mon memoire

MINISTERE DE LENSEIGNEMENT TECHNIQUE ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE

REPUBLIQUE TOGOLAISE TRAVAIL- LIBERTE-PATRIE No dordre: IFTS/FI-DUT/2011/GE-10/09

OPTION : GENIE ELECTRIQUE

Automatisation dune station de pompage dassainissement laide dun automate programmable industriel API : cas de la lagune de B

PROJET DE FIN DETUDES POUR LOBTENTION DU DIPLOME UNIVAIRSITAIRE DE TECHNOLOGIE (D.U.T)

Prsent et soutenu par : Bitadja DJATO JURY Prsident : Dr Adekumle Akim SALAMI Directeur : Dr Koffi Mawugno KODJO, Enseignant lENSI/IFTS Membre : Mr Kwami Senam A. SEDZRO Membre : Mr Kossivi Kpad AGBO

Octobre 2011

DEDICACES

Je ddie ce mmoire : Dieu sans qui tout ceci naurait pas lieu, mes parents qui, malgr les difficults de cette vie, nont arrt de faire de grands sacrifices pour que je sois un jour un homme responsable, mes tuteurs qui mont soutenu et duqu durant ces deux dernires annes comme leur propre enfant, mes frres et surs et tous les autres membres de la famille : cousins, neveux, oncles ; quils trouvent ici la sincre gratitude que jai leur gard, tous mes camarades de classe avec qui jai pass des moments inoubliables, tous ceux qui liront ce mmoire, que ce document vous aide dans vos recherches sur les automates programmables, tous les miens.

Mmoire du DUT-GE/IFTS

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Bitadja DJATO

REMERCIEMENTS Nos remerciements vont droit : au Professeur Koffi-sa BEDJA : Ingnieur des

Tlcommunications, Prsident du conseil scientifique, qui a toujours donn le meilleur de lui-mme pour notre bonne formation, Monsieur Kossivi Kpad AGBO, Ingnieur des

Tlcommunications, Directeur Gnral de lIFTS, pour tous ses conseils et la rigueur dans le travail, au Professeur Snah Ayit AJAVON Maitre de

Confrences, Directeur de la recherche et Formation lIFTS, pour son soutien, au Docteur Koffi Mawugno KODJO, Ingnieur

Automaticien, Enseignant-chercheur lENSI et lIFTS, Directeur dudit mmoire pour sa disponibilit, sa bonne volont et ses apports pour la mise en uvre de ce document, tout le personnel de lIFTS, mes camarades de promotion prcisment BAGNIOU, HOUETOGNON, OURO-GNEGNI, NWUITCHA, pour le soutien et laide apporte, tous ceux qui, de prs ou de loin ont contribu llaboration de ce document.


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Bitadja DJATO

TABLE DES MATIERES TABLE DES MATIERES Pages Ddicaces........ i Remerciements............ ii Table des matires.......................................................................................... iii Liste des figures .................................................................................................vii Liste des tableaux..x Glossaire...............................................................................................................xi Bibliographie.......................................................................................................xii INTRODUCTION GENERALE........................................................................... 1 Chapitre I : Gnralits sur la regulation de niveau I-1 INTRODUCTION ........................................................................................... 3 I-2 LES REGULATEURS DE NIVEAU ............................................................. 3 I-2-1 Quelques informations sur les capteurs........................................................ 3 I-2-1-1 Fonctionnement des convertisseurs analogique/numrique ..................... 4 I-2-1-1-1 La quantification .................................................................................... 4 I-2-1-1-2 Le codage ............................................................................................... 5 I-2-1-2 Les types de convertisseurs analogiques/numriques............................... 5 I-2-1-2-1 Le convertisseur simple rampe .............................................................. 5 I-2-1-2-2 Le convertisseur rampe numrique ..................................................... 6 I-2-1-2-3 Le convertisseur double rampe (ou par intgration) ............................. 6 I-2-1-2-4 Le convertisseur par pese (approximations) successives .................... 6 I-2-1-2-5 Le convertisseur Flash (ou par comparaison directe) ............................ 7 I-2-1-2-6 Le convertisseur semi-flash ................................................................... 8Mmoire du DUT-GE/IFTS iii Bitadja DJATO

TABLE DES MATIERES I-2-1-2-7 Le convertisseur Pipeline....................................................................... 8 I-2-1-3 Les diffrentes familles de capteurs.......................................................... 9 I-2-1-3-1 les capteurs actifs ................................................................................... 9 I-2-1-3-2 les capteurs passifs............................................................................... 10 I-2-2 Les diffrents types de capteurs ................................................................. 10 I-2-3 Les diffrents types de sorties des capteurs ............................................... 11 I-2-3-1Les capteurs numriques .......................................................................... 12 I-2-3-1-1Les capteurs de niveau pression diffrentielle ................................... 12 I-2-3-1-2 : Les capteurs de niveau sonde capacitive ........................................ 13 I-2-3-1-3 : Les capteurs de niveau tube de torsion (exemple du 244LD) ........ 14 I-2-3-1-4 : Les capteurs de niveau ultrasons (exemple du GEGASON 61) ..... 15 I-2-3-1-5 : Les capteurs de niveau par radar ....................................................... 16 I-2-3-2 Les capteurs Tout Ou Rien (T.O.R) ........................................................ 18 I-2-3-2-1 Les capteurs mcaniques ..................................................................... 19 I-2-3-2-2 : Les capteurs inductifs ........................................................................ 19 I-2-3-2-3 : Les capteurs capacitifs ....................................................................... 20 I-2-3-2-4 : Les cellules photolectriques............................................................. 21 I-2-3-3 Choix du capteur et caractristiques ....................................................... 22 I-3 CONCLUSION.............................................................................................. 24 Chapitre II:Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable

II-1 INTRODUCTION ........................................................................................ 26 II-2 GENERALITES SUR LES API .................................................................. 26 II-2-1 Architecture des API ................................................................................. 26 II-2-1-1 Structure externe .................................................................................... 27 II-2-1-1-1 Automate de type compact ................................................................. 27 II-2-1-1-2 Automates de type modulaire............................................................. 27 II-2-1-2 Structure interne..................................................................................... 28 II-2-1-3 Fonctions ralises ................................................................................. 32Mmoire du DUT-GE/IFTS iv Bitadja DJATO

TABLE DES MATIERES II-2-2 Prsentation ............................................................................................... 32 II-2-3 Nature des informations traites par les API ............................................ 34 II-2-4 Traitement du programme des API ........................................................... 34 II-2-4-1 Dfinition ............................................................................................... 35 II-2-5 La programmation des API ....................................................................... 36 II-2-5-1 Les diffrents langages de programmation ........................................... 36 II-2-5-2 Programmation laide du GRAFCET ................................................. 39 II-3 LES SYSTEMS ASSERVIS ........................................................................ 40 II-3-1 Commande en boucle ouverte................................................................... 41 II-3-2 Commande en boucle Ferme ................................................................... 41 II-4 CONCLUSION ............................................................................................ 42 Chapitre III: Automatisation de la station de pompage de la lagune de B

III-1 INTRODUCTION ...................................................................................... 45 III-2 DESCRIPTION TECHNIQUE DE LEXISTANT .................................... 45 II-2-1Presentation de la pompe vis ................................................................... 45 III-2-2 Quelques donnes de la lagune de B ..................................................... 47 III-2-3 Dmarrage des moteurs ........................................................................... 49 III-3 IMPLEMENTATION ET SIMULATION DU PROGRAMME ............... 50 III-3-1 Prsentation de Zlio Soft 2..................................................................... 50 III-3-1-1 Interface gnrale du logiciel ............................................................... 51 III-3-1-1-1 Interface de lapplication .................................................................. 51 III-3-1-1-2 Interface de choix du module ............................................................ 52 III-3-1-1-3 Interface de choix du type de langage de programmation ................ 53 III-3-1-1-4 Interface de travail ............................................................................ 54 III-3-1-2 Assistance la programmation ............................................................ 55 III-3-1-3 La configuration de lautomate ............................................................ 56 III-3-2 Adressage des entres/sorties de lAPI.................................................... 57Mmoire du DUT-GE/IFTS v Bitadja DJATO

TABLE DES MATIERES III-3-2-1 Principe de ladressage des entres/sorties des modules TOR des automates Zlio ................................................................................................... 58 III-3-2-2 Adressage des entres/sorties de lAPI ................................................ 58 III-3-3 Le programme de lautomate en langage blocs fonctions (FBD) ........... 60 III-3-4 Etude conomique ................................................................................... 61 III-3-5 Facturation de la ralisation ..................................................................... 62 III-4 CONCLUSION ........................................................................................... 62 CONCLUSION GENERALE ............................................................................. 63


