ET SECURITE DU FOUR 34H201
DEDICACE
je ddie ce modeste travail:
A tous ceux qui m'ont aid de prs ou de loin pour son laboration
et spcialement :
Ma famille pour leur soutien et leur dvouement spcialement, ma
mre qui tait toujours prsente mes cts et qui me donne la force et
le courage de continuer et de tracer mon chemin.
A mes fidles amis(es) en tmoignage d'une amiti solide.A eux qui
me sont chers.A mes professeurs la lecole EMSI de Casa qui m'ont
donn la base de mes capacits intellectuelles.
Remerciement
Le travail prsent dans ce mmoire a t ralis dans le cadre de la
prparation du diplme gnie industriel option automatisme et
informatique industriel lEMSI (cole marocain ses science de
lingnieur). Il a t ralis au sein de la socit CIM DEQUIPEMENTS.
Tous dabord, je veux remercier vivement le directeur Mr AHMED EL
ARJA pour mavoir assur ce stage au sein dune entreprise de renomme
internationale et Je tiens exprimer ma profonde gratitude ainsi que
toute ma reconnaissance mon encadrent Mr AITELMAHJOUB qui nous a
fait bnficier de ses prestigieux conseils pour lintrt de la russite
de ce projet. Mes vifs remerciements vont mon encadrant CIM
DEQUIPEMENTS Mr BAHSSIN HAMID qui ma offert moyens et directives
pour le bon droulement de mon stage, ainsi mes sous encadrant Mr
GALO et Mr DETTE qui mont aid vivement pour la finalisation de ce
projet, Enfin, je remercie amplement toutes les personnes ayant
contribu de prs ou de loin la russite de ce projet de fin dtude.A
lissue des quatre agrables annes au sein de lEMSI,LEcole Marocain
des Sciences de l'Ingnieur ; jadresse mes remerciements
particuliers Monsieur le directeur de lEMSI pour ses efforts visant
intgrer les nouvelles technologies dans les diffrents niveaux de
formation.
Rsume:
Avec automatisme, on pense souvent au monde de l'industrie.Ceci
est lgitime, c'est l que l'on trouve principalement les
API(Automate Programmable Industriel). Mais de nos jours,
l'automatisme est prsent dans tous les systmes simples : aussi
bienle tapis roulant de la caisse de grande surface que les portes
automatiques des magasins.
Le secteur des matires premires est lun des plus
importantssecteurs dans la balance conomique au Maroc, donc il
estindispensable de prendre toutes les procdures garantissant
desservices de qualits afin de satisfaire les besoins du client, et
lun deces procdures cest automatiser ses units qui produisent
cettematire premire afin de faciliter les choses aux oprateur lors
deleur travail et offrir une haute gamme de scurit.
Cest pour a que le but de mon projet est automatiser lunit
decristallisation, afin davoir une bonne qualit de sucre dans un
tempsrduit et aussi doffrir aux oprateurs la faciliter de manipuler
leschoses grce leur supervision du droulement des phases
decristallisation dans des conditions stables et scuriser.
Table des matires:INTRODUCTION:Chapitre I: Prsentation de
lentreprise1. Prsentation CIM EQUIPEMENT...112. Chiffres
cls.....123. Mission et engagements.134. Ressources humaines.135.
Domaine dactivit de CIM DEQUIPEMENT.135.1 Ingnierie ...135.2
Instrumentations et automatismes..135.3 Construction et
installation.135.4 Maintenance Industrielle.136. Organigramme de
lentreprise..14
Chapitre II : Procds de fabrication du sucre
1. culture..152. fabrication du sucre162.1 Procds de fabrication
du sucre...172.2 Rception des betteraves.192.3 Prparation et
lavage..192.4 Diffusion (extraction)....202.5 Epuration
(clarification)..21 2.5.1 Pr-chaulage...212.5.2 Chaulage.21 2.5.3
1erCarbonatation et filtration.222.5.4 2meCarbonatation et
filtration..222.5.5 Dcalcification...232.6 vaporation....232.7
Cristallisation..242.8 Schage et stockage.25
Chapitre III: Procd de cristallisation
1. Elments thoriques27 1.1 Dfinitions propres au domaine
sucrier..27 1.1.1 Brix...27 1.1.2 Puret28 1.1.3 Teneur en
cristaux28 1.2 Principes de la cristallisation.29 1.2.1 Solubilit
et saturation.29 1.2.2 Sursaturation.... 30 1.2.3 Nuclation et
croissance312. La cristallisation en usine......31 2.1 Procd
industriel de cristallisation en trois jets....322.2 Lappareil
cuire..34 2.3 Les phases dune cristallisation......36 2.3.1 La
cuisson..362.3.1.1 Introduction de la solution initiale....36
2.3.1.2 Concentration du mlange37 2.3.1.3Grainage..37 2.3.1.4
Lave...38 2.3.1.5 La phase de Monte.38 2.3.1.6 Le serrage..38
2.3.1.7 Coulage et lavage de la cuite..39 2.3.2 Le malaxage...39
2.3.3 Le turbinage...39
Chapitre IV : Etude fonctionnel
1. Etude de lexistant...411.1 Description sommaire de latelier
de cristallisation...41 1.2 Schma fonctionnel de la
cristallisation.......441.3 Fonctionnement du systme.451.4
Caractristiques techniques du matriel existant..46 1.4.1 Cuite et
malaxeur.461.4.2 Actionneurs..461.4.3 Les capteurs installs.472.
Problmatique48 3. Solution propose...49
Chapitre V : Choix et dimensionnement du matriel 1. Circuit de
la station de cristallisation.......521.1 Rgulation de niveau du
cristallisoir....521.2 Rgulation de dbit de la liqueur standard
entre cristallisoir......531.3 Rgulation de pression du
vapeur.531.4 Rgulation de pression du vide.....541.5 Description
techniques des nouveaux quipements de rgulation..552. Description
des modules IO...60
Chapitre VI : Prsentation du systme
1 Prsentation de lICS (Integrated Control System)621.1 Niveau de
supervision.........621.1.1 Spcification des automates
YOKOGAWA...621.1.2 Vnet IP.........631.2 Niveau de
contrle-commande..632 Partie contrle commande...642.1 Systme de
contrle distribu (DCS)..642.1.1 La station de Contrle FCS..642.1.2
Spcification de la FCU..652.2 Partie supervision...66
Chapitre VII : Ralisation pratique du projet
1 Configuration du logiciel...681.1 CS3000......681.1.1
Ralisation dune Application..681.1.1.1 La Fonction System
View.681.1.1.2 Accs la fonction System View.....681.1.1.3 Cration
dun projet..691.1.1.4 Cration dune FCS..711.1.1.5 Linterface homme
machine HIS...731.1.1.6 Cration de vues graphiques...741.1.1.7
Langages de programmation DCS.751.1.1.7.1 La logic
chart...761.1.1.7.2 Table de squence.771.1.1.7.3 Les correcteurs de
rgulation..771.1.1.7.4 Les blocs dindication.781.1.1.7.5 Les
Drawings de la communication.792. Prparation et animation des
synoptique.802.1 Lanimation dune vanne rgulatrice..802.2.
Lanimation dune vanne tout ou rien..813. Synoptique de lunit de la
cristallisation..814. la basse de donnes..824.1 La basse de donnes
des I/0 logique..824.2 la basse de donnes des I/O analogique..825.
Grafcet...836. Programmation du Grafcet....85
VIII. conclusion89IX. ANNEXES.90X. Bibliographies..102
Figure:Figure 1 : Prsence actuelle.11Figure 2 :
Organigramme..14Figure 3 : betterave sucrire..16Figure 4: Processus
de fabrication du sucre partir de betterave sucrire...17Figure5 :
Dcoupage et lavage des betteraves...20Figure 6 : Schma dune cellule
de betterave avant et aprs chaudage.20Figure7 : Diffusion.21Figure8
: Chaulage......22Figure9 : Carbonatation23Figure10:
Filtration....23Figure11 : Evaporation..24Figure12 :
Cristallisation..........25Figure13 : Schage..25Figure 14 :
solubilit du systme eau saccharose..29Figure15 : Zones du graphe de
sursaturation.....31Figure 16: Cristallisation en trois
jets.33Figure 17 : Reprsentation dun cristallisoir utilis en
usine..34Figure18: Atelier de cristallisation....43Figure 19:
rgulation du niveau....52Figure 20: rgulation en cascade..53Figure
21: rgulation da la temprature surchauffe...54Figure 22 : Structure
du systme ICS.63Figure 23 : Architecture de la FCU.....65Figure 24
: Architecture FCS...65Figure 25 : Ingnierie et conduite DCS et
ESD, FGS..66Figure 26 : Accs system view....68Figure 27 :Cration de
projet...69Figure 28 : Edition des informations du
projet......69Figure 29 :Proprits du projet70Figure 30 :Cration
FCS.71Figure 31 :Cration FCS.71Figure 32 :Structure FCS..72Figure
33 :Structure HIS...73Figure 34 :Cration vue graphique..75Figure 35
:Schma logique.76Figure 36 : Fentre de schma logique...77Figure 37
:Boucle de rgulation de pression du vapeur.78Figure 38 :Indicateurs
temprature et de niveau ..78Figure 39 :Table Switch79Figure 41
:Vanne rgulatrice.....80Figure 42 :Vanne FC..80 Figure 43 :Vanne
FO.80Figure 44 :Vanne tout ou rien...81Figure 45: synoptique de
regulation.....81Figure 45: Synoptique de turbinage......82Figure
46: Grafcet.......83
INTRODUCTION:
Laugmentation de la productivit, lamlioration de la qualit, la
mondialisation de la concurrence et le souci de la protection de
lenvironnement ont conduit une volution spectaculaire dans le
secteur des quipements, de contrle et de la commande des systmes au
sein de lindustrie. Dans ce cas Lutilisation des SNCCSystmes
Numriques de Contrle Centralis offre de nombreux avantages: la
flexibilit, la souplesse, la maintenabilit, la robustesse,
loptimisation, louverture
En plus, les automates programmables permettent de mettre en
uvre des systmes de supervision, dont les principales tches sont:
la centralisation de la conduite des procds, laffichage des dfauts,
laide au diagnostic, larchivage, le contrle avanc, .
Forte de sa matrise des nouvelles technologies, de lexprience de
ses fondateurs et de lquipe technique, CIM DEQUIPEMENT sest dcide
relever ces nouveaux dfis.
Le sujet sintitule AUTOMATISATION DE LA CUISSON PDC-R2, il
consiste en ltude, la configuration, tests et la mise en service
par le systme de contrle-commande intgr au cuisson PDC-R2 de lUnit
de la cristallisation.
Ce Systme Numrique de Contrle-Commande (SNCC) est compos de deux
systmes : Un Systme de Contrle Distribu DCS. Un Systme de scurit
ESD.
