STEG Stage de fin dtudes

BELAZRAG MOHAMED

Ddicace

Je ddie ce travailA mon preA ma mreA mes frres et mes sursA mes chers amisA tous ceux que jaime et qui maimentA mon binme MohamedA tous mes enseignants tous les techniciens et les oprateurs.

Lattrach HAMZARemerciements

Il nous parait maintenant que ce modeste travail est achev.Peu de mots peuvent traduire notre profonde gratitude envers toutes les personnes qui nous ont aids la ralisation de ce travail STEG usine GPL de Gabes.Nous tenons exprimer nos profondes gratitudes et nos immenses respects nos encadrant Mme Jabri Sana de lusine GPL et Mme Rafika Elharabi linstitut Suprieur de Systme Industriels du Gabes pour leur qualit de son encadrement, ses disponibilits, ses hautes qualits morales et scientifiques et ses encouragements continus durant lexcution de notre projet afin de le bien raliser. Egalement nous tenons exprimer notre profonde gratitude aux membres des jurys qui acceptent de juger notre travail.Aussi, lissue de trois ans agrables, nous adressons nos remerciements toute lquipe denseignantes pour la qualit de lenseignement qui nous a t fourni et la direction de linstitut pour leur effort continu favoriser les bons conditions de travail aux tudiants.

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SommaireListe des figures7Liste dabrviations9INTRODUCTION GENERALE10Chapitre 1: Prsentation de lusine GPL et tude du systme pompage121.Introduction122.Prsentation de lusine122.1.Prsentation gnrale de la STEG122.2.Prsentation gnrale de lusine GPL122.3.Principe de fonctionnement de lusine GPL133.Prsentation de systme tudie143.1.Description et fonctionnement global143.2.Equipements153.2.1.Rservoirs et raccordement du pressostat153.2.2.Pompe173.2.3.Moteur lectrique183.2.4.Contrleur193.2.5.Autres composants214.Problme et solution234.1.Avantages234.2.Inconvnients de contrleur MPA 6000234.3.Solutions234.4.Cahier de charge235.Conclusion24Chapitre 2: Commande de la pompe base de lautomate S7300251.Introduction252.Commandes de la pompe252.1.Commande manuelle:252.2.Commande automatique252.3.Autres commandes263.Gnralits sur les automates programmables industriels263.1.Dfinition263.2.Architecture des automates263.2.1.Aspect extrieur263.2.2.Principe de fonctionnement273.2.3.Caractristiques techniques273.2.4.Unit centrale273.2.5.Mmoire283.3.Objectifs de lautomatisation283.3.1.De point de vue financement283.3.2.Amliorer la scurit et la disponibilit283.4.Critres de choix dun API284.Prsentation de lAPI Siemens S7-300 utilis294.1.Etude de la partie matrielle294.1.1.Unit centraleCPU 314304.1.2.Alimentation PS 307304.1.3.Modules dentre/sortie (E/S)314.1.4.Rack344.2.Etude de la partie logicielle (SOFTWARE)344.2.1.Etude de programmation (langage ladder)354.2.2.Illustration dun rseau contacts384.3.Transfert du programme395.Conclusion39Chapitre 3: Automatisation et simulation401.Introduction402.Grafcet de fonctionnement du contrleur402.1.Mode manuel402.2.Mode automatique412.3.Mode test412.4.Grafcet globale42Dans notre solution, nous avons deux grafcet de fonctionnement42Grafcet de dmarrage423.Programmation de lautomate443.1.Configuration de lautomate453.2.Cration du projet dans SIMATIC Manager463.3.Configuration de matriel (Partie Hardware)483.4.Cration des mnmoniques513.5.Elaboration du programme S7 (Partie Software)524.Simulateur des programmes PLCSIM535.Excution de la partie pratique545.1.Cblage de lautomate545.2.Cblage des diffrents quipements556.Conclusion56Enfin, on a donn une ide sur la partie pratique o les cblages de lautomate.56CONCLUSION GENERALE57Rfrences bibliographiques58ANNEXES59

Liste des figuresFigure 1.1: Usine GPL13Figure 1.2: Plan de lusine GPL14Figure 1.3: Schmatisation du system tudie15Figure 1.4: Bac deau16Figure 1.5: Montage de raccordement du pressostat une pompe dincendie16Figure 1.6: pompe dincendie17Figure 1.7: Croquis dun ancrage de socle typique18Figure 1.8: contrleur20Figure 1.9: Sprinkler21Figure 1.10: Poteau dincendie22Figure 1.11: RIA22Figure 2.1: Automate Siemens S7-30029Figure 2.2 : Elments principaux de la tension d'alimentation et de la CPU30Figure 2.3: Schma de branchement des PS 307; 5 A31Figure 2.4: Schma de branchement et de principe du SM 321 ; DI 16 x UC 24/48 V32Figure 2.5: Schma de branchement et de principe33Figure 2.6: Schma de branchement et de principe du module SM 322 ; DO 32 x 24 V cc/0,5 A34Figure 2.7: Fentre du logiciel SIMATIC STEP7 V5.535Figure 2.8: prsentation des E/S36Figure 2.9: Interface de programmation38Figure 2.10: tapes de programmation dun API39Figure 3.1: Automate Programmable Industriel SIEMENS45Figure 3.2: cration de projet46Figure 3.3: titre de projet47Figure 3.4: insertion dun nouvel objet station SIMATIC 30047Figure 3.5: choix du RAK48Figure 3.6: choix du CPU et dalimentation49Figure 3.7: choix des embases dE/S50Figure 3.8: Hirarchie du programme STEP750Figure 3.9: Cration des mnmoniques51Figure 3.10: Table des mnmoniques du projet51Figure 3.11: cration du bloc dorganisation52Figure 3.12: choix du langage CONT53Figure 3.13: Interface de simulation PLCSIM54Figure 3.14: cblages de lautomate55