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LISTE DES FIGURES LISTE DES FIGURES Pages Chapitre I Figure I.1 : Schma illustratif dun capteur.......................................................... 4 Figure I-2 : Principe du convertisseur simple rampe............................................ 5 Figure I-3 : Principe de convertisseur simple rampe......................................... 6 Figure I-4 : Architecture dun convertisseur double rampe..................................6 Figure I-5 : Principe de la pese successive..........................................................7 Figure I-6 : Le convertisseur Flash........................................................................7 Figure I-7 : Le convertisseur semi-flash................................................................8 Figure I-8 : Exemple dun convertisseur pipeline 12bits......................................9 Figure I-9 : capteur de niveau pression diffrentielle.......................................13 Figure I-10: Sonde capacitive destine la dtection de niveau.........................14 Figure I-11 : capteur de niveau tube de torsion (244LD).................................14 Figure I-12 : Capteur ultrasons pour la mesure de niveau continue.................15 Figure I-13 : Mesure de niveau dans un bassin dorge........................................17 Figure I-14 : Capteur de niveau radar VEGAPULS WL 61...............................18 Figure I-15 : Exemple de capteurs mcaniques...................................................19 Figure I-16 : Figure I-16 : Exemple dun capteur inductif..................................20 Figure I-17 : exemple de capteur capacitif..........................................................20

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LISTE DES FIGURES Figure I-18 : Principe de fonctionnement dune cellule photolectrique en barrage.................................................................................................................21 Figure I-19 : Principe de fonctionnement de la cellule photolectrique reflex....................................................................................................................21 Figure I-20 : capteur de niveau TOR flotteur LEITENBERGER de type SR11....................................................................................................................23 Chapitre II Figure II-1 : Automate compact (Allen-Bradley)................................................27 Figure II-2 : Automate modulaire (Modicon).....................................................28 FigureII-3 : Schma synoptique dun systme automatis..................................28 Figure II-4 : Traitement du programme automate...............................................35 Figure II-5 : Fraction dun programme en langage blocs fonctionnels...............38 Figure II-6 : Fraction dun programme en langage contact..............................39 Figure II-7 : Fraction dun programme en langage GRAFCET..........................40 Figure II-8 : schma dune boucle dasservissement..........................................41 Figure II-9 : commande en boucle ferme ; schma gnral dune boucle de rgulation (asservissement). Systme continu.....................................................42

Chapitre III Figure III-1 : Moteur ABB M2QA250M4A.......................................................46 Figure III-2 : Pompe vis de type Archimde....................................................46Mmoire du DUT viii Bitadja DJATO

LISTE DES FIGURES Figure III-3 : Dmarreur progressif Altistart48 de Tlmcanique.....................50 Figure III-4 : interface de Zlio...........................................................................51 Figure III-5 : Choix du module logique..............................................................52 Figure III-6 : Type de module logique Zlio programmer...............................53 Figure III-7 : slection du type de langage de programmation...........................54 Figure III-8 : Interface de travail.........................................................................55 Figure III-9 : GRAFCET de niveau 1 illustrant le dmarrage............................59 Figure III-10 : GRAFCET de niveau 2 illustrant le dmarrage...........................59 Figure III-11 : Moteur en marche lorsque le niveau haut est actionn................60 Figure III-12 : Moteur larrt lorsque niveau bas est actionn.........................62

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LISTE DES TABLEAUX Liste des tableaux Pages Chapitre 2 Tableau II-1 : Tableau dun programme en Langage liste

dinstruction..............................................................36 Chapitre 3 Tableau III-1 : Distribution pluviomtrique moyenne sur le littoral togolais...........................................................................47 Tableau III-2 : affectation des entres/sorties de notre application.....................58 Tableau III-3 : cot total des quipements..........................................................61 Tableau III-4 : cout total du projet......................................................................62


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GLOSSAIRE GLOSSAIRE Adressage : cest le processus par lequel on affecte les entres et les sorties dun automate aux capteurs et pr-actionneurs intervenant dans le fonctionnement du systme que pilote lautomate. A.P.I : Automate Programmable Industriel CPU: Central Processing Unit EEPROM: (Electrical Eraser Program Read Only Memory) : mmoire programme effaable lectriquement E/S : Entres et sorties GRAFCET : Graphe Fonctionnel de Commande Etape/transition P.C : Partie Commande ou Personnal Computer P.O : Partie Oprative PROM : (Program Read Only Memory) : mmoire programme lecture uniquement R.A.M : (Random Access Memory) : mmoire vive ROM : (Read Only Memory) : mmoire lecture unique SAP: Systme Automatis de Production T.O.R : Tout Ou Rien


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INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE

Aujourdhui le problme dassainissement de la ville de Lom se pose avec une acuit grave. Lom est devenu une cit mtropolitaine dont lvolution en construction de maison dhabitation se fait de manire chaotique sans viabilisation pralable de terrain construire. Ceci se traduit par des inondations rcurrentes chaque saison des pluies. Lun des bassins de retenue deau et de rgulation de lassainissement de la ville de Lom est la lagune de B. Dans le but de contrler le dbordement de la lagune de B, il a t cr une station de pompage deau en 1976 par les hollandais, qui a pour rle de drainer une partie de leau de la lagune vers la mer, via des canalisations. La rgulation de lassainissement se fait lheure actuelle la station de pompage de la lagune de B manuellement, et est dans une logique cble. Cest pourquoi dans ce travail nous nous attelons lautomatisation de cette station de pompage et dassainissement laide dun automate programmable industriel. Pour mener bien ce travail notre dmarche sera la suivante : gnralits sur la rgulation de niveau, gnralits sur la conduite de processus par automate programmable, automatisation de la station de pompage de la lagune de B.


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Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau

CHAPITRE I

GENERALITES SUR LA REGULATION DE NIVEAU


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Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-1 INTRODUCTION La rgulation est de nos jours un procd que nous pratiquons quotidiennement. Pour pouvoir tre prcis dans nos travaux, nous devons bien rguler nos systmes. Au fur et mesure que le temps a volu, lHomme sest efforc de moderniser cette rgulation. Cest ainsi quont t mis au point des capteurs qui sont le meilleur moyen aujourdhui de rgulation des systmes. Notre travail sera le plus bas sur les rgulateurs de niveau.

I-2 LES REGULATEURS DE NIVEAU Les rgulateurs de niveau sont quips de capteurs qui ont pour rle de fournir des signaux analogiques qui seront ensuite convertis en numrique ou TOR, pour un circuit. Il simpose donc de pouvoir connaitre le fonctionnement des capteurs.

I-2-1 Quelques informations sur les capteurs [3] Un capteur est un organe de prlvement dinformation qui labore partir dune grandeur physique, une autre grandeur physique de nature diffrente (trs souvent lectrique). Cette grandeur reprsentative de la grandeur prleve est utilisable des fins de mesure ou de commande. Cest l quintervient les convertisseurs analogiques/numriques qui permettent dinterprter les

informations reues des capteurs. La figure I-1 illustre un capteur.


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Figure I.1 : Schma illustratif dun capteur

I-2-1-1 Fonctionnement des convertisseurs analogique/numrique [6] Un convertisseur analogique/numrique et un circuit hybride qui transforme une grandeur analogique dentre (souvent une tension) en une valeur numrique exprime sur n bits. Cette fonction de conversion de grandeurs lectriques en signal numrique est rendue indispensable par lusage gnralis des fonctions numriques de traitement de donnes. Les signaux analogiques dentre sont convertis en signal numrique reprsent par une succession ordonne de zro et de un logique. Lordre de ces signaux logiques appels bits est trs important. Lopration de conversion analogique/ numrique se droule en deux tapes : la quantification, le codage.

I-2-1-1-1 La quantification Cette opration consiste discrtiser la grandeur lectrique dentre, c'est--dire que le signal analogique sera rduit en un nombre fini de valeurs par une opration de prlvement encore appel chantillonnage.Mmoire du DUT-GE/IFTS 4 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau Les valeurs du signal dentre issues de cet chantillonnage sont quantifies. On obtient alors des grandeurs multiples dune quantit lmentaire q appele quantum.

I-2-1-1-2 Le codage A chaque valeur de la grandeur lectrique dentre, cette opration fait correspondre suivant un certain protocole un mot binaire de sortie. Avec un codage sur n bits, on obtient alors 2 valeurs possibles en sortie.

I-2-1-2 Les types de convertisseurs analogiques/numriques IL existe diffrents types de convertisseurs qui se diffrencient par leur temps de conversion et leur cot (surface de silicium). Quelles sont donc leurs principes de fonctionnement?

I-2-1-2-1 Le convertisseur simple rampe A la valeur de la tension dentre on fait correspondre une impulsion dont la largeur est proportionnelle cette tension. Cette impulsion vient contrler lautorisation sincrmenter dun compteur. On gnre ainsi le code binaire de sortie en comptant plus ou moins longtemps en fonction de lamplitude du signal convertir. La figure I-2 illustre le principe de conversion simple rampe.

Figure I-2 : Principe du convertisseur rampe numriqueMmoire du DUT-GE/IFTS 5 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-2-1-2-2 Le convertisseur rampe numrique Dans ce cas, on remplace lintgrateur analogique par un convertisseur N/A. la rampe est ainsi ralise de manire numrique. Le temps nintervient plus comme variable. La figure I-3 illustre le principe de conversion rampe numrique.

