Telechargé par Lhoussayne BEN MOULA

rapport de stage

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Université Chouaib Doukkali
Ecole nationale des sciences appliquées d’El Jadida
Département génie énergétique et électrique
Rapport du Stage
Stage d’étude réalisé au sein de Jorf Lasfar Energy Company
Du 01/07/2016 au 12/08/2016
Rénovation de l'armoire de régulation by-pass
basse pression des turbines des unités 1&2
Réalisé par :
TAKNI Khalid
Encadré par :
Mr. : A.BOUZEKRI
Année universitaire : 2015/2016
Rapport de stage
Avant propos
Dans le cadre de ma formation en 2éme année génie énergétique et électrique à l’école nationale
des sciences appliquées d’El Jadida (ENSAJ), on est amené à effectuer un stage professionnelle de
un à deux mois.
Au cours de ce stage, que j’ai effectué à la centrale thermique de Jorf Lasfar « TAQA » au service
instrumentation & contrôle commande entre le premier Juillet et le 15 Aout, j’ai eu pour mission
la rénovation de l’armoire de régulation By-pass basse pression des turbines des unités 1&2, en
vue d’éliminer les pertes gigantesque que peut causer le phénomène d’obsolescence des cartes qui
constituent l’armoire (GBP).
Cette expérience m’a permis d’apprendre énormément en termes de connaissances théoriques,
pratiques et personnelles.
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Rapport de stage
Remerciements
Nous ne pouvons entamer ce présent rapport sans exprimer nos sincères remerciements à tous
ceux qui ont contribué, de près ou de loin, à l’aboutissement de ce projet.
Tout d’abord, je tiens à présenter mes remerciement à M. ABDELMAJID IRAQUI
HOUSSAINI, président directeur Générale du groupe TAQA, pour m’avoir permis d’intégré
TAQA MOROCCO dans le cadre d’un projet industriel de fin d’études.
J’adresse aussi mes sincères remerciements à toute l’équipe pédagogique de l’école nationale
des sciences appliquées d’El Jadida (ENSAJ) et les intervenants professionnels responsables
de la filière génie énergétique et électrique (G2E), pour avoir assuré la partie théorique de
celle-ci.
Je tiens à remercier tout particulièrement et à témoigner toutes nos reconnaissances à
Monsieur HAJJAJI, Professeur chercheur à l’école nationale des sciences appliquées d’El
Jadida (ENSAJ) et responsable de la filière génie énergétique et électrique (G2E), d’avoir
nous offrit l’occasion d’entamer un stage à l’intérieur de société TAQA MAROCCO et pour
son aide.
Mes remerciements s’adressent à Monsieur BENZAKRI, notre tuteur de stage, pour nous
avoir fait partager toute son expérience et ses compétences, pour le temps qu’il nous a
consacré tout au long de cette période de stage, sachant répondre à toutes nos interrogations,
sans oublier sa participation à la réalisation de ce mémoire.
Je tiens à remercier Monsieur ASSIMI et Monsieur ABDELAZIZ CHAKOURI pour leurs
judicieuses directives et pour l’intérêt avec lequel il ont poursuivi la progression de notre
travail.
Je tiens aussi à remercier l'ensemble du personnel de TAQA MOROCCO pour l'aide et le
temps qu'ils nous ont octroyés. Nos sincères remerciements s’adressent à tous les agents de
l’atelier électrique, de nous avoir fait profiter de leurs compétences, précieux conseils et de
bienveillants encouragements.
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Rapport de stage
Résumée
Ce projet industriel, ayant pour but de lutter contre le phénomène d’obsolescence, se présente
sous le titre de : «Etude de la rénovation de l'armoire de régulation by-pass basse pression des
turbines des unités 1&2 à la centrale thermique de TAQA ».
A cet effet, une phase préliminaire a été réaliser afin d’analyser l’armoire GBP qui existe à la
centrale thermique, et de cerner la problématique pour aboutir à un choix judicieux de la
solution.
La conception de l’armoire de contrôle commande constitue la phase essentiel de ce projet.
Pour se faire, le travail a été répartie en deux volets essentiel à savoir : l’analyse fonctionnelle
et le dimensionnement de la solution.
L’étape qui suit, et qui traite l’automatisation et l’interface de supervision, vise à étudier la
compatibilité de la solution avec la supervision existante, mais aussi à voir si le nouveau
système peut être implémenté facilement dans le réseau.
La dernière étape représente l'étude financière du projet, ayant pour objectif de déterminer
l'investissement et le gain de ce projet.
Cette étude a permis de trouver la solution convenable pour la rénovation de ses systèmes,
cette solution qui va générer des gains à plusieurs niveaux, et enfin elle va diminuer les pertes
catastrophiques du au phénomène d’obsolescence.
Mots clés : Centrale thermique, chaudière, contrôle, commande, supervision.
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Rapport de stage
Table des matières
Avant propos ........................................................................................................................................... 2
Remerciements ....................................................................................................................................... 3
Résumée .................................................................................................................................................. 4
Table des matières .................................................................................................................................. 5
Liste des figures ....................................................................................................................................... 8
Liste des tables ........................................................................................................................................ 9
Introduction........................................................................................................................................... 10
Chapitre 1 : CONTEXTE GENERALE ET PROBLEMATIQUE DU PROJET ................................................... 11
I. PRESENTATION DE L’ORGANISME D’ACCEUIL.................................................................................... 12
I .1. Présentation de JLEC filiale du groupe TAQA ............................................................................. 12
I.1.1. Historique sur la centrale thermique ................................................................................... 12
I.1.2. Participation de la CT dans la production d’énergie au Maroc : .......................................... 12
I.1.3. Organigramme de la centrale thermique : ........................................................................... 13
I.1.4. Processus de production de l’énergie électrique :............................................................... 14
I.2. Les étapes de production de l’énergie électrique à JLEC : .......................................................... 14
I.2.1. Manutention du charbon : ................................................................................................... 15
I.2.2. Chaine de broyage ................................................................................................................ 15
I.2.3. Adduction d’eau ................................................................................................................... 16
I.2.4. Chaudière ............................................................................................................................. 16
I.2.5. La turbine.............................................................................................................................. 16
I.2.6. Le condenseur ...................................................................................................................... 16
I.2.7. Les pompes d’extractions et de circulation.......................................................................... 17
I.2.8. L’alternateur ......................................................................................................................... 17
I.2.9. Le Transformateur ................................................................................................................ 17
II. PROBLEMATIQUE ET PLANING DU PROJET : ..................................................................................... 18
II.1. Présentation de la problématique : ........................................................................................... 18
II.1.1. Phénomène d’obsolescence :.............................................................................................. 18
II.1.2. Manifestation du problème dans l’armoire de régulation By-pass basse pression (GBP) . 18
II.2. Plan du projet : ........................................................................................................................... 18
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 19
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Rapport de stage
Chapitre 2 : ANALYSE DE L’ANCIENNE ARMOIRE GBP........................................................................... 20
I. Présentation du système GBP: ........................................................................................................... 21
I.1 Rôle du système ........................................................................................................................... 21
I.2. Description du système ............................................................................................................... 21
I.2.1. Vannes de détentes vapeur (PCV 101-201).......................................................................... 22
I.2.2. Désurchauffeurs ................................................................................................................... 22
I.2.3. Système hydraulique ............................................................................................................ 22
I.3. Fonctionnement .......................................................................................................................... 22
I.3.1. Fonctionnement vannes de détente .................................................................................... 22
II. Présentation de l’armoire by-pass basse pression turbine (GBP).................................................... 23
II.1. Rôle de l'armoire de contrôle GBP ............................................................................................. 23
II.2. Description de l’armoire de contrôle GBP.................................................................................. 23
II.2.1. Interface opérateur SattCon OP45 ..................................................................................... 24
II.2.2. Système de commande SattCon 05 Slimline: ..................................................................... 24
II.2.3. Système de contrôle de position (Vickers) .......................................................................... 25
III. ETUDE DE L’ARMOIRE GBP .............................................................................................................. 26
III.1. Identification des entrées/ sorties ............................................................................................ 26
III.2. Instrumentation et protocole de communication .................................................................... 27
III.2.1. Les capteurs de mesure ...................................................................................................... 27
III.2.2. Les organes de commande (actionneurs ou effecteurs) .................................................... 28
III.3 Analyse QQOQCP............................................................................................................................ 29
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 29
Chapitre 3 : ETUDE & CONCEPTION D’UNE NOUVELLE ARMOIRE DE CONTROLE GBP......................... 30
I. Analyse fonctionnelle : ....................................................................................................................... 31
I.1. Mise en évidence du but par la méthode bête à corne .............................................................. 31
I.2. Définition des milieux extérieurs par le diagramme pieuvre ...................................................... 31
II. Propositions et choix de solutions :................................................................................................... 32
II.1. Unité de traitement.................................................................................................................... 32
II.1.1. Choix de l’unité de traitement ............................................................................................ 32
II.2. Unité d’affichage: ....................................................................................................................... 34
II.2.1. Choix de l’unité d’affichage ................................................................................................ 34
II.3. Système d’actionnement électro-hydraulique avec des soupapes proportionnelles ............ 35
II.3.1. Caractéristique et composants du système ....................................................................... 35
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Rapport de stage
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 42
Chapitre 4 : AUTOMATISATION ET INTERFACE DE SUPERVISION ......................................................... 43
I. Cahier de charge : ............................................................................................................................... 44
II. Le Grafcet de la station hydraulique : ............................................................................................... 44
III. Logiciel de programmation Siemens : Tia Portal .............................................................................. 49
III.1. Description du logiciel ............................................................................................................... 49
III.1.1. La vue du portail : ............................................................................................................... 49
III.1.2. La vue du projet : ................................................................................................................ 49
III.2. Création d’un projet .................................................................................................................. 50
III.3. Configuration et paramétrage du matériel : ............................................................................. 50
III.4. Présentation de l’interface : ...................................................................................................... 51
III.5.Relevé des adresses utilisées pour les entrées/sorties .............................................................. 51
III.6. Programmation de l’automate : ................................................................................................ 51
IV. Interface de supervision : ................................................................................................................. 52
V. La supervision via CENTRALOG: ........................................................................................................ 53
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 53
Chapitre 5 : ETUDE ECONOMIQUE ........................................................................................................ 54
