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PROJET DE FIN D'ETUDES
EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLOME DE LICENCE
Option
AUTOMATIQUE ET INFORMATIQUE IINDUSTRIELLE
Présenté par:
Mr
Boubekeur Zakaria
Mr Tahir Mohamed El Djilali
Thème
Automatisation du réseau
anti-incendie
du centre GPL CE312
Soutenu le : 24 Juin 2015
Devant le jury composé de:
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M Abiaiyad PresidentM Omari EncadreurM Bellahcen ExaminateurM
Zagoug Examinateur
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INTRODUCTION
GENERALE............................................................................01
CHAPITRE 01
I.
Introduction .......................................................................................02
II. Centre enfuteur
GPL..........................................................................02
III. Alimentation du Réseau en
Eau.......................................................03
IV. Réseau de stockage et d'emplissage des gaz Butane,
Propane...08
V. Techniques de Prévention Contre
l'incendie.................................09
VI.
Remarque..........................................................................................10
VII.
Conclusion...........................................................................................10
CHAPITRE 02
I.
Introduction........................................................................................11
II. Introduction aux automates programmables industriels
API......11
III. Les Langages de Programmation des
API......................................12
IV. API Siemens
S7-400...........................................................................14
V.
Conclusion..........................................................................................15
CHAPITRE 03
I.
Introduction.......................................................................................16
II. Régulation du niveau dans le réservoir
d'eau...............................16
III. Régulation du ballon
suppresseur...................................................16
IV. Détection des gaz explosifs et de
flamme......................................17
V. Arrosage des Réservoirs de Stockage
GPL......................................18
VI. Arrosage dans la zone de chargement et déchargement
des
camions................................................................................................20
VII. Arrosage dans le Hall
d'emplissage................................................22
VIII.
Conclusion...................................................................................23
CHAPITRE 04
I.
Introduction......................................................................................24
II. Matériel Utilisé dans la
réalisation.................................................24
III. Programmation de
l'Arduino............................................................29
IV.
Conclusion.........................................................................................31
Conclusion
Générale.....................................................................................32
INTRODUCTION GENERALE
Le centre GPL CE312, branche de la société
nationale Naftal, est une unité chargée de la production du
Sirghaz et de l'emplissage des bouteilles de gaz en butane et en propane.
Comme la sécurité industrielle joue un
rôle Primordial dans une telle usine, le centre d'emplissage est
doté d'un système automatisé de lutte contre l'incendie
notamment qu'il traite des gaz explosifs très dangereux.
Dans notre mémoire de projet de fin d'études,
nous allons étudier le système automatisé anti-incendie
avec ses différents aspects.
Notre mémoire de projet de fin d'études
comportera les parties suivantes :
1. Une présentation générale du
réseau anti-incendie
2. Une étude sur les automates programmables
industriels
3. Le contrôle automatique des pré-actionneurs du
réseau
4. La réalisation d'une simulation du réseau par
l'Arduino
Dans le premier chapitre nous exposons une description
générale du réseau de lute contre l'incendie dans centre
emplisseur, et une représentation des instruments essentiel constituant
le réseau.
Dans le deuxième chapitre, nous allons étudier
les automates programmables industriels et, en particulier, le Siemens SIMATIC
S7 utilisé dans le centre d'emplissage, ainsi que le mode de
fonctionnement des automates et les différents types de langages de
programmation.
Dans le troisième chapitre, nous allons illustrer des
cas de détection de flamme ou de gaz et la mise on oeuvre des capteurs,
des électrovannes et des actionneurs pour lutter contre l'incendie selon
les informations transmises et les commandes reçues de l'automate. Nous
décrirons les différentes procédures à effectuer
lors de la détection du gaz ou de flamme.
Dans le quatrième chapitre, une réalisation
expérimentale pour la simulation d'un réseau de lutte contre
l'incendie est présentée. Nous avons utilisé le
microcontrôleur « Arduino » doté d'un
processeur « ATmega » pour la simulation.
Nous terminerons notre travail par une conclusion
générale.
Chapitre 1
Réseau de lute contre l'incendie
I. Introduction
nous allons dans ce chapitre décrire le réseau de
lute contre l'incendie ainsi que les différentes partie essentielle
constituant le réseau et les instrument contenue dans chaque partie
comme le réservoir assurant l'alimentation du réseau en eau, les
pompes a eau utiliser dans le centre, les matériels de détection
de gaz et/ou de flamme, les zones a protéger contre et les techniques
préventif utiliser dans le centre.
II. Centre enfuteur GPL
Le Centre Enfûteur GPL CE312 est une filière de
l'entreprise algérien NAFTAL charger le l'exploitation des produits
hydrocarbure. L'unité veille sur l'emplissage et la distribution des
bouteilles de gaz B03kg et B13kg remplis en gaz Butane et la B35kg rempli en
Propane, l'unité assure aussi la production du gaz Sirghaz et la
distribution du gaz butane aux unités de remplissage région
ouest.
Le centre CE312 est doté d'un réseau de lute
contre l'incendie totalement automatisé, le réseau se compose de
3 partie essentiel :
· Alimentation du réseau en eau
· Matériel de détection de flamme et de gaz
· Techniques de prévention contre l'incendie
III. Alimentation du Réseau en Eau
La lute contre l'incendie se fait grâce à un
réservoir R601 de stockage de l'eau de type cylindrique fermé. Le
réservoir fait 12.1 m de diamètre et 11 m de hauteur et sa
capacité et de 1200 m3, l'alimentation du bac se fait par le
réseau de la société public « SEOR »
par un débit de 15 m3/h.
Pour assurer la régulation automatique du niveau d'eau
dans le réservoir, le système est doté de 4
électrovannes automatiques. Une vanne pour assurer l'alimentation en eau
du réservoir en cas où le niveau d'eau est inferieur au niveau
consigne « niveau très bas » dans le bac et une
vanne pour éjecter l'eau en cas de dépassement du niveau haut.