Figure I-3 : Principe de convertisseur simple rampe.

I-2-1-2-3 Le convertisseur double rampe (ou par intgration) On effectue une double intgration de manire faire sannuler les erreurs dues aux composants. Cette conversion est illustre par la figure I-4

Figure I-4 : Architecture dun convertisseur double rampe.

I-2-1-2-4 Le convertisseur par pese (approximations) successives Cest une vieille approche qui est en phase dtre remplace par les convertisseurs Pipeline.Mmoire du DUT-GE/IFTS 6 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau On dtermine les valeurs des diffrents bits lun aprs lautre en commencent par le MSB, un peu la manire dun marchande de march, illustr par la figure I-5

Figure I-5 : Principe de la pese successive.

I-2-1-2-5 Le convertisseur Flash (ou par comparaison directe) Cest un rseau de comparateur mis en parallle. Un codage sur n bits ncessite comparateur et rsistances. La figure I-6 illustre le convertisseur flash.

Figure I-6 : Le convertisseur Flash.Mmoire du DUT-GE/IFTS 7 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-2-1-2-6 Le convertisseur semi-flash La conversion se fait en deux tapes : phase1 : on utilise un premier CAN Flash qui dtermine les principaux bits de poids fort, phase2 : on soustrait la tension des bits de poids fort la tension dentre pour ensuite dterminer les bits de poids faible. La figure I-7 illustre le convertisseur semi-flash.

Figure I-7 : Le convertisseur semi-flash.

I-2-1-2-7 Le convertisseur Pipeline Cest un convertisseur qui se comporte comme un semi flash auquel on a ajout un E/B entre chaque tage. A chaque coup dhorloge, on effectue n conversions en parallle. Chaque conversion tant ddie une partie du code. En traversant le convertisseur (en n clocks), la tension dentre est convertie en commenant par les bits de poids fort et finissant par les bits de poids faibles. Ce type de convertisseur est illustr par la figure I-8.


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Figure I-8 : Exemple dun convertisseur pipeline 12 bits dcomposs en 3 tages de 4 bits chacun.

I-2-1-3 Les diffrentes familles de capteurs Si lon sintresse aux phnomnes physiques mis en jeux dans les capteurs, on peut classer ces derniers en deux catgories qui sont : les capteurs actifs et les capteurs passifs.

I-2-1-3-1 les capteurs actifs Fonctionnant en gnrateur, un capteur actif est gnralement fond dans son principe sur un effet physique qui assure la conversion en nergie lectrique de la forme dnergie propre la grandeur physique prlever, nergie thermique, mcanique ou de rayonnement. Les effets physiques les plus classiques sont : effet thermo lectrique : un circuit form de deux conducteurs de nature chimique diffrente, dont les jonctions sont des tempratures T1 et T2, est le sige dune force lectromotrice dorigine thermique, effet pizo-lectrique : lapplication dune contrainte mcanique certains matriaux dits pizo-lectriques(le quartz par exemple) entraneMmoire du DUT-GE/IFTS 9 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau lapparition dune dformation et dune mme charge lectrique de signe diffrent sur les faces opposes, effet dinduction lectromagntique : la variation du flux dinformation magntique dans un circuit lectrique induit une tension lectrique (dtection de passage dun objet mtallique), effet photo-lectrique : la libration de charges lectriques dans la matire sous linfluence dun rayonnement lumineux ou plus gnralement dune onde lectromagntique, effet Hall : un champ magntique B et un courant lectrique I crent dans le matriau une diffrence de potentiel , effet photovoltaque : des lectrons et des trous librs au voisinage dune jonction PN illumine, leur dplacement modifie la tension ses bornes.

I-2-1-3-2 les capteurs passifs Il sagit gnralement dimpdance dont lun des paramtres dterminants est sensible la grandeur mesure. La variation dimpdance rsulte : soit dune variation de dimension du capteur, cest le principe de fonctionnement dun grand nombre de capteur de position, potentiomtre, inductance noyaux mobile, condensateur armature mobile, soit dune dformation rsultant de force ou de grandeur sy ramenant, pression acclration (armature de condensateur soumise une diffrence de pression, jauge dextensomtre lie une structure dformable).

I-2-2 Les diffrents types de capteurs Il existe une gamme varie de capteur. Nous pouvant citer entre autre : les capteurs de distance,Mmoire du DUT-GE/IFTS 10 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau les capteurs de lumire, les capteurs de sons, les capteurs de temprature, les capteurs de pression, les capteurs de dbit, les capteurs de courant, les capteurs de niveau, les capteurs de position, les capteurs de contrainte, les capteurs inertiels. Notre travail tant bas sur les capteurs de niveau, nous allons plus tendre notre tude sur ceux-ci.

I-2-3 Les diffrents types de sorties des capteurs [2] Les capteurs et leurs conditionneurs peuvent aussi faire lobjet dune classification par type de sortie. En matire de rgulation de niveau, il convient de distinguer : la dtection de niveau : qui signale quune hauteur prdtermine est atteinte ; il sagit dun rsultat en Tout Ou Rien (T.O.R) ; cette hauteur prdtermine fixe la position du capteur, la dtection de niveau : qui mesure en continu le niveau audessus du plan de rfrence, c'est--dire que le transmetteur envoie un signal proportionnel la hauteur mesure.


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Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-2-3-1 Les capteurs de niveau numriques Le capteur de niveau numrique est lun des exemples les plus courants de capteurs actifs. Il existe galement plusieurs types de capteur de

niveau numriques dont : capteur de niveau pression diffrentielle, capteur de niveau sonde capacitive, capteur de niveau tube de torsion, capteur de niveau ultrasons, capteur de niveau par radar. Que devons-nous donc savoir sur ces types de capteur ?

I-2-3-1-1 Les capteurs de niveau pression diffrentielle (exemple du V VEGADIF 65) [9]

Le capteur de pression diffrentielle VEGADIF 65 est utilis pour de nombreuses tches de mesure, par exemple pour des mesures de dbit dans des gaz, vapeur et liquides avec organes dprimognes. Les mesures de niveau de liquides dans les rservoirs sous pression ainsi que des contrles de pression au niveau de filtres et de pompes sont des applications typiques. Les membranes sparatrices sont dplaces par les pressions appliques. Lhuile de remplissage transmet la pression apparaissant un pont de rsistance dont le signal de sortie dpendant de la pression diffrentielle est mesur et exploit. Les avantages de ce capteur sont une haute pression de systme allant jusqu 420 bar, une excellente stabilit long terme et une trs haute rsistance aux surcharges unilatrales. La figure I-9 illustre un capteur de niveau pression.


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Figure I-9 : capteur de niveau pression diffrentielle (cas du VEGDIF 65)

I-2-3-1-2 Les capteurs de niveau sonde capacitive [9] Le VEGACAP 27 est un capteur de niveau ne prsentant pas de risque de colmatage et destin la dtection de niveau dans tous les secteurs industriels. Les sondes de mesure totalement isoles comme le VEGACAP 27 sont utilises de prfrence dans les liquides conducteurs fortement colmatant. Grce la structure mcanique particulire, les colmatages au niveau de sonde de mesure sont compenss. Le capteur et la cuve forment les deux lectrodes dun condensateur. Une variation du niveau entraine une variation de la capacit de ce condensateur, qui est convertie en un signal de commutation dans llectronique de traitement. La figure I-10 illustre un capteur de niveau sonde capacitive.


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Figure I-10: Sonde capacitive destine la dtection de niveau (VEGZCAP 27)

I-2-3-1-3 Les capteurs de niveau tube de torsion (exemple du 244LD) Le transmetteur intelligent 244LD est conu pour les mesures en continu de niveau, dinterface et de masse volumique de liquide. Le principe de mesure utilis est celui de la pousse dArchimde. La figure I-11 illustre un capteur de niveau tube de torsion.

Figure I-11 : capteur de niveau tube de torsion (244LD)Mmoire du DUT-GE/IFTS 14 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau Tout corps plong dans un liquide est soumis au principe de la pousse dArchimde et est dpendant de la masse volumique du liquide. Ce principe est exploit pour dterminer les niveaux, les masses volumiques ou les interfaces de liquide en immergeant un plongeur avec un diamtre constant dans le liquide. La pousse dArchimde est proportionnelle au niveau liquide et est convertie en un signal de mesure. Le plongeur est entirement immerg pour les mesures de la masse volumique et dinterfaces.

I-2-3-1-4 Les capteurs de niveau ultrasons (exemple du GEGASON 61) Le VEGASON 61 est appropri la mesure de niveau de liquides et lutilisation dans de petites cuves de solides en vrac. Les applications classiques sont les mesures de liquides dans des cuves de stockage ou dans bassins ouverts ainsi que les mesures de dbit dans les canaux ciel ouvert. Le capteur est tout aussi bien appropri la mesure de solides en vrac. De courtes impulsions ultrasoniques sont mises vers le produit mesurer, rflchies par la surface du produit puis rceptionnes nouveau par le traducteur. Le temps de propagation entre lmission et la rception des signaux est proportionnel au niveau de la cuve. Il est illustr par la figure I-12.