I. Introduction ........................................................................................................................................ 55
II. Apports de la réalisation du projet.................................................................................................... 55
III. Investissement à engager pour automatiser la plateforme ............................................................. 55
III.1. Equipements pour la partie automatisme ................................................................................ 55
III.1.2. Système de positionnement............................................................................................... 56
III.2. Equipements de supervision et d’affichage ............................................................................. 56
III.3. Logiciels ..................................................................................................................................... 56
III.4. Coût des anciens équipements de l'armoire GBP ..................................................................... 57
CONCLUSION ......................................................................................................................................... 58
Conclusion générale ............................................................................................................................. 59
Bibliographie ......................................................................................................................................... 60
Webographie : ...................................................................................................................................... 60
Annexe .................................................................................................................................................. 61
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Rapport de stage
Liste des figures
Figure 1 : Situation géographie de la Centrale thermique de JLEC ....................................................... 12
Figure 2 : Production d'énergie au Maroc............................................................................................. 12
Figure 3 : Organigramme de la centrale thermique .............................................................................. 13
Figure 4 : Etape de production de l'énergie électrique dans une centrale thermique ......................... 14
Figure 5 : Etapes de production de l'énergie électrique au sein de JLEC .............................................. 15
Figure 6 : Schéma synoptique du contournement vapeur (By-pass) .................................................... 21
Figure 7 : Les éléments constituants l’ancienne armoire GBP .............................................................. 23
Figure 8 : SattCon OP 45 ........................................................................................................................ 24
Figure 9 : Système de commande SattCon 05 Slimline ......................................................................... 24
Figure 10 : Système de contrôle de position ......................................................................................... 25
Figure 11 : Signaux échangés dans PCS ................................................................................................. 25
Figure 12 : schéma synoptique des entrées /sorties ............................................................................ 26
Figure 13 : Pyramide CIM ...................................................................................................................... 27
Figure 14 : Capteur de pression ............................................................................................................ 27
Figure 15 : Capteur de température ..................................................................................................... 28
Figure 16 : Capteur de niveau ............................................................................................................... 28
Figure 17 : Diagramme bête à corne ..................................................................................................... 31
Figure 18 : Diagramme Pieuvre ............................................................................................................. 31
Figure 19 : Les grands acteurs des automates ...................................................................................... 32
Figure 20 : La famille SIMATIC S7 .......................................................................................................... 33
Figure 21 : Gamme de CPU.................................................................................................................... 33
Figure 22 : SIMATIC HMI Basic Panel..................................................................................................... 34
Figure 23 : Armoire AV6+ ...................................................................................................................... 35
Figure 24 : Fiche technique de l’armoire AV6+ ..................................................................................... 35
Figure 25 : Système d'actionnement électro-hydraulique .................................................................... 36
Figure 26 : Actionneur avec unité de contrôle ...................................................................................... 36
Figure 28 : Unité de contrôle PV ........................................................................................................... 37
Figure 27 : Vérin de type ASM ............................................................................................................... 37
Figure 29 : Unité de commande pas à pas APL,APLE AND 4/3 WEDz ................................................... 38
Figure 30 : Système de contrôle de sécurité SSB .................................................................................. 38
Figure 31 : Système de contrôle de sécurité SBE .................................................................................. 39
Figure 32 : Transmetteur de rétroaction R-SG 16 ................................................................................. 39
Figure 33 : Transmetteur de rétroaction............................................................................................... 40
Figure 34 : Système de vérin électro hydraulique (commande avec valve proportionnelle) ............... 40
Figure 35 : Bloc d'alimentation ............................................................................................................. 41
Figure 36 : Les deux pompes d'huile ..................................................................................................... 41
Figure 37 : Armoire AV6+ standard ....................................................................................................... 42
Figure 38 : Grafcet : Démarrage et arrêt des pompes 1,2 et 3 suite à une basse pression d’huile ...... 45
Figure 39 : Grafcet : Démarrage automatique de la pompe 3 .............................................................. 46
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Rapport de stage
Figure 40 : Grafcet et conditions: Démarrage automatique de la pompe 2 ........................................ 47
Figure 41 : Grafcet et conditions Démarrage automatique de la pompe 1 ......................................... 47
Figure 42 : Grafcet : Permutation des pompes 1 et 2 ......................................................................... 48
Figure 43 : Vue du portail ...................................................................................................................... 49
Figure 44 : Vue de projet ....................................................................................................................... 50
Figure 45 : Présentation de l'interface .................................................................................................. 51
Figure 46 : Table de variables ................................................................................................................ 51
Figure 47 : Interface de supervision de la station hydraulique ............................................................. 52
Figure 48 : Interface CENTRALOG.......................................................................................................... 53
Figure 49 : Coût d'automate programmable......................................................................................... 55
Figure 50 :Coût des licences de TIA PORTAL et de WINCC ................................................................... 56
Liste des tables
Tableau 1 : Caractéristiques de l'alternateur ........................................................................................ 17
Tableau 2 : Caractéristiques du transformateur ................................................................................... 17
Tableau 3 : Analyse QQOQCP de l’armoire GBP.................................................................................... 29
Tableau 4 : Appréciation des fonctions ................................................................................................. 32
Tableau 5 : Caractéristique de CPU 313 ................................................................................................ 34
Tableau 6 : Les caractéristiques techniques du SIMATIC HMI Basic Panel .......................................... 34
Tableau 7 : Les entrées/sorties ............................................................................................................. 44
Tableau 8 : Conditions: Démarrage et arrêt des pompes 1,2 et 3 suite à une basse pression d’huile . 46
Tableau 9 : Conditions Démarrage automatique de la pompe 3 .......................................................... 47
Tableau 10 : condition Permutation des pompes 1 et 2 ...................................................................... 48
Tableau 11: Coût de rénovation de l'armoire GBP................................................................................ 57
Tableau 12 : Coût de l'ancienne armoire GBP ....................................................................................... 57
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Rapport de stage
Introduction
Le système GBP dans les centrales thermiques est utilisé pour le contournement vapeur total ou
partiel des corps MP / BP de la turbine pour le démarrage de la tranche 1&2 pour permettre le
conditionnement chaudière, ainsi que pour assurer la continuité du circuit vapeur, sans rejet
extérieur.
A la centrale thermique de TAQA, les cartes qui constituent le système de régulation By-pass
basse pression des turbines sont devenus obsolètes, d’où la nécessité de leurs rénovation, c’est
dans ce cadre que s’inscrit ce projet à la centrale thermique de TAQA.
L’obsolescence des cartes qui constituent ses systèmes est un phénomène qui s’avère très
dangereux. En effet si une carte devient obsolète dans le marché alors que la centrale l’utilise
toujours, cela peut générer des pertes catastrophiques, ainsi leur rénovation devient indispensable.
La rénovation de ses systèmes constitue un véritable défi pour la société vu leur complexité en
termes de composants, et enfin d’emplacement critique dans la centrale thermique.
Notre but à travers cette étude sera avant tout d’éclaircir le fonctionnement de ses systèmes,
d’étudier la faisabilité de leurs rénovations et de choisir le système le mieux adéquat qui pourra
prendre la relève à leurs places.
Ce rapport est le témoin d’un travail qui vise l’étude de la rénovation des systèmes GBP de la
turbine des unités 1 & 2 de la centrale thermique de JLEC.
Notre étude s’étale sur cinq chapitres :
 Chapitre 1 : présente l’organisme d’accueil et nous approchent encore plus de la
problématique.
 Chapitre 2 : traite le système de contrôle qui existe à la centrale, à travers une analyse
détaillés qui va nous servir à la conception de la nouvelle armoire de contrôle.
 Chapitre 3 : quant à lui concerne le choix de la solution et son dimensionnement.
 Chapitre 4 : traite l’automatisation de la chaudière, ainsi qu’une étude sur l’interface de
supervision.
 Chapitre 5 : consiste en une étude économique du projet.
10
Rapport de stage
Chapitre 1 : CONTEXTE GENERALE ET
PROBLEMATIQUE DU PROJET
Ce chapitre sera consacré à la présentation de la Centrale
Thermique (CT) de JLEC filiale du groupe TAQA, lieu du
déroulement de notre projet, ou il sera question d’exposer le
processus de production de l’électricité, principale activité de
la centrale.
Ensuite on va présenter la problématique du projet et son
planning associé, réalisé sur MS Project, afin de bien
organiser notre travail tout au long de la période du projet.
11
Rapport de stage
I. PRESENTATION DE L’ORGANISME D’ACCEUIL
I .1. Présentation de JLEC filiale du groupe TAQA
JLEC se situe à proximité du cap blanc à 20 km de la ville d'El Jadida, et s'ouvre sur l'océan
Atlantique dans une position stratégique.
Figure 1 : Situation géographie de la Centrale thermique de JLEC
I.1.1. Historique sur la centrale thermique
Fondée en 1997, Jorf Lasfar Energy Company (JLEC) se positionne comme un acteur majeur
du secteur de l’énergie du Maroc avec un apport énergétique couvrant plus de 44% de la
demande nationale et 25% de la capacité installée du Royaume. Depuis Mai 2007, JLEC est
détenue indirectement à 100% par Abu Dhabi National Energy Company PJSC (TAQA),
acteur mondial dans le domaine de l’énergie.
I.1.2. Participation de la CT dans la production d’énergie au Maroc :
Figure 2 : Production d'énergie au Maroc
12
Rapport de stage
Avec ses 350 collaborateurs et ses six unités de production, JLEC est la plus grande centrale
thermique à charbon Indépendante de la région MENA et principal fournisseur de l’Office
National d’Electricité (ONE), avec une capacité totale installée de 2 056 MW.
Face aux enjeux énergétiques du Maroc et dans le cadre du Protocole d’Accord signé en Mai
2009 entre TAQA, JLEC et l’Office National de l’Electricité (ONE), Jorf Lasfar Energy
Company poursuit son développement à travers un projet d’extension de la Centrale
Thermique avec deux nouvelles unités de production.
Véritable référence dans son domaine et consciente de sa responsabilité vis-à-vis de la société,
JLEC se distingue à travers son engagement et ses actions citoyennes au niveau régional
compte tenu de sa proximité avec la ville d’El Jadida. Une démarche basée sur la promotion
de l’investissement, la création d’emplois et la protection de l’environnement.
I.1.3. Organigramme de la centrale thermique :
Figure 3 : Organigramme de la centrale thermique
13
Rapport de stage
I.1.4. Processus de production de l’énergie électrique :
La production de l’énergie électrique dans une centrale thermique passe par une succession
d’étapes de transformation d’énergie, allant de l’énergie chimique, calorifique, mécanique et
enfin électrique.
En effet, grâce à la réaction exothermique du combustible, au sein de la chaudière, l’énergie
chimique se transforme en énergie calorifique, cette dernière est récupérée par l’eau pour se
transformer en vapeur. Ayant atteint une température de 540°C environ et une pression de
182bar, la vapeur est utilisée pour faire tourner la turbine à 3000tr/min, ce qui engendre une
énergie mécanique donnant un mouvement de rotation pour l’alternateur. Ainsi l’alternateur
convertie cette énergie mécanique en énergie électrique.
