Telechargé par TAOUFIK EL ABBASSI

Rapport de stage T1

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GROUPE OFFICE CHERIFIEN DES PHOSPHATES
PÔLE MINES
DIRECTION DES EXPLOITATIONS MINIERES DE KHOURIBGA
DIRECTION PRODUCTION MINIERE
DIVISION EXTRACTION DAOUI SIDI CHENNANE
SERVICE MAINTENANCE ELECTRIQUE SIDI CHENNANE
ELABORE PAR : Meriam SALLAK
RESPONSABLE DE STAGE
PARRAIN DE STAGE
M. Said HAITAM
M. Yassine EL YASSAMI
PMK/PC/IE
AVRIL 2008
ENONCE DE SUJET
L’installation d’épierrage du secteur Sidi Chennane, réalisée en 1994, est conçue pour
produire 6Mt. Certains équipements électriques sont vétustes, ce qui à un impact sur les
performances de cette unité de production.
Afin de fiabiliser les équipements électriques de puissance et de commande de cette
installation et d’améliorer leurs fonctionnalités, il m’est demandé de :
 Elaborer une étude critique et proposer des améliorations relatives au système
électrique de puissance et de commande existant, et ce, en procédant comme suit:
 Description de la partie électrique de la trémie tout en procédant à une
analyse critique de la situation actuelle;
 Recensement des arrêts enregistrés ces dernières années suite à des
défauts électriques et apport de solutions;
 Etudier et proposer la rénovation du système de contrôle commande et de
supervision existant;
 Revoir la politique de maintenance électrique de l’installation en vue de son
perfectionnement.
 Préparer les manuels de maintenance électrique de l’installation;
PMK/PC/IE
1
INTRODUCTION
La Direction Production Minière de Khouribga s’est fixée comme objectif, en 2008, la
réalisation d’un tonnage épierré sec et marchand de 20MT. La part du secteur Sidi
Chennane étant de 7,6 MT.
L’installation d’épierrage du secteur Sidi Chennane est conçue pour produire 6MT. Alors
qu’elle a réalisé en 2007 un tonnage de 6,8MT. Ceci est dû à de grandes améliorations
apportées à la conception de cette installation ; à savoir, l’implantation des systèmes de
décolmatage et l’extension des deux mises à terril par des convoyeurs horizontaux.
Donc afin d’atteindre l’objectif de production en 2008 qui est de 7,6MT, l’installation
d’épierrage de sidi Chennane, qui constitue un goulot d’étranglement, doit faire à nouveau
l’objet d’amélioration en terme de fiabilité et de disponibilité et ce en augmentant :
 Le taux d’utilisation, moyennant :
-
La saturation de la trémie par le biais de l’augmentation du front actif et de
l’adoption d’une gestion réfléchie des qualités sources qui tient compte du
besoin en qualités marchandes.
-
L’acquisition de nouveaux camions.
-
La sous-traitance relative au chargement et au transport des intercalaires
couche1-couche2 et couche2-couche3.
 Le taux de disponibilité, moyennant :
PMK/PC/IE
-
La fiabilisation de la partie mécanique
-
La fiabilisation de la partie électrique
2
Ma contribution, à travers ce sujet de stage, consiste en la fiabilisation de la
partie électrique et traitera les points suivants :
-
L’étude critique du système électrique de puissance et de contrôle commande
existant.
-
La proposition des améliorations permettant d’augmenter la fiabilité de
l’installation.
-
L’étude et la proposition de la rénovation du système de contrôle commande
existant.
-
La revue de la politique de maintenance électrique et la préparation d’un
manuel de maintenance électrique appropriée.
Au terme de cette étude, nous serons en mesure de déceler les causes
affectant la fiabilité du système électrique de l’installation d’épierrage de Sidi
Chennane, en plus de l’élaboration et de la mise en œuvre d’un plan d’action qui
permettra de fiabiliser les équipements électriques de l’installation et d’améliorer
leurs fonctionnalités, pour atteindre l’objectif de production des 7,6MT.
PMK/PC/IE
3
SOMMAIRE
INTRODUCTION
Chapitre 1 : DESCRIPTION DE LA PARTIE ELECTRIQUE DE
L’INSTALLATION D’EPIERRAGE DE SIDI CHENNANE
Introduction : Généralités
I) Description de l’installation d’épierrage
I-1) Epierrage
I-2) Criblage
I-3) Recriblage
I-4) Mise à terril
I-5) Mise en stock
II) Description de la partie électrique de puissance de l’installation
II-1) Equipements moyenne tension (MT)
II-2) Equipements basse tension (BT)
II-3) Partie opérative de l’installation
III) Description de la partie contrôle commande de l’installation
III-1) Architecture de contrôle commande
III-2) Gestion de la communication
III-3) Système de supervision
III-4) Accessoires de sécurité
Conclusion
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7
8
9
10
10
10
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Chapitre 2 : ANALYSE CRITIQUE DE LA SITUATION ACTUELLE
Introduction : Méthodologie d’analyse
I) Découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation
II) Pareto des arrêts en durée et en fréquence
III)
Analyse des arrêts :
III-1) Partie commande & API
III-2) Partie opérative
III-3) Accessoires de sécurité
Conclusion
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25
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27
27
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Chapitre 3 : ACTIONS ENTREPRISES ET PROPOSITIONS
D’AMELIORATIONS
I) Rénovation du système de contrôle commande et de supervision
existant
I-1) Solutions proposées
I-2) Choix de la technologie préconisée
II) Actions mise en œuvre au niveau de la partie opérative.
II-1) Remplacement des coupleurs par des démarreurs électroniques
II-2) Renouvellement des électrofreins
II-3) Actions mises au point pour les moteurs
II-4) Actions mises au point pour la protection des câbles
III) Actions mises en œuvre au niveau des accessoires de sécurité
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Chapitre 4 : POLITIQUE DE MAINTENANCE ELECTRIQUE
I) Description de la politique actuelle de maintenance électrique
II) Propositions d’amélioration
II-1) Organisation du personnel électricien de l’installation
II-2) Maintenance électrique systématique
II-3) Elaboration d’un manuel technique de maintenance électrique
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48
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50
CONCLUSION GENERALE
51
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
ANNEXES
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PMK/PC/IE
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Description de la partie électrique de l’installation d’épierrage
de Sidi Chennane
INTRODUCTION : Généralités
L’installation de prétraitement du phosphate de Sidi Chennane est mise en service
en 1994. Elle assure l’épierrage, le criblage puis le stockage du phosphate de la mine
avant d’être acheminé vers les usines de traitement.
Durant le passage par l’installation, le minerai subit des opérations de
prétraitement qui consistent à le séparer des stériles.
Le schéma suivant donne une idée sur le tonnage épierré de l’installation, dans les
cinq dernières années, avec les heures de marche :
Figure1 : Données de production de l’installation Sidi Chennane
Par la suite, nous établirons une description générale de l’installation de
prétraitement du phosphate de Sidi Chennane en présentant l’ensemble de ses unités.
PMK/PC/IE
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I) Description de l’installation d’épierrage :
Figure 2 : Schéma synoptique de l’installation
Le passage par l’installation fixe constitue le cycle clos de la chaîne cinématique,
cette installation est constituée de cinq parties :
- L’épierrage
- Le criblage
- Le recriblage
- La mise en stock
- La mise à terril.
I-1) L’épierrage :
L’épierrage est la première opération que subit le produit provenant du chantier.
Cette opération consiste à séparer le phosphate des pierres et stériles.
Le bâtiment d’épierrage se compose principalement de :
 Salle de contrôle :
Contient toutes les commandes à distances des différents éléments qui
constituent l’installation .Elle est composée d’un pupitre, d’un tableau de
défaut et d’un superviseur.
PMK/PC/IE
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 Deux trémies :
Construite en béton armé, chaque trémie assure un stock pour
l’alimentation continue du crible. En haut, elle est équipée d’une grille en
barreaux de fer de maille 1.6 x1.6 m² qui est la maille maximale supportée
par le concasseur.
 Deux extracteurs à tablier métallique :
Disposé sous la trémie, l’extracteur est un convoyeur métallique entraîné
par un moteur hydraulique et qui permet de soutirer le tout venant du
chantier vers le scalper avec un débit réglable de 0 à 2000 t/h.
 Deux convoyeurs de récupération :
Ce sont des convoyeurs rectilignes ascendants transportant le phosphate à
raclure fine.
 Deux scalpers :
Situé sous l’extracteur et en haut du concasseur, le scalper est un crible
vibrant par arbre excentrique de maille 90x90mm². Il permet de séparer le
phosphate des grosses pierres.
 Deux concasseurs à battoir :
Situé après le scalper, le concasseur est un dispositif métallique qui permet
de réduire le volume des grosses pierres pour les rendre transportables par
les convoyeurs à bande.
I-2) Le criblage :
C’est un traitement mécanique qui consiste à séparer le minerai revenant de
l’épierrage des stériles dépassant un certain volume. Le produit passe à l’aide de vibreurs
sur des cribles contenant deux étages de grilles dont les mailles respectives sont de
50x30mm².
PMK/PC/IE
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Le bâtiment de criblage se compose de deux parties symétriques chacune est
constituée des éléments suivants :
 Un convoyeur :
Il assure le transport du produit épierré vers trois sous-ensembles de la
trémie. Ce transporteur comprend une tête avançable lui permettant de
déverser le produit dans l’une des trois goulottes disposées sous le
convoyeur. Le déplacement de la tête avançable se fait des rails, grâce à
un moteur électrique.
 La trémie :
C’est une cuve constituée de trois goulottes dans lesquelles transite le
produit avant d’être criblé. Dans chaque goulotte sont placées deux
sondes électriques de niveau indiquant si la goulotte est vide ou pleine et
assurant par la suite le déplacement automatique de la tête avançable.
 Trois vibreurs :
Facilitant le passage du minerai de la trémie vers les cribles.
 Trois cribles :
Le crible est l’élément principal de l’installation .Avec ces deux étages,
chaque crible assure la séparation du minerai des stériles d’une certaine
granulométrie.
 Deux convoyeurs :
Le premier transporte le refus du criblage vers le bâtiment de recriblage à
travers le convoyeur C1. Le deuxième convoyeur transporte le phosphate
criblé vers le parc de stockage.
I-3) Le recriblage :
Pour augmenter le rendement de l’installation, le refus du criblage passe au
bâtiment de recriblage par un convoyeur C1 pour un deuxième recriblage.
Ce bâtiment contient un crible identique aux cribles du bâtiment de criblage. Le
passant du recriblage est acheminé vers la mise en stock, le refus constitué des gros
blocs des stériles est acheminé directement vers les deux machines de mise à terril.
PMK/PC/IE
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I-4) La mise à terril :
C’est l’opération qui consiste à évacuer les stériles provenant de l’épierrage, du
criblage et du recriblage, transportés par les convoyeurs T10 ou T10’ à l’aide de deux
chariots jeteurs.
I-5) La mise en stock :
Le passant des bâtiments de criblage et de recriblage est soit acheminé
directement vers les usines de traitement à travers le convoyeur B3, soit stocké dans le
parc de stockage avant d’être
repris par la roue-pelle et acheminé vers ces usines.
L’opération de stockage est assurée par des engins spécifiques appelés
stockeuses qui se déplacent sur des rails disposés parallèlement au stock.
Le stockage est fait de manière harmonieuse sous forme de « Cône Shell », vue
que les stockeuses déversent le produit sous forme de cône jusqu’à la hauteur des
sondes de la flèche.
L’installation d’épierrage dispose de deux stockeuses chacune comprenant trois
partie principales :
 Une flèche :
Elle supporte le transporteur à bande. Sa partie arrière comprend un
contre poids d’équilibrage.
 Un chariot verseur d’alimentation :
Il infléchit la courroie du transporteur de flèche. Ce verseur est solidaire à
la machine.
 Un portique de translation :
Sur lequel est articulé la flèche, il assure le déplacement de la machine
sur sa voie de roulement au moyen de loges articulées et motorisées.
II) Description de la partie électrique de puissance de l’installation :
Introduction :
L’ensemble de l’installation de Sidi Chennane est alimenté par une ligne aérienne
60KV provenant du poste général PG au poste PS1.
PMK/PC/IE
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Figure 3 : Partie électrique de puissance de l’installation
Le poste PS1 alimente à son tour d’une part le poste PS2 par une ligne aérienne
60KV et d’autre part il alimente le poste PZ1 par une ligne aérienne 5.5KV.
L’alimentation de deux autres postes PZ2 et PZ3 au niveau de la trémie est
assurée par deux câbles armées « moyenne tension » sous terrains provenant du poste
PS2.
En effet, chaque bâtiment de l’installation est alimenté par un poste :
- Le bâtiment d’épierrage est alimenté par le poste PZ2
- Le bâtiment de criblage est alimenté par le poste PZ3
- Le bâtiment de recriblage et la mise à terril sont alimentés par le poste PS2.
- Les convoyeurs S1 et S2 et les deux stockeuses sont alimentés par le poste
PZ1.
A noter que le poste PS2 est un poste de transformation qui contient une partie
externe HT et une partie interne MT et BT. La partie extérieure reçoit une travée de
transformation 60/5.5KV de puissance 8MVA.
Une schématisation unifilaire des départs au niveau des postes de l’installation est
présentée dans l’annexe 1.
PMK/PC/IE
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II-1. EQUIPEMENT MOYENNE TENSION :
2.1- Tableaux MT :
 Pour le poste PS2, le tableau MT est constitué de :
- 01 cellule arrivée 1250A
- 01 cellule départ Parc Révision 800A
- 01 cellule de mesure et comptage
- 01 cellule départ transformateur PS2 3MVA, 800A
- 01 cellule départ condensateur
- 01 cellule départ câble réserve 800A
- 01 cellule départ câble PZ2 800A
- 01 cellule départ câble PZ3 800A.
 Pour le poste PZ3 :
- 01 cellule arrivée 800A
- 01 cellule départ transfo 800A.
 Pour le poste PZ2, le tableau MT est constitué de :
- 01 Arrivée 800A
- 02 départs moteur type 500KW (B1-B2)
- 01 cellule de mesure et comptage
- 01 cellule départ transformateur 1MVA, 800A.
 Pour le poste PZ1, il y a :
- 02 Départs moteur 5.5KV vers les deux stockeuses ST1 et ST2.
2.2- Système de compensation :
Des capacités de puissance 3x133 KVAr dimensionnées pour assurer un cos de
0.9 sont installés dans un local à l’extérieur du poste PS2. Ce système assure la
compensation du facteur de puissance.
2.3- Transformateurs MT/BT :
Les spécifications des transformateurs au niveau des postes de l’installation sont
données dans le tableau suivant :
PMK/PC/IE
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Caractéristique des transformateurs
Poste
Tension d’entrée
Tension de sortie
Puissance
PS2
5.5KV
5.5KV
500V
380/220V
3 MVA
250 KVA
PZ2
5.5KV
500V
1 MVA
PZ3
5.5KV
500V
1.6 MVA
PZ1
5.5KV
500V
2 MVA
ST1
5.5KV
500V
160 KVA
ST2
5.5KV
500V
160 KVA
Tableau 1 : Spécifications des transformateurs MT/BT de l’installation
2.4) CABLES MT :
Les quantités des câbles armés MT 5.5KV sont données dans le tableau
suivant :
Caractéristiques des câbles
Quantité (m)
Câble armé MT 3x150mm²+ 1x75mm²
800
Câble armé MT 3x50mm²+ 1x15mm²
400
Câble armé MT 3x35mm²+ 1x10mm²
1800
Tableau 2 : Spécifications des câbles MT de l’installation
II-2) Equipements basse tension :
3.1) tableau BT :