Liste des Tableaux

Tableau 1.1: Caractristiques techniques de la pompe17Tableau 1.2: Caractristiques techniques du moteur lectrique18Tableau 1.3: Caractristiques techniques de contrleur19Tableau 1.4: Tableau rcapitulatif des tempratures de dclenchement en fonction de la couleur de lampoule21Tableau 2.1: type de variable36Tableau 2.2: Exemples des symboles36

Liste dabrviations

SNDP: Socit Nationale de Distribution des Ptroles BGT: Socit British Gaz Tunisie SUDGAZ: entreprise de distribution de gaz naturel TM: Tonnes Mtriques = Tonnes

INTRODUCTION GENERALEContexte du projetLautomatisation dun processus industriel ou dune chane industrielle consiste assurer le fonctionnement par un systme technologique. Ce systme doit tre capable de prendre en compte les rsultats en provenance des capteurs et les ventuelles consignes donnes par un oprateur et le fournir en retour au processeur des commandes et des informations loperateur. Ainsi, elle reprsente un facteur essentiel de la productivit et elle est un lment important de lamlioration de la qualit en utilisant des automates programmables industrielles. Dans ce contexte, la scurit et la suret de fonctionnement sont des tches dune grande importance en particulier dans lUsine Gaz Ptrole Liqufie (GPL) a cause de nature de matire primaire et les produits finis qui sont trs inflammables, pour cela la GPL fait une stratgie de scurit: est avant tout de prvenir les fuites de GPL. Si elle a lieu, il sagit de la limiter au plus vite et de limiter les sources dinflammation. Si la fuite senflamme, il sagit de circonscrire au plus vite lincendie pour viter le phnomne de BLEVE alors la prsence dun groupe de pompage deau incendie dans lusine travers dun rseau de tuyauterie.Alors une stratgie dautomatisation base des API est demande par responsables instrumentation et automatisme de lUsine Gaz Ptrole Liqufie (GPL) de Gabs pour assurer le bon fonctionnement de systme pompage deau incendie.Objectifs du projetNotre Projet Fin dEtudes porte sur ltude et la conception dun contrleur de commande de fonctionnement dune pompe incendie lectrique base dun Automate Siemens S7-300.Organisation du rapportDans le premier chapitre, une prsentation gnrale de lusine GPL sera donne. Puis, une description du principe de fonctionnement du systme du pompage sera aborde en mettant laccent sur les problmes rencontrs et en proposant une solution convenable. Dans le deuxime chapitre, on prsentera les diffrents modes de commande de la pompe. Par la suite, une ide gnrale sur le principe et larchitecture de lAPI sera introduite. Enfin, on sintressera ltude de lautomate S7-300 de point de vue matriel et logiciel.Dans le dernier chapitre, un programme dautomatisation de contrleur du systme de pompage sera dvelopp sous le logiciel SIMATIC Manger en prcisant les diffrentes schmas de contact. Un test de simulation sera prsent. Ce programme sera valid par un simulateur disponible lusine GPL.Enfin, une conclusion et des perspectives seront donnes.

Chapitre 1: Prsentation de lusine GPL et tude du systme pompage

1. IntroductionDans ce chapitre, une prsentation de lusine GPL est donne ainsi que la description de diffrents composants du systme de pompage. Puis, on posera les problmes rencontrs et la solution adquate.2. Prsentation de lusine2.1. Prsentation gnrale de la STEGLa socit tunisienne de llectricit et du gaz (STEG) est une socit de droit public caractre non administratif. Cre en 1962, la STEG a pour missions essentielles: llectrification du pays; le dveloppement du rseau Gaz naturel; la ralisation dune infrastructure pour le rseau dlectricit et du gaz.La STEG est responsable de la production de llectricit et du GPL ainsi que du transport et de la distribution de llectricit et du gaz naturel.2.2. Prsentation gnrale de lusine GPLLusine de Gaz Ptrole Liqufi, figure1.1 assure le traitement du gaz et du condensat provenant de la station dEI Borma travers les pipe-lines et la commercialisation des produits finis savoir: Gaz de ville (mthane+ thane); Propane, butane, gazoline (essence lgrecosmtique); Buta-pro (mlange de butane et propane). Ces produits sont usage domestique, tertiaire et/ou industriel (SNDP, BGT, SUD GAZ).Lusine est situe dans la zone industrielle de Gabes. Elle tait cre en 1987 et elle tait renouvelait en 2008. Elle produit; 438 millions de Nm3/an du gaz commercial (Ethane C1 et Mthane C2); 60.225 TM /an du Propane; 45.625 TM/an du Gazoline; 54.750 TM/an du Butane;

Figure 1.1: Usine GPL 2.3. Principe de fonctionnement de lusine GPLLa station dextraction dEI Borma envoi un mlange gazeux, travers des pipe-lines, jusqu la ville de gabes 350 km. A lentre de lusine GPL, on dispose de deux entres: gaz et condensats.Lusine GPL se constitue essentiellement, figure 1.2 : Dune unit de fractionnement. Des units dutilits (air instrument, rseau lectrique, rseau eau incendie, rseau huile chaude etc.). Dun parc de stockage. Dune unit de chargement et dchargement des produits situe au port de Gabs [1].

Figure 1.2: Plan de lusine GPL 3. Prsentation de systme tudie 3.1. Description et fonctionnement globalNotre systme est un groupe de pompage deau incendie, figure 1.3 quil permet de circul leau dans le rseau incendie de lusine. Ce dernier est form par trois pompes horizontales associes en parallles qui ont aspires leau partir deux rservoirs de capacit total 10000 m3. Chaque pompe accouple un moteur lectrique qui fournit lnergie mcanique (rotation de laxe de la pompe). Elles sont commandes par trois contrleurs chacune. La fonction de base du chaque contrleur lectrique est de dmarrer automatiquement ou manuellement le moteur lectrique de la pompe incendie lorsque la pression diminue dans la conduite deau principale. Larrt du moteur aprs une priode de fonctionnement peut tre manuel ou automatique. Ce contrleur comporte galement une fonction de test hebdomadaire automatique.