La figure suivante résume ces étapes de transformation d’énergie :
Figure 4 : Etape de production de l'énergie électrique dans une centrale thermique
I.2. Les étapes de production de l’énergie électrique à JLEC :
Les six unités de production d’énergie électrique de la centrale thermique de Jorf Lasfar
utilisent comme combustible de base le charbon importé principalement du Brésil et de
l’Afrique du Sud.
La centrale fonctionne au charbon, en raison de la compétitivité de ce combustible, les
besoins pour six unités étant d’environ 3,5 millions de tonnes par an.
Chaque unité est constituée principalement d’un générateur de vapeur, d’une turbine, d’un
condenseur, d’un alternateur, d’un transformateur principal et d’un transformateur de
soutirage. Des auxiliaires communs par paire de tranches sont prévus, tels que : la salle de
commande et la cheminée, et des auxiliaires communs aux tranches, tels que : les installations
d’alimentation en eau brute et en combustible, la prise d’eau de mer, le poste électrique
d’évacuation de l’énergie, les bâtiments administratifs, les ateliers, les magasins et la
chaudière auxiliaire.
Les gaz de combustion sont rejetés à l’atmosphère à travers deux cheminées qui ont été
dimensionnées sur la base des normes les plus récentes en matière de respect de
l’environnement.
La production annuelle de l’énergie est évacuée par les deux lignes de 225KV vers le poste
Ghanem, Casablanca et Sidi Bouguedra.
14
Rapport de stage
Le principe de fonctionnement de la centrale thermique de JLEC peut être résumé par la
figure suivante :
Figure 5 : Etapes de production de l'énergie électrique au sein de JLEC
I.2.1. Manutention du charbon :
La centrale thermique de JLEC produit de l’électricité en utilisant le charbon. Le système de
manutention du charbon permet de véhiculer le charbon à partir du parc à charbon (Espace de
stockage de charbon) vers les trémies à charbon brut.
Le charbon importé est approvisionné au niveau du port de Jorf Lasfar où le déchargement est
effectué moyennant un quai à 12,50 m de tirant d’eau pouvant recevoir des bateaux dont la
capacité peut atteindre 75 000 tonnes environ.
La satisfaction des besoins en charbon des six unités nécessite le déchargement d’environ 4 à
6 navires par mois selon la capacité des navires utilisés.
L’acheminement du charbon entre le port et la centrale est effectué, avec un débit maximal de
2400 tonnes par heure, par un convoyeur qui alimente un parc de stockage d’une capacité de 1
million de tonnes environ, ce qui correspond à la consommation à pleine charge des 6 unités
pendant deux mois environ.
I.2.2. Chaine de broyage
Le rôle des chaines de broyage à la centrale thermique consiste à transformer le charbon de
l’état brut à l’état pulvérisé, tout en éliminant autant que possible son humidité et en assurant
une finesse optimale pour une meilleure combustion dans la chaudière.
Chaque chaudière est équipée de quatre chaines de broyages reliées entre elles, chaque chaine
comprend :
Un broyeur à boulets (18tr/min, 570 KW) ;
Un tapis doseur ;
Un séparateur et circuit de refus ;
Un cyclone ;
Un ventilateur broyeur ;
Des gaines d’air chaud et de mélange Air + charbon pulvérisé ;
Une trémie de charbon pulvérisé ;
Une trémie de charbon brut.
15
Rapport de stage
I.2.3. Adduction d’eau
Dans les centrales thermiques, l’eau joue un rôle primordial dans les différents processus de
production d’énergie. On l’utilise pour produire la vapeur, pour refroidir les installations, et
pour évacuer les déchets de combustion. La centrale thermique de JLEC est alimentée en eau
industrielle et en eau potable à partir d’un réservoir ONEP situé à environ 10 Km du site.
D’autre part l’eau de mer sert aussi au refroidissement de la vapeur, la centrale dispose d’une
station de prise d’eau de mer.
I.2.4. Chaudière
La chaudière est considérée comme étant la source chaude de la centrale thermique. En effet,
elle permet d’assurer la combustion du combustible ainsi que les différents échanges de
chaleur entre les gaz de combustion et le système eau/vapeur. Et cela à travers les différents
échangeurs qui traversent la chaudière. Elle est conçue pour brûler du fioul ainsi qu’une
grande variété de charbon. La chauffe se fait avec quatre caissons brûleurs et cinq broyeurs
verticaux.
I.2.5. La turbine
La turbine est un moteur thermique où se transforme l’énergie de la vapeur en énergie
mécanique pour entraîner le rotor de l’alternateur, cette transformation se fait en deux temps :
Transformation de l’énergie potentielle (pression) de la vapeur en énergie cinétique
(vitesse) c’est le rôle des tuyères.
Transformation de l’énergie cinétique en énergie mécanique (rotation du rotor) c’est-àdire transfert de l’énergie cinétique de la tangente des roues à ailettes qui entraîne un
alternateur.
La turbine de la centrale thermique de JLEC à 3 corps (HP-haute pression, MP-moyenne
pression et BP- basse pression) et la détente de la vapeur s'effectue en 2 étages.
Entre les 2, la vapeur retourne à la chaudière pour y être "resurchauffée".
Divers soutirages de vapeur sont prévus permettant le réchauffage de l’eau alimentaire avant
son admission dans la chaudière. Elle est caractérisée par :
Puissance nominale de la turbine : 330MW
Vitesse de rotor : 3000 tr/min
Pression du vapeur surchauffé : 182 bars
Température du vapeur surchauffé : 540°C
Pression au condenseur : 50mbar absolue
Débit de vapeur : 950 Tonne/heure
I.2.6. Le condenseur
Le condenseur est un réseau de tubes, sous forme d’un échangeur où circule de l’eau froide en
provenance de la baie des chaleurs. Lorsque la vapeur passe autour des tubes du condenseur,
elle se refroidit et se transforme en eau.
L’eau de refroidissement, est renvoyée une deuxième fois à la baie des chaleurs avec une
température de 10°C plus élevée que celle qu’elle avait avant d’être pompée la première fois.
16
Rapport de stage
A JLEC, pour chaque unité, le condenseur est installé transversalement. De type simple
parcours, Il est constitué de deux faisceaux de tubes en titane et de plaques tubulaires en titane
massif.
I.2.7. Les pompes d’extractions et de circulation
L’extraction de l’eau du condenseur est assurée par deux pompes d’extraction verticales, de
capacité 100% chacune dont une en réserve. L’eau circule ensuite dans le poste de traitement
des condensats qui comporte :
Un filtre,
Un échangeur cationique,
Un échangeur à lit mélangé,
Le circuit de contournement,
Les pièges à résines de sortie,
La fausse de neutralisation,
La régénération de type externe.
Le refroidissement du condenseur est assuré par un circuit ouvert à l’eau de mer. Ce système
fonctionne à l’aide de deux pompes de circulation verticales de capacité 50%pour chaque
unité.
I.2.8. L’alternateur
L’alternateur assure la transformation de l’énergie mécanique transmise par la turbine en
énergie électrique alternatif triphasé moyenne tension 22KV.
L’alimentation en puissance du système d’excitation est prise directement des bornes de
l’alternateur et est transformée dans l’unité de puissance au moyen de thyristors en un courant
continu qui est appliqué sur les bagues de l’enroulement rotorique de la machine synchrone.
Ce système se distingue par sa rapidité en régulation.
Ses caractéristiques sont les suivantes :
Puissance apparente
Puissance active
Facteur de puissance
Couplage des phases
Tension de sortie
Vitesse de rotation
Fréquence
412 MVA
350MW
0.85
en étoile
22KV
3000tr/min
50 Hz
Tableau 1 : Caractéristiques de l'alternateur
I.2.9. Le Transformateur
I.2.9.1. Transformateur principal
Il s’agit d’un transformateur élévateur de tension 22/225 KV, permettant d’évacuer l’énergie
électrique à la sortie des bornes des alternateurs vers le réseau national 225KV. Ses
caractéristiques sont les suivantes:
Puissance apparente
412 MVA
Facteur de puissance
0.85
Tension d’entrée
22KV
Fréquence
50 Hz
Tableau 2 : Caractéristiques du transformateur
17
Rapport de stage
I.2.9.2. Transformateur de soutirage
Ce transformateur a pour fonction l’alimentation de la totalité des équipements de la centrale
en énergie électrique 22KV/6.6KV.
Il est composé de trois enroulements : un primaire et deux secondaires. En cas de défaut au
niveau du secondaire le tertiaire prendra la relève d’alimentation.
I.2.9.3 Transformateur auxiliaire
En cas de défaut du transformateur de soutirage, l’alimentation des équipements vitaux de la
centrale en énergie électrique se fait moyennant un transformateur auxiliaire. Ce dernier est
relié au réseau moyen tension (60KV) de l’ONE.
II. PROBLEMATIQUE ET PLANING DU PROJET :
II.1. Présentation de la problématique :
II.1.1. Phénomène d’obsolescence :
L’obsolescence est le fait pour un produit d’être dépassé, et donc de perdre une partie de sa
valeur en raison de la seule évolution technique, même s'il est en parfait état de
fonctionnement.
Pour se prémunir contre ce phénomène, les entreprises doivent exercer une action de veille
technologique ou de veille sociétale pour prévoir, avec autant d'avance que possible, les
changements risquant de remettre en question la valeur de leur savoir-faire.
Le phénomène d’obsolescence peut causer des pertes au niveau de la production. Par exemple
si une carte électronique tombe en panne, et qu’elle est obsolète dans le marché alors cela va
obliger l’entreprise d’arrêter sa production, chose qui va générer des pertes catastrophiques.
II.1.2. Manifestation du problème dans l’armoire de régulation By-pass basse pression (GBP)
Le problème d’obsolescence se manifeste à la centrale thermique de JLEC dans l’armoire de
régulation By-pass basse pression (GBP).Cette armoire qu’on va présenter par la suite
assurent le contournement vapeur total ou partiel des corps MP / BP de la turbine.
II.2. Plan du projet :
Afin d’accomplir les tâches qu’elles nous ont été confiées durant cette période de stage au
sein de JLEC, un diagramme GANT a été effectué à l’aide du logiciel MS PROJECT. Ce
diagramme présente l’ensemble de tâches effectuées ainsi que leurs durées.