La dmarche adopte pour la ralisation de cette tude se droule en
plusieurs tapes :
La premire tape consiste laborer une base de donnes regroupant
toutes les informations issues du site concernant la cuisson
PDC-R2. La deuxime tape est la ralisation dune analyse
fonctionnelle afin de donner une description prcise des
fonctionnalits du systme automatis. La troisime tape permet de
traduire le cahier des charges et lanalyse fonctionnelle sous forme
de programmes pour dcrire les automatismes combinatoires et
squentiels afin dassurer la rgulation de la cuite. La quatrime tape
est celle des tests et simulations. Dans la dernire phase du projet
et afin dassurer le bon fonctionnement du cuisson PDC-R2,des
interfaces graphiques animes sont labore afin de contrler et
dassurer distance le processus de production de la cuisson
PDC-R2.
Chapitre I: Prsentation de lentreprise
Chapitre 1I
Prsentation de lentreprise
1. Prsentation de CIM EQUIPEMENT:
CIM DEQUIPEMENT (Contrle Industriel Marocain DEQUIPEMENT), PME
Marocaine fonde en 1986, a acquis une matrise certaine et reconnue
dans les domaines aussi divers que lnergie (Ptrole et gaz),
lIndustrie agro-alimentaire (Sucreries), lindustrie chimique, et la
distribution et production dlectricit
CIM DEQUIPEMENT est une entreprise dingnierie spcialise en
instrumentation, contrle de procd. Automatisation, et systme de
commande, capable dassurer la ralisation des projets, localement ou
sur site, depuis ltude, la conception, la configuration et la mise
en uvre.
CIM DEQUIPEMENT est le reprsentant exclusif de YOKOGAWA, leader
mondial dans la conception et la distribution dinstrumentation et
de systme de contrle commande.
CIM DEQUIPEMENT est prsente au: Sngal depuis 2002Congo depuis
2007Cameron depuis 2008Vision au moyen terme :Nigeria 2009Algrie
2010Libye 2010 Figure 1: Prsence actuelle
2. Chiffres cls: Raison Sociale : CIM DQUIPEMENT Date de cration
: 1986 Capital : 1.23 MUSD Chiffre daffaires : 15 MUSD Nombre
demploys : 210 Prsence linternational : 5 pays 25, Rue Karatchi 1er
tage Casablanca Maroc Tl : +212 (0) 5 22 31 40 25
+212 (0) 5 22 54 36 46 +212 (0) 6 64 79 10 46/47 Fax : +212 (0)
5 22 31 84 98 E-mail : [email protected]
3. Mission et engagements:
Sa mission est de Vous offrir les solutions techniques (matriel,
logiciels et services) les mieux adaptes vos procds, qu'ils
fonctionnent en batch ou en continu, pour vous permettre
d'optimiser vos rsultats. Toutes les prestations de CIM DEQUIPEMENT
sont ralises sur les bases des exigences du systme de management de
la qualit conformment aux dispositions explicites par lanorme ISO
9001 : 2000 .Le respect de ces dispositions permet : Une
mthodologie d'organisation du projet Une mthodologie de conception
Une mthodologie de traabilit des vnements du projet Une gestion et
une validation des documents.Son en engagements consiste vous
offrir : La qualit de nos services. La fiabilit de nos produits. La
prennisation de vos investissements. Une quipe consacre aux mtiers
de la mesure et des automatismes industriels.
4. Ressources humaines:
5. Domaine dactivit de CIM DEQUIPEMENT:
5.1 Ingnierie : Etudes de base et de dtail Spcifications
techniques : DCS/ESD/FGS Spcifications de linstrumentation
Ralisations des analyses fonctionnelles Ralisations des cahiers des
charges5.2 Instrumentations et automatismes : Spcifications des
instruments selon les normes et standards en vigueur Installation,
raccordement, talonnage et tests des instruments Etudes et
spcifications des solutions dautomatisme Analyses fonctionnelles et
configuration5.3 Construction et installation : Ralisation et
montage des armoires : systme, interface et lectrique Montage des
Instruments Pose des chemins de cble et des botes de jonction
Ralisation des tranchs Amnagement des salles de contrle
Installation des rseaux de communication5.4 Maintenance
Industrielle : Contrat de maintenance au choix Assistance 7j/7 et
24h/24 Assistance technique Assistance tlphonique Maintenance
corrective et prventive Assistance au dmarrage Gestion des pices de
rechange Gestion des arrts gnraux
(Instrumentation/DCS/FGS/ESD/Electricit)
6. Organigramme de lentreprise:
La figure suivante montre la structure organisationnelle de la
socit CIM dEquipement:
Figure 2:Organigramme
Chapitre II: Procds de fabrication du sucre
Chapitre I
Procds de fabrication du sucre
1. Culture:
Le sucre (saccharose) est extrait de la betterave sucrire ou de
la canne sucre. Ces plantespossdent la particularit davoir comme
glucide de rserve le saccharose, et de le stockersous forme de
solution aqueuse dans les cellules, sans en modifier la
composition.Pour la betterave, elles se divisent en trois grandes
familles : La betterave rouge cultiv comme un lgume, se consomme
surtout en salade. La betterave fourragre sert de nourriture pour
le btail. La betterave sucre fait le bonheur de tous les gourmands
il sagit de la varit dont on extrait le sucre industriellement, la
chaire blanche de sa racine est riche en saccharose, elle contient
16 20% de sucre.
La betterave sucrire se cultive en zone tempre.les graines de
betterave sont semes audbut du printemps, 6moissont ncessaires au
dveloppement de sa racine, avec une priode humide puis ensoleills,
la rcolte dbute fin septembre et sachve au noel.une fois sortie de
la terre, la betterave perd rapidement son sucre(elle vit sur ses
rserves en nergie et consomme alors son propre saccharose) , il
faut donc en extraire sans plus tarder cest pourquoi les sucreries
se situent toujours faible distance des cultures et aussi cette
proximit se justifie galement par limportant tonnage de racines
traites.
Figure 3: betterave sucrire
La sucrerie est une industrie saisonnire avec des dures de
campagne de deux trois mois par an. De plus, les betteraves doivent
tre transformes rapidement, car une fois extraites du sol leur
teneur en sucre diminue rapidement. Cest pour cette raison que les
sucreries sont implantes proximit des zones de culture.
Une usine sucrire peut-tre globalement considre comme une unit
de transformation dune matire premire : la betterave, en un produit
semi-fini : le sucre cristallis (le saccharose). En effet, le sucre
emmagasin dans la racine de la betterave est extrait en isolant le
saccharose des autres composants de la plante dits non-sucres.
La sucrerie est donc principalement une industrie de sparation
et de purification. Un grand nombre doprations unitaires de
sparation sont ainsi mises en uvre.
2. Fabrication du sucre:2.1 Procds de fabrication du sucre:Le
schma ci-dessous reprsente le processus de fabrication, du sucre
partir de betterave sucrire. Pour le traitement des cannes sucre,
la dmarche est identique sauf en ce qui concerne les premires tapes
(jusqu'au coupe-racine).
Figure 4: Processus de fabrication du sucre partir de betterave
sucrire
Remarque: Une tonne de betterave = 135kg de sucre
Stockage et lavageRception betteraveCossettesDcoupage
Boues 2Boues 1SiropCristallisationSucre blancMlasseCentrale
ChaufferieEvaporationJus EpurDcalcification2me CarbonatationCO2Lait
CaO2me filtration1re Filtration1re
CarbonatationMaturationChaulageFour chaux chaufferieCokePierrePr
chaulage Jus vertPelletsPressage et schage pulpesExtraction Ce
processus de production consiste en une sparation du sucre naturel
prsent dans la racine de la betterave. 2.2 Rception des
betteraves:A l'entre de l'usine, les vhicules sont pess, puis
dirigs vers le centre de rception pour l'analyse des betteraves. A
cet effet, une sonde prlve trois chantillons par vhicule. Les
chantillons sont pess, lavs et repess. La diffrence de poids entre
la premire et la seconde pese permet de dterminer la "tare-terre"
des betteraves, et d'valuer par consquent le poids de betterave
effectivement livr aprs nettoyage. La partie propre de l'chantillon
est transforme en fine rpure ncessaire la dtermination de la teneur
en sucre, base du paiement des betteraves.2.3 Prparation et
lavage:La reprise des betteraves stockes et leur transport vers
l'usine se fait par "voie hydraulique". Il seffectue par la
pulvrisation de puissants jets deau. Leau utilise est boueuse, donc
de densit suprieure celle de la betterave, ce qui facilite son
transport.Lorsquelles arrivent au lavoir, les betteraves sont
encore pleines de terre, dherbe, de feuilles et pierres. Il faut
donc les sparer de ces dbris vgtaux et minraux. La premire opration
consiste dbarrasser les racines de la terre qui les entoure. Pour
ce faire, les betteraves sont frottes les unes contre les autres et
des jets deau sous pression enlvent les restes de terre. Les
betteraves passent ensuite par une installation d'pierrage: un
courant deau ascendant fait flotter les betteraves alors que les
pierres tombent au fond de la machine. Et enfin par une
installation de dsherbage pour se dbarrasser des herbes.Les
betteraves laves sont achemines par bande transporteuse jusqu'au
silo alimentant les 3 coupe-racines : ces appareils assurent le
dcoupage des betteraves en fines lamelles (cossettes) afin de
faciliter lextraction du sucre.
Figure5: Dcoupage et lavage des betteraves2.4 Diffusion
(extraction):Les cossettes sortant des coupe-racines sont achemines
vers latelier de diffusion afin dextraire le sucre quelles
contiennent. Pour prparer les cossettes la diffusion, elles doivent
passer avant par une tape dchaudage. Cette opration permet dliminer
les barrires (Membrane ectoplasmique) qui retiennent le sucre
lintrieur des cellules en les chauffant plus de 70C. Le sucre
pourra alors diffuser dans leau (Figure 7).
Figure 6: Schma dune cellule de betterave avant et aprs
chaudage.Les cossettes arrivent dans une cuve cylindrique
(diffuseur) o la diffusion seffectue contre-courant: les lamelles
de betteraves voluent dans la cuve en sens inverse dun courant deau
chaude.Leau senrichit alors, au fur et mesure quelle avance dans le
diffuseur, du sucre contenu dans les cossettes. Le mlange ainsi
obtenu se nomme jus de diffusion: il est de couleur noir, contient
13 14% de sucre, 1 2 % dimpurets et le reste est de leau. Quant aux
cossettespuises, appeles pulpes, elles sont presses pour les
dbarrasser du maximum d'eau. Les planteurs les reprennent pour
servir de nourriture au btail.Les impurets ou non sucres contenues
dans le jus vont tre gnantes pour la suite des oprations. Cest
pourquoi, il est ncessaire de procder llimination de la plus grande
partie des impurets organiques et dune partie des impurets minrales
au cours de lpuration et dliminer leau au cours de la phase
dvaporation.
Figure7: Diffusion2.5 Epuration (clarification); Lpuration des
jus de diffusion consiste dune part ; en un traitement la chaux
quiprcipite un certain nombre dimpurets et dautre part la
carbonatation successive.Les sucreries fabriquent elles-mmes les
deux agents de lpuration : chaux et dioxyde decarbone dans un four
partir de la pierre calcaire et de coke pour la combustion :
Le lait chaux est obtenu par la raction suivante :
2.5.1 Pr-chaulage :
Le pr-chaulage consiste la prcipitation de lion calcium pour
slectionner des impurets comme les acides citriques, oxaliques,
etc.Dans le cas de loxalate par exemple :
Le pr-chaulage correspond environ 1/5 de lajout total en
chaux.