Les deux autres électrovannes sont utilisées pour alimenter le
réseau en eau qui passe par les quatre pompes électriques et la
motopompe.
Le réservoir dispose aussi d'un capteur de niveau
magnétique inversé pour indiquer le niveau de l'eau dans la
salle de contrôle.
Il y'a aussi des alarmes de niveau :
· HH L qui génère une alarme de risque de
débordement en cas de dépassement du seuil niveau très
haut de 10.40 m (fermeture de la vanne)
· L L qui génère une alarme manque d'eau dans
le réservoir, le seuil le l'alarme bas niveau et de 9.20 m
· LL L qui génère une alarme de protection de
marche à sec des pompes anti incendie, le seuil le l'alarme bas niveau
et de 0.70 m.
· Le réservoir comporte des indicateurs de niveau LI
et des transmetteurs de niveau LT pour assurer l'intervention humaine en cas de
nécessité afin de garder le bassin prêt à tout
moment.
La tuyauterie du réseau anti-incendie dans le centre fait
prés de 800 m de longueur. Le système automatisé doit
garder un débit globale minimal Qmin égale à 80
m3/h.
III. 1. Débit Minimum
à garder dans le réseau
Le débit global disponible sur le réseau doit
être calculé dans l'hypothèse la plus défavorable
d'un incendie survenant à un réservoir d'hydrocarbures.
Le débit global Q est égal à la somme Q1 +
Q2 :
· Q1 est le débit correspondant au refroidissement
des réservoirs d'hydrocarbures de catégorie A.2; il est
défini ci-après,
· Q2 est un débit d'appoint tel que défini
ci-après.
Ø Calcul du débit Q1
Hypothèse 01 : Le réservoir
supposé en feu est un réservoir cylindrique.
Dans un tel cas, il est prévu de refroidir le
réservoir supposé en feu ainsi que les autres réservoirs
situés à moins de 10 m des parois de celui-ci, c.à.d. les
4 réservoirs de 100 m3.
Le débit à prévoir est le suivant :
Sur les réservoirs cylindriques d'une capacité
unitaire au plus égale à 200 m3, le débit
forfaitaire est défini dans notre cas :
Q1 = 4 x 20 m3/h = 80 m3/h.
Hypothèse 02 : Le réservoir
supposé en feu est un réservoir sphérique.
Dans un tel cas, il est prévu de refroidir le
réservoir supposé en feu ainsi que tous les réservoirs
situés en tout ou partie dans le cylindrique R + 30 m axé sur le
réservoir supposé en feu et tous les autres réservoirs
contenus dans la même cuvette de rétention que celle du
réservoir supposé en feu.
Le débit d'eau à prévoir sur les
réservoirs situés en tout ou partie dans le cylindre
précité est le suivant :
· réservoirs sphériques : 3
litres/m3/min
· réservoirs cylindriques de capacité
unitaire au plus égale à 200 m3 le débit
forfaitaire est défini ci-dessous
· réservoirs cylindriques de capacité
unitaire supérieure à 200 m3 :3
litres/m2/min sur la face non en contact avec le sol
Sur les autres réservoirs
contenus dans la même cuvette de rétention que celle du
réservoir supposé en feu : 1 litre/m2/min,
c.à.d. dans notre cas nous avons donc :
-pour la sphère 145m3/h
- pour 2 réservoir 40m3/h
Soit au total Q2 = 185 m3/h
Ø Appoint obligatoire Q2
En plus des possibilités minimales, le réseau
d'eau doit pouvoir fournir simultanément un appoint tel que
défini ci-après :
Dépôts de capacité globale
supérieure ou égale à 1.600 m3 et
inférieure à 2.500 m3 donc 80 m3/h.
Le débit global minimum est donc :
Q1max +Q2 = 185 + 80 = 265 m3/h < 370
m3/h (de la pompe diesel).
III.2. L'instrumentation du réseau
Fig. III. 2 : Instrumentation du
Réservoir et des Pompes à Eau
III.2.1. Pompes à Eau :
La salle des pompes au sein du centre dispose de Cinque pompes
à eau :
A. Deux Pompes Jockey centrifuge P611 et P612 de 40 m3/h
chacune et de puissance 15 kW, la fonction des pompes et de maintenir la
pression a 9.2 bars
L'automatisme des deux pompes :
o Signaux de démarrage :
§ Pour la pompe P611 : détection d'un niveau
bas de pression 8 bars.
§ Pour la pompe P612 : détection
temporisée (05 secondes) d'un niveau de pression par commande.
o Signaux d'arrêt : Détection d'un niveau
haut pression de 9.2 bars.
o Signal de verrouillage : Détection d'un niveau
très bas dans le réservoir incendie R601 (Protection marche
à sec)
B. Deux Pompes principales centrifuge P614 et P615 de 185
m3/h chacune et de puissance 110 kW, la fonction des pompes et
d'assurer le débit et la mise sous pression du circuit incendie
L'automatisme des deux pompes :
o Signaux de démarrage :
§ Pour la pompe P614 : détection d'un niveau
très bas d'une pression de 7.8 bars.
§ Pour la pompe P615 : détection
temporisée (05 secondes) d'un niveau de pression très bas par
commande.
o Signaux d'arrêt : Détection d'un niveau
très haut de pression de 13.5 bars.
o Signal de verrouillage : Détection d'un niveau
très bas dans le réservoir incendie R601 (Protection marche
à sec)
NB : condition d'arrêt supplémentaire en
mode manuel pupitre, un niveau de pression commande l'arrêt des pompes
incendie quel que soit le mode de commande de démarrage
Ce niveau atteint est signalé à la salle de
contrôle commande, mais n'est pas considéré comme une
alarme ou un défaut.