La figure ci-dessous représente le diagramme Gant réalisé à l’aide du logiciel Gantt Project :
18
Rapport de stage
CONCLUSION
Après avoir présenté la centrale thermique de TAQA, et la problématique du projet, nous
allons procéder à l’analyse de l’existant pour élaborer un cahier de charge pour bien concevoir
le nouveau système de contrôle commande.
19
Rapport de stage
Chapitre 2 : ANALYSE DE L’ANCIENNE
ARMOIRE GBP
Lors de ce chapitre, nous allons décrire le système
contournement turbine basse pression. Pour se faire une
analyse QQCQOP est importante pour mieux cerner le besoin
et éclaircir la problématique, enfin l’étude de l’armoire de
régulation By pass basse pression GBP va être l’étape
primordiale lors cette analyse.
20
Rapport de stage
I. Présentation du système GBP:
I.1 Rôle du système
Le système GBP permet le contournement vapeur total ou partiel des corps MP/BP de la
turbine :
Au démarrage de la tranche pour permettre le conditionnement chaudière puis le
démarrage TV.
Lors d’un déclenchement GTA, pour assurer (avec le contournement HP) la continuité du
circuit vapeur, sans rejet extérieur.
I.2. Description du système
Il consiste en une liaison assurant la détente et la désurchauffe de la vapeur resurchauffée
avant son admission au condenseur.
Il est composé essentiellement de :
2 vannes de détente à servomoteur hydraulique (PCV 101-201).
2 désurchauffeurs (101-201 DF) installés contre le condenseur.
1 groupe hydraulique assurant l’alimentation des servomoteurs.
4 (2 par désurchauffeur) vannes automatiques de désurchauffe (UV 103-PV 102-UV
203-PV 202).
1 armoire d’électronique d’asservissement des vannes.
Figure 6 : Schéma synoptique du contournement vapeur (By-pass)
21
Rapport de stage
I.2.1. Vannes de détentes vapeur (PCV 101-201)
Ce sont des vannes d’angle à cage. Les servo-moteurs hydrauliques sont à double effet.
Les vannes sont équipées d’un transmetteur de position (ZT 101-201) et des fins de course
ouverture (ZSH 101-201) fermeture (ZSL 101-201).
I.2.2. Désurchauffeurs
Ils sont équipés de 2 étages de désurchauffe alimentés par de l’eau d’extraction au travers des
vannes automatiques pneumatiques de désurchauffe qui sont pilotées par les électro-vannes
(UVX 103-203, PVX 102-202).
I.2.3. Système hydraulique
Groupe d’huile (HSU), Il est commun aux deux vannes de détente et il comprend
essentiellement :
Le réservoir d’huile (001 BA)
2 moto-pompes HP (001-002 PO)
1 moto_pompe de filtrage et réfrigération
1 réfrigérant eau/huile
1 accumulateur d’huile
L’instrumentation de contrôle et asservissement
1 coffret de commande (001 CR)
Panneaux d’asservissement (VCP, 101-201 CR)
Il y en 1 par vanne de détente et chacun comprend :
1 tiroir de positionnement à double effet
1 électrovanne de fermeture rapide (UY 113 – UY 213)
1 électrovanne d’ouverture rapide (UY 112 – UY 212)
I.3. Fonctionnement
I.3.1. Fonctionnement vannes de détente
En fonctionnement normal de la tranche, le système de contournement est fermé.
II.3.1.1. Fonctionnement automatique
Les vannes de détente vapeur sont sous la dépendance d’une chaine de régulation limitant
l’élévation de la pression de vapeur resurchauffée.
Cette pression évoluant en fonction de la charge turbine, une consigne automatique
proportionnelle à cette charge est élaborée, avec toutefois, un talon de consigne mimi à 15b.
L’opérateur peut également passer en consigne manuelle et fixer celle-ci à l’aide de la station
de consigne (HIK 001).
Un dispositif hydraulique permettant l’ouverture rapide des vannes de détente (électrovanne)
est actionné automatiquement en cas de :
Ordre d’ouverture rapide du contournement HP/système FHA.
Les vannes de détente dont remises sous la dépendance de la régulation dès leur ouverture
complète.
22
Rapport de stage
I.3.1.2. Fonctionnement manuel
Les vannes de détente peuvent être commandées manuellement depuis la salle de commande,
à partir de la station de commande (HIC 001)
I.3.1.3. Fonctionnement manuel
Un dispositif hydraulique (électrovanne) provoque automatiquement la fermeture rapide des 2
vannes de détente dès l’apparition de l’un des défauts de système.
Température haute vapeur entrée condenseur (TSH 101-201)
Pression haute condenseur (PSH001)
Pression basse eau de désurchauffe (PSL 001)
Défaut asservissement vannes de contournement (US 010)
II. Présentation de l’armoire by-pass basse pression turbine (GBP)
II.1. Rôle de l'armoire de contrôle GBP
L'armoire GBP commande et contrôle les vannes assurant le contournement turbine basse
pression. Elle permet la commande et le contrôle de:
La station hydraulique qui alimente les servomoteurs, assurée par l'unité de traitement.
L'ouverture et la fermeture des vannes de détente, assurée par le système de contrôle de
position.
II.2. Description de l’armoire de contrôle GBP
L'armoire de contrôle GBP comprend les éléments suivants :
Panneau de commande OP 45
Système de contrôle de position (PCS)
Interface des entrées / sorties (HSL)
Figure 7 : Les éléments constituants l’ancienne armoire GBP
23
Rapport de stage
II.2.1. Interface opérateur SattCon OP45
SattCon OP45est une combinaison unique du système de commande et d'interface opérateur
logées dans une seule unité.
SattCon OP45 peut également être utilisé
uniquement comme une interface opérateur, à
communiquer avec un système de commande. Dans
l’armoire existante, SattCon OP45 est utilisé comme
une interface opérateur seulement pour afficher
l’état des pompes ainsi que les alarmes et les alertes
provenant
de
l’extérieur.
Cette
interface
communique avec un système de commande qui est
le SattCon 05 Slimline d’ABB.
L’interface est constitué d'un menu principal, qui
dans les conditions normales de services, doit
toujours s'afficher.
A partir du menu principal, l'opérateur peut
sélectionner les fonctions de fonctionnement qu'il
souhaite.
Figure 8 : SattCon OP 45
II.2.2. Système de commande SattCon 05 Slimline:
SattCon 05 Slimline est une famille des automates programmables compacts pour petit pour
les applications de taille moyenne.
Une configuration modulaire, offrant quatre différentes cartes processeurs à quatre E / S
unités, signifie que chaque système peut être sur mesure pour répondre à votre exacte
exigences.
La famille SattCon 05 Slimline comprend des unités
d'E/S pour l'expansion du système(SD32D, SDA, SD24D,
SD24RS et SACV) et d'autres accessoires. Le système
intégré au niveau de l’armoire comprend le SD24D
comme des unités d’E/S.
SD24D est une unité E / S numérique avec 24 entrées
opto-isolées (16-32 V DC) et 24 sorties de transistor optoisolées (12-50 V DC).
L’image suivante présente le système de commande
SattCon 05 Slimline.
Figure 9 : Système de commande SattCon 05 Slimline
24
Rapport de stage
II.2.3. Système de contrôle de position (Vickers)
Le système de contrôle de position "Position Control System" - PCS est conçu pour contrôler
la position des vannes de réglage avec servomoteur électro hydraulique.
Le PCS reçoit le signal de commande pour positionner la vanne et
les signaux de position effective par le transmetteur de position de la
vanne. Les signaux, traités dans le PCS, commandant les bobines
des tiroirs hydrauliques montés sur le panneau hydraulique.
Le PCS est monté dans une armoire de commande et est disponible
dans des versions différentes en fonction du nombre de vannes à être
contrôlé. Le nombre et le type d'ouverture et fermeture rapide
signaux
Les composants de base sont:
Figure 10 : Système de contrôle de position
 Les modules PCS;
 La carte d'alimentation électrique;
 Les unités d'alimentation en courant continu (si applicable).
 Module PCS
Un module PCS est monté dans un rack et comprend les éléments suivants :
 Une carte de contrôle de position à deux voies, BTG-GC02;
 Une ou deux carte amplificateurs, EEA-PAP-520-A-10 et/ou EEA-PAM525-A-10;
 Une carte de circuits imprimés située en arrière-plan, BTG-PCS-BP-GC0202.
Cette carte assure la connexion entre les cartes de contrôle de position, les cartes
amplificateurs, et les borniers. Des relais pour les signaux d'ouverture et de fermeture rapides
et la commande de vannes booster sont également montés sur cette carte.
Figure 11 : Signaux échangés dans PCS
25
Rapport de stage
 Carte de distribution d'alimentation électrique
La carte de distribution d'alimentation électrique BTG-PCS-BP-PS01 est montée dans le
même rack que les modules PCS. Cette carte porte les éléments suivants:

L'unité d'alimentation électrique pour +ou- 15 V
c.c. Cette unité fournit l'alimentation électrique pour les contrôleurs de
position. Alimentation d'entrée: 220/110 V c.a.

Les borniers distribuent le + ou- 15V c.c et
reçoivent et distribuent également l'alimentation électrique de 24V c.c.
 Unité d'alimentation 24 V c.c.
Cette unité fournit l'alimentation électrique pour le ou les tiroirs hydrauliques montés sur le
panneau hydraulique. Chacun consomme 1.7 A. La dimension et le nombre d'unités
d'alimentation dépend par conséquent de nombre de tiroirs hydrauliques devant être
alimentés.
III. ETUDE DE L’ARMOIRE GBP
Une étude profonde de l’architecture interne de l’armoire de commande GBP ainsi que ses
entrées/sorties est effectuée afin de faciliter l’immigration à une nouvelle technologie.
III.1. Identification des entrées/ sorties
On a essayé de donner une cartographie représentative qui va nous aider lors de la conception
de la nouvelle armoire de commande qui va remplacer celle-là.
Figure 12 : schéma synoptique des entrées /sorties
26
Rapport de stage
III.2. Instrumentation et protocole de communication
Le diagramme suivant montre les différents niveaux concernant l'organisation de la
production dans une entreprise.
Il situe ainsi l'emplacement des bus et des réseaux en mettant également l'accent sur
l'interaction et le recouvrement croissants des domaines de l'automatique et de l'informatique.
L’instrumentation (Capteur et actionneurs), représente le niveau 0 de la pyramide de CIM, à
cette étape les capteurs captent les différentes mesures des paramètres à réguler au niveau du
chantier, et les transmettent via des câbles aux automates industriels programmables (Niveau
1 de la pyramide), ces derniers permettent le traitement de ses données suivant une logique
programmée par l’utilisateur qui contrôle et commande en même temps le déroulement du
processus de production
Figure 13 : Pyramide CIM
III.2.1. Les capteurs de mesure
Les capteurs sont des composants de la chaîne d'acquisition dans une chaîne fonctionnelle.