Pour le poste PS2, le tableau BT est constitué de :
- 01 Arrivée 4000A
- 03 Départs moteur 11 KW (C3-C5-S4)
- 01 Départ moteur 30 KW (T12’)
- 05 Départs moteur 55 KW (T6-T7-T12-T8-T9)
- 01 Départ moteur 75 KW (T11)
- 01 Départ moteur 110 KW (T11’)
- 06 Départs moteur 200 KW (T10-T10’)
- 01 Départ moteur 132 KW (S4’).
PMK/PC/IE
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
Pour le poste PZ2, le tableau BT est constitué de :
- 01 Arrivée 2000A
- 02 Départs moteur 22 KW (EB1-EB2)
- 02 Départs moteur 30 KW (S3-S3’)
- 02 Départs moteur 90 KW (SC1-SC2)
- 02 Départs moteur 160 KW (EM1-EM2).

Pour le poste PZ3, le tableau BT est constitué de :
- 01 Arrivée 2500A
- 06 Départs moteur 22 KW (E10/1.2.3-E11/1.2.3)
- 06 Départs moteur 30 KW (E10/1.2.3-E11/1.2.3)
- 01 Départ moteur 55 KW (C1)
- 02 Départs moteur 110 KW (S10)
- 02 Départs moteur 125 KW (S11)
- 02 Départs moteur 160 KW (S5-S5’).