Figure I-12 : Capteur ultrasons pour la mesure de niveau continue (cas du VEGASON 61)Mmoire du DUT-GE/IFTS 15 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-2-3-1-5 Les capteurs de niveau par radar (exemple du VEGAPULS WL 61) [9] Le capteur radar VEGAPULS WL 61 a t spcialement conu pour les applications de mesure de niveau et de dbit en canal ouvert dans les domaines de leau potable et des eaux uses. Largement insensible toutes les influences environnementales, la technologie radar nous offre une mesure de niveau des plus prcises et fiables. Le VEGAPULS WL 61 mesure trs prcisment le niveau ou les dbits en canaux ouverts dans toutes les conditions dutilisation. Offrant de nets avantages par rapport la technologie ultrasonique, ainsi que de multiples possibilits de montage et de raccordement, ce capteur savre idal pour les applications deau. En fonctionnement, le VEGASPULS WL 61 met de courtes impulsions hyperfrquences. Comme ces signaux se propagent en toute indpendance par rapport aux conditions ambiantes, la mesure nest ni influence par les variations de tempratures, ni par le vent, le brouillard, la pluie ou la neige. Sa prcision de mesure est assure en toute circonstance, ce qui est un avantage notoire lorsque la plus grande fiabilit est recherche. En effet, dans le cas dune mesure de dbit en canal ouvert par exemple, quelques millimtres de drive sur la mesure peuvent entrainer dimportantes erreurs sur le dbit calcul. Le principe de mesure de niveau par radar est illustr par la figure I-13.


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Figure I-13 : Mesure de niveau dans un bassin (avec le VEGAPULS WL 61) Afin de permettre une utilisation optimale de la capacit du bassin, le signal de mesure du VEGAPULS WL 61 peut tre dvi facilement laide dune plaque mtallique incline. Des impulsions hyperfrquences trs courtes mises, rflchies la surface de leau et rceptionnes en retour par lantenne. Puis, de puissants algorithmes de traitement issus de lexprience acquise au travers des 250 000 capteurs radars en service, vont traiter le signal pour fournir la mesure de la distance par rapport la surface de leau et par diffrence, le niveau. En dpit de lanalyse pousse du signal dans le capteur, le rglage reste trs simple. La configuration trs intuitive peut tre ralise en quelques tapes. Le capteur de niveau radar est illustr sur la figure I-14.


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Figure I-14 : Capteur de niveau radar VEGAPULS WL 61

I-2-3-2 Les capteurs Tout Ou Rien (T.O.R) Les capteurs sont des composants dautomatisme qui ont pour but de rcolter une information sur la partie oprative et de le transmettre la partie commande qui pourra ainsi la traiter. Les capteurs Tout ou Rien (TOR) dlivrent une information binaire la partie commande : linformation adopte ltat 0 ou ltat 1. Chaque tat possde une signification dans le contexte. Ainsi dit, les capteurs TOR permettent de dtecter le niveau par rapport une hauteur prdfinie. Cest donc un capteur intervenant dans la scurit. Ces capteurs nous permettent de dtecter : la position ou lapproche dun objet dans lespace sui touche le capteur, la coupure ou ltablissement dun rayon lumineux, la proximit dobjets mtalliques ou non mtalliques, du vent, de leau, du vide, une pression dair, de lhumidit, du gaz, de la lumire, des fumes, une tempratureMmoire du DUT-GE/IFTS 18 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau IL est aussi souligner que les capteurs TOR existent sous diffrentes catgories : les capteurs mcaniques, les capteurs inductifs, les capteurs capacitifs, les cellules photolectriques.

I-2-3-2-1 Les capteurs mcaniques Ce sont des capteurs de fin de course. Lobjet dtecter touche physiquement llment mobile du capteur. Ainsi, le contact ouvre ou ferme le circuit selon que llment mobile du capteur est dans sa position normale ou actionn. Un contact est dit sec sil est libre de potentiel : le potentiel est donn par la partie oprative. La figure I-15 prsente plusieurs capteurs mcaniques.

Figure I-15 : Exemple de capteurs mcaniques

I-2-3-2-2 Les capteurs inductifs La dtection se fait sans contact. Un circuit lectronique effet inductif transforme une perturbation magntique due la prsence de lobjet en commande douverture ou de fermeture statique (par transistor) du circuit dinformation.Mmoire du DUT-GE/IFTS 19 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau La face sensible cre un champ magntique local. Lorsque lobjet pntre dans le champ magntique, loscillateur se met en route et la sortie est active. Un exemple de capteur inductif est illustr la figure I-16.

Figure I-16 : Exemple dun capteur inductif

I-2-3-2-3 Les capteurs capacitifs Les capteurs capacitifs sont des capteurs de proximit qui permettent de dtecter des objets mtalliques ou isolants. Lorsquun objet entre dans le champ de dtection des lectrodes du capteur, il provoque des oscillations en modifiant la capacit de couplage du condensateur. La figure I-17 illustre un capteur capacitif.

Figure I-17 : exemple de capteur capacitifMmoire du DUT-GE/IFTS 20 Bitadja DJATO

Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau I-2-3-2-4 Les cellules photolectriques Il existe divers cellules photolectriques. a- Les cellules en barrage Les cellules en barrage sont composes dun metteur et dun rcepteur spars. Lmetteur envoie le faisceau vers le rcepteur. Le faisceau est coup par lobjet dtecter. Il faut noter que la distance de dtection peut atteindre 30m. Son principe est illustr par la figure I-8.

Figure I-18 : Principe de fonctionnement dune cellule photolectrique en barrage b- La cellule reflex Les cellules reflex sont composes dun metteur/rcepteur (dans la mme boite) et dun catadioptre (rflecteur). Lmetteur envoie le faisceau qui revient vers le rcepteur aprs stre rflchi sur le catadioptre. Lobjet dtecter coupe le faisceau. Si lobjet dtecter est rflchissant, il convient dutiliser un systme reflex polaris : le rcepteur nest pas sensible la lumire renvoye par lobjet. La distance de dtection est 2 3 fois infrieure au systme en barrage. Principe illustr par la figure I-19.


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Figure I-19 : Principe de fonctionnement de la cellule photolectrique reflex

c- La dtection par proximit Les cellules dtection par proximit sont dotes dun metteur qui envoie le faisceau. Celui-ci se rflchit directement sur lobjet dtecter lui-mme avant de retourner au rcepteur. Lobjet doit tre rflchissant et guid.

I-2-3-3 Choix du capteur et caractristiques Notre travail ayant pour but de rgulation du niveau deau de la lagune de B, nous disposeront donc dune hauteur prdfinie laquelle le pompage devrait tre dclench, et dune autre o le moteur devrait sarrter. Il sen suit donc que nous devrons disposer dun capteur de niveau TOR qui se limitera de dlivrer un signal exploitable par lAPI. Nous avons donc choisi le capteur SR12 de LEITENBERGER pour la

rgulation de notre niveau. Cest un capteur dont la longueur de mesure peut tre facilement rgle en fonction de la hauteur du niveau rguler. La figure I-20 illustre ce capteur de niveau.


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Schma I-20 : capteur de niveau TOR flotteur LEITENBERGER de type SR12


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Chapitre I : Gnralits sur la rgulation de niveau CARACTERISTIQUES type de raccordement : cble (3fils) course flotteur : max 6000mm tat ouvert ou tat ferm : 230V AC ; 100VA ; 1A AC 230V DC ; 50W ; 0,5A DC commutateur : 230V AC ; 40VA ; 1A AC 230V DC; 20W; 0,5A DC commutateur de fonction: tat ouvert ou tat ferm/ inverseur/ on prsence de niveau -classe de protection : IP65 -temprature de service -30 +150C -pression de service : max 40bar

I-3 CONCLUSION Dans les procds industriels, tout comme dans chaque habitation, il est ncessaire de contrler, dune faon ou dune autre, le niveau des fluides l o ils sont. Cest de mme que le contrle de certains cours deau (la lagune de B par exemple) est trs importante, afin dviter le dbordement conduisant souvent des inondations. Il faut donc dire que la rgulation est trs indispensable de nos jours, et dans tous les domaines ayant trait au niveau.


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable

CHAPITRE II

GENERALITES SUR LA CONDUITE DE PROCESSUS PAR AUTOMATE PROGRAMMABLE


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable II-1 INTRODUCTION Lautomate programmable industriel est un appareil lectronique qui reoit des informations sur lentre, effectue un traitement de ces informations conformment un programme pr charg dans sa mmoire. Il est aujourdhui le constituant le plus rpandu des automatismes. On le trouve non seulement dans tous les secteurs de lindustrie, mais aussi dans les services et dans la rgulation des niveaux. Il faut donc pour mieux comprendre son

fonctionnement, savoir comment il est constitu.