C. Une Moto Pompe de secours diesel de 370 m3/h et
de puissance de 229 kW, la fonction des pompes et d'assurer la mise sous
pression du circuit incendie
L'automatisme de la pompe :
o Signal d'autorisation de fonctionnement :
indispensabilité des deux pompes principales
o Signal de démarrage : détection d'un
niveau très bas d'une pression de 08 bars par commande.
o Signal d'arrêt : Détection d'un niveau
très haut de pression de 13.5 bars.
o Signal de verrouillage : Détection d'un niveau
très bas dans le réservoir incendie R601 (Protection marche
à sec).
III.2.2. Le Ballon Suppresseur
Afin de garder le réseau prêt pour tout
intervention on utilise un suppresseur de capacité de 500L, le ballon
est muni d'une pompe électrique de puissance de 4.6 kW plus des
transmetteurs de niveau pour indiquer le niveau de l'eau dans la salle de
contrôle.
III. 3. Matériel de détection
III. 3.1. Détection de gaz :
La détection des gaz explosifs se fait par un capteur
à cellules infra rouge IR NE-600.
Les seuils de détection de gaz sont :
§ 25% pour enclencher l'alarme de niveau de gaz haut.
§ 50% pour enclencher l'alarme de niveau de gaz très
haut.
III. 3.2 Détection de flamme :
La détection de flamme se fait par un capteur à
cellules ultra violet UV.
Les seuils de détections de flamme sont :
§ 75% pour enclencher l'alarme de niveau de flamme
haut.
§ 100% pour enclencher l'alarme de niveau de flamme
très haut.
IV. Réseau de stockage et d'emplissage des gaz
Butane, Propane
IV. 1. Zone de stockage GPL
Le stockage des gaz de pétrole liquéfié
s'effectue dans une sphère métallique de capacité de 2000
m3 plus deux réservoirs cylindriques pour le stockage du
butane et deux autres cylindres pour le stockage du propane. La
capacité des réservoirs cylindriques est de 100 m3
chacun.
Le débit d'arrosage des réservoirs :
a) Réservoir sphérique :
La quantité totale d'eau d'arrosage égale a 145
m3/h par rapport a sa surface en acier qui est 804,25 145
m2, l'arrosage et assurer par un pulvérisateur situer en haut
de la sphère.
La sphère dispose de 4 détecteurs, 2
détecteurs de flamme UV et 2 détecteurs de gaz IR.
b) Les quatre réservoirs cylindriques :
La quantité totale d'eau d'arrosage pour chaque
réservoir égale a 21.6 m3/h par rapport a sa surface
qui est 120 m2 donc on a besoin de 4 x 21.6 m3/h = 86.4
m3/h pour assurer l'arrosage des quatre réservoirs.
L'arrosage et assurer par 10 pulvérisateurs pour chaque réservoir
distribuer tout au long du périmètre des réservoirs
cylindrique.
Les 4 réservoirs cylindriques dispos aussi de 2
détecteurs pour chacun, un pour la détection e flamme et l'autre
pour la détection de gaz.
IV. 2. Zone d'emplissage de gaz:
a) Pomperie et le poste de chargement/déchargement
camion :
La pomperie contient 42 pulvérisateurs de débit
2.5 bars chacune soit une moyenne de 21.5 m3/h.
La pomperie dispose de 4 détecteurs, 2
détecteurs de flamme UV et 2 détecteurs de gaz IR.
b) Le poste de chargement/déchargement contient 160
pulvérisateur de 2.5 bars chacune soit une moyenne de 82
m3/h.
La pomperie dispose de 2 détecteurs, 1
détecteurs de flamme UV et 1 détecteur de gaz IR.
c) Le hall d'emplissage :
· Les deux lignes d'emplissage bouteille 13 kg
Chaque ligne comporte un carrousel de 24 poste
équipée d'un capteur de gaz et un capteur de flamme, et un
équipement d'arrosage contienne 24 pulvérisateurs, soit au
totale de 42,5m3/h.
· Les lignes d'emplissage de bouteille de 35kg/3kg et de
vidange des bouteilles
Dans cette ligne on trouve 8 pulvérisateurs d'eau soit
au total de 4.2 m3/h.
Le hall d'emplissage contient au total 4 capteurs de flamme
situés dans les 4 coins du hall, et 12 capteurs de gaz distribués
dans la surface du hall.
Plus les poteaux d'eau et les sprinklers et les canons pour
attaquer le feu.
V. Techniques de Prévention Contre
l'incendie :
A cause des risques d'utilisation des appareilles
électriques ainsi que tout les dispositifs présentons un risque
d'étincèle dans le centre d'emplissage, l'unité est
doté des équipements de type ADF « Anti
Déflagrent » tout au long des zone ATEX
« Atmosphère Explosible ».
V.1. La norme ATEX
La réglementation ATEX est un décrit
européenne qui exige au responsables d'entreprise de maîtriser les
risques provoquant l'explosion de certaines atmosphères. Pour cela, une
évaluation du risque d'explosion dans l'entreprise est nécessaire
pour identifier tous les lieux où peuvent se former des
atmosphères explosibles afin de mettre en oeuvre les moyens pour
éviter les explosions en utilisons des appareille ADF.
Fig.V.1 Symbole de la norme
ATEX
V.2. Les Appareille ADF
Dans les zones ATEX, l'utilisation des matériels ADF
est indispensable. La certification ADF se dit
d'un appareil conçu pour fonctionner dans une
atmosphère inflammable et pourvu d'une enveloppe telle qu'une explosion
se produisant à l'intérieur ne puisse ni la briser, ni la
détériorer, ni propager la déflagration. (L'enveloppe
antidéflagrante n'est pas étanche mais la flamme due à une
explosion interne est refroidie.)
VI. Remarque
Afin de garantir la sécurité totale dans
l'unité, les points mentionnés ci-dessus doivent être bien
respecté et maintenu en bonne condition pour garder le réseau
prêt à toute intervention possible.