Figure 1.3: Schmatisation du system tudie3.2. Equipements3.2.1. Rservoirs et raccordement du pressostat RservoirsDans lusine GPL, les rservoirs deau dincendie sont forms par deux bacs mtalliques, figure 1.4 les rservoirs sont capables d'aliments une pompe incendie qui refoule l'eau prleve en lui communiquant la pression ncessaire dans le rseau.

Figure 1.4: Bac deau

Raccordement du pressostatLa figure 1.5 montre le raccordement de la conduite du lecteur de pression pour les commandes de pompe incendie. [2]

Figure 1.5: Montage de raccordement du pressostat une pompe dincendie

3.2.2. Pompe Emplacement:Plusieurs facteurs sont prendre en compte lors du choix de lemplacement de lunit de pompe, figure 1.6 (Pompe, socle, transmission et couplage). Positionner lunit dans un endroit sec aussi prs que possible de larrive de la source deau avec une ligne d'aspiration court et direct.

Figure 1.6: pompe dincendie Fondation: La fondation est suffisamment importante pour absorber toute vibration et pour former un support rigide et permanent pour la plaque de base, comme montre la figure1.7 des boulons de fondation dune grosseur approprie sont encastrs dans le ciment un endroit prcis par un schma ou un gabarit.

Figure 1.7: Croquis dun ancrage de socle typique Caractristiques techniques:Le tableau 1.1 regroupe les caractristiques techniques de la pompe. [3]

Tableau 1.1: Caractristiques techniques de la pompeSpcification pour la pompe

Type: OMEGA250-6000AFabricant: KSBMatricule: 209535

Capacit (m3/h): 1000Totale diffrence de la mt 120

Bride daspiration: DN300ANSI300FFBride de refoulement: DN250ANSI300FF

3.2.3. Moteur lectriqueLa fonction de base du moteur lectrique est soumis une force de rotation sur laxe du pompe, ce moteur est asynchrone triphas, cage de rotor, avec une constriction compltement ferme pour un service continu et une installation horizontale. Le degr de protection de moteur dIP44 IP55. Le tableau 1.2 regroupe les caractristiques techniques du moteur lectrique. [3]

Tableau 1.2: Caractristiques techniques du moteur lectriqueSpcification pour moteur

Type: CT400Y4Fabrication: ASIROBICONMatricule: 71952

Vitesse (rpm):1485Pouvoir(KW): 600

Voltage: 400 vGrade de protection: IP55Frquence: 50 Hz

3.2.4. ContrleurLes contrleurs de pompes incendie, figure 1.8 sont conus pour dmarrer automatiquement une pompe incendie ds quune chute de pression est dtecte sur le rseau dincendie. Ils sont conus pour dmarrer des moteurs triphass et ils offrent la possibilit dun dpart et dun arrt manuel ainsi quun dpart automatique initi par la dtection dune chute de pression par le capteur de pression. [4]

Figure 1.8: contrleur

Le modle combine automatique /manuel permet un arrt automatique aprs 10 minutes de marche suivant un dpart automatique mais seulement lorsque toutes les causes de dpart ont disparu. Type de contrleur de pompe incendieLe tableau 1.3 regroupe les caractristiques techniques de contrleur [4]

Tableau 1.3: Caractristiques techniques de contrleurContrleur pompe incendie lectrique moyenne tension dmarreur direct

Prfixe du modleTensionPuissanceH.PPhase Frquence

MPA 6000V 600Kw350Hz

3.2.5. Autres composants Sprinkler figure 1.7:Le systme permet de protger les biens et les personnes contre le risque dincendie. Sa mise en uvre automatique le rend oprant jour et nuit.Les deux fonctions de base dune installation sont de: Dtecterun dpart de feu (automatiquement, dclenchement manuel possible dans le cas du dluge). Selon sa conception, il est possible dteindre lincendie, de le contenir, ou de refroidir des structures. [5]

Figure 1.9: SprinklerLe systme de protection incendie par brouillard deau est un systme particulier et consiste dlivrer la quantit de brouillard apte lutter contre le type dincendie redout sur une zone quand un incendie est dtect. Lorsquun incendie survient, lachaleurdgage slve et atteint une des ttes de gicleur rparties sur le plafond. Sous leffet de la chaleur, lampouleou lefusiblequi maintient la tte ferme est dtruite (lampoule contient un liquide qui exerce une pression sur la paroi en verre sous leffet de la chaleur et qui rompt ainsi cette fine paroi de lampoule, mais les lments fusibles faits de matire plastique sont de plus en plus utiliss).La chute de pression par louverture de la sprinkler va dmarrer lespompes pour maintenir la pression. [5]Tableau 1.4: Tableau rcapitulatif des tempratures de dclenchement en fonction de la couleur de lampouleCouleurorangerougejaunevertbleuvioletnoir

Temprature (C)57687993141182227 260

Temprature (F)135155174200286360440 500

Poteau incendieDans lusine GPL il ya un rseau sous traine deau dincendie sur le quelle se pos des poteaux dincendie, figure 1.10.

Figure 1.10: Poteau dincendie

RIA: Robinet Incendie Arm

Figure 1.11: RIA

4. Problme et solution4.1. Avantages Le contrleur model MPA 6000 contient un cran affiche toutes les situations et valeurs importantes de le contrleur: tensions, courants, pression, dfaut, et tat prt.Ces caractristiques aideront lutilisateur identifier un problme significatif au contrleur. [4]4.2. Inconvnients de contrleur MPA 6000 La prsence dun oprateurlocalement pour contrle dtat Trs sensible lentretien Difficult de dtection des dfauts pour lencombrement

Dans ce cas, on a propos une solutionqui consiste dtudier un contrleur par un automate siemens s7-300. Cet automate assura les mmes taches de fonction de base que le contrleur MPA 6000.4.3. Solutions Notre solution est de remplacer le fonctionnement de ce contrleur par un automate programmable industriel qui de manire : Rduite les pertes de temps du point de vue paramtrage de la machine. Renforcer la scurit des oprateurs. Facilite la maintenance. Transfrer les donnes et les configures. 4.4. Cahier de chargeLe travail demand consiste raliser un contrleur dune pompe dincendie lectrique base dun automate programmable Siemens S7-300 plus performant et fiable, les diffrentes tapes de ralisation de ce travail sont : Etude du principe de fonctionnement de contrleur; Dgagement des entres et des sorties (en se basant sur le schma lectrique); Dimensionnement de lautomate utiliser; Configuration du matriel de lautomate; Prparation du programme (schma contact annexe 1); Etude des mthodes et protocole de communication, configuration et de transfert du programme; Excution de la partie pratique; Test et simulation de programme.5. ConclusionOn a prsent dans ce chapitre une prsentation gnrale de lusine GPL afin davoir une ide claire sur le principe de fonctionnement du systme tudier. On a aussi pos le problme de notre projet et la solution souhaite. Les dtails de la solution propose seront prsents dans le chapitre suivant.