II-2 GENERALITES SUR LES API Lautomate programmable industriel (API) est un dispositif lectronique programmable destin la commande de processus industriels par un traitement squentiel. Il envoie des ordres vers les pr-actionneurs (partie oprative ou PO ct actionneur) partir de donnes dentres (capteurs) (partie commande ou PC cot capteur) de consignes et dun programme informatique. Les automates programmables industriels sont des appareils qui sont conus par plusieurs fabricants. Malgr les nombreux constructeurs et les spcificits fonctionnelles et architecturales, les automates ont la mme architecture de base. Que devons-nous donc savoir sur cette architecture ?

II-2-1 Architecture des API [1] Malgr les tailles et les apparences trs varies que ce soient des gros automates pour les industries dautomobiles ou des automates pour la rgulation de niveau, les automates actuels ont presque tous, la mme architecture de base.


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable II-2-1-1 Structure externe Les Automates programmables existent sous deux types. Ils peuvent tre soit de type compact ou de type modulaire.

II-2-1-1-1 Automate de type compact De type compact, on distinguera les modules de programmation (LOGO de Siemens, MILLENIUM de Crouzet, ZELIO de Schneider) des microautomates. Il intgre le processeur, lalimentation, les entres et les sorties. Selon les modles et les fabricants, il pourra raliser certaines fonctions supplmentaires (comptage rapide, E/S analogiques) et recevoir des extensions en nombre limit. Ces automates, de fonctionnement simple, sont gnralement destins la commande de petits automatismes. La figure II-1 illustre un automate compact.

Figure II-1 : Automate compact (Allen-Bradley)

II-2-1-1-2 Automates de type modulaire De type modulaire, le processeur, lalimentation et les interfaces dentres/ sortie rsident dans les units spars (modules) et sont fixes sur un ou plusieurs racks contenant le fond de panier (bus plus connecteurs).Mmoire du DUT-GE/IFTS 27 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable Ces automates sont intgrs dans les automatismes complexes ou puissance, capacit de traitement et flexibilit sont ncessaires. Ce type dautomate est illustr par la figure II-2.

Figure II-2 : Automate modulaire (Modicon)

II-2-1-2 Structure interne [4] Pour pouvoir comprendre la structure interne dun automate, analysons son schma synoptique. Cette structure est illustre par la figure II-3.

FigureII-3 : Schma synoptique dun systme automatisMmoire du DUT-GE/IFTS 28 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable Quels sont les fonctions de chaque partie dun automate programmable industriel ? a-Module dalimentation Il a pour rle de fournir les tensions continues que ncessitent les composants (5V, 12V) avec de bonnes performances, notamment face aux microcoupures du rseau. Sa source dnergie est normalement le rseau lectrique, parfois du 24V continu. Il ne faut pas oublier que les chssis dextension et les entres/sorties dportes doivent aussi disposer dune alimentation. Il est parfois ncessaire, pour lutter contre les perturbations lectriques, dintroduire un transformateur disolement. Cest notamment le cas pour les raccordements un rseau lectrique neutre flottant . Un onduleur vite les risques de coupure si celles-ci risquent de dpasser les tolrances admises. b-Processeur Cur de lappareil, dans lunit centrale, ce nest sans doute pas, paradoxalement, le point le plus caractristique, mais il conditionne tout de mme largement les performances. Les premiers API taient quips de processeurs spcifiques, cycle de scrutation unique : on excutait en permanence un programme grant essentiellement des variables binaires. On est pass ensuite des processeurs plus performants, issus du monde de linformatique. Cette volution a permis de baisser les couts, daccroitre les possibilits oprationnelles. Les processeurs gnralistes tant toutefois ponctuellement moins efficaces que les spcialiss, on peut penser que cest aussi une des raisons pour laquelle les progrs (en temps de calcul par exemple) sur un ensemble doprations de base ont t moins spectaculaires quen informatique gnrale, avec une consquence


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable heureuse pour les utilisateurs : une longvit suprieure du matriel. Des progrs importants ont t accomplis sur dautres points, sur lesquels nous reviendrons. Lunit centrale UC est une carte lectronique btie autour de la (ou des) puce(s) processeur(s), qui assure au moins les fonctions suivantes : oprations logiques sur bits (le bit, contraction de binary digit , tant linformation lmentaire deux tats) ou sur mots (ensemble de bits, le plus souvent 16 pour les API), temporisation et comptage.

c- Le bus Il permet la communication de lensemble des blocs de lautomate et des ventuelles extensions d- Mmoire Le stockage des donnes et des programmes seffectue dans des mmoires. La mmoire vive (RAM) est volatile mais secourue par batterie. La mmoire morte (ROM) dont lutilisateur ne peut que lire le contenu, ventuellement programmable (PROM) laide doutils spciaux, contient le systme dexploitation, tandis que les mmoires reprogrammables (EPROM), l encore avec un matriel spcifique. La mmoire de donnes contient elle-mme plusieurs zones : une zone de bits, dont certains peuvent tre secourus en cas de dfaillance de lalimentation lectrique,


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable une zone de mots, permettant de soumettre des donnes un traitement plus large que le traitement boolen (traitement numrique ou alphanumrique). Elle est conue pour revoir, grer, stocker des informations issues des diffrents secteurs du systme que sont le terminal de programme. Elle reoit galement des informations en provenance des capteurs. La capacit de stockage dune mmoire sexprime en kilooctets (ko) ( ). Il faut connaitre la capacit minimale utile de lAPI, mais aussi la capacit maximale que lon peut obtenir par diverses extensions. La mmoire des automates est trs infrieure celle des microordinateurs. e- Interface dentres/sortie Il assure le rle dinterface de la partie commande qui distingue une partie oprative, o les actionneurs agissent physiquement sur le processus, et une partie commande rcuprant les informations sur ltat de ce processus et coordonnant en consquence les actions pour atteindre les objectifs prescrits. Pour ce faire, ils doivent : -regrouper des variables de mme nature, pour diminuer complexit et cout, -assurer le dialogue avec lUC, -traduire les signaux industriels en informations API et rciproquement, avec une protection de lUC et un traitement adquats. Linterface dentres comporte des adresses dentre, une pour chaque capteur reli. Linterface de sorties comporte des adresses de sorties, une pour chaque pr-actionneur. Le nombre dE/S varie suivant le type dautomate. Les cartes dE/S ont une modularit de 8, 16 ou 31 voies. Elles admettent ou dlivrent des tensions continues 0-24 Vcc.Mmoire du DUT-GE/IFTS 31 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable II-2-1-3 Fonctions ralises [4] Les automates compacts permettent de commander des sorties en TOR et gnrent parfois des fonctions de comptage et de traitement analogique. Les automates modulaires permettent de raliser de nombreuses autres fonctions grce des modules intelligents que lon dispose sur un ou plusieurs racks. Ces modules ont lavantage de ne pas surcharger le travail de la CPU car ils disposent bien souvent de leur propre processeur.

II-2-2 Prsentation LAPI est structure autour dune unit de calcul ou processeur (en anglais Central Processing Unit, CPU), dune alimentation et, de modules suivant les besoins de lapplication, tel que : des cartes dentres-sorties (en anglais Input- Output, I/O) numriques (Tout ou rien) ou analogiques : o cartes dentres pour brancher des capteurs o cartes de sorties pour brancher des actionneurs, voyants, vannes, des modules de communication pour dialoguer avec dautres automates, des entres/sorties dportes, des supervisions ou autres interfaces homme-machine (en anglais Human Machine Interface HMI), des modules ddis mtiers tels que de comptage rapide de pesage des modules dinterface pour la commande de mouvement, dits modules Motion, tels que dmarreurs progressifs, ouverture des vannes deaux pour extinction de feu, des modules de dialogue (homme-machine) tel que le pupitre (tactile ou avec clavier) dialoguant avec lautomate par rseau industriel propritaire ou non et affichant des messages ou une reprsentation du procd.Mmoire du DUT-GE/IFTS 32 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable Dautre, plus anciens, taient constitus dune simple mmoire dont ladresse dentre tait constitue dune concatnation de donnes dentre (senseurs, horloge) et de ltat prcdent. Beaucoup moins onreux, ils se prtaient en revanche mal une organisation rapide du nombre dtats. Ils sont rests trs utilises pour des automatisations simples du styles Antiblockiersystem (ABS) ou feux de signalisation deux carrefours. Les programmes des API sont traits selon un cycle prcis : acquisition de toutes les entres (recopie dans une mmoire image) traitement des donnes (calculs) mis jour des sorties. Le temps dun cycle dAPI varie selon la taille du programme, la complexit des calculs et la puissance de lAPI. Le temps de cycle est gnralement de lordre dune vingtaine de millisecondes. Les API se caractrisent par rapport aux ordinateurs par leur fiabilit et leur facilit de maintenance (bien que les ordinateurs industriels atteignent galement un trs bon degr de fiabilit). Les modules peuvent tre changs trs facilement et le redmarrage des API est trs rapide. Labsence dinterface Homme-machine pour visualiser laction et le fonctionnement du programme sur la partie oprative fait que les automates sont trs souvent relie par une communication un pupitre operateur, une interface graphique (cran daffichage ou cran tactile). Dans ce dernier cas, on parle de supervision. Un automate dot dun programme simple peut maintenir in niveau de liquide dans un rservoir entre deux niveau (un mini et un maxi), en ouvrant et en fermant une vanne. Un arrangement un peu plus complexe peut nous permettre de dmarrer automatiquement les moteurs vis pour lvacuation de leau de la lagune, lorsque cette dernire atteint le niveau maximal.