VII. Conclusion
Nous avons vue dans ce chapitre une description
générale du réseau anti-incendie du centre d'emplissage
GPL et les différents éléments utiles et essentiels du
réseau.
Dans le chapitre suivant nous allons d'écrire l'API
Siemens qui assure la gestion automatique du réseau ainsi que gardez le
réseau prêt a toute intervention.
Chapitre 02
Automate Programmable SIMATIC S7
I. Introduction
Nous allons dans se chapitre étudier les automates
programmables industriels, en particulier, le Siemens SIMATIC S7 utilisé
dans le centre d'emplissage, ainsi que le mode de fonctionnement des automates
et les différents types de langages de programmation des API.
II. Introduction aux automates programmables
industriels API
II. 1. Description des API
Un automate programmable industriel (API) est une machine
électronique programmable utilisée pour piloter des
systèmes automatisés. Sa flexibilité
explique son large domaine d'utilisation, qui comporte certaines applications
critiques, où des erreurs de programmation peuvent causer des dommages
humains ou matériels.
Un API est généralement placé en ambiance
industrielle, où il représente le coeur de la partie commande
d'un système automatisé.
II. 2. Fonctionnement et Comportement des API
L'exécution d'un programme par l'API peut être
composée de plusieurs sous-programmes appelés tâches. Une
tâche est un ensemble d'opérations programmées pour
s'exécuter successivement, puis s'arrêter jusqu'au prochain
lancement.
L'automate programmable reçoit les informations
relatives au système, il traite ces informations en fonction des
instructions et modifie l'état de ses sorties qui commandent les
pré-actionneurs. La figure II.1 représente une chaine
fonctionnelle dans un système automatisé.
Fig. II.1 : La structure type d'une chaîne
fonctionnelle dans un système automatisé
II. 3. Câblage des E/S d'un API
La figure II. 2 et la figure II.3 montrent le branchement des
entrées et sorties d'un automate programmable industriel.
Fig. II.3.1 : Branchement des Entrées
Fig. II.3.2 : Branchement des Sorties
III. Les Langages de
Programmation des API
III. 1. Définition d'un
Langage de programmation
La programmation des automates programmables industriels
s'effectue à l'aide de langages spécifiés.
L'écriture d'un programme consiste à
créer une liste d'instructions permettant l'exécution des
opérations nécessaires au fonctionnement du système.
L'API traduit le langage de programmation en langage
compréhensible directement par le microprocesseur. Ce langage est propre
à chaque constructeur, il est lié au matériel mis en
oeuvre.
III.2. Différents Types de Langage
Il existe différents types de langages de
programmation qui appartiennent en général à trois grandes
familles :
· langage machine : c'est un langage en binaire,
interprété par le microprocesseur d'un ordinateur.
· Grafcet : il s'agit d'un langage graphique, bien
adapté aux systèmes à évolution
séquentielle. Un programme Grafcet décrit un
procédé comme une suite d'étapes reliées entre
elles par des transitions (Fig. II.4).
Fig. III.2.1 : Structure d'un programme en langage
Grafcet
· Ladder : c'est une représentation graphique
d'équations booléennes sous une forme analogue à celle des
schémas électriques (Fig. II.5).
ST := a et b ;
MA := non c ou d ;
SI (a=0) : set L=0
SI (b=0) : reset P=1
Fig. III.2.2 : Structure d'un programme en
Ladder
NB : Les constructeurs des APIs proposent pour leurs
programmations un ou plusieurs langages qui appartiennent aux familles
décrites précédemment.
Cependant, bien que les langages d'une même famille se
ressemblent, ils ne sont pas nécessairement compatibles, ce qui rend
très délicat le transfert du programme de contrôle d'un API
à un autre.
IV.API Siemens
S7-400 :
IV. 1 Description de l'API
S7-400 :
C'est un micro- API destiné aux applications de
commande et de régulation dans le monde de l'industrie
manufacturière et du contrôle de processus. Il représente
une solution compacte et économique.
Fig. IV.1 : Programmation d'un API Siemens en
Step7
IV. 2. Programmation en
Step7
Les API siemens de gamme Simatic, en particulier les S7-400 se
programme sous le logiciel de programmation Step7 en utilisant les
différents langages de programmation comme :
· Schéma à contacts
« Ladder »
· Logigramme « LOG »
· List d'instruction « LIST »
Tous les automates SIMATIC fonctionnent de façon
cyclique. Le cycle commence par la lecture des états des entrées
et leur transfert dans la mémoire image des entrées M.I.E.
Cette mémoire image est la source d'approvisionnement
du programme pour son exécution. En cours de traitement, le programme
range les résultats des opérations dans la mémoire image
des sorties M.I.S.
A la fin du programme, les états contenus dans la MIS
sont transférés aux sorties physiques, et le cycle reprend au
début.
Fig. IV.2 : Photo des module d'un Siemens SIMATIC
S7-400
Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons présenté une
description des automates programmables industriels en général et
l'automate SIMATIC S76400 en particulier. Dans le chapitre suivant, nous allons
donner des exemples de programmation de quelques parties du réseau
anti-incendie.
Chapitre 03
Gestion Automatique du Réseau Anti-incendie
I. Introduction
Dans ce chapitre nous allons illustrer des cas de
détection de flamme ou de gaz et la mise on oeuvre des capteurs, des
électrovannes et des actionneurs pour luter contre l'incendie selon les
informations transmises et les commandes reçues de l'automate. Nous
décrirons les différentes procédures à effectuer
lors de la détection du gaz ou de flamme.
II. Régulation du niveau dans le
réservoir d'eau
Le réservoir dispose d'une vanne d'alimentation en eau,
cette dernière reçoit des commandes d'ouverture et de fermeture
par l'API, l'indication local de niveau et détections de seuils dans le
bassin réservoir eau incendie R601 se fait par un capteur de niveau
magnétique flotteur.