2.5.2 Chaulage :
Aprs le pr-chaulage, le jus passe dans un rchauffeur et il est
envoy dans les bacs dechaulage 85C o le reste du lait de chaux est
ajout de faon massive et elle permet depiger et de prcipiter le
reste les substances indsirables en formant avec elles des corps
solides. Figure8: Chaulage
2.5.3 1erCarbonatation et filtration:
Deux carbonatations, suivi chacune dune filtration, compltent le
chaulage.La premire carbonatation permet de sparer le reste des
matires indsirables du jus(liminant la chaux sous forme de Ca CO
[0.08 0.1 % de Ca O libre]) par introduction de gaz carbonique. Ce
gaz a en effet la proprit de ragir avec la chaux : des cristaux de
calcaires pigeant les impurets se forment et tombent au fond de la
cuve selon la raction suivante :
La Filtration a pour but : Dobtenir un jus clair de 1re
carbonatation en retenant dans le filtre les impuretsprcipites par
la chaux et adsorbes sur le carbonate de calcium. De laver leau le
dpt retenu par la filtration pour en rcuprer le jus sucr ditpetit
jus. Il est ensuite utilis pour dissoudre la chaux vive et former
le lait de chaux.
2.5.4 2meCarbonatation et filtration:
Aprs 1re carbonatation, environ 50%de lacide carbonique est sous
forme de carbonate alors quen 2me carbonatation seuls 2% le sont.
La concentration de dterminela solubilit du carbonate de calcium en
2me carbonatation. Elle doit tre suffisammentleve pour permettre
une dcalcification correcte.A lissue de cette seconde
carbonatation, environ 1/3 des impurets est limine, le jus aune
puret de 93 % environ.
Figure9: Carbonatation
Figure10: Filtration
2.5.5 Dcalcification:
Le jus quon obtient au terme des tapes prcdentes contient des
sels de calcium quipourraient entarter les quipements
dvaporation.
Afin dviter lentartage, le jus passe sur un lit de fines billes
de matire plastiques (rsines) qui ont la proprit de capturer le
calcium, cest ce quon appelle la dcalcification.
2.6 vaporation:Lvaporation est une concentration de matires
sches par limination deau. Le jus obtenu dans la phase dpuration ne
contient que 15 % de sucre et il faut le concentrer avant de passer
la "cuisson", c'est--dire la cristallisation du sucre. L'vaporation
est ralise dans une batterie de corps tubulaires (caisses
dvaporation), chacun travaillant une temprature plus basse que le
prcdent. Le dernier corps travaille sous vide partiel, environ 85
pour viter la caramlisation du sucre. Dans ces caisses, le jus
concentrer et la vapeur de chauffage se trouvent de part et dautre
dune paroi mtallique (faisceau) qui constitue la surface dchange
thermiqueLa vapeur au contact de cette paroi cde des calories et se
condense. Le jus la temprature dbullition absorbe ces calories pour
vaporer une partie de leau qui le compose.A la sortie de la station
d'vaporation, le "jus dense" ou "sirop" contient environ 65 % de
saccharose. Figure11: Evaporation2.7 Cristallisation;La
cristallisation est la dernire tape de transformation du sirop.
Cest une opration de sparation et de purification qui a pour but
dextraire le sucre dissous dans le sirop sous forme cristallise:
sucre blanc. Le sirop est chauff sous pression rduite dans des
appareils cuire, appeles cuites, alimentes avec de la vapeur basse
pression. Lintroduction de trs fins cristaux dans le sirop amorce
la cristallisation du sucre, puis le sirop cristallise et se
transforme en "masse cuite", forme de multiples petits cristaux en
suspension dans un sirop color appel liqueur mre.A la sortie dun
appareil cuire, la masse cuite est dverse dans des bacs appels
malaxeurs . Elle est malaxe puis turbine dans une centrifugeuse
afin de sparer la phase solide : les cristaux, de la phase liquide
: lgout.
Figure12: Cristallisation2.8 Schage et stockage: Le sucre obtenu
a la fin de cristallisation nest pas tout a fait consommables, vu
quil contient encore un peu deau (moins de 1%), cest pour ca quon
doit le scher grce au contact avec de leau chaud, ce qui permet de
ramener son humidit 0.04%.Aprs schage, le sucre est pes puis
entrepos vers des silos, il est donc prt lemploi et la
consommation.
Figure13: Schage
Chapitre III: Procd de cristallisation
Chapitre III
Procd de cristallisation
1. Elments thoriques:1.1 Dfinitions propres au domaine
sucrier:Dans la suite, nous adoptons la convention dcriture
suivante : S : masse de saccharose ltat liquide dans la masse
totale ; E : masse deau dans la masse totale ; NS : masse des
non-sucres dans la masse totale ; C : masse des cristaux dans la
masse totale ; MS : masse totale de matires sches (S+NS) prsentes
dans la solution.Les quelques dfinitions qui suivent permettent,
dans le domaine sucrier, de caractriser les deux types de solutions
: la liqueur mre et la massecuite.1.1.1 Brix:Tout produit sucr,
(solution jus, sirop, ou solution et cristaux, masse cuite, ) est
compos de matire sche et deau:Solution = MS + ELe Brix est le
rapport entre la quantit de matires sches contenues dans leau et la
quantit de solution.Brix liqueur mre:Le Brix liqueur mre est la
mesure de la fraction massique de matires sches (MS) contenue dans
la liqueur mre (S+NS+E). Elle est dfinie par :
ou
Brix massecuite:Le Brix massecuite est la mesure de la fraction
massique de matires sches (MS) additionne de la masse des cristaux
de saccharose (C) contenue dans la massecuite (S+NS+E+C). Elle est
dfinie par :
ou
1.1.2 Puret:On dit quun produit est pur lorsquil ne contient que
du sucre. Un produit impur est un produit qui contient du sucre et
des non sucres.Puret liqueur mre:La puret liqueur mre est la
fraction massique de saccharose ltat liquide (S) dans les matires
sches (MS). Elle se dfinie par :
ou
Puret massecuite:La puret massecuite dune solution est la
fraction massique du saccharose ltat liquide (S) additionne de la
masse des cristaux de saccharose (C) contenue dans la massecuite
(S+NS+E+C) moins la masse deau (E). Elle se dfinie par :
ou
Du fait que la puret est le rapport entre la quantit de sucre et
la quantit de matires sches, la dilution ou la concentration dune
solution est sans effet sur sa puret.
1.1.3 Teneur en cristaux:La teneur en cristaux est dfinie par la
masse des cristaux dans la masse totale :
Cette teneur en cristaux peut tre calcule soit partir des Brix,
soit partir des purets : A partir des Brix liqueur mre et
massecuite :
A partir des purets liqueur mre et massecuite :
1.2 Principes de la cristallisation;1.2.1 Solubilit et
saturation:Une solution est un mlange homogne constitu de deux ou
plusieurs substances. Ces constituants sont usuellement appels
solvants et soluts. La solubilit se dfinit comme tant la quantit de
saccharose qui peut tre dissoute pour une unit de volume de solvant
donne (ici eau). Solubilit = S/ELa solution est dite sature
lorsquelle contient la quantit totale de sucre quelle est
susceptible de dissoudre. La saturation est donc un tat dquilibre
pour la solution. En dessous de cette concentration en sucre, la
solution est dite sous-sature. En dessus, elle est sursature.La
solubilit est souvent une fonction croissante de la temprature, et
cest le cas pour le systme eau-saccharose, (figure 14).
Figure 14 : solubilit du systme eausaccharose
La solubilit dpend de la temprature et de la puret de la
solution. Pour tenir compte de cette variation de solubilit on
dfinit un coefficient de saturation CS qui est le rapport des
solubilits en milieu impur et en milieu pur. CS caractrise donc
leffet global des impurets en prsence dans la solution sur la
solubilit du saccharose:CS= Les termes S et E reprsentent
respectivement la masse de saccharose et la masse deau contenues
dans la solution. 1.2.2 Sursaturation:Une solution ayant une
concentration en solut infrieure sa solubilit (solution
sous-sature) pourra dissoudre ce solut. Une solution de
concentration en solut suprieure sa solubilit (solution sursature)
nest pas lquilibre et aura tendance vacuer lexcdent de solut sous
forme solide (cristaux).La formation de cristaux de solut dans la
solution sursature rsulte dun retour ncessaire ltat dquilibre. Cet
tat dquilibre se situe la frontire des deux zones sur la courbe de
solubilit (figure 14). La cristallisation dun solut requiert ltat
de sursaturation de la solution. On peut dpasser la limite de
solubilit et ainsi atteindre ltat de sursaturation soit en
refroidissant la solution, soit en enlevant de leau par vaporation
ou bien en combinant les deux. Dans cet tat de sursaturation, on a
du sucre potentiellement cristallisable.On dfinit le coefficient de
sursaturation par : =
Figure15: Zones du graphe de sursaturation
La zone de sursaturation se compose de 3 domaines (figure 15) :
une zone mtastable, dans laquelle il ny a pas de formation spontane
de cristaux. La solution demeure sursature. Par contre, si des
cristaux sont ajouts, ils ne se dissolvent pas et au contraire
peuvent grossir. une zone intermdiaire, dans laquelle il ny a pas
de formation spontane de cristaux, mais si des cristaux sont
introduits, le phnomne dit de nuclation secondaire peut se produire
et de nouveaux cristaux se forment. une zone labile dans laquelle
il y a formation spontane de cristaux ou encore nuclation primaire.
Cette nuclation est trs rapide et trs forte.
1.2.3 Nuclation et croissance:La cristallisation se compose de
deux tapes : La nuclation (formation de noyaux ou germes
cristallins) La croissance des cristaux dj prsents dans la
solution.
La nuclation :La nuclation est une tape dterminante qui dfinit
les caractristiques du produit final (distribution en taille des
cristaux, morphologie, puret, etc.).Le processus de nuclation est
la formation de nouveaux cristaux dans une solution contenant ou
pas des cristaux. Ltat de sursaturation est une condition ncessaire
mais non suffisante pour que la cristallisation commence au sein de
la solution. Les petits cristaux naissants sont appels germes ou
nuclei et peuvent crotre. Divers mcanismes peuvent amener la
formation de germes, et lon distingue donc plusieurs types de
nuclations, (figure 14). Nuclation primaire: l'apparition des
germes se fait spontanment o nexiste encore aucun germe et aucun
cristal. Nuclation secondaire: lintroduction de germes dans la
solution (lensemencement) entrane une nuclation secondaireLa
croissance des cristaux :La croissance des cristaux aprs nuclation
consiste incorporer les molcules de saccharose la surface du
cristal. Ce processus se compose de deux phases. la phase de
diffusion du sucre depuis la masse de la solution jusqu' la surface
du cristal, travers une couche limite immobile entourant le
cristal. la phase d'incorporation des molcules de saccharose dans
le rseau du cristal.2. La cristallisation en usine:2.1 Procd
industriel de cristallisation en trois jets:La cristallisation en
usine est gnralement ralise en trois tapes appeles jets (premier,
deuxime et troisime jet). Chaque jet est constitu de trois phases:
la cuisson pendant laquelle se fait la cristallisation du
saccharose ltat liquide dans la solution. le malaxage qui permet
dpuiser au maximum la liqueur mre par la mise en pratique du procd
de cristallisation par refroidissement. et le turbinage, ou
centrifugation, qui est ltape de sparation des cristaux contenus
dans la massecuite de leau mre qui les entourent.Le sirop
dalimentation du 1er jet est appel liqueur standard, il est le
rsultat de mlanges des refontes et le sirop provenant de
lvaporation.Le sirop et les cristaux forms au cours de la
cristallisation forment la masse cuite. Le sirop entourant les
cristaux prend le nom deau mre puisquil nourrit les cristaux.Lors
de lessorage, leau mre entourant les cristaux devient gout pauvre
et leau chaude utilise pour le clairage (lavage) du sucre en
centrifugeuse constitue lgout riche. La figure 16 dcrit le procd de
cristallisation en trois jets.