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable II-2-3 Nature des informations traites par les API Les informations pouvant tre traites par les API sont de type : tout ou rien (TOR) : linformation ne peut prendre que deux tats (vrai/faux, 0 ou 1) ; cest le type dinformation dlivre par un dtecteur, un bouton poussoir analogique : linformation est continue et peut prendre une valeur comprise dans une plage bien dtermine ; cest le type dinformation dlivre par un capteur (pression, temprature), numrique : linformation contenue dans des mots cods sous forme binaire ou bien hexadcimale ; cest le type dinformation dlivre par un ordinateur ou un module intelligent.

II-2-4 Traitement du programme des API Tous les API fonctionnent selon le mode opratoire : traitement interne : lautomate effectue des oprations de contrle et met jours certains paramtres systmes (dtection des passages en RUN/STOP, mise jour des valeurs de lhorodateur), lecture des entres : lautomate lit les entres (de faon synchrone) et les recopie dans la mmoire image des entres, excution du programme : lautomate excute le programme instruction par instruction et crit les sorties dans la mmoire image des sorties, criture des sorties : lautomate bascule les diffrentes sorties (de faon synchrone) aux positions dfinies dans la mmoire image des sorties. Le traitement dun programme automate est illustr par la figure II-4.


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Figure II-4 : Traitement du programme automate

II-2-4-1 Dfinition Ces quatre oprations sont effectues continuellement par lautomate (fonctionnement cyclique). a-Scrutation On appelle scrutation lensemble des quatre oprations ralises par lautomate (voir figure II-4) b- Temps de scrutation Le temps de scrutation est le temps mis par lautomate pour traiter la mme partie de programme. d- Le temps de rponse total (TRT) Le temps de rponse total est le temps qui scoule entre le changement dtat dune entre et le changement dtat de la sortie correspondante.Mmoire du DUT-GE/IFTS 35 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable II-2-5 La programmation des API La programmation des API se fait de trois manires diffrentes : avec un pc (personal computer) et un logiciel appropri, sur lapi lui-mme laide de touches, avec une console de programmation relie par un cble spcifique de lapi.

II-2-5-1 Les diffrents langages de programmation Il existe quatre langages de programmation des automates qui sont normaliss au plan mondial par la norme CEI 61131-3. Chaque automate se programmant via une console de programmation propritaire ou par un ordinateur quip de logiciel constructeur spcifique. a-Liste dinstruction (IL : Instruction List) Cest un langage textuel de mme nature que lassembleur (programmation de microcontrleur). Il est trs peu utilis par les automaticiens. Un exemple de programme est illustr par le tableau II-1. Tableau II-1 : Tableau dun programme en Langage liste dinstruction ETIQUETTE %LO : MNEMONIQUE LD ANDN OR( AND ) AND ST %I1.7 OPERANDE %I1.0 %M12 %TM4.Q %M17


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable Tableau II-1 : Tableau dun programme en Langage liste dinstruction(fin) %LS : LD ANDN ADNN IN LD AND AND [%MW1 S := %Q2.S %I1.10 %Q2.s %M27 %TMO %M2S %MWO : XS %MW18-S00]

b-Langage littral structur (ST : Structured Text) Cest un langage informatique de mme nature que le Pascal, il utilise les fonctions comme Ifthenelse...(Sialorssinon). Il est peu utilis par les automaticiens. Voici une fraction de programme en langage littral structur IF % MO THEN FOR % MW 99 := OTO S1 DO IF % MW100[%MW99] O THEN %MW10:= %MW100[%MW99] %MW11:= TRUE; EXIT; ELSE %M1:= FALSE; END_IF; END FOR; ELSE %M1:= FALSE; END_IF;Mmoire du DUT-GE/IFTS 37 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable c-Blocs Fonctionnels (FBD : Function Bloc Diagram) Langage graphique o des fonctions sont reprsentes par de rectangles avec les entres gauche et les sorties droite. Les blocs sont programms (bibliothque) ou programmables. La figure II-5 illustre ce type de programme.

Figure II-5 : Fraction dun programme en langage blocs fonctionnels d-Langage contact (LD : Ladder diagram) Comme tous les langages de programmation des API, ce type de langage est orient problmes. C'est--dire quil est la fois volu et adapt : - la nature des donnes du cahier de charge, -aux formes et de raisonnement de lautomaticien. Ce type de langage facilite lapprentissage de la programmation qui en se simplifiant devient plus performante, et permet un gain de temps apprciable dans la phase tude et mise au point du programme. Il utilise les symboles tels que : contacts, relais et blocs fonctionnels et sorganise en rseaux (labels) ; cest le plus utilis. La figure II-6 illustre ce type de programme.


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Figure II-6 : Fraction dun programme en langage contact

II-2-5-2 Programmation laide du GRAFCET (SFC : Sequential Function Chart) Le GRAFCET, langage de spcification, est utilis par certains constructeurs dautomate (Schneider, Siemens) pour la programmation. Parfois associ un langage de programmation aise des systmes squentiels tout en facilitant la mise au point des programmes ainsi que le dpannage des systmes. Certains logiciels permettent une programmation totale en langage GRAFCET en permettent de sadapter la plupart des automates existants (logiciels CADEPA ou AUTOMGEN). En fonction des rgles dcriture de ce diagramme fonctionnel, son traitement doit permettre la gestion : des squences uniques, des sauts dtapes, des reprises de squence, des squences simultanes,Mmoire du DUT-GE/IFTS 39 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable des slections de squences. Dans chacun de ces diffrents cas dvolution du GRAFCET sont intgrs : le traitement des conditions dvolution, c'est--dire les expressions des rceptivits qui relvent du langage boolen, laffectation des tats aux sorties. La figure II-7 illustre ce programme

Figure II-7 : Fraction dun programme en langage GRAFCET

II-3 LES SYSTEMS ASSERVIS [5] Lautomatisation permet lautomatisation de taches par des machines fonctionnant sans intervention humaine. On parle alors de systme asservi ou rgul. La figure II-8 nous montre un aperu de systme boucle asservie. Ce systme est illustr par la figure II-8.


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Figure II-8 : schma dune boucle dasservissement Nous avons deux types de contrle en systme boucl : la commande en boucle ouverte et la commande en boucle ferme.

II-3-1 Commande en boucle ouverte En rgulation, un contrle en boucle ouverte est une forme de contrle dun systme qui ne prend pas en compte la raction de ce system. Ce contrle, simple en principe, est utiliser avec prcaution si le systme et naturellement instable.

II-3-2 Commande en boucle Ferme On reprsente graphiquement un systme asservi par lutilisation de schmas bloc. La technique dautomatisation est le contrle en boucle ferme. Un systme est dit en boucle ferme lorsque la sortie du procd est prise en compte pour calculer lentre. Les performances de ce type de commande sont meilleures. Lensemble du dispositif constitue un asservissement ou un systme asservi. Si lentre est constante ou varie par paliers, on parle de rgulation.


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Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable La rgulation est lie laptitude de la commande attnuer ou compenser linfluence de phnomnes indsirables. Si lentre est variable, on parle dasservissement. Lasservissement est li laptitude des grandeurs commandes rejoindre leur valeur de consigne. Ce systme est illustr sur la figure II-9.

Figure II-9 : commande en boucle ferme ; schma gnral dune boucle de rgulation (asservissement). Systme continu.

II-4 CONCLUSION Lautomate est un bon produit, facile programmer, connecter, adapt aux conditions industrielles. Lexpansion considrable de ses possibilits, et celle corrlative de son march, le prouvent. Il ne faut donc pas vouloir en faire une solution miracle. Dans tous les cas : une bonne analyse du problme rsoudre ;Mmoire du DUT-GE/IFTS 42 Bitadja DJATO

Chapitre II : Gnralits sur la conduite de processus par automate programmable le respect des rgles dinstallation ; un lger surdimensionnement pour prserver des marges de motivation, sont les conditions dune implantation russie, dont la dure de vie dpassera largement celles habituelles dans le monde informatique, dont lAPI est pour partie issu.


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B

CHAPITRE III

Automatisation de la station de pompage de la lagune de B


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B III-1 INTRODUCTION Les problmes dinondation dans la ville de Lom ont conduit la construction de la station de pompage de la lagune de B. Lautomatisation de cette station nous oblige faire des recherches approfondies de la lagune elle-mme. Ces donnes nous permettrons donc de bien rguler le niveau de la lagune de B. Il nous faut donc tudier le systme mis en place. III-2 DESCRIPTION TECHNIQUE DE LEXISTANT La station de pompage de la lagune de B a t construite par les Hollandais en 1976. Elle a pour rle la rgulation du niveau de la lagune pour viter linondation. Le systme dvacuation est compos de pompes vis qui drainent leau vers la mer via des canalisations construites cette occasion.