§ Le Seuil de niveau trop haut, génère une
alarme risque de débordement LAHH-601.1 dans le réservoir
incendie R601 qui génère de son tour un signale de commande de
fermeture de la vanne d'alimentation « Ferme la vanne
XV-601 »
§ Le Seuil de niveau bas génère une alarme
manque d'eau LAL-601.1 dans le réservoir eau incendie R601 qui
génère de son tour un signale de commende d'ouverture de la vanne
d'alimentation « Ouvre la vanne XV-601 »
§ La détection d'un niveau trop bas dans le
réservoir eau incendie R601 suite a l'atteinte du Seuil de niveau trop
bas déclenche une alarme LALL-601.2 de
« protection marche à sec » des pompes
incendiesP611-P615.
III. Régulation du ballon suppresseur:
La détection de pression en aval du ballon suppresseur
B610 se fait par le Pressostat de sécurité à un seuil
indépendant en aval du ballon suppresseur et génère une
indication de niveau bas PSLL-610.2 calculé par l'automate.
§ Si le Seuil trop haut de pression 13.5 bars est
atteint, l'API arrête les pompes principales P615, P614
§ Si le Seuil haut de pression 9.2 bars est atteint,
l'API arrête les pompes jockey P611 et P612
§ Le Seuil bas de pression 8.0 bars démarre la
pompe jockeys P611 ou P612
§ Et le Seuil très bas de pression 7.8 bars
démarre les pompes principales P614 ou P615.
§ Une Alarme de niveau très basse pression 7.8
d'une durée anormalement longue: Problème sur les pompes
principales « si les deux pompes électriques P 614 et P 615 ne
fonctionnent pas» démarre la pompe Diésel P 613.
§ Si l'automate reçoit une détection d'un
manque de débit au refoulement de la pompe Diesel P613 sur manque de
débit l'API Arrête la pompe Diesel P613.
IV. Détection des gaz explosifs et de flamme
IV.1. Détection de gaz
La détection des gaz explosifs se fait par un capteur
à cellules infra rouge IR NE-600.
Les seuils de détection de gaz sont :
25% pour enclencher l'alarme de niveau de gaz haut.
50% pour enclencher l'alarme de niveau de gaz très
haut :
· Une alarme acoustique sur la zone concernée.
· Génère une alarme visuelle et acoustique
à la salle de contrôle.
· arrose la zone suite ouverture des
électrovannes « XV »
· arrête tout les moteurs dans la zone des pompes
GPL
· fermeture de toutes les vannes d'isolement de
sécurité du réseau GPL
· fermeture des vannes d'alimentation des
réservoirs
· fermeture de la vanne principale de l'alimentation du
réseau
IV.2. Détection d'incendie
La détection de flamme se fait par un capteur à
cellules ultra violet UV BE-600.
Les seuils de détection d'incendie sont :
75% pour enclencher l'alarme de niveau d'incendie haut.
100% pour enclencher l'alarme de niveau d'incendie très
haut :
· Une alarme acoustique sur la zone concernée.
· Génère une alarme visuelle et acoustique
à la salle de contrôle.
· arrose la zone suite ouverture des
électrovannes « XV »
· arrête tout les moteurs dans la zone des pompes
GPL
· fermeture de toutes les vannes d'isolement de
sécurité du réseau GPL
· fermeture des vannes d'alimentation des
réservoirs
· fermeture de la vanne principale de l'alimentation du
réseau
Fig. IV.2 : Capteur de Flamme SharpeEye
utilisé dans le Centre
V. Arrosage Des Réservoirs de Stockage GPL
§ L'arrosage de la sphère s'effectue par la Vanne
à membrane motorisée XV-601.2 et Electrovanne 3/2 de commande
hydraulique XY-601.2
§ L'arrosage des réservoirs butane R102 et R103
s'effectue par les Vanne à membrane motorisée hydrauliquement
XV-602.1 et XV-602.2 et Electrovanne 3/2 de commande hydraulique XY-602.1 et
XY-602.2
§ L'arrosage des réservoirs propane R104 et R105
s'effectue par les Vanne à membrane motorisée hydrauliquement
XV-603.1 et XV-603.2 et Electrovanne 3/2 de commande hydraulique XY-603.1 et
XY-603.2
A. Cas de Détection de Gaz explosif autour de
la sphère S101 suite au signal du capteur NE-601.1
Détection autour de la sphère S101 suite au
signale du capteur NE-601.1 l'automate agit selon le niveau
détecté
§ si le signale reçue indique un
dépassement du niveau seuil très haut plus de 50%, l'automate
actionne l'alarme acoustique sur la zone de stockage et génère
une alarme visuelle et acoustique en salle de contrôle et arrose la zone
S101 en ouvrant les électrovannes XV-601.1, XV-601.2, XV-602.1,
XV-602.2 et arrête tous les moteurs dans le hall d'emplissage et la
pomperie et ferme toutes les vannes d'isolement de sécurité du
réseau GPL et ferme les vannes d'alimentation des réservoirs et
ferme la vanne principale d'alimentation en GPL du centre.
B. Cas de Détection d'Incendie autour de la
sphère S101 suite au signale du capteur BE-601.1
Le détecteur de flamme à cellule UV indique la
détection de flamme selon des niveaux bien précis
§ Indication niveau haut plus 75% signal un risque
d'incendie dans la zone du réservoir S101 enclenche l'alarme sonore
risque d'incendie haut.