Figure 16: Cristallisation en trois jetsAu fur et mesure des
jets, la puret des produits diminue : Le premier jet fourni du
sucre blanc directement commercialisable Le troisime jet est un jet
dpuisement o lon obtient la mlasse qui contient du sucre
incristallisable ainsi que toutes les impurets introduites dans
latelier de cristallisation.Notre tude sera centre sur la
cristallisation de premier jet, que nous allons dcrire en dtail
dans le chapitre suivant.2.2 Lappareil cuire:A lusine de COSUMAR,
la cuisson seffectue dans des appareils cuire (cristallisoirs)
appels cuites o sont ralises toutes les tapes dune cristallisation
complte : Fabrication du pied de cuite la croissance cristalline.
La cuite est une cuve cylindrique fonctionnant sous vide, dote dune
base conique, et fabrique en acier inoxydable. La gomtrie
particulire de la base de la cuite facilite lcoulement de la
suspension trs visqueuse quest la massecuite en fin de
cristallisation.
Figure 17 : Reprsentation dun cristallisoir utilis en usine
La figure 17 reprsente la structure gnrale dune cuite utilise
lusine COSUMAR. Elle comprend: Un faisceau (1) qui sert la
circulation de la vapeur basse pression. La hauteur de ce faisceau
reprsente prs dun tiers de la hauteur totale. Un puit ou trou
central (2) qui permet la recirculation de la solution. Les pales
dun agitateur mcanique (3) sont positionnes lintrieur de ce puit.
Une bouche dentre (4) de la vapeur. Une sortie (5) pour lvacuation
des gaz incondensables. Des sorties (6) qui permettent lvacuation
des eaux condenses contenues dans la cuite. Une sortie (7) de la
massecuite en fin de cuisson qui se situe au point le plus bas de
la cuite. Une bouche daration appele petit vide (8), ouverte au
dmarrage de la cuisson, permettant de crer le vide progressivement.
Une sortie appele grand vide (9) permettant lvacuation des vapeurs
deau mises lors de la concentration de la solution. Un dsucreur
(10) plac juste au-dessous de la bouche dvacuation des vapeurs.
Cette vapeur deau mise lors de la cristallisation entrane avec elle
de fines particules de suspension, dont le saccharose ltat liquide.
Ce dsucreur prsente une large surface mtallique poreuse conue pour
permettre lvacuation de la vapeur deau. Les gouttelettes deau
contenant du saccharose ltat liquide, sagglutinent sur la surface
du dsucreur puis retombent dans la massecuite sous leffet du champ
de gravit. Une conduite (11) pour lintroduction de la semence
(quantit de micros cristaux de sucre introduite dans le mlange ltat
sursatur pour amorcer la cristallisation). Cette conduite aboutie
au puits central, juste au dessus des pales de lagitateur. De cette
manire, la semence est rpartie dans la solution sursature, dune
faon la plus homogne possible. Une conduite (12) pour le sirop
dalimentation. Lagitation mcanique rpartit les solutions
dalimentation dans la suspension de faon homogne. Une bouche
daration appele casse vide (13) permettant le retour la pression
atmosphrique aprs la cristallisation. Des arrives de vapeur (14)
qui sont disposes dans le haut du corps cylindrique de la cuve. On
utilise de la vapeur sous pression pour le rinage (dgraissage) du
dispositif entre deux cristallisations. On peut galement utiliser
de leau chaude (15). Des hublots de verre (16) disposs sur la
surface latrale du corps cylindrique, permettant aux cuiseurs
dobserver lintrieur de lappareil et de voir laspect et le niveau de
la massecuite lors de la cristallisation. Une sortie (17)
permettant la prise dchantillons pour lanalyse en laboratoire.
2.3 Les phases dune cristallisation:Une opration complte de
cristallisation sur la cuite seffectue gnralement de la faon
suivante : on introduit une certaine quantit de liqueur standard
dans le cristallisoir, la solution est concentr par vaporation deau
jusqu atteindre une valeur de sursaturation de 1,15 1,3 considre
comme un tat favorable lensemencement (point de grainage). Il y a
donc ensemencement de la solution.Lorsque les cristaux dans la
solution grossissent, la sursaturation du milieu diminue. Pour
pallier cette diminution, le cristallisoir est aliment encore une
fois de plus par la liqueur standard (monte).Lapport de matire
conjugu lvaporation permet de maintenir la sursaturation de la
solution. La sursaturation est un paramtre important, son
instabilit peut gnrer des effets nfastes : apparition spontane de
cristaux pour une sursaturation trop leve ; dissolution des
cristaux pour une sursaturation trop faible.La monte (phase.) se
poursuit jusqu un remplissage 90% 95% de la cuve. Cette phase
termine, on vide la cuve.2.3.1 La cuisson;2.3.1.1 Introduction de
la solution initiale:Le cycle dune cristallisation commence
toujours par lintroduction de la solution initiale.Thoriquement, le
volume introduit dans la cuve doit recouvrir le faisceau de tubes
de la calandre pour viter les problmes de caramlisation. A lusine
de COSUMAR, le volume est fix 170 hL, ce qui reprsente un niveau
dans la cuve denviron 43% (volume total de 400 hL).La solution
initiale est compose de sirop mais dans les cuites qui suivent a
sera du sirop additionn dgout riche. Cette phase dintroduction de
la solution initiale seffectue en une trentaine de minutes
environ.2.3.1.2 Concentration du mlange:pression rduite La
concentration de la solution seffectue par vaporation. Cette phase
de concentration est ncessaire lobtention de la valeur de la
sursaturation favorable la nuclation cristalline par ensemencement.
La concentration de la solution sous une constante ncessite un
apport dnergie. Le fluide caloporteur est de la vapeur deau basse
pression (de lordre de 1,10 bars) prleve de deuxime et troisime
effet de lvaporation, introduite au travers dune vanne manuelle
dans le faisceau tubulaire de la calandre. La valeur de la pression
rduite lintrieur du cristallisoir conditionne la temprature
dbullition (environ -0,867 bar).La concentration de la solution
dbute lorsque la temprature dbullition est atteinte. On la poursuit
jusqu une valeur de sursaturation de 1,15 1,3. La vapeur deau mise
par la solution en bullition est aspire par laction de la pression
rduite. Elle se condense le long du conduit qui relie le
cristallisoir au rceptacle eaux condenses. A mesure que la
concentration croit, la solution sucre passe dun tat sous satur un
tat sursatur.
Il est important de souligner, qu lusine de Sucrafor, le cuiseur
ouvre la vanne de vapeur ds que le niveau dans la cuve atteint les
25% 30%. Cela implique que le dbut de la phase de concentration,
commence bien avant que la liqueur standard ne soit entirement
introduite dans le cristallisoir. En effet, le cuiseur commence la
phase de concentration avant que le niveau dans la cuve ne soit
trop lev afin dviter le phnomne daspiration. Ce phnomne est li la
cration de mousse dans la cuve qui sera ensuite aspire dans la
conduite dvacuation de la vapeur mise par la solution, (figure 17).
Cette mousse entranera donc avec elle, la solution sucre contenue
dans le cristallisoir.Cette phase de concentration du mlange dans
le cristallisoir seffectue en moyenne en trente cinq
minutes.2.3.1.3 Grainage;Lensemencement ou le grainage du mlange
consiste introduire une quantit de semence (sucre blanc finement
broy) dans la solution sucre sursature. Le point densemencement de
la solution en tat de sursaturation. Il sagit de la phase la plus
rapide du cycle de cristallisation, elle ne dure quune dizaine de
minutes.Pendant ces quelques minutes les microcristaux de
saccharose sont disperss dans la solution de faon mcanique par
agitation. Cette dispersion des microcristaux permet une
homognisation et une rpartition spatiale identique des particules
de saccharose en tout point de la solution.La quantit de semence
utilise pour la fabrication dun pied-de-cuite premier jet est
denviron 100g pour le cristallisoir premier jet (400 hL). La taille
des cristaux introduits dans la solution est de lordre de 20
micromtres. Cette quantit, suppose optimale, a t dtermine selon une
mthode essai-erreur consistant comparer la teneur en cristaux aprs
la cristallisation de plusieurs massecuites ensemences par
diffrents volumes de semence.2.3.1.4 Lave:Cette phase, qui sert
lorganisation du pied-de-cuite, doit permettre la dissolution des
germes cristallins les plus petits au profit des plus gros. Elle
consiste ajouter dans la solution en tat mtastable de sursaturation
un volume deau suffisant (environ 2 m3) pour diminuer notablement
la viscosit de la solution. 2.3.1.5 La phase de Monte:La phase de
monte permet la croissance des microcristaux dans la solution. Une
croissance cristalline optimale ncessite une sursaturation de
valeur constante en zone mtastable.Lvaporation se poursuit en
provoquant une augmentation de la sursaturation qui doit tre
compense par lapport de solution sous-sature de saccharose.
Lintroduction de cette solution seffectue par une vanne manuelle.
Le produit dalimentation, est introduit le niveau de la massecuite
croisse linairement.La monte se termine lorsque le volume de
massecuite a atteint 93% du volume total. 2.3.1.6 Le
serrage:Lorsque la vitesse de la cristallisation chute et que la
cuite est pleine, on procde la phase de serrage de la cuite.
Lalimentation en sirop est stoppe et lvaporation deau est
poursuivie. Cette phase finale de cuisson permet dvaporer leau
excdentaire et amliore le rendement en cristaux car il puise leau
mre.
2-3-1-7 Vidange et dgraissage de cuite :
Lorsque la cuite est vidange de leau chaude ou de la vapeur qui
est pulvrise sur lesfaisceaux de lchangeur de chaleur afin de
nettoyer lappareil, on procde au dgraissage.Lensemble du cycle de
la cristallisation dure entre 2h et 5h selon la taille des cristaux
forms et la puret de la masse cuite.
2-3-2 Le malaxage :
La masse cuite dont la temprature est entre 75C 85C la sortie de
la cuite est dverse dans un bac de malaxage qui permet une
agitation rgulire. Durant cette priode (30 min 1H), la masse cuite
refroidit et les cristaux achvent leur grossissement.une addition
deau est effectue pour dissoudre les fines quun refroidissement
rapide risque de former.