Chapitre 2: Commande de la pompe base de lautomate S73001. IntroductionLautomatisation industrielle trouve son application dans tous les secteurs de lindustrie sous forme de solution autonomes aux couts optimis ou dans des installations complexes relie au rseau. Dans ce cadre, on a ralis ltude et conception, pour lancien systme de contrleur de pompe lectrique dincendie quest cble base de relais, un nouveau contrleur base dautomate programmable de type Siemens S7-300 pour dpasser tout type de problme et de complexit de la commande et de contrle du pompe lectrique. Dans les mmes soucis dintgrer lautomatisation de ce systme, ce chapitre est consacr ltude et le commande de pompe dans une premire partie, et la deuxime partie on prsente lautomate programmable, en cas gnral. Dans la troisime partie, on sintresse sur lautomate Siemens S7-300 utilis dans ce projet.2. Commandes de la pompe2.1. Commande manuelle: Lorsque le sectionneur est en position On et le slecteur en mode manuel alors la pompe prt dmarrer en appuyant sur le bouton MARCHE sans se soucier de la pression du rseau, le voyant Marche vert doit tre ALLUMEE pour indiquer que la pompe fonctionne. Larrt manuel se fait par un appuie sur le bouton ARRT. 2.2. Commande automatiqueLorsque le sectionneur est en position On et le slecteur en mode automatique alors le contrleur est en mode prt dmarrer la pompe lors dune dtection de chute pression dtecte par le capteur. Le voyant vert ALLUME pour indiquer que la pompe fonctionne. Le moteur est automatiquement arrt la restauration de la pression (au-dessus du point de consigne darrt) ou par lappuie sur bouton darrt.

2.3. Autres commandes Cas Test Lorsque le sectionneur sont en position On et le slecteur en mode test alors le contrleur prt dmarrer la pompe. Ou, on dlibra diminuer la pression dans la conduite principale de leau travers une vanne de vidange pour tester le dmarrage automatique du pompe. Le voyant marche vert ALLUME pour indiquer que la pompe fonctionne. Cas dUrgenceUn fonctionnement manuel durgence est prvu en cas dchec des circuits de contrle. Ce levier est plac manuellement en position On , position dans laquelle elle se verrouille automatiquement. Le levier doit tre bascul de la position Off en position On aussi rapidement que possible. Ce levier ne doit servir quen cas durgence.3. Gnralits sur les automates programmables industriels3.1. DfinitionUn automate programmable industriel (API) est un appareil lectronique de traitement de linformation qui effectue des fonctions dautomatisme programmes telles que: Logique combinatoire, temporisation, comptage, calculs numriques, asservissement et rgulation.Pour commander, mesurer et contrler au moyen de signaux dentres et sorties (logiques ou analogiques) diffrentes sorties de machines ou de processus environnement industriel. Il existe plusieurs fabricants dautomates: Schneider, Siemens, Crozet, Omron, Koyo, Allan Bradlley. [6]3.2. Architecture des automates3.2.1. Aspect extrieurLes automates peuvent tre de type compact ou modulaire. De type compact, on distingue les modules de programmation (logo de siemens, zelio, de Schneider, millenium de Crozet) des micros automates. Il intgre le processeur, lalimentation, les entes et les sorties. Selon les modles et le fabricant, il pourra raliser certaines fonctions supplmentaires (comptage rapide, E/S analogique) et recevoir des extensions en nombre limit.Ces automates, de fonctionnement simple, sont gnralement destins la commande de petits automatismes. De type modulaire: le processeur, lalimentation et les interfaces dentres/sorties rsident dans des units spares (modules) et sont fixs sur un ou plusieurs racks contenant le fond de panier (bus plus connecteurs).Ces automates sont intgrs dans les automatismes complexes ou puissance, capacit de traitement et flexibilit sont ncessaires. [6]3.2.2. Principe de fonctionnementLe traitement lieu en quatre phases: Phase 1: Gestion de systme autocontrle de lautomate Phase2: Acquisition des entes prise en compte des informations de module dentres et criture de leur valeur dans RAM (zone donne) Phase 3: traitement des donnesLecture de programme (situe dans la RAM programme) par lunit de traitement, lecture des variables (RAM donnes), traitement et criture des variables dans la RAM donnes. Phase 4: Emission des ordres de lecture des variables de sorties dans la RAM donnes et transferts dans la module de sorties. [6]3.2.3. Caractristiques techniques Compact ou modulaire Tension dalimentation Taille mmoire Temps de scrutation Sauvegarde (EPROM, EEROM, pile,) Nombres dentres/sorties Modules complmentaires (analogique, communication,) Langage3.2.4. Unit centraleLunit centrale est le regroupement du processeur et la mmoire centrale. Elle commande linterprtation et lexcution des instructions programmes. Les instructions sont effectues les unes aprs les lautres, squencs par une horloge. Exemple si deux actions doivent tre simultan lAPI les traites successivement. [6]3.2.5. MmoireDeux types de mmoire : La mmoire langage ou est stock le langage de programmation. Elle est en gnrale fige, c'est--dire en lecture seulement. (ROM: mmoire morte) La mmoire travail utilisable en lecture-criture pendent le fonctionnement cest la mmoire RAM (mmoire vive).Le transfert de lEPROM ou EEPROM vers la mmoire RAM de lautomate, seffectu chaque reprise secteur et si le contenue de celle-ci est diffrent. [6]3.3. Objectifs de lautomatisation3.3.1. De point de vue financement Rduire les cots de fabrication: en rduisant la main-duvre et en conomisant la matire et lnergie; Amliorer la qualit des produits: les produits fabriqus sur machines automatises sont plus fiables et surtout de qualit constante; Diminuer les dlais de production: lautomatisation augmente les cadences et rduit les temps de production sur les oprations manuelles; Augmenter la flexibilit: les temps de changement de production sont beaucoup plus courts sur des machines automatises.3.3.2. Amliorer la scurit et la disponibilit Rendre la production plus sre: lautomatisation supprime les tches dangereuses ou rptitives pour le personnel. Les machines doivent des normes de scurit rigoureuses. Amliorer la disponibilit: la fiabilit des machines automatises est meilleure, la maintenance et les pannes sont rduites la commande des machines doit tre aise et doit offrir tous les modes de marche utiles.3.4. Critres de choix dun APILe choix dun A.P.I est en fonction de la partie commande programmer. On doit tenir compte de plusieurs critres : Les nombres des entres sorties; Le temps de traitement; La capacit de la mmoire; Les nombres des tapes ou dinstruction; Les nombres des compteurs; Les nombres des temporisateurs.4. Prsentation de lAPI Siemens S7-300 utilisAprs laboration du nombre dentres et de sorties et lexprience acquis dans les classes antrieures sur ce type dautomate. Notre choix porte sur lautomate programmable industriel de gestion de procd de la srie S7-300 du fabricant Siemens, figure 2.1 Le S7-300 est un systme de commande modulaire pour des applications haut de gamme. Il dispose dune gamme de modules complte pour une adaptation optimale aux tches les plus diverses et se caractrise par la facilit de darchitectures dcentralises et la simplicit demploi.