§ Si une indication de niveau très haut 100%
d'incendie en Zone réservoir S101 :
l'automate Actionne alarme acoustique sur la zone
(sirène zone) et génère une alarme visuelle et acoustique
en salle de contrôle, Arrose la Zone S101: ouvre XV-601.1, XV-601.2,
XV-602.1, XV-602.2 et arrête tous les moteurs dans la zone d'emplissage
et pomperie et ferme toutes les vannes d'isolement de sécurité du
réseau et ferme les vannes d'alimentation des réservoirs:
XV-101,XV-102, XV-103, XV-104, XV-105 puis il génère une
fermeture de la vanne principale d'alimentation en GPL du centre.
Fig. V .1 : Les Réservoirs de Stockage
GPL Butane/Propane
VI. Arrosage Dans la zone de chargement et
déchargement des camions
L'arrosage de la pomperie s'effectue par les Vannes à
membrane motorisée XV-610.1 et la XV-610.2 et les Electrovannes 3/2 de
commande hydraulique XY-610.1 et la XY-610.2
VI.1. Cas de Détection de Gaz explosif autour de la
pomperie suite au signale du capteur NE-631
Détection autour de la zone de
chargement/déchargement des camions, l'automate agit selon le niveau
détecté
§ si le signal reçue indique un dépassement
du niveau seuil très haut plus de 50% l'automate actionne l'alarme
acoustique sur la zone de pomperie et génère une alarme visuelle
et acoustique en salle de contrôle et Arrose la zone en ouvrant les
électrovannes XV-610.1, XV-610.2, arrête tous les moteurs dans le
hall d'emplissage et la pomperie et ferme toutes les vannes d'isolement de
sécurité du réseau GPL et Ferme les vannes d'alimentation
des réservoirs et ferme la vanne principale d'alimentation en GPL du
centre.
VI.2. Cas de Détection d'Incendie dans la pomperie
suite au signale du capteur BE-631
Le détecteur de flamme à cellule UV indique la
détection de flamme selon des niveaux bien précis
§ Indication niveau haut plus 75% signal un risque
d'incendie dans la pomperie enclenche une alarme sonore risque d'incendie
haut.
§ Si une indication de niveau très haut 100%
d'incendie en pomperie :
l'automate actionne alarme acoustique sur la zone et
génère une alarme visuelle et acoustique en salle de
contrôle, arrose la pomperie: ouvre XV-610.1, XV-610.2, arrête tous
les moteurs dans la zone d'emplissage et le pomperie et ferme toutes les vannes
d'isolement de sécurité du réseau et ferme les vannes
d'alimentation des réservoirs: XV-101,XV-102, XV-103, XV-104, XV-105
puis il génère une fermeture de la vanne principale
d'alimentation en GPL du centre.
Fig. VI : La Zone de Chargement et
Déchargement des Camion
VII. Arrosage Dans le Hall d'emplissage
L'arrosage du Hall s'effectue par les Vannes à membrane
motorisée XV-620.1 et la XV-620.2 et les électrovannes 3/2 de
commande hydraulique XY-620.1 et la XY-620.2
VII.1. Cas de Détection de Gaz explosif Autour de
Carrousel suite au signale du capteur NE-622
Détection dans le hall suite au signal
du capteur NE-627 l'automate agit selon le niveau détecté
§ si il y'a un dépassement du niveau seuil
très haut plus de 50% l'automate actionne l'alarme acoustique dans le
hall et génère une alarme visuelle et acoustique en salle de
contrôle et arrose la zone du hall en ouvrant les électrovannes
XV-620.1, XV-620.2, et arrête tous les moteurs dans le hall d'emplissage
et la pomperie et ferme toutes les vannes d'isolement de sécurité
du réseau GPL, les vannes d'alimentation des réservoirs et la
vanne principale d'alimentation en GPL du centre.
VII.2. Cas de Détection d'Incendie dans le Hall
suite au signale du capteur BE-621
Le détecteur de flamme à cellule UV indique la
détection de flamme selon des niveaux bien précis
§ Indication niveau haut plus 75% signal un risque
d'incendie dans le hall enclencher l'alarme sonore risque d'incendie haut.
§ si une indication de niveau très haut 100%
d'incendie dans le Hall : l'automate actionne une alarme acoustique dans
le hall et génère une alarme visuelle et acoustique en salle de
contrôle, arrose le hall: ouvre XV-620.1, XV-620.2, et arrêtes tous
les moteurs dans la zone d'emplissage et la pomperie et ferme toutes les vannes
d'isolement de sécurité du réseau et les vannes
d'alimentation des réservoirs: XV-101,XV-102, XV-103, XV-104, XV-105
puis il génère une fermeture de la vanne principale
d'alimentation en GPL du centre.
Fig. VII : Hall d'Emplissage des Bouteille de
gaz
VIII. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons vu comment s'effectue la
régulation du niveau du réservoir d'eau, et comment interagissent
les électrovannes concernées par la détection locale
d'incendie ou de fuite de gaz selon les directives reçues de
l'automate.
Le chapitre suivant fera l'objet d'une réalisation
pratique qui servira de simulation du réseau anti-incendie en utilisons
un microcontrôleur et des indicateurs de niveau, un capteur de gaz et un
capteur de flamme.
Chapitre 04
Simulation du Réseau Anti-incendie
I. Introduction
Nous allons voir dans ce chapitre une réalisation
expérimentale pour la simulation d'un réseau de lutte contre
l'incendie. Pour ce faire, nous avons utilisé le microcontrôleur
« Arduino » doté d'un processeur
« ATmega ». La simulation comporte un capteur de flamme et
un capteur de gaz, plus des indicateurs de niveau d'eau basés sur des
transistors NPN.
II. Matériel Utilisé dans la
réalisation
Le matériel utilisé dans la réalisation
pratique comporte les éléments suivants :
· Un microcontrôleur Arduino pour l'automatisation
du réseau simulé.
· Un détecteur de Gaz Butane MQ-2 Analogique et
Numérique.
· Un détecteur de Flamme Digitale.
· Des transistors 2N2222 de type NPN et des relais NO.
· Des boutons poussoir pour l'arrêt d'urgence et
pour le reset.