2-3-3 Le turbinage:
La masse-cuite est enfin alimente dans des centrifugeuses ou
turbines ayant diffrentesphases de fonctionnement :
Remplissage de la turbine faible vitesse de rotation (200tr/min)
afin dobtenir une rpartition homogne. Le turbinage sacclre
1500tr/min afin dvacuer leau mre entourant les cristaux. Le
clairage par ajout deau chaude puis de vapeur permet de laver et
enfin de scher les cristaux. Lessoreuse termine son cycle par un
freinage lectrique puis mcanique 200tr/min et le sucre tombe sur un
tapis vibrant grce un racleur, sa teneur en eau est inferieure
1%.
Chapitre IV: Etude fonctionnel
Chapitre IVI
Etude fonctionnel
IntroductionLobjectif de mes travaux est damliorer les
performances du procd de cristallisation du sucre 1er jet lusine de
COSUMAR. Pour atteindre mon objectif, une des tapes essentielles
consiste tudier la station existante, dfinir ses points faibles et
proposer des solutions.1. Etude de lexistant:1.1 Description
sommaire de latelier de cristallisation:La cristallisation lusine
sucrire COSUMAR est ralise en trois jets pour assurer un puisement
optimal en saccharose du sirop de sucre issu de latelier
dvaporation.Chaque jet est constitu de trois phases: la cuisson, le
malaxage, et le turbinage, ou centrifugation.Latelier de
cristallisation comprend alors les principaux quipements
suivants:EquipementNombre
1er jet
Bac liqueur standard1
Appareil cuire (cuite)3
Malaxeur horizontal1
Turbine discontinue de type BMA3
2me jet
Bac liqueur 2me jet1
Appareil cuire (cuite)3
Malaxeur horizontal de coule2
Malaxeur horizontal WERKSPOOR4
Turbine continue de type BMA3
Fondoir1
3me jet
Bac liqueur 3me jet1
Appareil cuire (cuite)3
Malaxeur horizontal3
Malaxeur vertical TOURY4
Turbine continue de type BMA3
Fondoir1
Principaux quipements de latelier de cristallisationLa figure 18
donne un aperu gnral de latelier de cristallisation lusine
COSUMAR.Je consacrerai mon tude au premier jet, vu que la mme
installation se rpte au niveau du deuxime et du troisime jet.Etant
donn que les turbines au niveau des 3 jets ont dj t automatises
dans le cadre dune modernisation de lusine, mon tude sera limite
aux cuites et au malaxeur qui eux travaillent encore en manuel.
42 Figure18: Atelier de cristallisation
1.1 Schma fonctionnel de la cristallisation:
1.3 Fonctionnement du systme:Le principe de fonctionnement de la
station de cristallisation est dcrit comme suit: Phase
dalimentation: Au dbut il faut que toutes les vannes de la cuite
soient fermes, on ouvre la vanne du petit vide progressivement, on
injecte le sirop par une vanne dalimentation pour former un pied de
cuite dun volume de 170 hL, en mme temps lagitateur est actionne.
Phase de concentration: On ferme la vanne du petit vide, on ouvre
la vanne du grand vide progressivement et la vanne de la vapeur
pour vaporer leau contenue dans le jus Phase de grainage: Cette
phase commence lorsquon a un BX85, le cuiseur se sert du facteur
temps (environ 35 min lors de la phase de concentration). Alors on
injecte environ 100g de semence a laide dune vanne manuelle. Phase
de monte: Apres 10 min de la phase prcdente, on ouvre encor une
fois la vanne dalimentation afin dinjecter progressivement de la
liqueur standard dans la cuite tout en vaporant la solution pour le
but de maintenir la sursaturation qui est ncessaire pour l
agrandissement des cristaux. Phase de serrage: Une fois le niveau
de la cuite atteint 380 hL, on ferme la vanne dalimentation.et on
laisse toujours la vanne dvaporation ouverte pour vaporer le
maximum deau afin darriver un brix 92 (pourcentage de la matire
sche dans la massecuite) estim par observation par le cuiseur Phase
de coule: une fois on a un BX92 on vrifie le niveau du malaxeur,
sil est au niveau bas, alors on ouvre la vanne de vidange afin de
couler la massecuite dans ce malaxeur. Phase de dgraissage: Lorsque
la cuite sera vide on ouvre la vanne deau chaude, et de la vapeur,
cette phase dure 5min. Pour plus de dtails sur les phases de
cristallisation, voir le chapitre 2. 1.4 Caractristiques techniques
du matriel existant:1.4.1 Cuite et malaxeur:Les caractristiques
techniques du cristallisoir sont rpertories dans le tableau
suivant.
Capacit de la cuve400 hL
Hauteur 6580 mm
Diamtre 4278 mm
Faisceau :
Surface de chauffe 321 m2
Nombre de tubes 850
Diamtre dun tube 100 mm
Epaisseur dun tube 3 mm
Hauteur dun tube 1195 mm
Caractristiques techniques dune cuite lusine COSUMAR1.4.2
Actionneurs:Le tableau 1 donne une liste des vannes installes sur
la cuite, leur tat actuel, leurs sections et leurs quantits. Le
tableau 2 dcrit les moteurs.
VannesEtat actuelSectionQuantit
Soupe d alimentations de SEMENC Motorise DN 1501
Vanne dalimentation rapide Motoris DN 1501
Vanne casse vide Motorise DN 801
Vanne de vidangeMotorise DN 5002
Vanne prs bac 22-01Motorise DN 801
Vanne de liquide concentre Motorise DN 5001
Vanne de preevacuationMotorise DN 402
Vanne de dgraissage Motorise DN 404
Vanne de dgazageMotorise DN 401
Vanne prs de vapeurMotorise DN 401
Vanne prs de vapeur chauff Motorise DN 401
Tableau 1: Vannes installes sur la cuite
MoteurUnit oprationnelPuissance unit(KW)Vitesse(Tr/min)Puissance
totale (KW)
Agitateur de la cuite230147060
Turbinage 311147033
Vanne vide30,7514702,25
Vanne vidange30,514701,5
Pompe masse cuite418147072
Tableau 2: Moteurs installes sur la cuite
1.4.3 Les capteurs installs:Les capteurs installs au niveau du
cristallisoir lusine COSUMAR sont reprsents dans le tableau
ci-dessous.
CapteurEtat actuelSectionQuantit
Transmetteur de pression Analogique0-1 Bar3
Transmetteur de la temprature Analogique0-100 C2
Transmetteur de niveau Analogique0-100%6
Capteurs installes sur la cuite2. Problmatique:La
cristallisation est un processus assez complexe, sa conduite en
mode manuel peut engendrer plusieurs problmes lis la qualit du
produit final, au rendement et/ou au temps ncessaire la
cristallisation.A lusine COSUMAR, la cuisson seffectue par les
cuiseurs qui assurent de faon manuelle le passage dune phase de
cristallisation une autre en agissant sur les actionneurs
correspondants (vannes et moteurs), tout en rglant les diffrentes
valeurs de brix, de niveau ou de pression pour assurer les
conditions ncessaires la russite de la cristallisation et ceci en
ouvrant ou fermant les vannes correspondantes. Les cuiseurs se
basent pour cela sur leur propre exprience et sur des mesures de
laboratoire (pourcentage du brix). La conduite manuelle de cette
cristallisation engendre des retards dus surtout aux corrections
faites cause dun oubli ou manque dattention de la part du cuiseur.
(Surtout lorsquil y a un changement de cuiseur). La qualit du
produit nest pas constante, elle change selon les cuiseurs qui
diffrent dans les rflexes et lexprience dans le domaine. En effet,
deux ou trois cuiseurs sont responsables de la conduite de la
cristallisation dans les 9 appareils cuire, et ces cuiseurs
changent selon quils occupent un poste de journe ou de nuit. Les
massecuites la sortie des appareils cuire ont alors des
caractristiques diffrentes bien que proches. La rgulation manuelle
du brix implique aussi une qualit du produit qui nest pas
constante. Le processus de cristallisation ncessite une
surveillance permanente pendant chacune de ses phases. Les cuiseurs
sont sujets loubli, la fatigue ou la mauvaise interprtation de
certains phnomnes. Le moindre oubli ou manque dattention peut
parfois engendrer des problmes tel un dbordement du malaxeur ou une
chute du brix qui entrane la dissolution des cristaux forms dans le
sirop. Le rendement en cristaux nest pas optimal car lpuisement de
leau mre est faible, (extraire le maximum de saccharose) 3.
Solution propose: Pour parfaitement russir la cristallisation du
sucre, il faut que certains points tels que le point densemencement
et la fin de la monte en cuisson puissent tre dtermins de manire
sre. Lexactitude des mesures prises dans le processus est
essentielle pour assurer une production optimale.Le cristallisoir
c'est le lieu o sont ralises toutes les tapes dune cristallisation
complte:Fabrication du pied de cuite la croissance cristalline. Jai
donc choisi dinstrumenter la cuite et doptimiser lpuisement maximal
de la liqueur standard. Systme numrique de contrle commande (SNCC)
CS3000Descriptif des boucles de rgulation:Les principaux paramtres
de processus contrler sont : - Pression de la vapeur - Etat de la
masse cuite (matire sche) (Brix)- Quantit de la liqueur
dalimentation - Niveau de masse cuite
Concept de rgulation:Ltat de masse cuite, cest--dire la matire
sche de la masse cuite, est rgl par le dbit de la liqueur alimente.
Le systme de mesure utilis dans la plupart des cas est une mesure
micro-ondes. Les gamma-densimtres sont galement toujours en
service. Le flux volumique de la liqueur dalimentation est mesur
laide de dbitmtres inductifs et rgl suivant la consigne exige par
la rgulation de ltat de la masse cuite (rgulation en cascade).
volution des paramtres_ Lensemble dun cycle de cristallisation
dure entre 2 h 30 et 8 h selon la taille des cristaux forms et la
puret de la masse cuite. Durant ce cycle, la pression (le vide) est
en gnral maintenue une valeur constante. Dans certains cas, on peut
toutefois la rduire au fur et mesure du cycle. Elle se situe entre
0,19 et 0,21 bar. Le besoin de vapeur de chauffage est important
durant la formation du pied de cuite car on cherche raliser cette
tape le plus rapidement possible. La pression de vapeur agissant
sur son dbit est ensuite maintenue une faible valeur durant le
grainage et au dpart du grossissement des cristaux. En fin de
cuite, il est parfois ncessaire de disposer dune vapeur de pression
plus leve afin de vaincre la chute du coefficient de transfert de
chaleur avec laugmentation de la hauteur de masse cuite dans
lappareil. On peut tre amen pour cela changer le niveau de
prlvement de la vapeur sur latelier dvaporation [passer par exemple
du troisime au deuxime effet. Au fur et mesure, le taux de sucre
cristallis augmente et la densit de la masse cuite suit la mme
volution. En gnral, les consignes sont toutes fixes en fonction du
volume (niveau) de la masse cuite._ Le paramtre essentiel de
contrle de la cristallisation est la sursaturation. Cette
sursaturation est directement fonction de la puret et du brix. Cest
donc le brix de leau-mre quil faut mesurer et matriser. Cette
mesure nest toutefois pas facile dans les appareils cuire
industriels. Plusieurs systmes sont proposs (rfractomtre, densimtre
gamma, sonde micro-onde, sonde ultrasons, conductimtre...) et
dautres sont encore ltude. Plus la mesure sera prcise et meilleurs
pourront tre le contrle et lautomatisation de ltape de
cristallisation.
