AN M0.1
R T3
NOP O
NOP O
A T3
= « contacteur 3 »Q0.5 .....
Contacteur d'élimination des résistances rotoriques 2e
série et marche normale
CONCLUSION
Pour mener à bien ces actions la Rwashi mining a besoin
d'un équipement adéquat et fiable, afin d'accroître sa
production et répondre ainsi aux attentes de la population.
La fragmentation qui est une partie incontournable dans le
processus de production d'une entreprise minière, connaisse aujourd'hui
des sérieux problèmes et plus particulièrement dans sa
section de broyage secondaire qui s'est illustré ces derniers jours par
des pannes qui durent longtemps et qui entraînent l'arrêt de
l'usine pendant plusieurs heures ; cela peut empêcher la Rwashi
mining à ne pas atteindre ces objectifs.
Les interactions et le déroulement des commandes
industrielles se déterminent aujourd'hui encore essentiellement par
câblage entre différent élément de commande mis en
jeu.
Dans les automatismes complexes comme celles de la section de
broyage secondaire qui a plusieurs entrées et sorties, les
systèmes de relais électromagnétique et statique devenant
trop complexes et qui ont vite montré ses failles et limites, on voit
apparaître l'automate programmable industriel qui se situe entre la
logique câblée et l'ordinateur.
Dans le cas d'automates programmables industriels, ce
câblage est remplacé par le programme fixé en
mémoire. Il en résulte de ce fait des avantages
essentiels :
- Le déroulement des fonctions peut être
essayé sur la table « de façon simple avant la mise en
service de l'installation.
- Lors de la mise en service de la commande, des corrections
de programme sont en tout temps possibles, sans auxiliaires, relais
temporisés, etc.
- Les modules de la commande sont universels et peuvent en
tout temps être utilisés ailleurs.
- Seul le programme à faire entrer est
spécifique à l'application et non pas la commande entière,
des frais de stockage et d'élaboration de projets peuvent ainsi
être épargnés.
De par ces propriétés, l'automate programmable
industriel est adapté à un grand nombre de problème de
commande.
En fin nous disons que l'automate programmable industriel est
particulièrement adapté et s'avère être
l'alternative idéale pour la commande de broyeur secondaire pour que
l'exploitation des installations soit rentable et avec les effets
suivants : la diminution des pannes, la localisation des défauts et
le temps d'arrêt de l'usine jadis de plusieurs heures est réduit
sensiblement.
BIBLIOGRAPHIE
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1. André BIANCIOTTO, l'informatique et
automatisation industrielle, TOME 1, DELAGRAVE, PARIS 1984, 127 Pages
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programmations automatisme et logique programmée, édition
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Paris 1985, pages 276
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(théorie pratique) DUNOD, Paris 1977, 271pages
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EUROLLES, Paris 2000, 492 pages
9. G.CHEVALIER, le Grafcet, les automatismes par diagramme
fonctionnel et la technologie modulaire, Dunod, Paris 1988, 79 pages
10. Henri NEY, électronique et normalisation,
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11. R. BOURGEOIRS, T. CIGINEL, memotech plus
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12. P. LEPINOIS, Electrotechnique, moteurs asynchrones,
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II. DICTIONNAIRE ET ENCYCLOPEDIE
1. M. JUFER, R. MARVIR, nouvelle encyclopédie
d'électricité TOME 2, LAROUSSE, Paris 1988, 408 pages
2. L. MENDEL, René HUCHEL, Encyclopédie
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3. Petit LAROUSSE illustré 2008
III. Catalogue et Document
1. Megatrour Fédéral, Schémas
électriques et catalogue, Rwashi mining
2. Langage CONT pour SIMATIC S7 300/400
IV. COURS
1. CC. Ir. Civ. Jean Pierre BAZOLANA, cours de schémas
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2. ASS. Ir. JIMMY, Préparation de minerais,
IIème GCI, GMI, ESI/UNILU 2008-2009
V. INTERNET
1. //Stielec.ac-aix-marseille.fr
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www.sosantomaticiens.org
4. www.escaut.1s.fr
5. www.wikipedia.org
TABLE DES MATIERES
