Automatisation de deux pompes: étude et dimensionnement d'armoire de commande

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AUTOMATISATION DE DEUX POMPES EN
NORMAL SECOURS

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ANALYSE FONCTIONNELLE
Le système est conçu dans le but d’une utilisation industrielle pour pomper l’eau d’une cuve de
récupération d’eaux usées, l’envoyer vers une cuve de régulation de PH et de température, grâce à un
système de pompe de relevage situé au sous-sol du bâtiment. Ensuite l’eau sera vidée à l’égout quand
le PH et la température sont aux normes.
Le système dispose de 2 Pompes pour transférer le contenu de la cuve d’une capacite de 50 000 litres
et de niveau 0 à 3 m.
Le site est constitué de :
• Une salle des machines abritant, les trois (02) groupes motopompe.
• Une armoire qui abrite la partie puissance et commande ainsi que l’automate SIEMENS S7-1200, qui
assurera le fonctionnement automatique du site
et d’un IHM KTP 900 COMFORT 6AV2 124-0JC01-0AX0 SIEMENS
1. Equipements
Ce paragraphe décrit les équipements existants dans le site.
 2 pompes de puissance 90kW chacune.
 Un automate s7 1200 et ses modules
 Un écran IHM KTP 900 COMFORT 6AV2 124-0JC01-0AX0 SIEMENS
 Eclairage armoire
 Ventilateur armoire
 2 prises monophasées
1.1. Moto Pompe :
Les moteurs utilisés sont identiques, le tableau suivant récapitule les caractéristiques du moteur.
MOTEUR 90 KW 2965 tr/min 400V 152A

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Désignation
Qte
Pu(kW)
In(A)
Q(kVAR)
S(KVA)
Ku
Ks
Sd(KVA)
Éclairage
1
0.01
0.04
0.0047
0.01
1
1
0.01
Prise 2P+T
2
3.6
16
0
3.6
1
1
3.6
Prise 3P+T
3
88
128
0
88
1
0.325
28.6
Ventilateur
1
0.041
0.17
0
0.041
1
1
0.041
1.2 Capteurs :
Afin de réaliser ce projet, le système nécessite plusieurs types de capteurs :
1.2.1. Capteurs de niveau :
- Les poires : il s'agit d'un capteur TOR, c'est un dispositif suspendu au-dessus d'un plan d'eau au
moyen d'un câble électrique. Lorsque le niveau de l'eau augmente jusqu'à immerger le dispositif, sa
capacité de flotter et sa forme de poire l'oblige à se retourner mettant ainsi deux fils en contact
électrique. Les poires sont au nombre de quatre :
- Quatre poires de niveau : niveau très haut (NTH) ; niveau haut (NH) ; niveau bas (NB) et niveau très
bas (NTB).
- Les sondes de niveau analogique piézorésistif : Le principe de ce type de sonde est que la force
appliquée sur la sonde se converti en un signal électrique (4-20mA) qui va être traité par l'automate.
Ces sondes sont destinées à la mesure de niveau ou de pression des liquides. Leurs vastes domaines
d'applications permettent leur utilisation : en réservoirs, postes d'assainissement, barrages, cuves,
forages, tours d'eau, canalisations etc. La sonde sera placée au fond de la cuve
1.3 Pupitre de commande :
Il contient des voyants (marche / arrêt / défaut, présence tension etc.) et des boutons (marche /arrêt
/ arrêt d'urgence) et les commutateurs de mode (automatique /manuel). Ces boutons et voyants
seront installés sur la façade de l’armoire.
1.4 Modes de fonctionnement
La gestion du système sera effectuée à partir de l'automate SIEMENS S7-1200 et de l’HMI. Deux modes
de fonctionnement sont prévus : mode manuel et mode automatique.
Chaque pompe aura son propre commutateur MAN/AUTO incrusté dans l'armoire de commande, il
y aura donc 2 commutateurs de mode.
1.4.1 Mode manuel
Ce mode est sélectionné lorsque les commutateurs MAN/AUTO sont sur la position MAN ou bien à
partir du bouton « MAN » de l’IHM. En mode manuel, le système est sous le contrôle de l'opérateur
qui peut commander le démarrage et l'arrêt ou l’acquittement des défauts des pompes par les boutons
existants sur l’armoire de commande ou de l’HMI.
SM2-280 M12 ku et ks ?