Chapitre V: Choix et dimensionnement du systme
Chapitre VI
Choix et dimensionnement du systme
1. Circuit de la station de cristallisation:1.1 Rgulation de
niveau du cristallisoir:
Figure 19: rgulation du niveau
L'objectif de cette rgulation est de maintenir le niveau
constant c'est ta dire la hauteur (h) constant. Le rgulateur (R)
reoit la mesure (M) et la cosigne, la sorite de ce rgulateur cest
le signal de commande (U) ragit sur la vanne (V)
a. ButLa rgulation a pour but de maintenir un niveau constant
pendant la phase de concentrationb. Composition de la boucle de
rgulation Un transmetteur de niveau du type a pression diffrentiel
Une vanne de rgulationc. Principe de fonctionnementLa rgulation
fonctionnera en mode AUTO.sa consigne est interne et fixe Nc (30%
environ de la hauteur du cristallisoir).Le systme reoit la mesure
de niveau et la compare a la consigne, ensuite il agit sur la vanne
rgulatrice en consquence.Llment perturbant est le phnomne
dvaporation qui provoque la diminution du niveau de la cuite.1.2
Rgulation de dbit de la liqueur standard entre cristallisoir:a.
ButLe dbit de la vanne dalimentation est calcul de faon avoir un
niveau de la cuite la valeur de consigne Nc fixe par loprateur.b.
Composition de la boucle de rgulation Un dbitmtre lectromagntique
Une vanne de rgulationc. Principe de fonctionnementLa rgulation
fonctionne en mode CASCADE. Sa consigne externe sera fixe par le
rgulateur LIC
Figure 20: rgulation en cascade
1.3 Rgulation de pression du vapeur:a. ButLa rgulation a pour
but de maintenir une pression constante dans la conduite qui
alimente la cuite en vapeurb. Composition de la boucle de rgulation
Transmetteur de pression Vanne de rgulationc. Principe de
fonctionnementLa rgulation fonctionnera en mode AUTO.sa consigne
est interne et fixe comme suite:Q0: Consigne pression vapeur dbut
de concentration.Q1: Consigne pression vapeur fin de
concentration.Q2: Consigne pression vapeur monteQ3: Consigne
pression vapeur serrage..
Figure 21: rgulation da la temprature surchauffe
1.4 Rgulation de pression du vide:a. ButLa rgulation a pour but
de maintenir une pression constante dans la conduite du vide b.
Composition de la boucle de rgulation Un transmetteur de pression
Une vanne de rgulation
c. Principe de fonctionnementLa rgulation fonctionnera en mode
AUTO.sa consigne est interne et fixe comme suite:Vt : Consigne vide
dbut concentration / fin de monte.V1: Consigne vide en serrage.
1.5 Description techniques des nouveaux quipements de
rgulation:Vanne de rgulation des boues FCV . Corps:En fonte.
Obturateur:Inox. Sige, tige et clapet : Inox. Type dobturateur:A
prciser par le concurrent. Garniture:Presse toupe. Etanchit:A
prciser par le concurrent. Loi douverture:Proportionnelle. Fluide
tend :Ouvrir la vanne. servo moteur :A membrane, simple effet.
Positionneur .. Type:Electropneumatique .. Degr de protection:IP 54
.. Signal dentre:4 20 mA .. Signal de sortie:A prciser par le
concurrent .. Alimentation en air comprim:A partir du rseau de la
sucrerie. Accessoires: Filtre et mano-dtendeur. Indication des
pressions entres/sorties, et. Indicateur de position mcanique
Vanne (TOR)
. Corps:En fonte. Type dobturateur:Sphrique. Obturateur:Inox.
Tige et sige : Inox. Garniture:Presse-toupe. Etanchit:PTFE.
Actionneur:Vrin, simple effet et distributeur monostable. Mode de
fonctionnement:TOR, vanne ferme par manque dair. Degr de protection
: IP 65. Tension dalimentation:220 V AC. Indicateur de position
:Par deux fins de course tanchesferm ouvert. Installation:Entre
brides DN 25 PN 10. Raccordement lectrique:Par presse toupe.
Raccordement pneumatique :Tubes RILSAN de . Accessoires:Filtre,
mono-dtendeur, deux manomtres dindication de pression Entre/sortie,
indicateur de position mcanique (volant de commande manuelle) et
accessoires de montage.
e. Transmetteur de niveau (LT / E02)Le transmetteur de niveau
sera compos de:Elment de mesure
. Type:A pression diffrentielle. Membranes sparatrices:A
diaphragme en Inox. Liquide de remplissage:Qualit alimentaire.
Brides et flasques:Inox. Montage:Sans extension
Transmetteur
- Type:Intelligent, configurable et autodiagnostic- Alimentation
:24 Vcc gnre par le systme- Signal de sortie :4 20 mA- Interface de
communication :A prciser par le concurrent etdevra tre compatible
avec le systme (SNCC)- Etendue dchelle:Sera dfinie en fonction de
la hauteur du bac- Affichage de mesure :En % de la hauteur du bac-
Conformit :Aux Normes IEC- Raccordement lectrique:Par presse-toupe-
Indice de protection :IP65- Temprature ambiante:45C-
Scurit:Intrinsque avec compensation de temprature
Transmetteur de temprature Il sera compos de:Elment de
mesure
. Type:PT 100. Elment:double. Gaine:Inox 316 L. Raccordement des
fils :soud. Boitier:Etanche IP 65 en alliage lger. Longueur:A
dfinir par le concurrent. Montage:Dans doigt de gant en InoxInstall
dans la conduite DN 200
Transmetteur
. Type:Intelligent, configurable et autodiagnostic. Signal de
sortie:4 20 mA. Alimentation :24 Vcc gnre par SNCC. Montage:A
distance. Interface de communication:A dfinir par le concurrentb.
Dbitmtre lectromagntique
Manchette de mesure
. Type:Electromagntique (DEM). Revtement de surface intrieure
:De qualit alimentaire
. Matriaux de construction :A prciser par le concurrent.
Protection de lenveloppe:IP 65 et conforme aux Normes IEC.
Montage:Entre brides DN 100 PN 10. Raccordement lectrique:Par
presse-toupe avec mise la terreconforme aux Normes.
Transmetteur
. Type:Intelligent, configurable et auto-diagnostic. Montage:A
distance. Indice de protection :IP 65. Alimentation lectrique:220 V
50 Hz. Signal de sortie:4 20 mA. Echelle:0 20 m3/h, environ.
Prcision:A prciser par le concurrent. Indications:Dbit instantan et
totalisateur. Interface de communication :A dfinir par le
concurrent. Raccordement lectrique:Presse toupe.
2. Description des modules I/O:Le Tableau ci-dessus reprsente le
dimensionnement du systme avec une marge de 20% sur le cbl et 10%
non quip (slots).
I/ODIDOAIAO
Ncessaire4631147
Avec Marge 20% Cbl5638179
Choix des modules, pour des raisons de scurit (redondances et
rductions des risque de panne) jai repartie ces entres/Sorties
comme suit:Dou le tableau suivant qui represente le nombre et la
nature des modules choisis pour mon application:
AAI -141
AAI -543
ADV -151
ADV -551
EC401
Cable KS
PSURACKArmoireSB401
2111254222
Par consquent et aprs calcul des nombres de module du projet en
respectant la marge de 10% on aura 9 slots.
Chapitre VI: Prsentation du systme
Chapitre VI
Prsentation du systme
1 Prsentation de lICS (Integrated Control System):
Le Systme de Contrle Intgr (ICS), conu par Yokogawa, intgre les
dernires technologies, sur une architecture ouverte, modulaire.
Cette architecture est utilise essentiellement dans le domaine
industriel pour assurer la supervision et la surveillance
dinstallation technique, comme :
_ Supervision de production ptrolire ou gazire_ Gestion de
stockage_ Supervision de production_ Gestion de trafic_ Supervision
de distribution et de traitement deau_ Supervision et gestion de
lnergie_ Supervision des sites
Le point fort de ce systme est quil permet la sparation entre la
partie rgulation du procd et la scurit de lensemble du systme.Ce
systme est constitu de deux niveaux, un niveau de supervision et un
niveau contrle-commande :
1.1 Niveau de supervision:A ce niveau on trouve les stations de
supervisions HIS et les stations ingnieur EWS qui sont
configurables par le logiciel Centum CS3000.
1.1.1 Spcification des automates YOKOGAWA:Le systme CS3000 est
caractris par :Un nombre dentres/sorties plus de 1.000.000
E/S.CENTUM CS3000 est dune architecture souple, il est conu pour
s'adapter aux systmes dj implants et supporte toute sorte de mise
jour de ces derniers.
Le temps de cycle du CS3000 est entre 200 ms et 500 ms pour le
DCS ddi la rgulation et moins de 20ms pour lAutomate de scurit
Prosafe PLC.Pour cette raison YOKOGAWA est puissant dans le domaine
de scurit puisquil permet de sparer tout ce qui est rgulation de ce
qui est scurit.Le cot dinstallation du systme CS3000 est moins chre
que les systmesdautomatisation concurrents, ceci d au faite que
tous les rseaux de communication de YOKOGAWA sont propritaires (du
rseau de terrain jusquau rseau cellulaire) comme Vnet, VLnet, Mnet
et Enet.
1.1.2 Vnet IP:Le rseau Vnet IP est caractris par : 1 Gb/s
Structure toile base sur Hub Switch du commerce Rseau redondant
Liaison lectrique ou optique
1.2 Niveau de contrle-commande:On trouve dans cette partie trois
systmes de contrle (DCS, ESD, FGS) chaque systme assure une
fonction spcifique.
Figure 22: Structure du systme ICS
2 Partie contrle commande:2.1 Systme de contrle distribu
(DCS):Le traitement de donnes se fait suivant des algorithmes de
rgulation et de contrlesquentiel programms et stocks dans des units
de traitement appels FCU (Field Control Unit) qui sont relies entre
elles via le bus de communication Vnet.Lchange de donnes avec les
nuds des E /S se fait travers les bus de terrain FIO.Lensemble des
FCU et Nuds constituent la station de contrle FCS (Field Control
System).