· Un moteur AC 6 tr/min, un moteur DC et un
ventilateur.
Par la suite nous allons décrire les
éléments essentiels de la réalisation ainsi que la
fonction de chaque élément.
II. 1. Microcontrôleur Arduino UNO
L'Arduino Uno est un projet Open Source, il s'agit d'une
carte microcontrôleur basée sur un processeur ATmega328 du
fabricant ATmel de 8 bits, une mémoire avec des espaces physiques
séparés :
§ mémoire Flash (32 Ko) pour les
programmes,
§ mémoire vive SRAM (2 Ko) pour les
données,
§ mémoire EEPROM (2 Ko) pour les
données de sauvegarde,
L'Arduino Uno dispose aussi de 14 broches numériques
d'entrée / sortie (dont 6 peuvent être utilisées comme
sorties PWM), 6 entrées analogiques, une horloge de 16 MHz, d'une
connexion USB, une prise d'alimentation, d'un bouton de
réinitialisation. Il contient tout le nécessaire pour soutenir le
microcontrôleur.
L'Arduino est programmé en langage C avec le
logiciel « Arduino », l'ATmega328 sur l'Arduino Uno est
livré avec un chargeur de démarrage « Preburned Boot
Loader » qui permet de télécharger les nouveau code
à la carte sans l'utilisation d'un programmeur externe.
II. 2. Capteur de flamme et capteur de gaz
II. 2. 1. Capteur de gaz MQ-2
Il est conçu pour détecter la plupart des GPL
« gaz de pétrole liquéfié » comme le
butane, propane, méthane, alcool, hydrogène et même la
fumée.
Spécifications techniques
· Alimentation: 5V
· Type d'Interface: Analogique/Numérique
· Connectique: deux sorties analog / digital, sortie GND
et entré VCC
· Un simple circuit de Contrôle
· Dimensions: 40x20mm
Le MQ-2 à une grande sensibilité et un temps de
réponse rapide, sa sensibilité peut d'ailleurs être
ajustée par potentiomètre.
§ Un simple exemple d'application du capteur de gaz
int Led = 13 ;/*LED dans la pin 13*/num = 3;/*sortie
numérique dans la pin 3*/
int analg = A0; // sortie analogique
int val ; //lire valeur numérique
float sensor; //lire valeur analogique
void setup ()
{
pinMode (Led, OUTPUT) ;// LED en sortie
pinMode (num, INPUT) ;// num en entrée
pinMode (analg, INPUT) ;// analg en entrée
Serial.begin(9600);
}
void loop ()
{
sensor = analogRead(analoog);
Serial.println(sensor); // afficher valeur du gaz dans le
pc
val = digitalRead (num) ;// affecter val a la lecture
numérique
if (val == HIGH) // si on a détection de gaz la
LED s'allume
{
digitalWrite (Led, HIGH);
}
else // si non la LED s'éteins
{
digitalWrite (Led, LOW);
}
}
II. 2. 2. Capteur de flamme
Il est conçu pour détecter un incendie qui a une
flamme de longueur d'onde 760 nm ~ 1100 nm.
Spécifications techniques
· Alimentation: 5V
· Type d'Interface: Numérique
· Connectique: une sortie digital, sortie GND et
entré VCC
· Large champ de détection « 760 nm ~
1100 nm »
· Un simple circuit de pilotage
· Dimensions: 50x20mm
La sensibilité du capteur de flamme peut être
ajustée par potentiomètre.
§ Un simple exemple d'application du capteur de flamme
int Led = 13 ;/*LED dans la pin 13*/
int num = 3;/*sortie numérique dans la pin 3*/
int val ; //lire valeur numérique
void setup ()
{
pinMode (Led, OUTPUT) ;// LED en sortie
pinMode (num, INPUT) ;// num en entrée
}
void loop ()
{
val = digitalRead (num) ;// affecter val a la lecture
numérique
if (val == HIGH) // si on a détection de flamme la
LED s'allume
{
digitalWrite (Led, HIGH);
}
else // si non la LED s'éteins
{
digitalWrite (Led, LOW);
}
}
II. 3. Indicateurs de niveau
Pour indiquer à l'automate
« Arduino » le niveau d'eau dans le réservoir d'eau
d'incendie, nous avons utilisé trois transistors NPN de type 2N2222, le
principe de l'utilisation des transistors est comme suivant :
Les trois signaux reçus des transistors indiquent
trois niveaux différents
§ Niveau Très Bas LLA
§ Niveau Bas LA
§ Niveau Très Haut HA
Les pates du courants de base IBs sont tous mis dans le
réservoir, les collecteur ICs et les émetteurs IEs sont
liée respectivement a une vcc 5V et aux entrées de l'Arduino. A
son tour le réservoir doit être doté d'une alimentation
5V
Lorsque le réservoir se remplit ou se vide les courants
de base vont permettre la transmission du signal vcc des transistors au PINs de
l'Arduino, A son tour l'Arduino va indiquer le niveau d'eau du réservoir
et décide les actions à prendre selon le niveau indique.
Fig II.3 Indicateur de niveau basé sur
Transistor
II. 4. Les actionneurs et leur Pré-actionneurs
Dans notre réalisation nous avons utilisé des
moteurs comme actionneurs et des relais activé par des transistors en
tant que pré-actionneur
II. 4. 1. Le moteur du carrousel
C'est un moteur a courant alternative AC opérer en 12V,
l'alimentation du moteur se fait par un transformateur 220V/12V.
L'activation du moteur se fait par un relais de type ZETTLER
AZ428S, le relais est commander par un transistor NPN suite au signale
reçue de l'Arduino.
Le moteur joue le rôle du moteur du carrousel de
remplissage des bouteilles de gaz.