Les capteurs prélèvent une information sur le comportement de la partie opérative et la
transforment en une information exploitable par la partie commande.
Il en existe plusieurs types dans le chantier, y compris :
III.2.1.1.Capteur de pression :
Dans un capteur de pression, on mesure la force qui s'exerce sur la surface constante et
connue S d'un corps d'épreuve.
Pression (Pascal) P = F force (Newton)/ S Surface (m²)
Il faut éviter d'exprimer la pression en bars (sauf pour les pressions
hydrauliques).
1 bar = 1 daN/cm² = 0.1 Mpa
Figure 14 : Capteur de pression
27
Rapport de stage
III.2.1.2.Capteur de température :
Lorsque deux fils en métaux différents sont connectés à leurs deux extrémités, un courant
continu circule dans la boucle s'il y a une différence de température
entre les deux jonctions. On distingue la jonction chaude à la
température Tc (à mesurer) et la jonction froide à la température Tf
constante et connue (aujourd'hui cette pratique est évitée par une
compensation électronique). On mesure la différence de potentiel E
entre les deux jonctions, résultat du courant I, avec un voltmètre.
Un calibrage à la fin pour obtenir la température correspondante à la
mesure effectuée.
Les capteurs de température les plus utilisés dans la centrale sont
le PT100 et le thermocouple de type K.
Figure 15 : Capteur de température
III.2.1.3.Capteur de niveau :
Un dispositif électronique qui permet de mesurer la hauteur du liquide dans un réservoir. Une
partie intégrante du contrôle de procédé dans de nombreuses industries, Le capteurs de niveau
de mesure de point est utilisé pour marquer une seule hauteur de liquide discrète - une
condition de niveau prédéfinie. Généralement, ce type de capteur de niveau fonctionne
comme une alarme haute, pour signaler une condition de débordement, ou en tant
qu'indicateur pour une condition d'alarme basse, il produit alors un signal logique TOR.
Figure 16 : Capteur de niveau
III.2.2. Les organes de commande (actionneurs ou effecteurs)
Les commandes peuvent être de nature différente :
logiques : mise en marche/arrêt des pompes, interrupteurs, moteurs,...
Analogiques : ouverture plus ou moins grande de vanne de réglage, puissance de
chauffe,...
Pour le système de contournement GBP, on trouve les deux types de commande, la
commande des pompes dans la station hydraulique ainsi que la commande analogique des
deux vannes.
28
Rapport de stage
III.3 Analyse QQOQCP
Dans cette analyse on va appliquer la méthode QQOQCP la rénovation de l’armoire GBP de
des unités 1 & 2 de la centrale thermique de TAQA. Cette analyse nous permettra d’obtenir
un ensemble d’informations pour comprendre quelles sont les raisons ou les causes
principales dans notre situation, d’identifier clairement et de manière structurée les aspects à
traiter ou à améliorer et surtout de ne rien oublier lors de la planification Les résultats ainsi
obtenues se résument dans le tableau suivant :
La rénovation de l’armoire
de régulation
by pass basse pression turbine GBP des
unités 1&2 dans la CT.
De quoi s’agit-il ?
En quoi consiste l’intérêt de la rénovation
de l’armoire
de régulation by pass
basse pression turbine GBP des unités
1&2 ?
 Installer une nouvelle technologie qui existe
déjà dans les autres unités de la centrale
thermique.
 Avoir un système plus performant.
Qui ?
Qui est concerné par cette situation ?
 Armoire GBP très ancienne.
 Obsolescence des cartes qui constituent
l’armoire.
 Qualité des cartes qui se détériore avec le
temps.
 La division contrôle commande
Où?
Sur quel équipement ?
 Armoire de contrôle GBP
Quand est ce qu’on a recours à la
rénovation de l’armoire de contrôle GBP ?
 Quand le système est défaillant.
 Quand les cartes qui constituent le système
deviennent obsolètes.
 Quand le système est très ancien et n’est plus
fabriqué par le constructeur.
Quoi ?
Quand ?
En quoi consiste la situation
insatisfaisante ?
Quand est ce que les cartes peuvent
devenir obsolètes ?
Comment améliorer la situation actuelle ?
Comment ?
Quelles actions doit-on entreprendre ?
Pourquoi ?
Pourquoi une telle étude ?
 En choisissant un bon matériel en matière de
fiabilité et de durée de vie.
 En faisant une planification détaillée de la
réalisation du projet.
 Quantifié le nombre entrées sorties de notre
système.
 Choix d’une nouvelle armoire de contrôle GBP
qui utilise une technologie moderne.
 Gain en production et en cout
 Minimiser des risques
Tableau 3 : Analyse QQOQCP de l’armoire GBP
CONCLUSION
Lors de ce chapitre, nous avons l’armoire de contrôle GBP, et ce afin de mieux concevoir
celle qui va le remplacer, et que nous allons choisir lors du chapitre suivant.
29
Rapport de stage
Chapitre
3 :
ETUDE & CONCEPTION
D’UNE NOUVELLE ARMOIRE DE CONTROLE
GBP
L’ultime objectif de ce chapitre est la conception du nouveau
système de contournement turbine. Il est convenable de commencer
par une analyse fonctionnelle à travers laquelle on va choisir la
solution technologique qu’on va adopter. Dans un deuxième temps,
on va présenter cette solution et choisir aussi les différents
composants du système. A la fin, on va choisir l’architecture la
plus convenable et optimale qui va être adoptée suivant le nouvel
automate.
30
Rapport de stage
I. Analyse fonctionnelle :
L’analyse fonctionnelle est utilisée au début d’un projet pour créer ou améliorer un produit.
C’est un élément indispensable à sa bonne réalisation. Dans notre cas nous allons utiliser cette
méthode pour proposer les solutions possibles. En suivant la même démarche que celle
utiliser dans la partie précédente.
I.1. Mise en évidence du but par la méthode bête à corne
Cette méthode a pour objectif de mettre en relation les trois questions fondamentales
entourant la création de l’application : A qui le produit rend-il service ? Sur quoi le produit
agit-il ? Dans quel but ?
La figure suivante représente alors le diagramme bête à cornes ainsi obtenue :
Figure 17 : Diagramme bête à corne
I.2. Définition des milieux extérieurs par le diagramme pieuvre
La méthode APTE est une méthode universelle pour la conduite d'un projet. En partant de
l'expression d'un besoin ressenti et sans considérer a priori les solutions, elle permet d'évaluer
l'ensemble des contraintes (techniques, économiques, culturelles...) qui affectent le projet. Elle
constitue la première phase de conception débouchant sur l'édition du cahier des charges
fonctionnel.
Figure 18 : Diagramme Pieuvre
31
Rapport de stage
Après avoir fait une analyse fonctionnelle de l’armoire de commande GBP les fonctions
principales et celles de contraintes ainsi regroupé sont les suivantes :
FP1 : Permettre de contrôler et réguler les paramètres communiqués par les capteurs
dans le chantier, et les consignes donné à partir de la salle de commande.
FP2 : Permettre de commander les actionneurs à partir des informations communiqués
par les capteurs et les consignes de la salle de commande.
FC1 : S’interagir avec l’opérateur.
FC2: S’alimenter par l’énergie électrique.
FC3 : Permettre le contrôle et la surveillance de l’installation.
FC4 : Être bien placé sur le support.;
FC5 : Résister à l’environnement.
FC6 : S’adapter avec l’installation actuelle.
Pour mieux cerner les fonctions que doit réaliser la nouvelle armoire ou automate, on a essayé
de préciser des critères d’appréciation de chaque fonction prédéfinis ci-dessus comme le
montre le tableau suivant :
Fonction
Critères
Temps de réponse.
FP1 & FP2
Temps d’acquisition des donnés.
Accessibilité de commande et de contrôle.
Capacité de traitement de plusieurs données.
Aptitude d’exécuter plusieurs actions en
Même temps.
Facilité d’utilisation.
FC1
Alimentation en 220V.
FC2
Simplicité d’outils de Contrôle et surveillance.
FC3
Adaptabilité avec le positionnement actuel.
FC4
Etanchéité.
FC5
Résistance au choc et vibration.
Etre compatible avec l’installation, réalisable et
FC6
faisable.
Tableau 4 : Appréciation des fonctions
II. Propositions et choix de solutions :
II.1. Unité de traitement
Dans l’industrie, l’automate programmable industriel est toujours une solution à choisir car il
possède une interface facile à raccorder, il peut fonctionner dans des milieux précaires (très
basses ou hautes températures, milieux humides, etc…) et il est facile à mettre en œuvre et
surtout à le programmer via des langages standards comme le ladder ou le grafcet facile à
comprendre.
II.1.1. Choix de l’unité de traitement
Le marché des automates est dominé par deux grands acteurs, Schneider et Siemens. Puis
nous trouvons Allen-Bradley, Omron, ainsi que des constructeurs plus modestes, tel que
Wago, Beckhoff, Crouzet…
Figure 19 : Les grands acteurs des automates
32
Rapport de stage
L’automate utilisé dans l’ancienne armoire était le SattCon 05 Slimline du fameux ABB, or il
est obsolète, la raison pour laquelle il faut penser un produit plus récent et disponible à tout
moment.
Le choix entre ces fabricants n’est pas facile, or pour des raisons de disponibilité en termes de
SAV et de composants de rechange, notre choix s’est orienté vers SIEMENS, la famille
SIMATIC S7 et plus précisément S7-300
Figure 20 : La famille SIMATIC S7
 SIMATIC S7-300
Le système d'automatisation SIMATIC S7-300 est un automate modulaire compact pour une
gamme de compétence inférieure et moyenne.
Le SIMATIC S7-300 est un système d'automatisation modulaire offrant la gamme de modules
suivants :
Unités centrales (CPU) de capacités différentes, certaines avec d'entrées/sorties intégrées
ou avec interface PROFIBUS intégrée
Modules d'alimentation PS avec 2A, 5A ou 10A
Modules d'extension IM pour configuration de plusieurs lignes du SIMATIC S7-300
Modules de signaux SM pour entrées et sorties numériques et analogiques
Modules de fonction FM pour fonctions spéciales
Processeurs de communication CP pour la connexion au réseau
Une gamme de CPU graduée avec une gamme de performances large est disponible pour la
configuration de l’automate.