Figure 2.1: Automate Siemens S7-3004.1. Etude de la partie matrielleLa figure 2.2, montre la diffrente partie de lautomate S7-300 [6]

Figure 2.2 : Elments principaux de la tension d'alimentation et de la CPU4.1.1. Unit centraleCPU 314Cest le cur de lautomate programmable qui permet de lire et dinterprter les instructions constituantes le programme inscrit en mmoire. Le CPU 314 de rfrence 6ES7 1AF10-OABO et de version v.2.0.8 de taille mmoire de travail 48 Ko 0,1ms/kinst port MPI; configuration multi range jusqu' 32 modules communication S7 (FB/FC chargeables). [7]4.1.2. Alimentation PS 307Le numro de rfrence 6ES7307-1EA00-0AA0 Le module d'alimentation PS 307; 5 A se caractrise par les proprits suivantes : Courant de sortie 5 A; Tension nominale de sortie 24 V cc, stabiliss, tenue aux courts-circuits et la marche vide; Raccordement un rseau alternatif monophas (tension nominale d'entre 120/230 V ca, 50/60 Hz); Sparation de scurit des circuits selon EN 60950; Peut servir de tension d'alimentation des capteurs et actionneurs.La structure du module dalimentation est donne par la figure2.3: [7]

Figure 2.3: Schma de branchement des PS 307; 5 A4.1.3. Modules dentre/sortie (E/S) Modules dentres: les entres reoivent les signaux en provenance des capteurs et ralisent les fonctions suivantes: [7] Acquisition; Adaptation; Isolement galvanique; Filtrage; Protection contre les signaux parasites.On a utilis dans notre cas un module de type SM 321 Di 16 x UC 24/48v de rfrence 321-1CH00-OAAO, figure 2.4, la plage de tension dexploitation est de 24 48 V CC et 24 48 V CA ce module possde 16 entres TOR (Tout Ou Rien), pour les entres logiques dont 8 entres sont utilises.

Figure 2.4: Schma de branchement et de principe du SM 321 ; DI 16 x UC 24/48 VEt un module de type analogiques SM 331 ; AI 8 x 13 bits de rfrence 331-1KF02-0AB0 dont les proprits sont: [7] 10 entres formant 8 groupes; Type de mesure rglable pour chaque groupe de voies : Tension, courant, rsistance et pression.La figure 2.5 montre des exemples de branchement.

Figure 2.5: Schma de branchement et de principe Module de sortieLes sortie ralisent les fonctions de mmorisation des donns par le processeur pour permettre la commande des pr-actionneurs au travers de circuits de dcouplage et damplification.Nous avons utiliss un module de type SM 322; DO32XDC24V/0.5A de rfrence 6ES7322-1BL00 0AA0 dont la proprit est suivantes :32 sorties, sparation galvanique par groupes de 8 courant de sortie 0,5 A; tension d'alimentation nominale 24 Vcc; convenant pour lectrovannes, contacteurs pour courant continu et LED.La figure ci-aprs montre la correspondance entre voie et adresse:

Figure 2.6: Schma de branchement et de principe du module SM 322 ; DO 32 x 24 V cc/0,5 A4.1.4. RackLe rack (chssis) est llment qui abrite le processeur et les modules dE/S. Nous avons le choix entre des tailles de rack. On a choisi un rack de taille 5 emplacements. Le premier emplacement de rack est rserv lalimentation, le deuxime est rserv au CPU 314 et les autres emplacements pour les modules dE/S.4.2. Etude de la partie logicielle (SOFTWARE)Au point des nouvelles technologies appliques au monde de lautomatisme Siemens a mobilis son savoir faire pour crer les meilleurs standards ouverts du monde du logiciel et de la communication, SIMATIC MANAGER, une gamme entirement renouvele de logiciels dautomatisme. Le logiciel STEP 7 est un outil de programmation pour les systmes dautomatisation : SIMATIC S7-300 SIMATIC S7-400 SIMATIC WinACLes fonctions suivantes peuvent tre utilises avec STEP 7 pour lautomatisation dun dispositif : Configuration et paramtrage du matriel Choix de la communication Programmation Test et mise en service Documentation, archivage Fonctions dexploitation et de diagnostic Toutes les fonctions sont expliques dans une aide en ligne dtaille.De notre automate, on a choisit un langage contacte (ladder). La figure 2.7 montre la fentre du logiciel SIMATIC MANEGER. Avec quatre langages, STEP7reprend toutes les valeurs dusage reconnues des logiciels et apporte un ensemble de nouvelles fonctionnalits pour plus de productivit et douverture.Les quatre langages pour la programmation sont: LD: Langage contacts (langage LADDER); IL: Langage liste dinstructions; SFC: Langage grafcet; ST: Langage littral structur; langage type informatique permettant lcriture structure de traitements logiques et numriques; FBD: Langage diagramme blocs fonction.