Pour le poste PZ1, il y a :
- 02 Départs moteur 132 KW (S2)
- 02 Départs moteur 125 KW (S1).
3.2) Systèmes de compensation :
Des batteries de condensateurs sont raccordées aux tableaux BT des postes PS2,
PZ1, PZ2 et PZ3 et fournissent l’énergie réactive nécessaire pour la compensation du
facteur de puissance.
La puissance des condensateurs installés au niveau de chaque poste est de
4x12.5 KVAr.
PMK/PC/IE
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3.3) Transformateurs BT/BT :
Poste
PS2
PZ2
PZ3
PZ1
ST1
ST2
Caractéristique des transformateurs
Tension
Tension de
Puissance
d’entrée
sortie
500V
220V
40 KVA
380V
220V
15 KVA
500V
220V
40 KVA
380V
220V
15 KVA
380V
220V
15 KVA
380V
220V
15 KVA
500V
220V
10 KVA
500V
220V
6.3 KVA
500V
220V
4 KVA
500V
220V
10 KVA
500V
220V
6.3 KVA
500V
220V
4 KVA
Tableau 3 : Spécifications des transformateurs BT/BT de l’installation
3.4) Câbles BT de puissance de commande :
La quantité des câbles BT de puissance et de commande pour différentes
puissances est de 40km.
NB: Un départ moteur contient :
 Un disjoncteur magnétothermique tripolaire.
 Un contacteur de puissance tripolaire
 Les bornes de raccordement
 Trois transformateurs de courant
 Un ampèremètre.
II-3) La partie opérative de l’installation :
La partie opérative est le sous-ensemble qui effectue les actions physiques
(déplacement,
entraînement…),
mesure
des
grandeurs
physiques
(température,
position…) et rend compte à la partie commande.
L’ensemble de l’installation est commandé par des moteurs électriques de
différentes puissances selon le couple d’entraînement souhaité. Elle est dotée de 55
moteurs alimentés en 500 V et 2 moteurs en 5,5 KV.
PMK/PC/IE
15
Ces derniers sont les moteurs les plus puissants au niveau de l’installation, ils
permettent l’entraînement des deux concasseurs. Les différentes caractéristiques des
moteurs installés sont indiquées dans le tableau :
Installation
Quantité
C3/C5
E10/1.2.3
E11/1.2.3
EB1/EB2
Translation ST1/ST2
C10/1.2.3
C11/1.2.3
S3/S3’/C2/T12’
T12
T6/T7/T8/T9
C1/S12
T11
S6/S7
SC1/SC2
T11’
S1/1-2
S2/1-2
convoyeur flèche ST1
convoyeur flèche ST2
S5/S5’
EM1/EM2
T10’/1-2
T10/1.2.3
T10’/3
B1 – B2
2
Puissance Moteur
(KW)
11
14
22
Tension
d’alimentation
500V
10
30
1
45
6
55
1
2
2
1
2
75
85
90
110
125
3
132
1
152
4
160
2
190
4
200
2
500
5,5KV
Tableau 4 : Caractéristiques des moteurs
III) Description de la partie contrôle commande de l’installation :
Introduction
L’installation fixe de Sidi Chennane est commandée par des automates siemens
S5. Ces automates communiquent entre eux sous un réseau de communication maîtreesclave SINEC L1 avec un S5-155U comme maître gérant des châssis déportés l’un
deux au niveau de la salle de contrôle et trois esclaves S5-115U.
PMK/PC/IE
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Figure 4 : Architecture de contrôle commande de l’installation
En effet, chaque bâtiment est géré par une CPU S5 :
 Le bâtiment d’épierrage est géré par le maître S5-155U au niveau du poste
PZ2.
 Le bâtiment de criblage est commandé par un esclave S5-115U au niveau du
poste PZ3.
 Le bâtiment recriblage et la mise à terril sont commandés par un esclave S5115U au niveau du PS2.
 La commande des deux convoyeurs S1 et S2 du parc de stockage ainsi que
l’échange de signaux avec les stockeuses ST1 et ST2 sont assurés par un
esclave S5-115U au niveau du poste PZ1.
A noter que les deux stockeuses sont aussi commandées chacune par un
automate S5-155U. La communication entre ces stockeuses et le poste PZ1 est assurée
par un câble de commande.
PMK/PC/IE
17
III-1)- L’architecture de contrôle commande :
III-1-1) POSTE PZ2 :
Le bâtiment d’épierrage est alimenté par le poste PZ2 et commandé par l’automate
S5-155U au niveau du même poste.
Toutes les informations des organes de sécurité et de protection sont acheminées
vers l’armoire composée d’un châssis de base ZG-155U et de trois châssis d’extension.
Le châssis de base ZG-155U est constitué de :





02 CPU 946-947
01 alimentation avec ventilateur
01 coupleur IM304
01 coupleur IM300
01 coupleur de communication CP1531
Pour le châssis de base deux configurations sont réalisées :
 Une configuration centralisée :
Le châssis de base dotée de la CPU ne suffit pas pour commander le bâtiment
d’épierrage, c’est pour cela qu’on a ajouté trois châssis d’extension. Le châssis de base
et les châssis d’extension sont reliés entre eux par des coupleurs qui prolongent le bus
interne vers les appareils d’extension et leur transmet la tension d’alimentation.
La longueur maximale des câbles de liaison entre les appareils est de 2.5m.
Au niveau du châssis de base, on utilise le coupleur IM300 et au niveau des
châssis d’extension on utilise le coupleur IM306.
La liaison entre les châssis d’extension est faite via le coupleur IM306.
Les trois châssis d’extension sont constitués de :
PMK/PC/IE

03 coupleurs IM306

01 coupleur de communication CP525

18 cartes ETOR

03 cartes STOR

01 carte EANA

01 carte SANA.
18
 Une configuration décentralisée :
La distance entre le poste PZ2 et la salle de contrôle est de 200m. Dans ce cas le
coupleur IM304/IM314 permet de raccorder en configuration d’extension décentralisée
des cartes d’entrées/sorties au niveau de la salle de contrôle au châssis de base au
niveau du poste PZ2.
III-1-2)- POSTE PZ3 :
Le bâtiment
de criblage est alimenté par le poste PZ3 et commandé par
l’automate esclave S5 -115U au niveau du même poste.
Toutes les informations des organes de sécurité et de protection sont acheminées
vers l’armoire composée d’un châssis de base ZG-115U et de trois châssis d’extension
centralisée.
La composition de ces châssis est la suivante :






01 CPU 944
01 alimentation avec ventilateur
04 coupleurs IM306
01 coupleur de communication CP1531
25 cartes ETOR
03 cartes STOR.
III-1-3)- Poste PS2 :
Le bâtiment de recriblage et la mise à terril sont alimentés par poste PS2 et
commandés par l’automate esclave S5-115U au niveau du même poste.
Toutes les informations des organes de sécurité et de protection sont acheminées
vers l’armoire composée d’un châssis de base ZG-115U et de trois châssis d’extension.
La composition de ces châssis est la suivante :






PMK/PC/IE
01 CPU 944
01 alimentation avec ventilateur
04 coupleurs IM306
01 coupleur de communication CP1531
25 cartes ETOR
04 cartes STOR.
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III-1-4)- POSTE PZ1 :
La station PZ1 contient deux automates (PZ1.1 et PZ1.2). L’automate PZ1.2 est
affecté au convoyeur de liaison. Il commande l’itinéraire d’évacuation du stock de Sidi
Chennane. L’automate PZ1.1 commande la mise en stock à Sidi Chennane avec :


Les convoyeurs S1/S2
L’échange de signaux avec les stockeuses ST1 et ST2.
La composition du châssis de l’automate PZ1.1 est la suivante :






01 CPU 944
01 alimentation avec ventilateur
02 coupleurs IM306
01 coupleur de communication CP1531
06 cartes ETOR
02 cartes STOR.
III-1-5)- LES STOCKEUSES :
Chaque stockeuses est alimentée en 5.5kv par le poste PZ1 et commandée par un
automate S5-155U au niveau de la stockeuse.
Chaque automate est composé d’un châssis de base et d’un châssis d’extension.
La composition de ces châssis est la suivante :






01 CPU 946/947
01 alimentation avec ventilateur
01 coupleur IM304
01 coupleur IM314
10 cartes ETOR
04 cartes STOR.
III-2)- LA GESTION DE LA COMMUNICATION :
III-2-1)- Communication par réseau SINEC L1 :
Le réseau local SINEC L1 (Siemens Network communication Low range) fournit
des ressources simples pour la constitution d’un système d’automatisation décentralisée.
Il permet de raccorder les API SIMATIC S5-115U et S5-155U.
PMK/PC/IE
20
La communication ente les automates de l’installation est assurée via le réseau
SINEC L1 selon l’architecture présentée dans la figure .Chaque châssis de base contient
une carte CP1531 qui constitue le processeur de communication CP qui se charge de
l’exécution d’échange de données sur le réseau local selon le principe maître-esclave,
c'est-à-dire qu’un poste de pilotage maître se charge de la coordination des échanges sur
le bus. Les sous postes esclaves ne peuvent occuper le bus que lorsqu’ils auront obtenu
préalablement l’autorisation du poste de pilotage maître.
Les principales caractéristiques du réseau SINEC L1 :





Câble de transmission : 4 fils
Longueur maximale du réseau : 50Km
Nombre maximal de stations : 31
Taux de transfert : 9.6kbits/s
Procédure d’accès : « maitre-esclave »
III-2-2)- Asservissement par câble :
La communication entre les stockeuses et le poste PZ1 est assurée par un câble
25 pins sur une distance de 800m (voir la figure suivante).
Figure 5 : Asservissement par câble
III-3)- Le système de supervision :
Pour mieux faciliter la commande et le contrôle de l’installation, un superviseur
NEMATRON est installé à la salle de contrôle. Il est lié directement à l’automate maître
S5-155U du poste PZ2 via le module de communication CP525.
PMK/PC/IE
21
Ce système permet à l’opérateur au niveau de salle de contrôle d’avoir les
informations nécessaires au bon fonctionnement de l’installation.
Les principales fonctionnalités de ce superviseur sont :

Signaler et superviser l’ensemble des défauts.

Visualiser en temps réel l’évolution des heures de marche de la
roue-pelle et des convoyeurs principaux.