II-2-1 Prsentation de la pompe vis Cette station dispose de deux grandes pompes vis de type Archimde. Ces pompes ont t fabriques en 2006 et ont pour dbit unitaire 1010l/s chacune. Elles font 8164 mm de longueur et 1834 mm de diamtre extrieur. Avec un poids de 4200 kg, ces vis sont inclines de 30 par rapport lhorizontale. Elles sont entraines par un moteur ABB de type M2QA250M4A de puissance 55 kW. Ce moteur un cos=0.87 avec une vitesse angulaire =1480r/min. Etant donn que la vis ne peut pas tourner la vitesse du moteur, il a t install en complment, un systme de poulies FLENDER, constitu de plusieurs engrenages. Ainsi, la vitesse de rotation de la vis est rduite par rapport cette du moteur ABB. Nous avons donc une conversion de la vitesse n1 vers n2 telle que : Mmoire du DUT-GE/IFTS 45 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B Le moteur et les vis darchimde sont reprsents respectivement sur les figure III-1 et III-2.

Figure III-1 : Moteur ABB M2QA250M4A

Figure III-2 : Pompe vis de type Archimde


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B III-2-2 Quelques donnes de la lagune de B La zone lagunaire dont bnficie notre pays stant sur une superficie de 30 km. La lagune de B occupe une superficie de 88 ha. Pour connaitre la profondeur de cette lagune en question, nous allons nous baser sur la pluviomtrie moyenne de la ville de Lom. Tableau III-1 : Distribution pluviomtrique moyenne sur le littoral togolais J Lomville Lomaropo rt LomFDS Baguid 10, a 2 3,1 28, 8 20, 4 24, 2 Anho 12, 5 30, 1 32, 5 54, 4 35, 1 62, 7 112, 158, 165, 92, 4 0 5 6 48, 4 27, 1 18, 1 22, 2 45, 4 92, 6 54, 5 73 8,4 81,7 16, 0 26, 8 110, 15 3 87,1 34, 8 12, 1 9,8 10, 9 7,4 11, 3 12, 5 F 48, 2 26, 7 M 53, 5 62 A M J J A 20, 9 24, 9 S 36, 0 46, 9 O N D 9,6

95,2 140, 208, 69, 5 8 2

84,2 30, 3 89,4 24, 8

99,1 154, 246, 88, 1 6 1

6,9

105, 151, 242, 69 5 3 8

Kpm 0,0

95,3 76,4 156, 61, 4 4

110, 152, 245, 85, 9 2 5 1

Nous pouvons partir de ce tableau dduire que le mois o le littoral togolais est le plus arros, est celui de Juin. Nous allons nous base sur la pluviomtrie du moins de Juin pour dduire approximativement la quantit deau qui tombe sur la ville de Lom.


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Nous allons dduire de cette pluviomtrie moyenne, la quantit approximative tombe sur la ville de Lom dans le mois de juin.

deau

Si nous supposons que toute cette eau est conduite vers les lagunes, nous allons donc essayer de dterminer la profondeur de la zone lagunaire. Nous savons que la zone lagunaire stend sur une superficie de 30km

Puisque les lagunes communiquent entre elles, nous nous permettons de dduire donc que la profondeur de la zone lagunaire (en consquence celle de la lagune


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B de B), pendant les priodes de grandes pluies (le mois de juin), est sensiblement gale 2,34 m. Connaissance la profondeur de la lagune, nous allons dfinir un niveau critique maximal o les moteurs devront dmarrer automatiquement, et un niveau bas o ils devront sarrter. Le niveau critique maximal est donc fix 2 m et le niveau bas 1m.

III-2-3 Dmarrage des moteurs [7] Un moteur bague ne peut dmarrer en mme temps, en roulement rotorique court-circuit, sans provoquer des pointes de couple et de courant inadmissible. Il est donc conseill dans ce genre de dmarrage, tout en alimentant le stator sous la pleine tension du rseau, dinsrer dans le circuit rotorique, un ensemble de rsistances qui seront ensuite court-circuites progressivement. Une autre possibilit pour ce genre de dmarrage, est lutilisation de dmarreur progressif. Cest dans cette optique que la station de pompage de la lagune de B a opt pour un dmarrage laide des dmarreurs progressifs Altistart 48 de Tlmcanique, qui assure le dmarrage sans pointe dintensit. Le dmarreur comporte des dispositifs de scurit qui peuvent en cas de dfauts commander larrt du dmarreur et par l-mme larrt du moteur. Ce moteur peut lui-mme subir un arrt par blocage mcanique. Enfin, des variations de tension ou des coupures dalimentation peuvent galement tre lorigine darrts. Il est noter que lAltistart 48 doit tre considr comme un composant, ce nest ni une machine ni un appareil prt lutilisation selon les directives europennes (directive machine et directive compatibilit lectromagntique). Ce dmarreur est illustr la figure III-3.


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Figure III-3 : Dmarreur progressif Altistart 48 de Tlmcanique

III-3 IMPLEMENTATION ET SIMULATION DU PROGRAMME Nous allons prsent crire le programme de notre automate, et faire sa simulation avec le logiciel Zlio Soft 2.

III-3-1 Prsentation de Zlio Soft 2 Le logiciel Zlio Soft permet de programmer, mettre au point et monitorer les contrleurs logiques Zlio logic. Comme plusieurs automates, son lautomate propre SR3B101FU logiciel de de la socit

Tlmcanique

possde

programmation.

Comparativement la majorit des autres logiciels, Zlio Soft 2 fourni une interface graphique pour la programmation (FBD). Cette possibilit de programmation graphique offre plusieurs avantages : faciliter les modifications,Mmoire du DUT-GE/IFTS 50 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B aider lexploitation (rglages et dpannage), permettre la gnration du programme pour lautomate concern. Nous allons prsenter linterface gnrale du logiciel, lassistance la programmation, et la configuration de lautomate.

III-3-1-1 Interface gnrale du logiciel Lors de son ouverture, le logiciel offre une interface semblable celle de nimporte quel programme Windows. Elle prsente une barre de menus, une barre doutils et une fentre de travail. Pour atteindre nos objectifs, nous navons pas besoin de connaitre tous les dtails de ces rubriques. Seules quelques options nous seront utiles au cours de la programmation. III-3-1-1-1 Interface de lapplication A louverture de notre programme, il se prsente comme suit (figure III-4).

Figure III-4 : interface de ZlioMmoire du DUT-GE/IFTS 51 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B Sur cette figure (figure III-4), le logiciel prsente six menus essentiels qui sont : crer un nouveau programme, ouvrir un programme existant, ouvrir un programme utilis rcemment, tlcharger un programme depuis un module, mode monitoring, quitter. Ces menus permettent de choisir un mode de travail.

III-3-1-1-2 Interface de choix du module Aprs que lon est slectionn le menu crer un nouveau programme montr la figure III-4, nous accdons une autre page que nous montre la figure III-5.

Figure III-5 : Choix du module logique Cette page nous permet de slectionner la catgorie du module correspondant notre application.Mmoire du DUT-GE/IFTS 52 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B Aprs le choix du module, la figure III-6 illustre le type de module Zlio programmer.

Figure III-6 : Type de module logique Zlio programmer Notre application ncessite 5 entres/sorties ce qui nous amne choisir un module comportant un nombre dentres/sorties pas trop suprieur la demande.

III-3-1-1-3 Interface de choix du type de langage de programmation Aprs que lon ait choisi le module programmable, il faudra faire le choix du langage de programmation comme lindique la figure III-7.


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Figure III-7 : slection du type de langage de programmation Ainsi pour programmer les modules ZELIO, nous disposons de deux langages : le langage contact (LADDER), le bloc fonctionnel (FBD). Aprs avoir choisi le type de langage de programmation, nous accdons linterface de travail.

III-3-1-1-4 Interface de travail Cette interface permet lcriture du programme en LADDER ; elle prsente galement dautres barres de menu. Cela sillustre par la figure III-8.


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Figure III-8 : Interface de travail

III-3-1-2 Assistance la programmation Lassistance la programmation comprend : un test de cohrence : ds la moindre erreur de saisie, Zlio Soft passe au rouge et localise prcisment le problme, les modes simulation et monitoring : testent en temps rel le programme avec ou sans module connect au PC, une fentre de supervision : permet de visualiser ltat des E/S du module dans lenvironnement de votre application (dessin ou image), laide en ligne.