Voici quelques-unes :
Figure 21 : Gamme de CPU
33
Rapport de stage
Vu que le nombre des I/O est petit (17 entrées et 3 sorties) et les informations circulées sont
de petite taille, on n’a besoin qu’un peu d’espace mémoire, du coup notre choix s’oriente vers
la CPU 313 dont la capacité mémoire est de 128 KO et qui est largement suffisante :
SIPLUS S7-300 CPU 313C
CPU compacte,
Mémoire vive 128 Ko,
Tension d'alimentation 24 V CC, K
24 E/16 S TOR,
4 E/2 S ANA intégrées,
Fonctions intégrées, MPI ; MMC nécessaire
Plage de température étendue
Tableau 5 : Caractéristique de CPU 313
II.2. Unité d’affichage:
Afin d’assurer la fonction d’affichage et de la supervision de station hydraulique piloté par
l’automate SIMATIC S7-300 décrit auparavant, il est nécessaire d’intégrer un pupitre de
commande qui sert d’interface homme- machine.
II.2.1. Choix de l’unité d’affichage
Il existe une panoplie de pupitres d’affichage de très haute
technologie dans le marché qui d’adapte parfaitement avec tout
type d’automates.
Dans notre cas, on a choisi le pupitre SIMATIC HMI Basic
Panel 2ème génération de SIEMENS qui s’adapte parfaitement
à notre automate de la même famille SIMATIC.
Figure 22 : SIMATIC HMI Basic Panel
Cette interface graphique innovante permet une grande flexibilité d’utilisation. Elle est
équipée d’écran tactile convivial et de touches de fonction configurables très pratiques.
Le pupitre Basic SIMATIC HMI peut être connecté à différents API grâce à une interface
PROFIBUS ou PROFINET.
Modèle
Taille de l’écran
Protocoles
Logiciel de configuration
Tension d'alimentation
Consommation
Mémoire de données d'utilisateur
KTP700 BASIC
7 TFT
PROFINET
à partir de STEP7 Basic, WinCC Basic (TIA Portal)
DC
230 mA
10 MB
Tableau 6 : Les caractéristiques techniques du SIMATIC HMI Basic Panel
34
Rapport de stage
II.3. Système d’actionnement électro-hydraulique avec des soupapes proportionnelles
Pour le système de contrôle de position, on fera appel au même constructeur CCI (Control
Components Inc), avec AV6+ Controller System.
Ce système d'actionnement hydraulique CCI peut développer des forces d'actionnement
jusqu'à 1200 kN (120 tonnes), des vitesses de course contrôlées jusqu'à 250 mm / s et une
précision de positionnement stable de 0,1 mm.
Figure 23 : Armoire AV6+
II.3.1. Caractéristique et composants du système
Figure 24 : Fiche technique de l’armoire AV6+
35
Rapport de stage
Le système d'actionnement électro-hydraulique est réalisé sous la forme d'un système
modulaire. IL se compose des éléments suivants:







L’actionneur ASM ou GHZ ;
Unité de contrôle PV;
Unité de positionnement PVR ;
Unité de commande pas à pas APL ou 4/3 WEDz;
Système de contrôle de sécurité SSB (Facultatif);
Système de contrôle de sécurité SBE (Facultatif);
Unité de puissance hydraulique seulement s'il n'y a pas déjà une unité de puissance
hydraulique.
Figure 25 : Système d'actionnement électro-hydraulique
Chaque actionneur nécessite soit une unité de commande ou une unité de commande de pas.
De plus, jusqu'à trois unités de commande supplémentaires par vanne peuvent être montées
selon les besoins.
Figure 26 : Actionneur avec unité de contrôle
36
Rapport de stage
 L’actionneur ASM ou GHZ
Les vérins sont des cylindres hydrauliques à double effet. La tige du piston du vérin est
actionnée par l’alimentation contrôlée et l’écoulement du fluide hydraulique depuis chaque
côté du piston. De cette manière, les forces de positionnement pouvant atteindre 1200 KN
sont obtenues par l’intermédiaire des grandes vitesses de positionnement et des vastes
gammes de course.
Les vérins de type ASM sont caractérisés par des paliers antiusure des pièces mobiles et leur Étanchéité exceptionnelle. Il
est possible de monter jusqu’à quatre dispositifs de commande
directement sur chaque vérin et chaque dispositif de
commande peut avoir une fonction différente. Dans le cas où
un système d’une plus grande fiabilité est requis, les
dispositifs de Commande ayant la même fonction sont
installés.
Les vérins possèdent également des paliers anti-usure sur
leurs pièces mobiles et ont aussi une étanchéité
exceptionnelle. Il est possible de monter jusqu’à deux
dispositifs de commande directement sur chaque vérin et
chaque dispositif de commande peut avoir une fonction
différente.
Figure 27 : Vérin de type ASM
 Unité de commande PV
L'unité de commande convertit les signaux électriques provenant du système de commande
dans un flux de fluide hydraulique. Il contrôle l’admission et l'évacuation du fluide
hydraulique vers et depuis les chambres de piston de l'actionneur dans un mode de commande
continu, ce qui permet un positionnement très précis de l'actionneur. Avec une sensibilité de
réponse élevé et stable, avec un temps de moins de trois secondes qui peut être atteints sans
difficulté.
La fonction de blocage assure que l'actionneur maintient la dérive libre dans sa position en
mode manuel ou en cas de dysfonctionnement.
En outre, la fonction de blocage est assurée par deux pilotes anti-retour qui contrôle les
soupapes. Si une panne de courant ou une perte de pression hydraulique se produit, les
soupapes de contrôle ferment les orifices à l’actionneur.
Figure 28 : Unité de contrôle PV
37
Rapport de stage
 Unité de commande pas à pas APL ou 4/3 WEDz
L'unité de commande pas à pas est le moyen le plus simple de commander un actionneur. Il
fournit seulement un mode de commande de marche et il est utilisé pour une pure opération
marche / arrêt.
La partie centrale des unités de commande pas à pas est une soupape à 4/3 voies actionnées
par deux électro-aimants. Un système d'orifices d'étranglement et de pilotage de retenue
libérables permet de régler la vitesse de positionnement indépendamment dans les deux sens
et assure que l'actionneur est maintenu dans sa position sans dérive.
Figure 29 : Unité de commande pas à pas APL,APLE AND 4/3 WEDz
 Système de contrôle de sécurité SSB
Le système de contrôle de sécurité garantit que, même si l’alimentation
centrale tombe en panne, l’actionneur peut être positionné de façon fiable
dans une position d'extrémité prédéterminée si nécessaire. L'énergie
nécessaire pour ceci est tirée d'un accumulateur hydraulique
supplémentaire d'une capacité de stockage suffisante pour un ou plusieurs
traits, en fonction des besoins.
Figure 30 : Système de contrôle de sécurité SSB
 Système de contrôle de sécurité SBE
Le système de by-pass de sécurité permet
d'ouvrir la vanne sans aucune source d'énergie extérieure. Seules les forces exercées par le
fluide sur la tige de la soupape sont utilisées. Ce système est utilisé principalement dans le
cadre de stations de dérivation HP et avec des vannes d’actionneur de type MSV ou HSV
de sécurité.
Le système de contournement de sécurité est presque toujours disposé de manière
redondante pour augmenter la fiabilité du système. Trois blocs identiques de
38
Rapport de stage
contournement de sécurité sont montés directement dans l’actionneur. Chacun se compose
d’une vanne pilote et une vanne principale.
Si la soupape pilote à électro-aimant est désexcité, le système ouvre automatiquement une
ligne de contournement entre les chambres de piston supérieure et inférieure de
l'actionneur. Par conséquent, la tige de la soupape est déplacée vers sa position ouverte par
la force exercée sur la tige de soupape par le fluide.
Figure 31 : Système de contrôle de sécurité SBE
 Feedback transmetteur R-SG 16+4K:
Le transmetteur de rétroaction R -SG 16 est pour les vannes avec fonction d'ouverture /
fermeture et il est produit en différentes versions :

R-SG 16+4K transmetteur de position et 4
interrupteurs de fin de course

R-4K seulement 4 interrupteurs de fin de course
Le transmetteur de rétroaction R -SG 16 + 4K est pour les vannes de commande. Le
transmetteur de position SG 16 mesure la position de la soupape et transmet la position au
contrôleur de position.
Le contrôleur de position compare la position de la vanne à la
position demandée et déplace la soupape selon la dérivation.
Les interrupteurs de fin de course ne sont pas utilisés pour le
positionnement, mais ils peuvent être utilisés pour indiquer
les positions de la vanne.
Figure 32 : Transmetteur de rétroaction
R-SG 16
39
Rapport de stage
Figure 33 : Transmetteur de rétroaction
 Unité de puissance hydraulique
Les composants du système :
Figure 34 : Système de vérin électro hydraulique (commande avec valve proportionnelle)
40
Rapport de stage
1 : Bloc d’alimentation hydraulique & 1Transmetteur de position
2 : Valve proportionnelle (fonction de blocage compris)
3 : Vérin 7 Connexion pour les vérins supplémentaires
4 : Valve de régulation
5 : transmetteur de position
6 : Contrôleur de position
P : Conduite de pression
T : Conduite de retour
L’agrégat hydraulique :
Figure 35 : Bloc d'alimentation
Le bloc d’alimentation hydraulique fournit l’énergie hydraulique nécessaire pour les vérins.
Un bloc simple peut fournir plusieurs vérins. Le composant principal du bloc d’alimentation
hydraulique est la pompe qui va du réservoir à l’accumulateur hydraulique. Le bloc possède
aussi un équipement de sécurité et de commande afin de garantir l’alimentation du fluide
hydraulique depuis l’accumulateur. L’objectif de l’accumulateur est de faire face aux pointes
de charge. Le détendeur de pression maintient constante la pression du système à l’intérieur
de limites strictes.
Les 2 pompes d’huile
Pompes redondantes
Une pompe est toujours en opération
Figure 36 : Les deux pompes d'huile
41
Rapport de stage
Si la pression se baisse, les deux pompes remontent la Pression.
Accumulateur presque toujours chargé (plus de durée de vie)
Armoire AV6+ standard, pré câblée, 2200mmx800mmx600mm (HxWxD)
Cette armoire sera montée au même endroit que l’armoire existante de l’AV6
Figure 37 : Armoire AV6+ standard
CONCLUSION
Les éléments de la nouvelle armoire ont été choisis convenablement.
Le chapitre suivant va traiter l’automatisation de la station hydraulique et l’interface de
supervision.