Figure 2.7: Fentre du logiciel SIMATIC STEP7 V5.5

4.2.1. Etude de programmation (langage ladder)Il existe de nos jours de nombreux modes de reprsentation et de programmation des automatismes.Plus au moins adapts aux diffrentes contraintes de conception des systmes. Certains modes sont appels des langages, dautre des mthodes du concepteur. Le choix du mode de prsentation doit surtout convenir lutilisateur qui exploite, modifie et fait la maintenance de lautomatisme. Dans notre tude, on a procd au langage contacts qui est langage graphique.Il utilise des symboles figurant des contacts, ouverture et fermeture, assembls en srie ou en parallle, de manire reprsenter les conditions darrt ou de marche dun actionneur (moteur, vanne, etc.). Prsentation des entres et des sortiesPour pouvoir excuter les instructions du programme utilisateur, lAPI doit tre capable didentifier les entres et les sorties au niveau des interfaces associes. Lidentification des variables physiques correspond lassignation dune zone mmoire adquate de lAPI. La dclaration d'une entre ou sortie donne l'intrieur d'un programme s'appelle l'adressage. Les entres et sorties des automates sont la plupart du temps regroupes en groupes de huit entres ou sorties numriques. Cette unit de huit entres ou sorties est appele un octet. Ladresse d'octet est divise en huit bits. Ces derniers sont numrots de 0 7. On obtient ainsi l'adresse du bit. L'automate programmable reprsent ici a les octets d'entre 0 et 1 ainsi que les octets de sortie 4 et 5 comme montre la figure 2.8:

Figure 2.8: prsentation des E/S

Le tableau 2.1 regroupe le type de variables et les zones mmoires correspondantes.Tableau 2.1: type de variableType de variablesZone mmoire correspondante

EntreE

SortieA

Bit interneM

Pour adresser par exemple la cinquime entre partir du haut, il faut entrer l'adresse suivante :

E 0. 4

E dsigne le type de ladresse : Entre, 0 ladresse de loctet et 4 ladresse du bit.L'adresse de l'octet et l'adresse du bit sont toujours spares par un point.A 5. 7

A dsigne le type de ladresse : Sortie, 5 ladresse de loctet et 7 ladresse de bit.L'adresse de l'octet et l'adresse du bit sont toujours spares par un point.Les symboles figurant les contacts utiliss pour programmer le systme sont donns par le tableau suivant:Tableau 2.2: Exemples des symboles

4.2.2. Illustration dun rseau contactsL'interface de programmation est prsente par la figure 2.9 qui montre limplantation dun rseau contact comme suit:

Chargement du bloc dans la CPU

Commande frquemment utilises telles que bote ET, bote OU, affectation, entre binaire, ngation de l'entre binaire, branchement T et connexion

Catalogue complet des lments de programme

Insertion dun nouveau rseauSauvegarde du bloc

Champs de commentaires et titres de rseaux et de blocsTable de dclaration des variables (n'est pas utilise dans cet exemple)

Vous fates glisser les lments de programme avec la souris dans le rseau. Il ne vous reste plus qu' entrer vos oprandes.C'est ici que vous programmez la tche l'aide des lments graphiques LOG

Figure 2.9: Interface de programmation

Les programmes dans les blocs de STEP 7 sont dvelopps dans des rseaux spars. Ceci permet de crer de larges structures et permet une meilleure documentation des titres de rseaux.

4.3. Transfert du programmeAprs avoir complter le programme, on doit raccorder lautomate par un cble en srie avec un micro-ordinateur ou une console de programmation puis on lance le transfert du programme.La figure 2.10 montre les tapes de programmation dun API

Figure 2.10: tapes de programmation dun API

5. ConclusionCe chapitre a donn une ide sur le rle de lautomate Siemens S7-300 en prsentant ces composants. En effet,cet automate est une solution adquate pour la commande des diffrents actionneurs grce ces modules favorisant la dtection des changements dtat et lmission des signaux de commande relatifs aux besoins de la situation. Il est exploit via le logiciel de programmation SIMATIC MANEGER.

Chapitre 3: Automatisation et simulation

1. IntroductionDans ce chapitre, nous dcrivons les tapes de dveloppement de notre projet (Automatisation du contrleur dune pompe lectrique incendie).Dans ce cadre, nous prsentons dans une premire partie la grafcet de fonctionnement du systme. Puis on a donn une programmation dautomate partir logiciel SIMATIC MANAGER et linterfaces graphiques que nous avons dveloppes. Enfin, nous prsentons les diffrentes tapes de cblage de lautomate.2. Grafcet de fonctionnement du contrleurComme nous lavons vue dans le chapitre2, le contrleur fonctionne sous quatre opratif mode manuel, mode automatique, mode test et mode durgence. Ici nous verrons le grafcet point de vue commande qui nous permettra de faire la programmation.2.1. Mode manuel