Archiver des informations et rétablir des historiques pour contrôler
ces heures de marche.
NEMATRON offre la possibilité de communiquer avec les équipements intelligents
à microprocesseur via ses interfaces séries qui supportent l’usage du code ASCII. Ce
superviseur contient une mémoire de 256 Kbytes CMOS RAM. Les ports utilisés pour la
communication sont 2 ports séries 25 pins COM1/COM2, configurables en RS232/RS422
ou RS485.
La programmation de cette interface opérateur est faite en BASIC.
III-4)- Les accessoires de sécurité :
1- Description des accessoires de sécurité :
En plus des sécurités électriques (fusibles et relais magnétothermique) et
mécaniques (percuteur du coupleur) chaque transporteur est protégé par :
-
Deux câbles métalliques (un de chaque côté) agissant sur des boîtiers d’arrêts
d’urgence à tirette assurant l’arrêt immédiat du convoyeur en cas de problème.
-
Quatre boîtiers de déport bande qui coupe l’alimentation au moteur
d’entraînement en cas de déport de la bande.
-
Un contrôleur de rotation qui est en effet un détecteur de vitesse monté à
proximité du tambour de queue de chaque convoyeur, il contrôle le glissement,
les surcharges de la bande, et la rupture de l’accouplement.
-
Un capteur de bourrage monté sur la goulotte d’alimentation et qui a pour but
d’arrêter le convoyeur en cas de bourrage.
-
Un fin de course qui est soit de positionnement du convoyeur devant la butée,
ce fin de course coupe l’alimentation au moteur et le convoyeur s’arrête.
PMK/PC/IE
22
L’arrêt est immédiat si l’électrofrein du moteur est en bon état. En effet, tous les
transporteurs d’une certaine longueur sont équipés d’un système de freinage, car le
couple de freinage du moteur n’est pas suffisant pour absorber dans un temps
raisonnable l’énergie cinétique de l’ensemble des masses en mouvement.
En plus de ces capteurs liés aux transporteurs, l’installation dispose de :

Sondes de niveau :
- Au niveau du bâtiment de criblage, ils sont trois sondes de niveau haut et trois
sondes de niveau bas qui gèrent le déplacement de la TAV des convoyeurs
S5 et S5’ vers la position de remplissage approprié.
- Au niveau des stockeuses, le stockage de type « cône shell » est effectué
jusqu’à la hauteur de la sonde de la flèche.

Arrêts d’urgence à coup de poing, installés prêt des équipements, ils
permettent leur arrêt immédiat en cas de problème.

Boite automatique /local ; permet de déterminer le mode de fonctionnement
d’un équipement donné soit en local pour les interventions de maintenance, soit
en automatique pour une commande à distance à partir de la salle de contrôle.
2- Recensement des accessoires de sécurité au niveau de l’installation :
L’installation dispose d’un nombre important de capteurs qui permettent
d’informer les unités de commande sur l’état des différents équipements. Le recensement
de ces capteurs est présenté dans le tableau:
Capteur
Nombre installé
Arrêt d’urgence à coup de poing
48
Arrêt d’urgence à tirette
156
Déport bande
112
Fin de course
68
Contrôleur de rotation
41
Sonde niveau
38
Bourrage
25
Boite commande auto / local
48
Tableau 5 : Recensement des accessoires de sécurité
Conclusion :
PMK/PC/IE
23
La mise en évidence de la constitution de la partie électrique de puissance et de
contrôle commande de l’installation d’épierrage Sidi Chennane, va nous permettre dans
le chapitre suivant de procéder à une analyse critique de la situation actuelle de la partie
électrique en se basant sur une méthodologie bien définie.
PMK/PC/IE
24
Analyse critique de la situation actuelle
Introduction : Méthodologie d’analyse
Pour procéder à une analyse critique de la situation actuelle de la partie électrique
de l’installation d’épierrage, nous nous sommes basés sur une méthodologie de
résolution des problèmes selon les étapes suivantes :
-
Etablir un découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation.
-
Faire un recensement des arrêts enregistrés en 2007 selon la décomposition.
-
Analyser les arrêts électriques pour ressortir les parties critiques.
-
Analyser les pannes par partie critique.
-
Mettre en évidence les principaux problèmes à attaquer par un plan d’action.
I) Découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation :
La subdivision de l’installation en parties permettant de mieux aborder l’analyse
critique est présentée en quatre niveaux selon le tableau suivant :
Niveau 1
Niveau 2
Partie
Puissance
Partie
électrique de
l’installation
d’épierrage
Partie
commande
Niveau 3
Réseau électrique
(haute, moyenne et basse
tension)
Partie opérative
Partie commande
&
Automate Programmable
Capteurs
(accessoires de sécurité)
-
Niveau 4
Arrivée HT
Transformateur HT/MT
Départ chantier
Départ MT & BT
Condensateurs
transformateurs
Force motrice
Câbles
Départs
Programmation
Alimentation
Cartes
Relais
Arrêt d’urgence
Contrôleur de rotation
Déport bande
Fin de course
Capteur bourrage
Sonde de niveau
Boite Automatique/Local
Tableau 6: Découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation
PMK/PC/IE
25
II) Pareto des arrêts en durée et en fréquence :
Une étude statistique des arrêts relatifs à l’année 2007 a permis de ressortir les
résultats suivants en terme d’heures d’arrêts et de fréquence d’arrêts de l’installation par
partie :
En heures
200
180
188h
160
140
120
45%
100
104h
83h
80
25%
60
20%
40
20
26h
6%
1
Commande
& API
2
Partie
opérative
3
Accessoires
de sécurité
4
Réseau
MT & BT
17h
4%
5
Réseau
HT
Figure 6 : Analyse Pareto des arrêts électriques en 2007 en durée
En Fréquence
900
874
800
700
612
600
500
400
437
40%
28%
300
20%
200
196
9%
100
1
Accessoires
de sécurité
2
Comman
de
& API
3
Partie
opérative
4
Réseau
MT & BT
66
3%
5
Réseau
HT
Figure 7 : Analyse Pareto des arrêts électriques en 2007 en fréquence
Selon cette analyse Pareto on remarque que trois organes affectent, à 90%, la
disponibilité en termes d’heures et de fréquence d’arrêts de toute l’installation
d’épierrage :

La partie commande et Automate Programmable apparaît en 1ère
position avec 45% en terme d’heures d’arrêts, et en 2ème position avec
40% en terme de fréquence d’arrêts.
 La partie opérative apparaît en 1ère position en terme de fréquence
d’arrêts, et en 3ème position en terme d’heures d’arrêts.
 Les accessoires de sécurité apparaissent en 2ème position en terme
d’heures d’arrêts, et en 3ème position en terme de fréquence d’arrêts.
Dans notre étude, nous allons nous intéresser à ces trois parties.
PMK/PC/IE
26
III) Analyse des arrêts :
III-1) Partie commande & Automate Programmable :
Le recensement des arrêts relatifs à la partie commande & API en 2007 a relevé les
résultats suivants :
En heures
90
86h
80
70
60
53h
50
46%
40
32h
30
28%
20
17%
10
17h
9%
1
Relais
2
Alimentation
3
Cartes
4
Programmation
Figure 8 : Pareto de la partie commande & API en 2007 en durée
En fréquence
300
294
250
220
200
150
48%
36%
100
73
50
12%
1
Alimentation
2
Relais
3
Programmation
25
4%
4
Cartes
Figure 9 : Pareto de la partie commande & API en 2007 en fréquence
L’analyse Pareto nous a permis de ressortir les sous parties critiques au niveau de la
partie commande et API qui affectent directement la disponibilité et la fiabilité de
l’installation ; à savoir, les relais, l’alimentation, les cartes et la programmation.
L’étude descriptive de l’ensemble de l’architecture de contrôle commande de
l’installation a été effectuée précédemment dans le premier chapitre dans l’objectif de
relever tous les points de défaillances présentés par le système actuel.
PMK/PC/IE
27
En effet, les limites du système de contrôle commande utilisé sont comme suit :
 Technologie API dépassée :
Toutes les unités de l’installation d’épierrage de Sidi Chennane sont commandées
par des automates Siemens Simatic S5, implantés depuis 1994. Selon l’écrit de la firme
Siemens présenté en annexe, cette technologie est abandonnée de fabrication depuis
2005.
L’installation dispose actuellement d’un stock prévisionnel de pièces de rechange
pouvant assurer au grand maximum 3 ans si on garde le rythme actuel de fonctionnement
de l’installation.
 Surdimensionnement du système de commande :
Si on étudie les tâches automatisées comparées à l’ensemble des fonctionnalités
présentées par les automates Siemens S5, on constate que ces unités sont
surdimensionnées au niveau de leur système de commande.
 Complicité de la structure logicielle du système :
Le
surdimensionnement
des unités de l’installation
rend le
programme
d’automatisation compliqué. En plus la programmation est en mode LIST qui est,
contrairement au mode LADDER, peu convivial pour les électriciens de l’installation. En
effet, ce système est rigide vis-à-vis des mises au point et des améliorations alors que la
flexibilité est une exigence pour tout système d’automatisation.
 Relayage encombrant :
La présence d’un grand nombre de relais d’interfaçage entre les cartes et les
capteurs ou les actionneurs nécessite un dépannage fréquent et un temps d’intervention
et de repérage consistant.
 Problèmes liés à l’asservissement par câble :
Le câble d’asservissement qui assure la communication entre chaque stockeuse et
le poste PZ1 s’étale sur une distance de 800m et gène le déplacement des deux
machines, en plus ce câble de diamètre…… tombe fréquemment en panne et la durée de
son entretien ou de son dépannage est importante.
PMK/PC/IE
28
D’autre part, ce mode de communication est peu évolutif et ne permet pas
d’adopter des améliorations d’une manière flexible.
 Superviseur peu évolutif :
La supervision est assurée par un ancien superviseur NAMATRON GE. Sa
mémoire ne dépasse pas 256 Kbytes, ce qui limite la possibilité d’élaborer un historique
assez important. En plus, ce superviseur n’est pas compatible avec le matériel Siemens
utilisé, il est seulement adapté à cette application.
D’autre part sa programmation par le biais du langage Basic est complexe.
III-2)
Partie opérative :
Le recensement des arrêts relatifs à la partie opérative en 2007 a relevé les
résultats suivants en terme d’arrêts en durée et en fréquence :
En heures
70
59h
60
50
40
57%
30
25h
20h
20
24%
19%
10
1
Force motrice
2
Câbles
3
Départs
Figure 10 : Pareto de la partie opérative en 2007 en durée
En fréquence
250
214
200
157
150
100
49%
36%
66
50
15%
1
Force motrice
2
Câbles
3
Départs
Figure 11 : Pareto de la partie opérative en 2007 en fréquence
PMK/PC/IE
29
L’analyse Pareto, nous a permis de ressortir les éléments critiques de la partie
opérative qui affectent d’une manière importante la disponibilité et la fiabilité de
l’installation, à savoir :
-
La force motrice qui apparaît en 1ère position avec 57% en terme d’heures d’arrêts et
49% en terme de fréquence d’arrêts.
-
Les câbles qui apparaissent en 2ème position avec 24% en terme d’heures d’arrêts et
36% en terme de fréquence d’arrêts.
Une étude de trois mois, sur le terrain, des causes des arrêts relatifs à chaque
partie a permis de dégager les résultats suivants :
2.1- Force motrice :
Causes arrêt
Sous
parties