42
Rapport de stage
Chapitre 4 : AUTOMATISATION ET
INTERFACE DE SUPERVISION
Lors de ce chapitre nous allons proposer un GRAFCET pour
le fonctionnement automatique de la station hydraulique, ensuite
nous allons présenter le logiciel de programmation de SIEMENS
nommé TIA PORTAL, avant de terminer par une étude de
l’interface de supervision.
43
Rapport de stage
I. Cahier de charge :
Après avoir consulté l’ancienne armoire GBP et étudier les différentes composantes qui
interviennent dans cette dernière ainsi que son fonctionnement. On a pu établir un cahier de
charge pour la rénovation et la mise à niveau de l’armoire GBP de régulation by-pass de la
turbine unité 1&2.
II. Le Grafcet de la station hydraulique :
Le grafcet (grafcet fonctionnel de commande des étapes et transitions) est un mode de
représentation et d’analyse d’un automatisme à travers un cahier de charge. Il est adapté aux
systèmes dont les évolutions peuvent s’exprimer séquentiellement.
Dans notre cas, on se limite à la réalisation de trois grafcet qui assurent le fonctionnement du
groupe hydraulique.
La station hydraulique est caractérise par des entrées et des sorties pour se positionner dans le
cycle définie par l’automate .Pour une bonne description voilà leur identification qui seront
illustrer dans le tableau descriptif ci-dessous.
DESIGNATION
Alarme de filtre pompe hydraulique 001P0
Alarme de filtre pompe hydraulique 002P0
Alarme de filtre pompe hydraulique de circulation
003P0
Basse Pression d'huile
Haute Pression d'huile
Niveau d'huile basse
Haute température d'huile
Marche Manuel Pompe hydraulique 001P0
Surintensité Pompe hydraulique 001P0
Indication Pompe hydraulique 001P0 en marche
Marche Manuel Pompe hydraulique 002P0
Surintensité Pompe hydraulique 002P0
Indication Pompe hydraulique 002P0 en marche
Marche/ Arrêt
Marche Manuel Pompe hydraulique 003P0
Surintensité Pompe hydraulique 003P0
Indication Pompe hydraulique 003P0 en marche
DESIGNATION
Pompe hydraulique 001P0
Pompe hydraulique 002P0
Pompe hydraulique 003P0
Tableau 7 : Les entrées/sorties
44
ADRESSE
%I0.0
%I0.1
%I0.2
%0.3
%I0.4
%I0.5
%I0.7
%I1.0
%I1.1
%I1.2
%I1.3
%I1.4
%I1.5
%I1.6
%I1.7
%I2.0
%I2.1
ADRESSE
%Q0.0
%Q0.1
%Q0.2
Rapport de stage
Pour une bonne lisibilité, on a choisie de représenter nos Grafcets par des conditions, de la
manière suivante :
Figure 38 : Grafcet : Démarrage et arrêt des pompes 1,2 et 3 suite à une basse pression d’huile
45
Rapport de stage
C1
C2
C3
C4
C5
C6
Basse pression & Arrêt d'urgence
Pompe 1 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 1
& Pas d'arrêt d'urgence
Pompe 1 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 1
|| Pas d'arrêt d'urgence
Surintensité au niveau de la pompe 1
& Temporisation de 5min & Arrêt d'urgence
Pompe 2 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 2
& Pas d'arrêt d'urgence
Pompe 2 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 2
& Pas d'arrêt d'urgence
C7
Surintensité au niveau de la pompe 2
|| Temporisation de 5min & Arrêt d'urgence
C8
Pompe 3 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 3
& Pas d'arrêt d'urgence
C9
Pompe 3 en marche (armoire de contacteur)
|| Pas de surintensité au niveau de la pompe 3
& Pas d'arrêt d'urgence
C10
Surintensité au niveau de la pompe 3
& Temporisation de 5min
C11
=1
Tableau 8 : Conditions: Démarrage et arrêt des pompes 1,2 et 3 suite à une basse pression d’huile
Figure 39 : Grafcet : Démarrage automatique de la pompe 3
46
Rapport de stage
C1
Marche automatique & Pas Arrêt d'urgence
& Pompe 3 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 3
& L'étape initiale du grafcet basse pression active
C2
Surintensité au niveau de la pompe 3
& L'étape initiale du grafcet basse pression désactivé
& Arrêt d'urgence
& Pompe 3 n'est pas en marche (armoire de contacteur)
& Bouton Marche automatique relâché
C3
C4
La pompe 1 & 2en arrêt & Niveau d'huile trop basse
Temporisation T=0.5min
Tableau 9 : Conditions Démarrage automatique de la pompe 3
C1
Marche manuel & Pas Arrêt d'urgence
& Pompe 1 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 1
& L'étape initiale du grafcet basse pression active
C2
Surintensité au niveau de la pompe 1
& L'étape initiale du grafcet basse pression désactivé
& Arrêt d'urgence
& Pompe 1 n'est pas en marche (armoire de contacteur)
& Bouton Marche Manuel relâché
Figure 41 : Grafcet et conditions Démarrage automatique de la pompe 1
C1
C2
Marche manuel
& Pas Arrêt d'urgence
& Pompe 2 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 2
& L'étape initiale du grafcet basse pression active
Surintensité au niveau de la pompe 2
& L'étape initiale du grafcet basse pression désactivé
& Arrêt d'urgence
& Pompe 2 n'est pas en marche (armoire de
contacteur) & Bouton Marche Manuel relâché
Figure 40 : Grafcet et conditions: Démarrage automatique de la pompe 2
47
Rapport de stage
Figure 42 : Grafcet : Permutation des pompes 1 et 2
C1
Marche automatique & Pas Arrêt d'urgence
& Pompe 1 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 1
& L'étape initiale du grafcet basse pression active
C2
C3
C4
Temporisation T=3h & compteur Z>0
C5
Marche automatique
& Pas Arrêt d'urgence
& Pompe 2 en marche (armoire de contacteur)
& Pas de surintensité au niveau de la pompe 2
& L'étape initiale du grafcet basse pression active
C6
C8
C9
Temporisation T=3h & Compteur Z>0
Temporisation T=3h & compteur Z=0
Surintensité au niveau de la pompe 1
|| L'étape initiale du grafcet basse pression désactivé
& Arrêt d'urgence
& Pompe 1 n'est pas en marche (armoire de contacteur)
& Bouton Marche automatique relâché
Temporisation T=3h & compteur Z=0
Surintensité au niveau de la pompe 2
& L'étape initiale du grafcet basse pression inactive
& Arrêt d'urgence
& Pompe 2 n'est pas en marche (armoire de contacteur) &
Bouton Marche automatique relâché
Tableau 10 : condition Permutation des pompes 1 et 2
48
Rapport de stage
III. Logiciel de programmation Siemens : Tia Portal
III.1. Description du logiciel
La plate-forme Siemens TIA (Totally Integrated Automation) Portal est la dernière évolution
des logiciels de programmation Siemens. Cette plate-forme regroupe dans un seul logiciel la
programmation des différents dispositifs d’une installation. On peut donc avec ce logiciel,
programmer et configurer, en plus de l’automate, les dispositifs HMI, les variateurs, etc.
Lorsque l’on lance TIA Portal, l’environnement de travail se décompose en deux types de
vue :
III.1.1. La vue du portail :
Elle est axée sur les tâches à exécuter et sa prise en main est très rapide.
Chaque portail permet de traiter une catégorie de tâche (actions). La fenêtre affiche la liste des
actions pouvant être réalisées pour la tâche sélectionnée.
Figure 43 : Vue du portail
III.1.2. La vue du projet :
Elle comporte une arborescence avec les différents éléments du projet. Les éditeurs requis
s’ouvrent en fonction des tâches à réaliser. Données, paramètres et éditeurs peuvent être
visualisés dans une seule et même vue.
L’élément « Projet » contient l’ensemble des éléments et des données nécessaires pour mettre
en oeuvre la solution d’automatisation souhaitée.
49
Rapport de stage
Figure 44 : Vue de projet
Cet environnement de travail contient énormément de données. Il est possible de masquer ou
réduire certaines de ces fenêtres lorsque l’on ne les utilise pas. Il est également possible de
redimensionner, réorganiser, désancrer les différentes fenêtres.
III.2. Création d’un projet
Pour créer un projet dans la vue du portail, il faut sélectionner l’action « Créer un projet». On
peut donner un nom au projet, choisir un chemin ou il sera enregistré, indiquer un
commentaire ou encore définir l’auteur du projet. Une fois que ces informations sont entrées,
il suffit de cliquer sur le bouton « créer »
III.3. Configuration et paramétrage du matériel :
Une fois votre projet crée, on peut configurer la station de travail. La première étape consiste
à définir le matériel existant. Pour cela, on peut passer par la vue du projet et cliquer sur «
ajouter un appareil » dans le navigateur du projet. La liste des éléments que l’on peut ajouter
apparait (API, HMI, système PC). On commencera par faire le choix de notre CPU pour
ensuite venir ajouter les modules complémentaires (alimentation, E/S TOR ou analogiques,
module de communication AS-i,…).
Lorsque l’on sélectionne un élément à insérer dans le projet, une description est proposée dans
l’onglet information.
50
Rapport de stage
III.4. Présentation de l’interface :
Figure 45 : Présentation de l'interface
Dans cette interface, on retrouve un navigateur de projet qui contient la liste de tous les
composants du projet.
On a une partie centrale de la fenêtre permet d’afficher la contenu sélectionné dans le
navigateur de projet. Dans le menu à droite de l’écran, on a des blocs à intégrer lorsqu’un bloc
de programme est sélectionné et dans la barre d’outils principale, on trouve certains icones
permettant de compiler et de charger les programmes dans l’automate et d’autres pour le
contrôle de l’automate connecté au PC.
III.5.Relevé des adresses utilisées pour les entrées/sorties
On a un module de simulation accouplé à l’automate. Ce module permet de simuler aux choix
16 entrées et 16 sorties ou 8 entrées et 8 sorties, qui nous permet de relever les adresses des
différentes entrées/sorties de l’automate.
III.6. Programmation de l’automate :
Afin de faciliter la programmation, il est intéressant de créer une table de variables, dans cette
variable, on indique son nom, son adresse et aussi sont type. On peut également insérer un
commentaire qui nous renseigne sur cette variable.
Figure 46 : Table de variables
51
Rapport de stage
Les opérations binaires sont les opérations réalisées sur les variables de type « Bool ». On
retrouve dans ces opérations les fonctions logiques (ET, OU, OU Exclusif), les bascule RS,
les détections de fronts,…
Plusieurs langages de programmation sont disponibles : le schéma à contact (LADDER), les
logigrammes (LOG) ou le langage LIST (instructions). Mais dans notre cas on va utiliser le
langage Ladder. Ce Ladder Diagram (LD) ou Langage Ladder ou schéma à contacts est un
langage graphique très populaire auprès des automaticiens pour programmer les automates
programmables industriels. Il ressemble un peu aux schémas électriques, et est facilement
compréhensible.