0

sm.mar

1km

ar

2.2. Mode automatique

0

st.pt1

km10

ar +pt2

2.3. Mode test

0

st.pt1

km10

ar

2.4. Grafcet globaleDans notre solution, nous avons deux grafcet de fonctionnement

Grafcet de dmarrage

Equation des tapes et des sortiesNomenclature des appareils lectriques relatif au notre projet de fonctionnement et affectation des entes /sorties de lautomate programmable. Entres logiques:ar: bouton darrt;ma: bouton marche de la dmarrage manuelle;sm: slecteur en mode manuelle;sa: slecteur en mode automatique;st: slecteur en mode test;dcy: dpart cycle;fcy: fin cycle. Entres analogiques:pt1: pression de dmarrageautomatique;pt2: pression darrt automatique;ct1, ct2 et ct3: dtecteurs du courant;y1, y2 et y3: dtecteurs de la tension; Sorties logiques:km: contacteur de moteur;vp1, vp2: deux voyants indiquent la prsence ou labsence de la pression;vc1, vc2 et vct3: trois voyants indiquent la prsence du courant;vt1, vt2 et vt3: trois voyants indiquent la prsence de la tension. Equation des tapes Equation tape de repos

Equation de dmarrage manuelle

Equation de dmarrage test

Equation de dmarrage automatique

Equation de dfaut

Equation des sorties

3. Programmation de lautomateStratgie pour la conception dune structure programme complte et optimiseLa mise en place d'une solution d'automatisation avec STEP7 ncessite la ralisation des taches fondamentales suivantes : Cration du projet SIMATIC STEP7 Configuration matrielle HW ConfigDans une table de configuration, on dfinit les modules mis en uvre dans la solution d'automatisation ainsi que les adresses permettant d'y accder depuis le programme utilisateur, pouvant en outre, y paramtrer les caractristiques des modules. Dfinition des mnmoniquesDans une table des mnmoniques, on remplace des adresses par des mnmoniques locales ou globales de dsignation plus vocatrice afin de les utiliser dans le programme. Cration du programme utilisateurEn utilisant l'un des langages de programmation mis disposition, on cre un programme affect ou non un module, quon enregistre sous forme de blocs, de sources ou de diagrammes. Exploitation des donnes:Cration des donnes de rfrences : Utiliser ces donnes de rfrence afin de faciliter le test et la modification du programme utilisateur et la configuration des variables pour le "contrle commande". Test du programme et dtection derreursPour effectuer un test, on a la possibilit d'afficher les valeurs de variables depuis le programme utilisateur ou depuis une CPU, d'affecter des valeurs ces variables et de crer une table des variables quon souhaite afficher ou forcer. Chargement du programme dans le systme cibleUne fois la configuration, le paramtrage et la cration du programme termins, on peut transfrer le programme utilisateur complet ou des blocs individuels dans le systme ciblent (module programmable de la solution matrielle). La CPU contient dj le systme d'exploitation. Surveillance du fonctionnement et diagnostic du matrielLa dtermination des causes d'un dfaut dans le droulement d'un programme utilisateur se fait l'aide de la Mmoire tampon de diagnostic , accessible depuis le SIMATIC Manager3.1. Configuration de lautomateLa figure 3.1 donne les composants de lautomate S7-300 [8]

Figure 3.1: Automate Programmable Industriel SIEMENS

3.2. Cration du projet dans SIMATIC ManagerAfin de crer un nouveau projet STEP7, il nous est possible dutiliser lassistant de cration de projet , ou bien crer le projet soi mme et le configurer directement, cette dernire est un peu plus complexe, mais nous permet aisment de grer notre projet. En slectionnant licone SIMATIC Manager, pour crer notre projet nous excutons les tapes suivantes: Loutil central dans STEP 7 est SIMATIC Manager, qui est appel par un double-clique. (SIMATIC Manager).

Les programmes de STEP 7 sont grs dans des projets. Nous allons donc commencer crer noter projet (Fichier Nouveau), figure3.2.

Figure 3.2: cration de projet On donne le nom de projet ( projet OK), figure 3.3.

Figure 3.3: titre de projet Ensuit, une avec bouton droite sur projet insrer unnouvel objet Station SIMATIC 300, figure 3.4.

Figure 3.4: insertion dun nouvel objet station SIMATIC 300Comme le projet est vide il nous faut insrer une station SIMATC 300. Deux approches sont possibles. Soit on commence par la cration du programme puis la configuration matrielle ou bien linverse.3.3. Configuration de matriel (Partie Hardware)Cest une tape importante, qui correspond lagencement des chssis, des modules et de la priphrie dcentralise.Les modules sont fournis avec des paramtres dfinis par dfaut en usine. Une configuration matrielle est ncessaire pour : Modifier les paramtres ou les adresses prrgles dun module, Configurer les liaisons de communication.Le choix du matriel SIMATIC S300 avec une CPU314 nous conduit introduire la hirarchie suivante :On commence par le choix du chssis, figure3.5 selon la station choisie auparavant, Pour la station SIMATIC S300, on aura le chssis RACK-300 qui comprend un rail profil.

Figure 3.5: choix du RAKSur ce profile, lalimentation pralablement slectionne se trouve dans lemplacement n1.Parmi celles proposes notre choix sest porte sur la PS-307 5A . La CPU 314 est imprativement mise lemplacement n2. Lemplacement n3 est rserv comme adresse logique pour un coupleur dans une configuration multi-chssis, figure 3.6.

Figure 3.6: choix du CPU et dalimentationA partir de lemplacement 4, il est possible de monter au choix jusqu'a 8 modules de signaux (SM), processeurs de communication (CP) ou modules fonctionnels (FM).Nous allons y mettre les modules dentres et de sorties analogiques et logique ;Daprs lidentification des E/S du PLC dans le chapitre 2, il y a : 8 entres analogiques (AI) 8 entres numriques (DI) 9 sorties numrique (DO)Pour assurer la flexibilit du systme, 20% de rserves des E/S sont pourvoir lors de limplantation du PLC, donc les cartes des E/S sont comme suit, figure 3.7: Une embase de 8 entres analogiques (8 AI) Une embase de 16 entres numriques (16 DI) Une embase de 32 sorties numriques (32 DO)

Figure 3.7: choix des embases dE/SApres cela il ne nous reste qu enregistrer et compiler. La configuration matrielle tant termine, un dossier Programme S7 est automatiquement insr dans le projet, comme indique dans la figure 3.8 :

Figure 3.8: Hirarchie du programme STEP7

3.4. Cration des mnmoniquesDans tout programme il faut dfinir la liste des variables qui vont tre utilises lors de la programmation. Pour cela la table des mnmoniques est cre. Lutilisation des noms appropris rend le programme plus comprhensible est plus facile manipuler. Ce type dadressage est appel relatif . Pour crer cette table, on suit le cheminement suivant, figure 3.9 :

(1)(2)Figure 3.9: Cration des mnmoniquesOn dite la table des mnmoniques en respectant notre cahier de charges, pour les entres et les sorties, comme montre la figure 3.10.