Coupleurs


Electrofreins 

-
Moteurs
-

-

-
Fuites
Engorgement
Entretien fréquent
Usure de garniture
Mise à la masse des enroulements :
Isolation faible à cause des échauffements
excessifs.
Vieillissement
Défaut d’étanchéité
Mauvais alignement
Vibration :
Mauvais équilibrage des parties tournantes.
Défauts mécaniques
Bruit :
Fer actif desserré
Défauts dans le bobinage
Pourcentage
(%)
40%
37%
23%
2-2-Câbles :
Les problèmes au niveau des câbles sont dus essentiellement aux courts circuits
et aux défauts d’isolement.
III-3) Accessoires de sécurité :
Un recensement de la nature des arrêts relatifs aux accessoires de sécurité durant
l’année 2007 a permis de ressortir les résultats suivants en terme d’heures d’arrêts et de
fréquence d’arrêts par éléments :
PMK/PC/IE
30
En heures
45
41h
40
35
30
25
49%
20
19h
15
8h
23%
10
7h
10%
5
4h
4%
8%
1
Arret
d’urgence
2
Déport
bande
Fin3 de
course
4
Controleur
de rotation
2h
3%
5
Boite
Aut/Local
2h
3%
6
Sonde
de
niveau
7
Capteur
bourrage
Figure 12 : Pareto des accessoires de sécurité en 2007 en durée
En Fréquence
400
350
358
300
250
200
41%
210
150
24%
100
87
10%
50
70
61
8%
7%
52
6%
1
Arret
d’urgence
2
Fin de
course
3
Déport
bande
4
Boite
Aut/Local
5
Controleur
de rotation
6
Sonde de
niveau
36
4%
7
Capteur
bourrage
Figure 13 : Pareto des accessoires de sécurité en 2007 en fréquence
En effet, 82% des durées des arrêts relatifs aux accessoires de sécurité est dû à des
pannes sur :
-
Les arrêts d’urgence qui apparaissent en 1ère position avec 49% en terme d’heures
d’arrêts et 41% en terme de fréquence d’arrêts.
-
Les déports bande qui apparaissent en 2ème position en terme d’heures d’arrêts et en
3ème position en terme de fréquence d’arrêts.
-
Les fins de course qui apparaissent en 3ème position avec 49% en terme d’heures
d’arrêts et 2ème position en terme de fréquence d’arrêts.
PMK/PC/IE
31
L’analyse des causes des arrêts relatifs à ces trois éléments est présentée dans le
tableau suivant :
Elément
Arrêt d’urgence
Déport bande
Fin de course
-
Causes panne
Déréglage
Mauvais contact
Coincement du mécanisme
Déréglage
Mauvais contact
Coincement du mécanisme
Bras cassé
Déréglage
Mauvais contact
Bras cassé
Choc avec butée par manque électrofreins
sur moteur
Conclusion :
Le découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation d’épierrage Sidi
Chennane et l’élaboration d’une synthèse des problèmes les plus vulnérables affectant
cette partie, nécessitent par la suite, l’adoption d’un plan d’action pour apporter la meilleur
solution à ces problèmes afin d’augmenter la disponibilité et la fiabilité de l’installation.
PMK/PC/IE
32
Actions entreprises et propositions d’améliorations
I) Rénovation du système de contrôle commande et de supervision
existant :
Introduction :
Pour assurer une rénovation d’envergure du système de contrôle commande et de
supervision existant de l’installation de prétraitement, nous avons été amenés à étudier
deux solutions alternatives : la première porte sur une migration des automates Siemens
Série 5 abandonnés de fabrication à la série 7 du même constructeur Siemens. Tandis
que la deuxième alternative opte pour un changement global de la technologie en
implémentant des automates d’Allen Bradley.
Le choix final de la technologie à adopter se fera à partir des critères d’ordre
technologique et économique et nécessitera une bonne connaissance de l’environnement
matériel et logiciel de chaque équipement assurant la substitution du système existant et
l’amélioration de son fonctionnement.
Ce chapitre établit un descriptif des équipements nécessaires pour la réalisation de
chaque solution envisagée, en vue de déterminer à la fin la solution la plus commode à
notre application et les critères justifiant ce choix.
I-1) Les solutions proposées :
I-1-1) - 1ère solution : Automate SIEMENS Série 7
I-1-1-1- Présentation de l’architecture technique proposée :
L’architecture basée sur cette première solution est présentée dans l’annexe N°2.
La salle de contrôle est commandée par un automate maître S7 Série 400
connecté au superviseur par l’interface multipoints MPI. Les autres postes esclaves sont
dotés de stations de périphéries modulaires ET200M.
En effet, l’ET200M est une station passive (esclave) sur le bus de terrain profibus
DP avec une vitesse maximale de transmission de 12 Mbits/S.
La station ET200M est constituée par :
PMK/PC/IE
-
Un coupleur IM153-1
-
Jusqu’à 8 modules de périphérie de l’API S7-300
-
Dans le cas échéant, une alimentation.
33
L’ET200M est reliée au profibus DP par un coupleur IM153-1, et suivant les
capacités fonctionnelles du maître, il est possible de configurer la station avec divers
types de modules de périphéries.
D’une autre part, les deux stockeuses sont dotées d’automates S7 Série 300 et
communiquent avec l’automate maître de la salle de contrôle via une communication
sans fil radio modem.
I-1-1-2- Présentation de la partie hardware de l’architecture :
Le Simatic S7-300 est le mini-automate modulaire pour des applications d’entrées
et de milieu de gamme. La constitution modulaire, compacte et sans ventilation, la facilité
de réalisation d’architecture décentralisées et la simplicité d’emploi font du Simatic S7300 la solution économique et conviviale pour les différentes tâches effectuées au niveau
des deux stockeuses. Plusieurs CPU de puissance étagée et une vaste gamme de
modules de périphéries nous permettent de ne mettre en œuvre que les modules
nécessaires pour notre application.
D’une autre part, les exigences imposées aux automates programmables de
l’installation d’épierrage en matière de disponibilité et de tolérance aux pannes sont
toujours plus élevées. Dans ce cadre, seuls des systèmes redondants peuvent remplir les
conditions d’une telle disponibilité.
En effet, l’automate à haute disponibilité Simatic S7-400H remplit. Il continu à
fonctionner avec grande probabilité même en cas de défaillance partielle de la commande
à cause des défauts. Grâce à la disponibilité ainsi atteinte, l’automate S7-400H est bien
adapté à la mise en œuvre dans le cadre de notre application.
Le choix des automates et de leurs périphériques ainsi que du superviseur
s’effectuera, par la suite, suivant les exigences de notre application.
a- Processeurs :
 Au niveau de la salle de contrôle, le CPU 414-4H dispose de :
- Un processeur à hautes performances et une mémoire de travail de
travail de 1,4 Mo (700 Ko pour les données).
PMK/PC/IE
34
- Interface multipoint MPI qui permet d’interconnecter en réseau un
maximum de 32 stations de transmission de 187,5 Kbits/s.
- Interface profibus DP qui permet la réalisation simple d’automatismes
répartis à grande vitesse d’échange.
Référence CPU : 6ES7 414-4HJOO-OABO
 Au niveau des deux stockeuses, la CPU 314 dispose de :
- Un microprocesseur
- Une mémoire de travail de 64Ko
- Interface multipoint MPI
Référence : 6ES7 314-1AF10-OABO
b- Modules d’entrées/sorties :
 Pour les entrées, on distinguera deux types de modules :
- Module d’entrée TOR 16 entrées, 24 Vcc.
Référence : 6ES7 321-1BH-OAAO
- Module de 2 entrées analogiques, résolution 9/12/14bits
Référence : 6 ES7 331-7KB02-OABO
 Pour les sorties on distinguera également deux types de modules :
- Module de 32 sorties TOR, 24 Vcc
Référence : 6ES7 332-1BL00-OAAO
- Module de 8 sorties analogiques, résolution 11/12bits
Référence : 6ES7 332-5HF00-OABO
c- Châssis :
Les châssis constituent la structure mécanique de base du Simatic S7. Ils
remplissent les fonctions suivantes :
- Assemblage mécanique des modules
- Distribution de la tension d’alimentation des modules
- Interconnexion des différents modules par le bus de fond de panier
PMK/PC/IE
35
Les châssis utilisés dans notre application seront montés an armoires, ils sont de
trois types :
 Châssis de base CR3 (central Rack)
- Pour configurer l’appareil de base au niveau de la salle de contrôle.
- Optimisé pour les solutions d’automatisation décentralisées par le
couplage de 4 modules ou plus.
Référence : 6ES7 401-1DA01-OAAO
 Profilé support universel UR2 (universel Rack)
- Solution économique pour configurer les appareils d’extension.
- Capacité maximale de 9 modules
- Convient également pour S7-400H
Référence : 6ES7 390-1EA80-OAAO
d- Modules d’alimentation
 Pour le châssis de base au niveau de la salle de contrôle l’alimentation est
avec entrée 120/230Vca, sortie 24 Vcc/5A
Référence : 6ES7 407-OKAOO-OAAO
 Pour l’ET200M les alimentations valables sont :
- Entrée 120/230 Vca, sortie 24 Vcc/2A