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En principe le mode « MANU » n'est choisi que pour :
• Des opérations de maintenance.
• Des réglages ou des tests.
• Lorsqu’un problème surgit lors de l’exécution des séquences.
• Ou en cas de défaillance sur l'automate.
Dans ce mode, aucune tâche n'est assurée par l'automate, tous les événements de fonctionnement y
compris les défauts et les alarmes seront détectés par l'automate.
1.4.2 Mode automatique
Ce mode est sélectionné lorsque les commutateurs MAN/AUTO sont sur la position AUTO ou bien
à partir du bouton « AUTO » de l’IHM.
En mode Automatique, aucune intervention n'est nécessaire. Le système est sous le contrôle de
l'automate.
Toutes les séquences sont exécutées par l'automate qui surveille en permanence les états des
équipements, ainsi que les défauts.
En mode automatique, l’opérateur définit la priorité (AB ou BA) et les valeurs des seuils de contrôle
NH, NTH, NB et NTB
En cas de niveau haut NH, la pompe prioritaire démarre, si le niveau continue de monter et atteint
NTH, la seconde pompe démarre. Dans le cas où le niveau chute en dessous de NB, seule la pompe
prioritaire fonctionne et s’arrêtera lorsque le niveau sera en dessous de NTB.
Le retour de marche est temporisé à 10 secondes.
En mode automatique, si une seule pompe fonctionne, et qu’elle est en défaut (pas de retour de marche
ou défaut électrique), la seconde pompe démarre automatiquement et la priorité est automatique
ajustée (par exemple si la priorité était AB, elle devient BA).
Les seuils doivent être définis avec minimum un écart de 5% c’est à dire si NTB est 10%, NB doit être
au moins de 15%.
1.4.3 Transition entre les différents modes
1.4.3.1 Passage du mode MANU au mode AUTO
Au passage en mode automatique, les groupes moto pompes dépendent des séquences programmées
dans l'automate.
1.4.3.2 Passage du mode AUTO au mode MANU
Au passage en mode manuel, les groupes moto pompes ne sont plus commandés par l'automate et
deviennent indisponibles. Si les équipements sont en marches, leur arrêt sera immédiatement constaté.
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1.5. Gestion des Défauts :
Un défaut est un événement dont l’origine est une anomalie physique. Chaque défaut est représenté
visuellement par une alarme qui sera transmise à partir de l'automate vers l’HMI.
On peut classer les défauts en deux types : défauts physiques et défauts programmes.
1.5.1 Les défauts physiques :
Un défaut physique est un défaut qui survient de l’une des protections de la pompe :
• Surcharge.
• Défaut d’isolement (entre les bobines de la pompe) résulte déclenchement disjoncteur
magnétique.
Si un défaut parmi ceux qui ont été listés apparait sur la pompe :
• Le groupe motopompe s'arrête automatiquement et sera immédiatement remplacé par un
autre (s'il est disponible), si le fonctionnement est en mode Automatique.
• Le groupe motopompe s'arrête automatiquement et c'est à l'opérateur de choisir un autre
(s'il est disponible), Si le fonctionnement est en mode Manuel.
1.5.2 Les défauts de programmes.
Un défaut est dit programme s'il est généré par le programme de l'automate. Il est lie à une anomalie
physique d'un ou de plusieurs constituants de l'équipement. Il est calculé par l'automate uniquement
lorsque l'installation est en mode Automatique.
Dans notre installation automatisée, on distingue deux types de défauts de programmes : défaut de
discordance et défaut du signal analogique.
a. Défaut de discordance :
Un défaut de discordance représente les incohérences qui peuvent se produire entre l’ordre émis par
l'automate (commande de Marche ou d'Arrêt) et le retour d'état réel de l’actionneur.
Lorsque l'automate donne un ordre à un actionneur (Marche/Arrêt pompe), une temporisation de 10
secondes est lancée. Si à la fin de cette temporisation, l'automate ne reçoit pas le retour d'état attendu,
alors cet actionneur est déclaré en défaut de discordance. Ainsi, deux cas de figures s'imposent :
• Si le fonctionnement est en mode AUTO, le groupe motopompe auquel appartient l'actionneur en
défaut de discordance s'arrête automatiquement et sera immédiatement remplacé par un autre (s'il est
disponible).
• Si le fonctionnement est en mode MAN, le groupe motopompe auquel appartient l'actionneur en
défaut de discordance s'arrête automatiquement et c'est à l'opérateur de choisir un autre (s'il est
disponible).
TRAVAIL A FAIRE
1°) Etude et dimensionnement de l’armoire de commande
Il s’agit d’effectuer l’étude et le dimensionnement de l’armoire électrique dédiée à la commande du
système (choix des équipements, section des conducteurs, les références des équipements de
protections).
La réalisation de cette armoire permettra d’alimenter les équipements suivants :
 2 pompes de puissance 90kW chacune.
 Un automate s7 1200 et ses modules
 Un écran HMI KTP 900 Comfort SIEMENS