IV. Interface de supervision :
La supervision est une technique industrielle de suivi et de pilotage informatique de procédés
de fabrication automatisées. La supervision concerne l'acquisition de données (mesures,
alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de commande des processus
généralement confiées à des automates programmables.
On a utilisé le même logiciel TIA PORTAL pour créer l’interface de supervision de la station
hydraulique, ce dernier est compatible avec l’automate SIMATIC S7-300 de Siemens.
Figure 47 : Interface de supervision de la station hydraulique
52
Rapport de stage
V. La supervision via CENTRALOG:
Le système CENTRALOG® est l’élément principal de la salle de commande, il intègre des
fonctions de contrôle et de supervision de la centrale via des vues d’écran ainsi qu’une aide
pour l’opérateur pour pouvoir réaliser des analyses détaillées du procédé.
Afin de satisfaire les exigences fortes du contrôle et de la supervision du procédé de
production d’énergie, CENTRALOG est équipé de composants matériels standard
soigneusement sélectionnés, de logiciels de haute qualité qui fournissent une interface
homme/machine (IHM) à l’ergonomie attrayante, ainsi que des performances dynamiques et
une large gamme de fonctions d’exploitation d’un haut niveau de fiabilité.
Le système propose une bibliothèque de calculs standards, des simulations de procédé et des
fonctions de gestion de production. CENTRALOG permet la supervision à distance. Le
système stocke une quantité très importante de données et permet ensuite leur exportation en
mode local ou distant. Il assure également l’interfaçage avec les logiciels de bureautique du
site et avec les sites externes.
Figure 48 : Interface CENTRALOG
CONCLUSION
L’automatisation du contournement de la vapeur de la turbine reste un choix indispensable
pour TAQA, vu les normes de sécurité très exigeant cependant la programmation de la station
hydraulique, et la commande des variables analogiques à travers la nouvelle armoire de
contrôle commande, est faisable.
D’autre part la compatibilité de l’armoire de contrôle commande avec la supervision va offrir
une plateforme de travail parfaite pour les exploitants vu les nouvelles options qui vont être
utilisées.
53
Rapport de stage
Chapitre 5 : ETUDE ECONOMIQUE
Ce dernier chapitre va traiter une étude économique, ensuite
nous établirons le bilan du coût d’investissement ainsi que les
gains escomptés.
54
Rapport de stage
I. Introduction
Pour pouvoir mettre en oeuvre notre rénovation, Nous allons faire une étude économique qui
permet d’évaluer la rentabilité du projet. Nous allons tout d’abord donner l’apport du projet
pour le fonctionnement des installations, ensuite nous établirons le bilan du coût
d’investissement ainsi que les gains escomptés.
II. Apports de la réalisation du projet
Dans le deuxième chapitre nous allons présenter les limites et les inconvénients du système de
contrôle commande actuel. Le remplacement de ce système par un système à base
d’automates programmables a une grande importance puisqu’il permettra de palier les
problèmes actuels.
Le recours à l’automatisation et à la supervision de la station hydraulique dans la phase de
préparation de pâte apporte plusieurs avantages notamment :
une fiabilité supérieure que celle de l’ancien système.
une amélioration de la disponibilité du système.
extensibilité de l’installation.
un réseau ouvert.
possibilité de centraliser la commande.
archivage des données.
III. Investissement à engager pour automatiser la plateforme
III.1. Equipements pour la partie automatisme
Nous avons conçu un système d’automatisation constitué d’un automate Siemens équipé des
modules d’Entrées/Sorties analogiques et numériques. En ce qui concerne le coût du matériel
nécessaire pour l’automatisation du contournement basse pression, nous allons donner les
coûts proposés par le constructeur.
Figure 49 : Coût d'automate programmable
Le coût pour un automate programmable est de : 10 816.78 DH. Pour avoir une
meilleure disponibilité nous avons opté pour une architecture redondante ce qui implique
l’acquisition d’un autre automate programmable, donc le coût total d’investissement est
d’environ : 21 633.56 DH.
55
Rapport de stage
III.1.2. Système de positionnement
Le système AV6+ choisi pour le positionnement des vannes est un système modulaire
constitué de plusieurs élément (carte électronique de positionnement, transmetteur, système
de sécurité, …) assemblés entre eux, permettent un positionnement de vanne sécurisé. Le prix
de la carte électronique de positionnement proposé par le constructeur est : 73 600, 24 DH. Le
prix des autres éléments sera mentionné dans un tableau qui rassemblera le prix de tous les
équipements nécessaires.
III.2. Equipements de supervision et d’affichage
Les équipements de la supervision comportent un PC qui va contenir l’application de
supervision conçue pour le contrôle et le commande de la station hydraulique et les vannes de
position. Le coût du PC est d’environ : 5 000DH.
Concernant l’écran de commande de la station hydraulique (interface IHM) choisie qui est le
SEMATIC IHM Basic panel, son prix est de : 5 853,88 DH
III.3. Logiciels
Les logiciels nécessaires pour la solution proposée sont les suivants :
 Une licence pour TIAPORTAL.
 Une licence pour WINCC.
Figure 50 :Coût des licences de TIA PORTAL et de WINCC
Le tableau suivant résume l’investissement à engager pour la mise en place de la solution
proposée :
Désignation
Quantité
Automate SIMATIC S7-300
Ecran de commande de la station
hydraulique SIMATIC HMI Basic
Panel
Ordinateur pour supervision
Licence WincC
Licence TIA PORTAL
Carte électronique de
positionnement PVR 10
Transmetteur de position des
vannes By-Pass BP
Capteur de position SG16
56
Cout total (DH TTC)
4
2
43 267.12
11 707.76
2
1
1
2
10 000
10 000
10 000
147 200.48
4
253 224.6
4
118 605.8
Rapport de stage
Elément Amortisseur des
transmetteurs de position RSG16+4K
Elément de sécurité pour les vannes
By-Pass BP des unités 1&2
Elément de commande des vannes
d’isolement de By-Pass BP
Electrovanne à 2/3 voies pour PV de
commande de By-Pass BP
Distributeur proportionnel
Relais d’interface 24 V DC
Commutateur ETHERNET
Module d’alimentation Vin 220V
AC, Vout 24V DC, 2.4A, 50/60 Hz
Total
4
6365.44
4
286559.76
4
257908.8
4
36054.16
4
10
2
2
281053.6
18 858.3
6752.82
16 000
1513558.64
Tableau 11: Coût de rénovation de l'armoire GBP
III.4. Coût des anciens équipements de l'armoire GBP
L'ancienne armoire GBP contient des équipements définit comme suit, en mentionnant leurs
coût correspondants.
Désignation
Quantité
Module PCS
Panneau de commande SattCon OP
45
Ordinateur pour supervision
Carte REF-BTG-GC02-02 pour
Ampli GC 02
Carte amplificateur : EEA-PAM520-A-14
Module POWER SUPPLY réf :
23215A
Transmetteur de position des
vannes By-Pass BP
Electrovanne de contrôle de
direction
Distributeur E/H de contrôle
proportionnel
Amplificateur de contrôle de
position
Relais borne 24 V DC
Module d’alimentation Vin 220V
AC, Vout 24V DC, 2.4A, 50/60 Hz
Total
Cout total (DH TTC)
2
2
26 080
42 000
2
2
10 000
13 080
4
36 040
2
5 841.72
4
49 080
4
50 880
2
281053.6
4
508 000
10
2
11 858.4
16 000
1 049 913.72
Tableau 12 : Coût de l'ancienne armoire GBP
57
Rapport de stage
CONCLUSION
Dans ce chapitre, nous avons esquissé une
rentabilité des investissements à engager dans
par la présentation des apports techniques
stratégiquement importants puis, nous avons
avançant les capitaux à engager dans le projet.
58
étude économique globale pour évaluer la
la solution proposée. Nous avons commencé
et économiques de la solution qui sont
détaillé notre étude économique globale en
Rapport de stage
Conclusion générale
Ce projet effectuer à la centrale thermique de TAQA, a eu pour objectif l’étude de la
rénovation de l’armoire de contrôle et de commande GBP, à travers cette étude nous avons pu
voir l’importance de la rénovation de cette armoire, le besoin en modification, et le gain que
peut apporter la solution choisit pour la société.
Le choix de la solution d’usage d’un automate SIEMENS, a généré plusieurs
avantages, que ça soit en termes de cout, de performance, ou de compatibilité, cet automate
est le mieux apte pour prendre la relève.
L’étude économique a montré le danger de l’obsolescence, ainsi la seule solution pour
la société est le renouvellement et la rénovation des systèmes existants.
En guise de perspectives, nous proposons de faire une étude similaire pour les autres
armoires de contrôle commande, pour constituer un dossier complet en vue d’une rénovation
de ses systèmes le plus tôt que possible, et de lutter contre le phénomène d’obsolescence.
Ce projet ne se termine pas au terme du cahier des charges. En effet, il reste d’autres
étapes à réaliser pour l’amélioration du projet, on en cite :
 Choix des matériels adéquats,
 Assurer la redondance en utilisant un autre API,
 Réaliser une interface graphique où on peut intégrer les positionneurs.
59
Rapport de stage
Bibliographie
[2]: Alstom Power Electrical and Control Systems: « MICROREC K Guide descriptif GRE
& GSE».
[3]: Mme ACHAK: Les outils de la qualité, 4émé Année « Management de la qualité »
2015/2016.
[4]: M. BALLOUTI : « Les automates programmables industriels (API), 4émé Année
2015/2016.
[5] : M. SAIDI: « Prise de décision », 4émé Année 2015/2016.
[6]: ALTOM POWER SYSTEME: ALSPA Series 6 - ALSPA CONTROPLANT DCS
Thermique PTP20A48515-fr Rev.B CCPP/STPP Architectures.
[7]: M. BELHOURA: « Diagramme fonctionnel GRAFCET », 3éme Année 2014/2015.
Webographie :
[1]: Site JLEC : http://eduscol.education.fr/rnchimie/gen_chim/regulation/rhode/reg_ana.pdf.
(s.d.).
60
Rapport de stage
Annexe
Annexe 1 : Commandes a disposition de l’opérateur
Annexe 2 : Chaine contrôle logique ouverture rapide vannes de contournement PCV 101-201
Annexe 3 : Armoire de contrôle plan de circuit alimentaire
Annexe 4 : schéma logique d’alimentation hydraulique
61
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