Référence : 6ES7 307-1BAOO-OAAO
- Entrée 120/230 Vca, sortie 24 Vcc/5A
Référence : 6ES7 307-1EAOO-OAAO
e- Interfaces de communication :
Le Simatic S7 dispose de diverses interfaces de communication.
Les deux interfaces utilisées dans notre application sont comme suit :
 Communication process sur Profibus DP
S7-400 de la salle de contrôle est raccordé au bus Profibus DP par l’interface
Profibus DP intégrée de la CPU.
PMK/PC/IE
36
Les stations périphériques décentralisées ET200M au niveau des différents postes
de l’installation sont raccordées au bus en tant qu’esclaves
 Communication de données par interface multipoint MPI intégrée à la CPU
S7-400
C’est la solution à moindre coût pour le branchement de l’API maître avec le
pupitre opérateur OP17.
I-1-2) 2ème solution : Automates ALLEN BRADLEY
I-1-2-1- Présentation de l’architecture technique proposée :
La solution technique bâtie sur la technologie Allen Bradley fait appel à la gamme
SLC et doit permettre un contrôle commande et une surveillance de toute l’installation et
ce, à l’aide d’un superviseur centralisé et d’un système modulaire redondant installé dans
une armoire au niveau du poste PZ2.
L’architecture proposée pour cette solution est présentée dans l’annexe N°3.
L’automate principal à CPU est au niveau du poste PZ2, c’est un automate modulaire
redondant SLC 5/04 qui communique avec le superviseur au niveau de la salle de
contrôle via le réseau RIO. Cet automate gère les châssis d’E/S décentralisées au niveau
de PZ1, PS2, PZ3 et la salle de contrôle.
D’une autre part, les deux stockeuses sont dotées d’automates SLC 5/04 qui
communiquent avec l’automate au niveau de PZ1 via une communication sans fil radio
modem.
I-1-2-2- Présentation de la partie hardware de l’architecture :
La gamme SLC500 d’Allen Bradley choisie regroupe les versions modulaires des
automates programmables (PLC) à châssis compact et des entrées/sorties basées sur
rack. Cette famille de processeur, de dispositifs d’E/S et de périphérique assure
puissance et adaptabilité, en offrant une large gamme de fonctions de configuration des
communications et d’options de mémoire.
Le choix de l’automate et de ses périphériques ainsi que du superviseur
s’effectuera par la suite selon les exigences de notre application.
PMK/PC/IE
37
a- Processeurs :
Dans une opération d’automatisation, la flexibilité et l’évolutivité sont deux
paramètres importants, c’est pour cela qu’on a opté pour des automates modulaires.
Parmi les processeurs destinés à des automates modulaires, le plus approprié à
notre application est le SLC 5/04. Cette gamme de processeurs permet de configurer des
automates modulaires de 1024 entrées et 1024 sorties. Elle est d’une capacité mémoire
de 16 Kmots.
Référence : 1747-L541.
b- Modules d’entrées/sorties :
Les modules d’E/S à utiliser avec le processeur SLC 5/04 sont les modules
E/S 1746.
 Pour les entrées, on distinguera deux types de modules :
- Module d’entrée TOR 16 points fonctionnant en 24 Vcc
Référence : 1746-I B 16
- Module 08 entrées analogiques -20 à +20mA,
Référence : 1746-NI8
 Pour les sorties on distinguera également deux types de modules :
- Module de sortie TOR à contacts ç relais 16 points
Référence : 1746-OW16.
- Module 04 sorties courant analogique 0-20mA
Référence : 1746- NO4I
c- Réseau de communication :
Notre application requiert des connexions entre l’automate et les adaptateurs d’E/S,
en plus de la communication avec le superviseur.
Pour cela on a opté pour le réseau universel RIO qui en plus prend en charge de
nombreux équipements Allen Bradley et d’autres fournisseurs.
Ces équipements peuvent être connectés par l’intermédiaire de modules
adaptateurs RIO, en effet l’utilisation de ce réseau réduit le coût d’installation, de mise en
service et de maintenance.
PMK/PC/IE
38
d- Périphériques de communication :
La connectivité RIO dans notre architecture à base d’automates SLC 5/04 est
assurée par les interfaces suivantes :
Module scrutateur RIO de sauvegarde 1747-BSN :
La communication entre les deux automates redondants du poste PZ2 est assurée
par une paire de coupleurs BSN, qui permet de créer un système de processeurs
redondants pour sauvegarder les communications RIO et radio modem.
Le processeur principal contrôle les E/S, tandis que le processeur secondaire
reçoit les mêmes données des entrées. Les modules BSN communiquent sur une liaison
série rapide (HSSL) de façon à assurer une mise à jour continue du processeur
secondaire avec les données rémanentes. En cas de panne du processeur principal, le
processeur secondaire prend le contrôle du système.
En effet, le module 1747-BSN fournit un canal de communication ultrarapide entre
deux processeurs
l’opération
modulaires SLC500. Le système primaire contrôle à distance
d’entrée/sortie,
pendant
que
le
système
secondaire
supervise
les
communications via le HSSL (Hight Speed Serial Link). En cas d’un défaut dans le
système primaire, le système secondaire prend la relève.
Cette configuration RIO assurant la communication entre automates redondants
est présentée sur la figure :
Figure 14 : Configuration RIO du module BSN
Adaptateurs RIO 1747-ASB :
PMK/PC/IE
39
Les modules ASB des châssis entrées/sorties sont contrôlés par les automates
redondants. Le module ASB accepte les signaux provenant des automates via le réseau
RIO. Le module 1747-ASB est un module de liaison de communication RION à un
emplacement pour SLC500 comme le montre la figure :
Figure 15 : Modules ASB
Il occupe le premier emplacement (emplacement O) d’un châssis décentralisé
1746, dans lequel le processeur SLC réside normalement.
Le module 1747-ASB est un adaptateur esclave sur la liaison RIO et maître du
châssis décentralisé et du châssis d’extension décentralisé dans lequel il est installé. Le
module agit comme une passerelle entre le scrutateur et les modules d’E/S qui résident
dans le châssis décentralisé.
Il configure l’image des modules d’E/S dans son châssis décentralisé et dans un
châssis d’extension décentralisé directement vers l’image du processeur SLC.
e- Châssis :
Les châssis modulaires SLC apportent de la souplesse dans la configuration du
système. Ils sont disponibles en 4, 7,10 ou 17 emplacements.
PMK/PC/IE
40
Selon le besoin en modules matériels, le châssis 1746 loge le processeur ou le
module adaptateur d’E/S et les modules d’E/S.
Chaque châssis doit disposer de sa propre alimentation qui se monte sur le côté
gauche du châssis pour un châssis à 4 emplacements la référence est de 1746-A4
Pour 7 emplacements : 1746-A7
Pour 10 emplacements : 1746-A10
Et pour 13 emplacements : 1746-A13
f- Modules d’alimentation 1746 :
Lors de la configuration d’un système SLC, chaque châssis a besoin d’une
alimentation pour fournir le courant au processeur et aux emplacements d’E/S.
Pour déterminer l’alimentation d’un châssis donné, il faut calculer le courant total
consommé par chaque module de ce châssis puis comparer ce courant avec la capacité
électrique interne des alimentations, tout en s’assurant que la consommation électrique
totale du châssis est inférieure à la capacité électrique interne de l’alimentation à la fois
pour les charges 5Vcc et 25 Vcc.
On choisit l’alimentation adéquate dans la liste des références ci-dessous :
référence
Capacité électrique interne
5 Vcc
24 Vcc
1746-P1
2A
0,46A
1746-P2
5A
0,96A
1746-P3
3,6A
0,87A
1746-P3
10A
2,88A
Les modules d’alimentations choisis pour le châssis de base et les châssis d’E/S
au niveau de tous les postes de l’installation sont mentionnés dans l’architecture
proposée en SLC.
PMK/PC/IE
41
g- Terminal opérateur :
Panel View est un terminal opérateur à interfaces électroniques ayant des
capacités graphiques de haute performance avec affichage couleur. La famille Panel
View offre une gamme complète de solutions d’interfaces ainsi qu’une grande souplesse
de communication et de connexion aux automates.
Pour notre application on choisira le Panel View 1400 de référence : 2711-K14C1.
h- Transmission entre les stockeuses et le poste PZ1 :
La communication entre les unités de stockage et le poste PZ1, assurée dans
l’architecture actuelle par le câble d’asservissement sera remplacée par une
communication par radio modem.
Il s’agit en effet d’émission et de réception d’ondes électromagnétiques via des
modems radio. En fait, les modems se chargent de la conversion du signal numérique en
analogique et vice versa. Tandis que les radios connectés à des antennes, se chargent