2.1.1 La station de Contrle FCS:La station de contrle FCS (Field
Control Stations) est le coeur du CS 3000 et de sesfonctions
avances, fiables et performantes, elles intgrent la technologie
prouve pair and spare (Redondance Active Hot Stand by, Pas
d'interruption du traitement, Transfert sans coups, communication
et au module d'entres/sorties. Cela donne un systme extrmement
fiable et trs ouvert.Elle ralise les fonctions suivantes :
Fonction de contrle : telles squentiel. Intgration des
sous-systmes utilisant les interfaces standards (RS compatible avec
les sous-systmes des principaux fabriquant. Liaison avec
linstrumentation terrain en utilisant soit des modules Lunit de
contrle FCU compose de Une carte processeur redondant, Une carte
dalimentation redondante, Des batteries de mmorisation (72 heures),
Une interface Vnet redondante,
Chaque carte processeur comporte deux processeurs (cP 1 et cP 2)
qui sont synchroniss. Les deux processeurs font le mme traitement
et chaque fois les rsultats sont compars par un comparateur. Si les
rsultats sont les mmes. La carte processeur continue son
traitement. Si les rsultats diffrents, le fonctionnement de la
carte processeur est considr comme anormal et la carte processeur
qui tait en stand by prend la relve.
2.1.2 Spcification de la FCU:
Figure 23:Architecture de la FCU
Figure 24:Architecture FCS
2.2 Partie supervision:Le systme CS3000 est un Systme Numrique
de Contrle et de Commande (SNCC)distribu, souple. Il concrtise le
concept de (solutions intgres) destin la gestion et au contrle des
moyennes et grandes applications industrielles.
PROSAFE est le diminutif de programmable safety systems ddi aux
fonctions de scurit tant pour les fonctions darrt durgence.
Figure 25:Ingnierie et conduite DCS et ESD, FGS
Chapitre VII: Ralisation pratique du projet
Chapitre VII
Ralisation pratique du projet
1. Configuration du logiciel:1.1 CS3000:1.1.1 Ralisation dune
Application:
Raliser une application consiste gnrer toutes les donnes
ncessaires au fonctionnement dun systme.
Lensemble de ces donnes constituent un PROJETLe projet se trouve
sous le rpertoire :\CSx000\eng\BKProjectLaccs au projet se fait par
lactivation de la fonction System View
1.1.1.1 La Fonction System View:La fonction SYSTEM VIEW permet
de : Crer Copier Supprimer EditerLe projet ou une partie du
projet.1.1.1.2 Accs la fonction System View:
Figure 26:Accs system view
1.1.1.3 Cration dun projet:Slectionner depuis le menu File ou
par le bouton de droite de la souris loption Create New puis
Project.
Figure 27:Cration de projet
Figure 28: Edition des informations du projet
Figure 29:Proprits du projet
Donner le nom du projet en majuscules. Longlet Constant permet
de dfinir :
Le numro de domaine VL-NET Longlet Detailed Setting permet de
dfinir si lon veut crer par dans un fichier : Les units physiques
Les labels des instruments de commutation
1.1.1.4 Cration dune FCS:
Figure 30:Cration FCS
Figure 31:Cration FCS
Figure 32 : Structure FCS
CONFIGURATION : paramtres de fonctionnement de la FCS.IOM :
dfinition des entres/sorties du procd.SWITCH : dfinition des bits
internes et de communicationMESSAGE : dfinition des annonciateurs,
vnements, guides oprateur et des sortiesimprimante.FUNCTION_BLOCK :
schmas de contrle.DISPLAY : vues dynamiques des schmas de contrle
et des schmas logiques.
1.1.1.5 Linterface homme machine HIS:
Figure 33 : Structure HIS
CONFIGURATION : paramtres de fonctionnement de la HIS et
dfinition des historiques.
WINDOW : fentres utilisateurs
HELP : fentre daide
1.1.1.6 Cration de vues graphiques:
Figure 34 : Cration vue graphique
1.1.1.7 Langages de programmation DCS:
Consiste traduire dans le langage de programmation (Blocs
Fonction et langage littraldans mon cas), lensemble des actions
dcrivant les algorithmes de traitement des donnes.Pour le
dveloppement de lensemble de mes algorithmes, jai adopt le concept
de modularit, c'est--dire quon a subdivis et structur en un
ensemble de sous-programmes ralisant chacun des tches prcises.
Dans cette partie On sintresse au niveau de contrle, et on
laisse la partie supervisionau paragraphe (supervision et animation
des synoptiques).
Cest au niveau du contrle o se fait le traitement des donnes
suivant des algorithmesde rgulation et de contrle squentiel
programms dans des pages de programmationappeles Control Drawing
sous forme des blocs fonctions soit en logic chart ou sous un table
squence ou par une Fentre SFC (grafcet).Dans mon projet, on a
besoin de programmer un Drawing pour la rgulation en utilisent une
fenetre SFC(grafcet) et des blocs PID pour la correction et des PVI
pour lindication, et finalement un Drawing qui gre la communication
DCS.
1.1.1.7.1 La logic chart:
La fentre de schma logique affiche les dtails des blocs des
schmas logiques et leur tat. Loprateur pourra visualiser le
dfilement du schma logique, ltat vrai/faux et autre points de
contrle.La figure suivante montre un exemple de fentre de schma
logique.
Figure 35 : Schma logique
1.1.1.7.2 Table de squence:
La table de squence offre une vue dtaille de ltat des blocs
table de squence la progression de la squence, ltat vrai ou faux
des conditions et ltat du droulement de la squence sont affichs.La
figure ci-dessous montre un exemple de table de squence.
Figure 36 : Fentre de schma logique
1.1.1.7.3 Les correcteurs de rgulation:
Le bloc de rgulation utilis dans ces Drawings est de type PID,
disponible dans la bibliothque dinstruments Yokogawa. Ce bloc a une
entre physique sous forme dun signal 4-20mA en unit physique et une
sortie physique aussi sous forme dun signal4- 20mA qui commande les
vannes qui existent sur site.
Pour la cuisson PDC-R2, on a des boucles de rgulation, de dbit,
de pression et detemprature
La figure suivante reprsente la rgulation dune vanne de
pression, configure sur le Drawing suivant :
Figure 37: Boucle de rgulation de pression du vapeur
1.1.1.7.3 Les blocs dindications:Le bloc de fonction utilis dans
ces Drawings est de type PVI, disponible dans la bibliothque
dinstruments Yokogawa.
Les mesures analogiques sont acquises sous forme dun signal 4-20
mA. Ce signal sera exploiter soit sous sa forme linaire, soit
quadratique (mesure dune DELTA P reprsentant un dbit). Pour mon
cas, on a 15 indications analogiques, de temprature, de dbit, de
pression, de diffrence de pression, de frquence et courant.La
figure ci-dessous reprsente quelques exemples dindications
configures sur le Drawing suivant:
Figure 38 : Indicateurs temprature et de niveau
1.1.1.7.4 Les Drawings de la communication:
Pour permettre loprateur de contrler et de superviser les
traitements qui se font parles deux systmes DCS, ESD partir de la
mme station de supervision HIS, je dois assurer la communication
entre le systme ESD et le systme DCS qui intgre tout le niveau de
supervision. Ceci fait la principale caractristique dun systme de
contrle commande intgr (ICS).Pour la ralisation de la communication
avec le DCS, on doit :
Mettre les variables et les mots communiqus (du DCS vers lESD ou
linverse) dans des tables appeles Switchs, qui ont pour rle
dautoriser la lecture et lcriture de ses variables pour lensemble
des Drawings de la FCS.
Figure 39 : Table Switch
2. Prparation et animation des synoptique:
2.1 Lanimation dune vanne rgulatrice:
Figure 40 : Vanne rgulatrice
Lorsque on clic sur la zone 6 qui indique la mesure du procd PV
cette dernireje donne le graphique de PID sous la forme suivante
(voir droite):A partir de ce graphique on peut rendre la vanne
manuelle comme on peut la rendreautomatique, de plus on a la
possibilit de varier la commande MV qui attaque la vanne.Les vannes
de rgulation sont reprsentes par le symbole vanne en fonction du
type dela vanne (FC ou FO) en noir blanc fixe comme indiquer sur la
figure ci-dessous. La valeur douverture de la vanne est affiche en
noir fixe, encadre par un trait de mme couleur.Lunit physique en %
est affiche en noir fixe droite de la valeur. La valeur 0%
indiquetoujours ltat ferm et 100% indique ltat ouvert.
Figure 41 : Vanne FC Figure 42 : Vanne FO
2.2 Lanimation dune vanne tout ou rien:La couleur du symbole
change en fonction de ltat de la vanne.
tat Ouverte: vert fixe. tat Ferme: blanc fixe.
Figure 43 : Vanne tout ou rien
2. Synoptique de lunit de la cristallisation:
Figure 44 : synoptique de rgulation
Et ici, on a le circuit de turbinage :
Figure 45: Synoptique de turbinage4. la basse de donnes:
4.1 La basse de donnes des I/0 logiques: (Voir annexe)4.2 la
basse de donnes des I/O analogiques: (Voir annexe)
5.Gra-fcet:
Figure 46: Graf-cet
6. Programmation du Graf-cet:
Lors de la 1r tape, c'est--dire avant que lalimentation soit
dbute, on doit dabordprparer lappareil pour la 1er phase de la
cristallisation c'est--dire la cuisson, voici cidessous le
programme initiale o toute les paramtres utilis sont
dclars:#include "std.h"
Global block %SW DEPART_CYCLE ALIAS SDC-PDCR2 Global block %SW
STR12 ALIAS STR12-PDCR2 (transition aprs tape coule) Global block
%SW STR31 ALIAS STR31-PDCR2 (transition aprs tape coulee estactive)
Global block %SW ACK22029, SW_DEB_MONT (autorisation operateur,
dtectiondbut monte) Global block %SW SW_ACQ_MAINT,
SW_DEM_ACQ,SW_PRE_GRAIN (Switch gestionacquittement maintien de
charge) Global block %Z USV22029 (dclaration Gyrophare) Global
block PID PIC22012, PIC22016, LIC22013 (dclaration rgulateur vide,
vapeuret niveau) Global block PID DIC1 ALIAS DIC22014_1 (dclaration
rgulateur densit 1) Global block PID DIC2 ALIAS DIC22014_2
(dclaration rgulateur densit 2) Global block SIO-11 USV22020,
USV22022, USV22023 (dclaration vannes logiques) Global block SIO-11
USV22024, USV22025, USV22019 (dclaration vannes logiques) Global
block SIO-11 USV22018, LSV22013, USV22011 (dclaration vannes
logiques) Global block PVI LI22001, LI22028 Global block MC-2
EU22602 (dclaration agitateur) Global block SW-33 SEL1 (slecteur
densit ou niveau sur vanne LS) Global block MLD XV_22021A,
XV_22021B Global block BDSET-1L BD14 ALIAS BD1-DI22014 (dclaration
zone de seuils densitBRIX) Global block BDSET-1L BD12 ALIAS
BD1-PIC22012 (dclaration zone de seuils vide) Global block BDSET-1L
BD16 ALIAS BD1-PIC22016 (dclaration zone de seuilsvapeur) Global
block BDSET-1L BD28 ALIAS BD1-LI22028 (dclaration zone de seuils
MALXCOULEE) Global block BDSET-1L BD13 ALIAS BD1-LIC22013
(dclaration zone de seuils niveaucuite) Global block BDSET-1L BD01
ALIAS BD1-LI22001 (dclaration zone de seuils niveauLS) Global block
BDSET-1L BD10 ALIAS BD1-EU22602 (dclaration zone de seuils niveau
cuite) Global block TM TM1 ALIAS TM1-PDCR2 Global block TM TM2
ALIAS TM1-PDCR2 Global block TM TM3 ALIAS TM1-PDCR2 Global block TM
TM4 ALIAS TM1-PDCR2 Global block TM TM5 ALIAS TM1-PDCR2 Global
block TM TM6 ALIAS TM1-PDCR2
Dans la 2me tape, on va prparer la base pour la phase de
lalimentation selon leprogramme suivant: [PIC22012.PSW,
PIC22016.PSW, DIC1.PSW, DIC2.PSW, LIC22013.PSW=3, 3, 3, 3,3](on
force les rgulateurs 0% et aussi en mode manuel)
[EU22602.MODE.CSV="AUT",0] (Arrt agitateur en mode auto)
[XV_22021A.MV=0] (fermeture vanne de vidange) [XV_22021B.MV=0]
(fermeture de vanne de vidange) [USV22011.MODE.CSV="AUT",0]
(fermeture de vanne de pr vacuation) [USV22020.MODE.CSV="AUT",0]
(fermeture de vanne darage) [USV22022.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture
vanne de dgraissage) [USV22023.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture vanne
de dgraissage) [USV22024.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture vanne de
dgraissage) [USV22025.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture vanne de
dgraissage) [USV22018.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture vanne
dalimentation de semence) [LSV22013.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture
vanne dalimentation rapide) [USV22019.MODE.CSV="AUT",0] (fermeture
vanne de dgazage) [USV22029.PV=0] (Arrt Gyrophare)
DEPART_CYCLE.PV=0 (initialiser le dpart cycle)
En phase de lalimentation, il faut tout dabord vider la cuite,
commencer lalimentation etdmarrer lagitateur et le circuit de la
vapeur de chauffe ainsi lalimentation est finie.