Fig II.4.1 Moteur du carrousel
II. 4. 2. Le moteur de la pompe électrique
C'est un moteur a courant continue DC opérer en 5V,
l'alimentation du moteur se fait par deux piles de 1.5V chacune.
L'activation du moteur se fait par un relais de type ZETTLER
AZ428S commandé par un transistor NPN au signale reçue de
l'Arduino.
Le moteur joue le rôle d'une pompe à eau
électrique.
Fig II.4.2 la pompe a eau
II. 4. 3. Le ventilateur
C'est un moteur a courant continue DC opérer en 5V et
dotés d'un ventilateur, l'alimentation du moteur se fait par un
transformateur 220V AC/9V DC.
L'activation du moteur se fait par un relais de type ZETTLER
AZ428S commandé par un transistor NPN au signale reçue de
l'Arduino.
Le ventilateur joue le rôle de dégager les gaz
explosifs détecté dans la Hall d'emplissage.
Fig II.4.3 un ventilateur
III. Programmation de l'Arduino
Nous allons dans cette partie illustrer quelques cas de
détection de gaz ou de flamme signalés par les capteurs, et les
actions faites par les moteurs et le ventilateur suite aux ordres reçus
de l'Arduino.
III. 1. Détection de gaz ou appui sur bouton
d'urgence secondaire
Quand l'Arduino reçoit une information du capteur
indiquant la présence du gaz ou détecte l'appui su le bouton
d'urgence secondaire le programme suivant se produit :
Algorithme
Début :
Si GAZ détecté OU appui sur BP2
Si (niveau = LLA)
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Démarrer ventilateur
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si non si (niveau = LA) OU (niveau = HA)
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Démarrer ventilateur
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si appui sur Reset
- Démarrer carrousel, moteur 12V AC
- Démarrer pompe GPL, LED Vert
- Arrête alarme visuelle, LED rouge
- Arrête ventilateur
Fin.
III. 2. Détection de flamme
Quand l'Arduino reçoit une information du capteur
indiquant la présence d'incendie le programme suivant se
produit :
Algorithme
Début :
Si FLAMME détecté
Si (niveau = LLA)
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si non si (niveau = LA) OU (niveau = HA)
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Démarrer pompe a eau, moteur 5V DC
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si appui sur Reset
- Démarrer carrousel, moteur 12V AC
- Démarrer pompe GPL, LED Vert
- Arrête alarme visuelle, LED rouge
- Arrête pompe à eau, moteur 5V DC
Fin.
III. 3. Appui sur le bouton d'arrêt d'urgence
principale
Quand l'Arduino détecte un appui su le bouton d'urgence
principale le programme suivant se produit :
Algorithme
Début :
Si appui sur BP1
Si niveau = LLA
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Démarrer ventilateur
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si non si niveau = LA OU niveau = HA
- Démarrer alarme visuelle, LED rouge
- Démarrer pompe a eau, moteur 5V DC
- Démarrer ventilateur
- Arrête carrousel, moteur 12V AC
- Arrête pompe GPL, LED Vert
Si appui sur Reset
- Démarrer carrousel, moteur 12V AC
- Démarrer pompe GPL, LED Vert
- Arrête alarme visuelle, LED rouge
- Arrête pompe à eau, moteur 5V DC
- Arrête ventilateur
Fin.
IV. Conclusion
Dans ce chapitre nous avons montré les
différents aspects de la simulation du réseau anti-incendie
réalisé à l'aide du microcontrôleur Arduino et la
description des éléments essentiels de la réalisation
pratique, ainsi que l'étude des différents cas d'incident qui
pourraient se produire.
Conclusion Générale
Notre projet de fin d'études, qui a été
fait en partie au sein du centre de production GPL CE312 de Naftal, a pour but
l'étude du system automatisé de lutte contre l'incendie.
Après une présentation générale du
réseau anti-incendie, nous avons donné une description des
automates programmables industriels en général et l'automate
SIMATIC S7-400 en particulier. Nous avons ensuite donné des exemples de
programmation de quelques parties du réseau anti-incendie. Dans la
dernière partie, nous avons montré les différents aspects
de la simulation du réseau anti-incendie réalisé à
l'aide du microcontrôleur Arduino et la description des
éléments essentiels de la réalisation pratique, ainsi que
l'étude des différents cas d'incident qui pourraient se
produire.
Cette étude était une occasion d'appliquer nos
connaissances acquises durant notre cycle LMD. Elle nous a permis
d'acquérir un savoir faire dans le domaine pratique. Cela a
été pour nous une expérience très enrichissante.
En fin, nous espérons que ce modeste travail apporte un
éclairage sur les systèmes anti-incendie automatisés
à base d'API S7-400, et sera d'une grande utilité pour les
promotions à venir.
Bibliographie
[1] SIEMENS, «Automate programmable S7-400, Fonctions
intégrées»
[2] SIEMENS, « Programmer avec STEP7 », Réf.
6ES7810-4CA06- 8CA0, SIMATIC, 2002.
[3] Technique d'ingénieur, l'automate programmable
industriel, Miel BERTRAND. Année 2011
[4] Manuel de service distribution NAFTAL Algérie
.Année 2005
[5] Manuel de service département technique service
EXPLOITATION NAFTAL, district GPL Oran, ALGERIE. Année 2005
[6] Rapports et mémoires : T-REDHA « Etude du
système d'arrêt d'urgence du SEA- L1NE de Bejaia »
Promotion 2007.B-IRMECHE et A-DJOUDER.
[7] Manuel de service département technique service
maintenance NAFTAL, district GPL Oran, ALGERIE. Année 2005
[8] Electronique de A à Z
[9] Aide Mémoire Electronique, DUNOD, Bogdan Grabowski
& Christian Ripoll, 5e Edition
[10] Cours d'informatique industrielle S6 3eme LMD
AII
[11] Cours de régulation industrielle S6 3eme
LMD AII
[12] www.siemens.com
[13] www.arduino.cc
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