de l’émission et de la réception des ondes.
Cette alternative est la moins coûteuse vue qu’elle ne nécessite pas l’installation
de station de station ni les travaux de génie civil. En plus, plus, elle est bien adaptée à la
mobilité des stockeuses.
Dans notre application on utilisera le radio modem RM9600 qui comprend des
transmetteurs / récepteurs UHF multi-canal émettant sur la bande 406-47 Mhz.
Les modems fournissent une liaison radio complètement transparente vis-à-vis du
protocole série utilisé. La configuration s’effectue via des switch, et l’état de la
configuration est affiché sur des LEDs. Ils possèdent également deux interfaces série :
une interface RS232 et une interface RS 485.
Les applications impliquant ce type de modems peuvent inclure les systèmes
d’alarme, l’acquisition de données, le contrôle à distance du processus et les systèmes
de surveillance vidéo.
PMK/PC/IE
42
La connexion de RM 9600 à l’automate SLC 5/04 est effectuée via la liaison
RS 232 et nécessite un amplificateur puisque la puissance délivrée ne dépasse pas
500Mw.
12V 6A
RS232
SLC 5/04
RG213
Radio Modem
Amplificateur
25W
RG213
Figure 16 : Implantation du support de communication
I-2) Choix de la technologie préconisée :
I-2-1- Etude économique :
Pour un choix judicieux de la solution de rénovation, une étude économique
s’avère nécessaire pour pouvoir prendre en considération le coût de la solution.
Dans ce contexte, nous avons établit une étude économique pour les deux
solutions envisagées (Voir annexe N°4 et 5).
I-2-2- Solution adoptée :
Le choix de la solution adéquate doit se faire d’une manière judicieuse, en se
basant sur des critères techniques et économiques.
Certes, les nombreux perfectionnements fonctionnels et le large éventail de
fonctionnalités proposé par chaque constructeur mettent les deux solutions en égalité de
point de vue fiabilité. Toutefois, la technologie Allen Bradley nous semble la plus adaptée
à notre application, et cela en s’appuyant sur plusieurs points :
 En premier lieu, l’étude économique établie précédemment nous a permis de
conclure que la technologie d’Allen Bradley est la plus intéressante du point de
vue coût d’investissement. En effet, le coût total de la solution englobant
matériel et programmation est de 0,7 MDH.
 D’autre part, l’environnement logiciel d’Allen Bradley présente plus de
convivialité pour les agents du service électrique.
PMK/PC/IE
43
En effet, les logiciels RS Logix sont basés sur la représentation LADDER inspirée
des schémas électriques. Ce qui assurera aux agents de l’installation, plus de
flexibilité et de simplicité lors de la programmation.
 Au niveau de la direction production minière de Khouribga, 90% des automates
utilisés sont de technologie Allen Bradley, ce qui assure l’interchangeabilité au
niveau de ces équipements.
 En plus, le programme qui sera réalisé en STEP7 sera une conversion du
programme existant en STEP5, et sachant que seulement 18% du personnel
de l’installation est en mesure d’intervenir efficacement en STEP5, on
remarque que la première solution et à décliner.
En sommes, nous aboutissons à l’adoption de la deuxième solution partant des
critères cités précédemment qui mettent en évidence les avantage des équipements Allen
Bradley et leur parfaite compatibilité à notre application.
II) Actions à entreprendre au niveau de la partie opérative :
Après avoir mis en évidence les causes des pannes relatives à la partie opérative
et aux câbles, les actions suivantes ont été mises au point :
Sous parties
Coupleurs
Electrofreins
Actions
- Remplacement par les démarreurs électroniques
- Renouvellement
- Entretien systématique
Moteurs
- Analyse vibratoire périodique
- Introduction d’un système électronique de commande et de
protection des moteurs
- Vérification & Mesure systématique d’isolement
Câbles
PMK/PC/IE
- Renforcement de la protection des câbles par des chemins et
des buses.
44
II-1)-Remplacement des coupleurs par des démarreurs électroniques
:
L’entretien et la réparation représentent une part significative du coût total du
coupleur sur la durée d’utilisation. L’installation d’un coupleur hydraulique permet d’avoir
un démarrage très souple, mais le coupleur représente un poste d’entretien
supplémentaire, et un glissement supplémentaire permanent de la vitesse de l’ordre de
3%, lorsque le moteur aura atteint sa vitesse nominale. Le coupleur hydraulique
consomme également de la puissance. Les constructeurs cherchent à réduire ces coûts à
travers une amélioration de la qualité et de la fiabilité. Les interventions principales sur un
coupleur sont généralement des opérations de maintenance nécessaire pour maintenir un
bon niveau de performance et de sécurité. Il s’agit essentiellement du remplacement
d’huile et de la réparation des fuites de liquide de fonctionnement en cas de surcharge
thermique.
Ainsi vu ces inconvénients, il s’avère nécessaire de remplacer les coupleurs
hydrauliques utilisés au niveau de l’installation, pour assurer un bon démarrage des
convoyeurs, par des démarreurs électroniques.
L’étude de cette action est explicitée en annexe 6.
II-2)-Renouvellement des électrofreins :
Le manque d’électrofreins sur les moteurs assurant le déplacement des têtes
avançables en vue de changement de position de déversement du phosphate dans les
goulottes, nécessite à chaque fois l’intervention des électriciens.
La solution adoptée consiste au renouvellement de ces moteurs. Pour cela, nous
avons lancé l’achat de moteurs à électrofreins dont les pièces d’usure sont disponibles
sur le marché. La justification d’achat des moteurs électriques de puissance 3KW à
électrofreins est présentée en annexe 7.
II-3)-Actions mises au point pour les moteurs :
II-3-1- Entretien :
Pour éviter les anomalies récurrentes sur les moteurs, les actions suivantes ont été
engagées :
PMK/PC/IE
45
- Surveillance de l’échauffement et de l’isolement des moteurs.
- Vérification des roulements et des contacts.
- Entretiens de routine : réglage, graissage, serrage de boulons, nettoyage,
dépoussiérage…
II-3-2- Analyse vibratoire :
Dans le même cadre nous avons effectué l'analyse vibratoire des moteurs de
l’installation ce qui nous a permis d'identifier exactement la nature des anomalies et leurs
gravités (fissure, frottement, mauvais alignement, balourd...etc) pour ces moteurs. Le
résultat de cette analyse a été transmis aux installateurs qui sont tenus de procéder aux
interventions nécessaires.
Le rapport de cette analyse est présenté en annexe 8.
II-3-3- Introduction d’un système électronique de commande et de protection
des moteurs :
L’obligation toujours accrue d’augmenter le rendement de l’installation d’épierrage
impose des exigences très élevées aux systèmes de commande, de surveillance et de
protection.
Il faut d’une part, tirer le maximum de profit des moteurs et des équipements tout
en maintenant au minimum, d’autre part, les durées d’arrêt résultant de l’entretien et des
pannes du moteur.
Ces exigences très élevées sont satisfaites de manière idéale au moyen du
système de commande et de protection série 825 basé sur la technique des
microprocesseurs. La structure modulaire du série 825 Smart Motor Manager et la
programmation très simple de tous les paramètres garantissent l’adaptation optimale du
Série 825 aux besoins de protection du moteur et des équipements exploités en matière.
L’affichage des données de service actuel se fait directement sur le 825 Smart
Motor Manager, et les données statistiques importantes peuvent être appelées et
affichées à tout moment, ce qui permet la surveillance constante de l’exploitation.
L’étude de cette action est explicitée en annexe 9.
PMK/PC/IE
46
II-4)-Actions mises au point pour la protection des câbles :
En plus des actions de vérification et des mesures systématiques de l’isolement
des câbles, on a pu renforcer leur protection ont les faisant passer par des chemins de
câbles le long de certains convoyeurs.
Avant
Après
Figure 17 : Passage des chemins de câble le long des convoyeurs
III) Actions mises en œuvre au niveau des accessoires de sécurité :
Suite aux arrêts relatifs aux accessoires de sécurité, les actions d’amélioration
suivantes ont été entreprises :
- Sensibilisation des installateurs sur l’utilisation appropriée des arrêts d’urgence.
- Optimisation de la périodicité des contrôles systématiques.
- Protection mécanique de ces éléments contre poussière et casse par le biais de