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B III-3-1-3 La configuration de lautomate La configuration requise pour lautomate devant grer le fonctionnement doit tenir compte : du nombre dentres/sorties, du type de processeur, du module dalimentation. a- Choix du nombre dentres et de sorties Les entres et sorties dAPI sont choisis en tenant compte du type, du nombre de capteurs et de pr actionneurs devant tre utiliss. La source dalimentation rentre aussi en compte. Pour notre application une tension de 220-230 V disponible dans larmoire lectrique sera abaisse en 24 V pour les entres de notre automate. Nous utilisons comme capteurs : les fins de course et des boutons poussoirs. b- Choix de lalimentation Nous choisissons lalimentation en fonction du rseau dalimentation disponible. Larmoire lectrique contenant lautomate dispose dun transformateur abaisseur 220/24 V. Nous pouvons ainsi facilement y utiliser notre automate qui est aliment sous 24 VDC. Pour avoir une alimentation filtre et fiable Tlmcanique propose une alimentation ABL7R. c- Choix du langage de programmation Le langage de programmation est lensemble des codes qui permettent tout utilisateur les possdant, de communiquer un automate des informations relatives la gestion dun processus. Les langages de programmation dans leur ensemble sont des jeux dinstructions ou des symboles qui dfinissent la faon dcrire un programme. Ils suivent une


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B syntaxe prcise pour une logique donne. En ce qui concerne notre module programmable Zlio, il intgre deux langages de programmation : a- le langage Blocs Fonctions (FBD) : Cest un langage qui permet une programmation graphique base sur lutilisation de blocs fonctionnels, avec des fonctions prdfinies. Il intgre des fonctions dentres, standard, SFC (fonctions squentielles pour des automates squentiels). On y ajoute galement des fonctions logiques et de sortie. b- le langage contact ou LADDER Le LADDER est un langage totalement graphique. Contrairement au FBD, il utilise des symboles graphiques de contact ouverture et fermeture et des bobines. Cest le langage le mieux comprhensible et facile utiliser pour les lectriciens industriels habitu lire les schmas lectriques. Un minimum de connaissance en langage du point de vue visualisation des tapes actives et lidentification des actions associes. Le langage Blocs Fonctions (FBD) nous permet de suivre avec prcision le droulement du processus ; cette opportunit nous conduit lutiliser comme langage devant servir programmer notre module programmable. III-3-2 Adressage des entres/sorties de lAPI Ladressage des entres/sorties des automates diffre selon le type dautomate que lon utilise. Pour les TSX de Tlmcanique deux types dadressage sont courants. Nous avons ladressage gographique qui dpend de la position physique du module dans les bacs constituants la configuration. Le second adressage symbolique o chaque entre/sortie est adress par un symbole de 08 caractres alphanumrique maximum. Notons que pour le deuxime type dadressage, le concepteur deMmoire du DUT-GE/IFTS 57 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B lautomatisme doit au pralable dfinir les symboles dans une table tablissant la correspondance entre lentre physique et le symbole. III-3-2-1 Principe de ladressage des entres/sorties des modules TOR des automates Zlio Ladressage des entres/sorties sur le modules Zlio reste trs simple. Chaque entre rpond une commande prcise. Il est de mme pour les sorties. Pour identifier les entres et sorties, lon procde comme suit : I =entre, Q=sortie. Le programmeur ajoute ensuite lentre (I) un numro dordre. A chaque adresse correspond une mnmonique. Les sorties suivent aussi la mme rgle. III-3-2-2 Adressage des entres/sorties de lAPI Le tableau III-2 donne ladressage de toutes les entres/sorties de notre application. Tableau III-2 : affectation des entres/sorties de notre application ADRESSE I, I, 1 I, 2 O, MNEMONIQUE DC CH CB DM COMMENTAIRE Dpart cycle Capteur de niveau haut Capteur de niveau bas Moteur en marche

Nous pouvons partir de ces donnes tablir notre GRAFCET de niveau 1 et le GRAFCET de niveau 2. La figure III-9 illustre le GRAFCET de niveau 1.Mmoire du DUT-GE/IFTS 58 Bitadja DJATO


0

Dpart cycle. niveau haut ^1 Dmarrage du moteur

Niveau bas2 Arrt du moteur

Figure III-9 : GRAFCET de niveau 1 illustrant dmarrage En remplaant les transitions, tapes et actions par leurs adresses affectes respectivement, nous obtenons les GRAFCET de niveau 2 de notre programme. La figure III-10 illustre le GRAFCET de niveau 2.

0

I, . I, 1 ^1

Q, I, 2

2

Q,

Figure III-10 : GRAFCET de niveau 2 illustrant le dmarrageMmoire du DUT-GE/IFTS 59 Bitadja DJATO

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B III-3-3 Le programme de lautomate en langage blocs fonctions (FBD) En se basant sur le GRAFCET de la figure III-8, nous avons labor le programme qui pilotera lautomate. Le programme est crit en Blocs Fonctionnel (FBD). La programmation sest faite avec le logiciel de programmation Zlio Softs 2. Le programme une fois crit, est simul et une fois que la simulation est russie, il est transfr vers lautomate au moyen du cble de raccordement de lautomate au micro-ordinateur sur lequel se trouve le logiciel ayant servi la programmation. Rappelons ds lors que cest d labsence dautomate que nous sommes penchs sur la simulation avec Zlio Soft 2 ; dans cette optique la simulation sur PC nous est plus approprie. Les figures III-11 et III-12 nous montrent la simulation du programme en Zlio.

Figure III-11 : Moteur en marche lorsque le niveau haut est actionn Lorsque le dpart cycle et le capteur haut sont activs, le moteur se met en marche, et ce, jusqu ce que le capteur de niveau bas soit actionn.


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Figure III-12 : Moteur larrt lorsque le de niveau bas est actionn

III-3-4 Etude conomique Ltude conomique nous permet de faire une estimation des dpenses que pourrait occasionner ce projet. Le cot total des quipements figure dans le tableau III-3, et le cout total dbourser est rsum dans le tableau III-4. Tableau III-3 : cot total des quipements ordre rfrence Dsignation quantit Prix TTC () 1 SR11 Capteur de 1 134,60 (FCFA) 88,292 88,292 unitaire Prix total

TTC(FCFA)

niveau TOR 2 3 SR3B101FU SR2SFT01SR2USB01SR2MEM02Mmoire du DUT-GE/IFTS 61 Bitadja DJATO

Automate Logiciel (CD-cble)

1 1

139,80 120

91.703 78.715

91.703 78.715

Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B Tableau III-3 : cot total des quipements (fin) 4 Cble BSP 2" Cble de 100m 124 81.339 81.339

raccordement Total 340.049

III-3-5 Facturation de la ralisation Dans le cadre de la facturation de notre projet, un grand nombre de critres entrent en jeu. A savoir lautomaticien de raliser notre projet, la dure des travaux et par consquent le cout horaire de celui-ci. Par un calcul simple, nous pouvons calculer, de faon estimative, le cout de notre projet Notre travail stant effectu sur une priode de 2mois, le cot de notre ralisation slve donc : 300.000FCFA2=600.000FCFA Si nous ajoutons maintenant la taxe sur la valeur ajout qui est de 18% du cot de ralisation, et les imprvus, nous avons donc le cot total du projet qui est : (600.000+340.049)20%+940.049=1.128.059FCFA 1.128.059+18%*1.128.059=1.331.110FCFA En dfinitif le cout total du projet est rsum dans le tableau III-4 : Tableau III-4 : Cot total du projet Dsignation Cot total des quipements Cot de la ralisation Cot total du projet Prix estimatifs(FCFA) 340.049 1.128.059 1.331.110

IL est cependant noter que ltude conomique que nous avons faite appartient seulement lautomatisation. Le cot de la pompe elle-mme nest pas mentionn dans notre tude.


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Chapitre III : Automatisation de la station de pompage de la lagune de B III-4 CONCLUSION Lanalyse conomique de ltude et de la ralisation de notre projet nous a conduits dgager de faon estimative, un cout total de ltude et ralisation denviron 1.331.110 FCFA TTC. Notre programme de simulation ayant russi, nous pouvons en dduire que notre travail dans lensemble rpond parfaitement aux objectifs que nous nous sommes fixs.


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CONCLUSION GENERALE

CONCLUSION GENERALE

Ce travail nous a permis de sous consacrer un projet dautomatisation dune station de pompage et dassainissement, celle de la B. Cette automatisation naura son importance que, lorsque le systme de commande sera efficace. Cest donc dans cette optique que nous avons conu, en se basant sur le fonctionnement de la pompe, un GRAFCET de niveau 1. En traduisant ainsi ce GRAFCET de niveau 1 en GRAFCET de niveau 2, nous avons pu crire le programme dans le logiciel Zlio Soft 2, ainsi que ralis sa simulation dans le mme logiciel. La simulation bien russie du programme crit, nous prouve que le systme de commande est efficace. Notre objectif bien quatteint, na pas seulement t darriver grer un processus industriel, mais de dgager lavantage de programmer un automate en utilisant des langages de programmation de type FBD (blocs fonctionnels). .

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BIBLIOGRAPHIE BIBLIOGRAPHIE [1] BERGOUGNOUX L., A.P.I Automate Programmable Industriels,

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