DEPART_CYCLE.PV=0 (Remise 0 dpart cycle) Drive [USV22011=OPEN]
(ouverture vanne vide) Drive [LSV22013=OPEN] (ouverture vanne
rapide LS) [PIC22012.SV=BD12.DT02] (nouvelle valeur de consigne)
[PIC22012.MODE="AUT"] (Rgulation vide en automatique) Drive
[USV22011=CLOSE] (fermeture vanne vide) Drive [USV22018=OPEN]
(fermeture vanne semence) TM1.OP=TMSTAT (temporiser vanne semence
pendant 4s) Drive [USV22018=CLOSE] (fermeture vanne semence) Drive
[EU22602=OPEN] (dmarrage agitateur) [PIC22016.SV=BD16.DT01] (ouvert
progressive vanne vapeur) [PIC22016.MODE="AUT"] (rgulation pression
de vapeur en automatique) Drive [USV22019=OPEN] (ouverture vanne de
dgazage) Drive [LSV22013=CLOSE] (fermeture vanne rapide)
[SEL1.SW=2] (position rgulateur) [LIC22013.MODE="AUT"] (rgulation
niveau en mode automatique) [LIC22013.SV=BD13.DT02] (rgulation de
niveau sur SV=N2 [PIC22016.SV=BD16.DT02] (nouveau seuil pression
vapeur) [PIC22016.MODE="AUT"] (rgulation de vapeur de chauffe en
automatique) [ACK22029.PV=0] (initialiser acquittement)Pour la
phase du maintien le programme est le suivant : [USV22029.PV=1]
(marche gyrophare pour prparation de la semence) [SEL1.SW=2]
(position rgulation eau) [LIC22013.MODE="MAN"] (rgulation de niveau
en manuelle) [DIC2.MODE="AUT"] (rgulation de densit en automatique)
[DIC2.SV=BD14.DT03] [PIC22016.SV=BD16.DT01] (nouvelle valeur de
consigne pour rgulateur de vapeur dechauffe)Pour la phase de
concentration : [USV22029.PV=0] (arrt gyrophare) SW_PRE_GRAIN.PV=0
(dsactiver signal prparation grain) [DIC2.PSW=3] (rgulation de
densit en manuel et MV=0) [LIC22013.SV=BD13.DT03] (nouvelle valeur
de consigne) [LIC22013.MODE="AUT"] (rgulation niveau en
automatique) [PIC22016.SV=BD16.DT03] (nouvelle valeur de consigne
pour rgulateur de vapeurde chauffe)Pour la phase grainage :
[DIC1.PSW, DIC2.PSW, LIC22013.PSW=3, 3, 3] (forage des rgulateurs
0%) Drive [USV22018=OPEN] (ouverture vanne amorage) TM2.OP=TMSTAT
(temporiser la vanne pPour la phase dbut monte : SW_DEB_MONT.PV=1
(dtection dbut monte) [DIC1.MODE="CAS"] (rgulateur de densit en
mode cascade)Pour la phase de serrage : [PIC22012.SV=BD12.DT05]
(nouvelle valeur de consigne) [PIC22012.MODE="AUT"] (rgulation vide
en automatique) [PIC22016.MODE="AUT"] (rgulation vapeur en
automatique) [PIC22016.SV=BD16.DT07] (nouvelle valeur de
consigne)Pour fin de serrage : [DIC1.PSW=3] (rgulateur de densit 1
en manuelle MV=0%) [DIC2.PSW=3] (rgulateur de densit 2 en manuelle
MV=0%) [PIC22016.PSW=3] (rgulateur vapeur en manuelle MV=0%)
[PIC22012.PSW=3] (rgulateur vapeur en manuelle MV=0%) DRIVE
[USV22019=CLOSE] (fermeture vanne de dgazage) Drive [EU22602=CLOSE]
(arrt agitateur)La partie vidange est contrle selon le programme
suivant : Drive [USV22020=OPEN] (ouverture vanne casse vide)
[XV_22021A.MV=50] (ouverture vanne de vidange 50%)
[XV_22021B.MV=50] (ouverture vanne de vidange 50%) TM4.OP=TMSTAT
(START temporisateur T4) [XV_22021A.MV=100] (ouverture vanne de
vidange 100%) [XV_22021B.MV=100] (ouverture vanne de vidange 100%)
TM5.OP=TMSTAT (START temporisateur T5)Pour la partie dgraissage ou
ce quon appelle rinage : Drive [USV22020=CLOSE] (fermeture vanne
casse vide) Drive [USV22022=OPEN] (ouverture vanne vapeur) Drive
[USV22024=OPEN] (ouverture vanne vapeur) Drive [USV22025=OPEN]
(ouverture vanne vapeur) TM6.OP=TMSTAT (START temporisateur T6)
Drive [USV22022=CLOSE] (fermeture vanne vapeur) Drive
[USV22024=CLOSE] (fermeture vanne vapeur) Drive [USV22025=CLOSE]
(fermeture vanne vapeur) Drive [USV22023=OPEN] (ouverture vanne
dgazage vapeur) TM7.OP=TMSTAT (START temporisateur T7) Drive
[USV22023=CLOSE] (fermeture vanne dgazage vapeur) [XV_22021A.MV=0]
(fermeture vanne vidange 100%) [XV_22021B.MV=0] (fermeture vanne
vidange 100%)
VIII. conclusion:Le travail prsent dans ce projet de fin dtudes
porte sur lautomatisation de la cuisson PDC-R2 de lunit de
cristallisation de COSUMAR.
Ltude des diffrentes cuissons industrielles et leurs
caractristiques ma permis decomprendre leur fonctionnement et
dentamer ainsi lanalyse du la cuisson PDC-R2 en suivant une dmarche
professionnelle garantissant latteinte des objectifs en terme de
qualit, cot et matrise de la complexit.
Cette dmarche a comport dune part la description dtaille du la
cuisson PDC-R2 et son architecture, et dautre part ltude technique
: base de donnes dinstruments et lautomatisation de la cuisson.
Aprs ltude du four, jai tablie une analyse fonctionnelle suivant
le cahier decharges fournit par la socit BMA.
Ce stage de fin dtudes au sein de CIM dEquipement ma fait
dcouvrir la vieprofessionnelle dans une entreprise leader dans le
domaine dautomatisme et technologies de pointes.
Jai touch aux diffrents problmes que lont peut rencontrer avec
lessystmes automatiss, cette exprience ma beaucoup apport au niveau
enrichissement de connaissances techniques et pratiques et ma
permis de dvelopper une mthodologie rigoureuse et efficace pour
mener bien un projet industriel complexe lautomatisation da la
cuisson PDC-R2 de lunit de cristallisation.
jai pris conscience de limportance du savoir-tre (tre dynamique,
tremotiv) et des relations humaines seules capables de faire
avancer mon projet.La ralisation de ce projet ma assur un minimum
douverture sur la ralit pratiquedu monde professionnel et ma permis
de mettre en uvre les connaissances acquises au cours de notre
formation au sein de lEMSI.
IX. ANNEXES: TERMINOLOGIE:
Nomenclature propre la rgulation :
F : Le dbit
T : La temprature
L : Le Niveau
P : La pression
Symbole : 34 FIC 183
IC : contrleur dindication = rgulation
F : Transmetteur = lecture de la mesure
Remarque :Tous les rgulateurs et les transmetteurs sont aliments
par un signal de 4- 20 mA.
Pour la nomenclature des rgulateurs on trouve :
TIC : rgulateur de tempraturePIC : rgulateur de pressionFIC :
rgulateur de dbit (flow indicate control)LIC : rgulateur de niveau
(level indicate control)
34 FIC 112 : contrleur de dbit 112 de lunit 34.
Pour la nomenclature des transmetteurs :
PT : transmetteur de pressionTT : transmetteur de tempratureFT :
transmetteur de dbitLT : transmetteur de niveau
Exemple:
34 TT 370 : Transmetteur de Temprature 370 de lunit 34 .
Pour la nomenclature des Vannes :
PCV : vanne rgulatrice pour le contrle de PressionTCV : vanne
rgulatrice pour le contrle de TempratureLCV : vanne rgulatrice pour
le contrle de NiveauFCV : vanne rgulatrice pour le contrle de
DbitHV : vanne rgulatrice pour contrle Manuel (Hand)
Reprsentation normalise des procds:Norme NF E 04-203
Base de donnes analogiques:
Base de donnes logiques:
X. Bibliographies:
www.yokogawa.comwww.saintlouis-sucre.comhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Betteravehttp://www.cimequipement.com/#Documentation
sur systme YOKOGAWA
92SIROP (LS1)(p=94%)
BAC A LIQUEURSTANDARD
MASSE CUITE 1
MALAXAGE 1
CENTRIFUGATION 1
SUCREBLANC(p=100 %)
EGOUT RICHE 1
EGOUT PAUVRE 1
MASSE CUITE 2
MALAXAGE 2
CENTRIFUGATION 2
BAC 2EME JET
SUCRE 2(p=98 %)
EGOUT 2
MASSE CUITE 3
MALAXAGE 3
CENTRIFUGATION 3
BAC 3EME JET
SUCRE 3(p=96 %)
REFONTE 3EME JET
MELASSE
REFONTE 2EME JET
1er jet
2me jet
3me jet