confection de supports robustes, et revue de leurs emplacements.
- Contrôle systématique et rectification de l’alignement des convoyeurs.
Pour le contrôle systématique des accessoires de sécurité, une liste de ces
accessoires par chaîne est présentée dans l’annexe 10, ce qui permettra d’assurer un
bon suivi du contrôle.
PMK/PC/IE
47
Politique de maintenance électrique :
I)
Description de la politique actuelle de maintenance électrique :
La maintenance pratiquée actuellement reste tributaire des arrêts de production ou
des arrêts mécaniques.
La situation actuelle est résumée dans le tableau suivant :
Elément
Situation Actuelle
- Graissage systématique
- Analyse vibratoire systématique
- Entretien pendant les arrêts de production ou les
arrêts mécaniques
- Entretien pendant les arrêts de production ou les
arrêts mécaniques
- Entretien pendant les arrêts de production ou les
arrêts mécaniques
- Intervention sur la partie MT lors des coupures de
courant prévu pour des entretiens HT
Moteurs
Accessoires de commande & de sécurité
Armoires
&
Alimentations
Partie
puissance
Partie
commande
HT & MT
II) Propositions d’amélioration :
II-1- Organisation du personnel électricien de l’installation :
La section trémie qui se charge de la maintenance électrique de l’installation
d’épierrage de Sidi Chennane est une section de l’atelier Engin et installation fixe du
service de maintenance électrique Sidi Chennane (PMK/PC/IE).
L’organisation actuelle de la section trémie est comme suit :
Ingénieur Chef de service
Chef d’atelier Engin et Installation fixe
1 – X6
Responsable installation fixe
1 – X5
1er poste
Entretien & Dépannage
1 – X3
3 – GC
1 - PC
PMK/PC/IE
2ème poste
Entretien & Dépannage
1 – X3
3 – GC
1 - PC
3eme poste
Dépannage
1 – X3
3 – GC
1 - PC
48
En effet, un calcul basé sur les données relatives à l’effectif du personnel
électricien selon les trois postes a révélé un manque de personnel de l’ordre de 50%,
accentué par :
-
le rajeunissement de l’effectif existant ; en effet, 60% du personnel ont moins de 5 ans
d’ancienneté.
Les départs en retraite ; en effet, 40% du personnel partent en retraite dans moins de
5 ans.
Les problèmes liés aux périodes des congés, même si on n’autorise pas plus de 20%
du personnel en même temps.
Pour cela, on a proposé une nouvelle organisation à mettre en place basée sur le
recrutement du personnel, et qui permettra d’assurer la relève et de garantir la
transmission du savoir faire.
Cette organisation est la suivante :
PMK/PC/IE
49
II-2- Maintenance électrique systématique :
Un plan de maintenance électrique systématique programmée avec une périodicité
bien définie a été mis au point suivant le tableau ci-dessous.
Parallèlement, un plan d’inspection est préconisé pour s’assurer que des
problèmes mineurs et souvent détectables ne dégénèrent en pannes.
Propositions
Equipements
Activités systématiques
Moteurs
Accessoires de commande
&
de sécurité
Partie
puissance
Armoires
&
alimentations
Partie
commande
HT & MT
Entretien systématique : (2000 HM)
- Isolement
- Plaques à bornes
- Etanchéité
- Ventilation
- Fixation
- Graissage paliers
Entretiens systématiques (400 HM)
- Boite de connexion
- Coffrets
- Accessoires de sécurité
- Commande locale
Entretiens systématiques (1200 HM)
- Disjoncteur
- Contacteur
- Isolement des câbles
Entretiens systématiques (400 HM)
- Relayage
- Connexion
- Automates
Entretiens systématiques (1200 HM)
- Transformateurs
- Armoire MT
Activités de contrôle et
d’inspection
- Suivi des vibrations
- Suivi des points de fonctionnement
- Vérification de l’état des
connexions
- Test de fonctionnement
- Suivi des mesures de courant
- Suivi du facteur de puissance
- Test de contrôle des organes
- Suivi du niveau de climatisation
- Suivi du nombre et de la nature
des déclenchements
- Suivi du contrôle des transfo
II-3- Elaboration d’un manuel technique de maintenance électrique :
Le contenu du manuel technique élaboré se réfère aux manuels des constructeurs et
aux rapports de stage déjà effectués. En plus ce manuel formalise l’expertise des agents
électriciens de l’installation au niveau du mode opératoire des interventions sur les postes
électriques, en plus du diagnostic des pannes électriques sur :
- Les convoyeurs & les moteurs d’entraînement
- Les extracteurs métalliques
- Les stockeuses
- Les automates programmables.
Ce manuel comporte également les consignes de sécurité pour la maintenance
électrique au niveau de l’installation. Ainsi que le mode opératoire d’utilisation du
pupitre de commande au niveau de la salle de contrôle de l’installation.
PMK/PC/IE
50
CONCLUSION GENERALE
L’objectif de cette étude de la partie électrique de puissance et de contrôle
commande de l’installation d’épierrage Sidi Chennane, était l’amélioration de cette partie
en terme de fiabilité et de disponibilité.
Pour cela, on a réalisé les actions suivantes :
Dans un premier temps, on a élaboré un descriptif détaillé de la partie électrique
de puissance et de contrôle commande de l’installation.
Après, on a fait un diagnostic détaillé de cette partie en vue de ressortir les points
critiques des organes les plus vulnérables causant l’arrêt de l’installation. En effet, trois
organes affectent à 90% la fiabilité et la disponibilité de toute l’installation.
La partie Commande & Automates Programmables vient en premier lieu, suivi de la partie
opérative (Force motrice, câbles et départs), puis en troisième lieu les accessoires de
sécurité.
Par la suite, on a apporté la meilleur solution possible à ces problèmes compte
tenu des conditions et de l’environnement de l’installation.
 Pour la partie Commande & Automates Programmables, on a proposé deux
solutions alternatives. Et en se basant sur les critères : coût, interchangeabilité,
flexibilité et fiabilité, notre choix s’est porté sur la solution en Allen Bradley
SLC 5/04. La partie programmation devant être faite en interne, ou en externe
dans le cadre d’un marché.
 Pour la partie opérative, plusieurs solutions techniques ont été apportées selon
les exigences de notre application.
 Quand aux accessoires de sécurité, des actions ont été entreprises pour fiabiliser
ces éléments et garantir la sécurité du personnel opérateur au niveau de
l’installation.
Dans le cadre de la maintenance électrique, un besoin de l’ordre de 30% en
personnel électricien de l’installation a été défini suivant la nouvelle organisation qui doit
être mise en place.
D’une autre part un plan de maintenance électrique systématique a été élaboré
parallèlement à un plan de contrôle et d’inspection.
PMK/PC/IE
51
Et on a finalisé l’étude par l’élaboration d’un manuel technique de maintenance électrique
scindé à la sécurité et au diagnostic des pannes électriques des principaux organes de
l’installation.
Notre contribution au niveau de la partie électrique, combinée avec les solutions au
niveau production, logistique et mécanique, permettront d’atteindre l’objectif de production
des 7,6 MT en 2008 au niveau du secteur Sidi Chennane.
PMK/PC/IE
52
LISTE DES FIGURES
Figure
Page
Figure1 : Données de production de l’installation Sidi Chennane
6
Figure 2 : Schéma synoptique de l’installation
7
Figure 3 : Partie électrique de puissance de l’installation
11
Figure 4 : Architecture de contrôle commande de l’installation
17
Figure 5 : Asservissement par câble
21
Figure 6 : Analyse Pareto des arrêts électriques en 2007 en durée
26
Figure 7 : Analyse Pareto des arrêts électriques en 2007 en fréquence
26
Figure 8 : Pareto de la partie commande & API en 2007 en durée
27
Figure 9 : Pareto de la partie commande & API en 2007 en fréquence
27
Figure 10 : Pareto de la partie opérative en 2007 en durée
29
Figure 11 : Pareto de la partie opérative en 2007 en fréquence
29
Figure 12 : Pareto des accessoires de sécurité en 2007 en durée
31
Figure 13 : Pareto des accessoires de sécurité en 2007 en fréquence
31
Figure 14 : Configuration RIO du module BSN
39
Figure 15 : Modules ASB
40
Figure 16 : Implantation du support de communication
43
53
LISTE DES TABLEAUX
TABLEAU
Page
Tableau 1 : Spécifications des transformateurs MT/BT de l’installation
13
Tableau 2 : Spécifications des câbles MT de l’installation
13
Tableau 3 : Spécifications des transformateurs BT/BT de l’installation
15
Tableau 4 : Caractéristiques des moteurs
16
Tableau 5 : Recensement des accessoires de sécurité
23
Tableau 6: Découpage fonctionnel de la partie électrique de l’installation
25
PMK/PC/IE
54
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