Figure 3.10: Table des mnmoniques du projet3.5. Elaboration du programme S7 (Partie Software) Les blocs de codeLe dossier bloc, contient les blocs que lon doit charger dans la CPU pour raliser la tache dautomatisation, il englobe: Les blocs de code (OB, FB, SFB, FC, SFC) qui contiennent les programmes, Les blocs de donnes DB dinstance et DB globaux qui contiennent les paramtres du programme. Les blocs dorganisation (OB)Les OB sont appels par le systme dexploitation, on distingue plusieurs types: ceux qui grent le traitement de programmes cycliques ceux qui sont dclenchs par un vnement, ceux qui grent le comportement la mise en route de lautomate programmable et en fin, ceux qui traitent les erreurs. Le bloc OB1 est gnr automatiquement lors de la cration dun projet. Cest le programme cyclique appel par le systme dexploitation (schmas contact annexe 2). Slectionnez le dossier Blocs pour insrer un nouveau bloc OB1 dans le projet. (Blocs), figure 3.11.

Figure 3.11: cration du bloc dorganisation Il est maintenant possible d'entrer un nom pour le bloc et de slectionner diverses options pour la documentation des blocs. (OB1 OK), figure 3.12.

Figure 3.12: choix du langage CONT4. Simulateur des programmes PLCSIML'application de simulation de modules S7-PLCSIM, figure 3.13, permet d'excuter et de tester le programme dans un Automate Programmable (AP) quon simule dans un ordinateur ou dans une console de programmation. La simulation tant compltement ralise au sein du logiciel STEP7, il n'est pas ncessaire qu'une liaison soit tablie avec un matriel S7 quelconque (CPU ou module de signaux). L'AP S7 de simulation permet de tester des programmes destins aux CPU S7-300 et aux CPU S7-400, et de remdier d'ventuelles erreurs. S7-PLCSIM dispose d'une interface simple permettant de visualiser et de forcer les diffrents paramtres utiliss par le programme (comme, par exemple, d'activer ou de dsactiver des entres). Tout en excutant le programme dans l'AP de simulation, on a galement la possibilit de mettre en uvre les diverses applications du logiciel STEP7 comme, par exemple, la table des variables (VAT) afin d'y visualiser et d'y forcer des variables.

Figure 3.13: Interface de simulation PLCSIM5. Excution de la partie pratique5.1. Cblage de lautomateNotre systme est constitu de 16 entres et 9 sorties. Elle ncessite les matriels suivants, figure 3.14: Une Automate Siemens S7-300 constitue par les parties suivantes: Un module dalimentation PS 307; Un CPU 314; Rack base automate; Deux cartes dentres SM 321 DI16xUC 24/48V etSM 331 AI 8 x 13; Carte de sortie DO 32 x DC 24V/0.5A.

Figure 3.14: cblages de lautomate Borniers dentres/sorties; Fils de raccordement de section 2.5mm Un transformateur 220V/24V pour lalimentation des modules dentres; Disjoncteur calibre 20A5.2. Cblage des diffrents quipementsAprs avoir dgag les entres et les sorties de notre systme, on cbl les cartes dentres et la carte de sortie et les autres quipements.Lautomate est alimente gnralement par le rseau monophas tension 220V et les cartes dentres sont alimentes tension 24V.

6. ConclusionDans ce dernier chapitre, on a prsent les tapes de dveloppement du programme et leurs interfaces pour contrler la pompe lectrique dincendie. On a dtaill le principe et les phases de programmation laide de lautomate SIEMENS S7 300, utilis dans ce projet.Enfin, on a donn une ide sur la partie pratique o les cblages de lautomate.

CONCLUSION GENERALE

Ce projet est effectu au sein de la socit GPL dans le but dtudier et commander les pompes lectriques dincendie via un automate programmable industriel Siemens S7300.

Dans le premier chapitre, on a prsent une ide gnrale sur lusine GPL et on a dcrit en dtaille le principe de fonctionnement du systme tudi. Puis, on a propos une solution convenable au problme. Enfin, on a donn le cahier de charge.

Le deuxime chapitre a port sur la commande dun contrleur dune pompe lectrique dincendie en dtaillant le principe du fonctionnent. Une ide gnrale sur lautomate programmable industriel a t prsente. Puis, on a trait le cas de notre API Siemens S7-300 en prsentant les diffrents composants associs.

Le troisime chapitre a t consacr lautomatisation en programmant les diffrentes phases sous SIMATIC MANAGER. Un test de simulation a t effectu.

Rfrences bibliographiques

[1] : ONS, NESRINE, Optimisation du mode de fonctionnement et de la consommation nergtique du circuit frigorifique de lusine GPL, ISSIG, 2013;[2]: ARMSTRONG, Pompe incendie plans de joint horizontal manuel dinstallation et de fonctionnement, 2000; [3]: MOTOPOMPE ELECTRIQUE, fichier technique, 2006;[4]: Manuel dinstallation et dentretien pour les contrleurs de pompe incendie moyenne tension model MPx, 2006;[5]: SPRINKLEUR, PDF, 2009;[6]: ABDOULAYE CISSE, tude de commande par un automate programmable industriel dune presse injection horizontale, EPT, 2009;[7] Manuel SIEMENS, Appareils de Terrain pour lAutomatisation des Processus, 2005;[8]: CHAKER ABDELJAOUED, laboration dun systme dautomatisme et de rgulation dune unit darocondenseur de vapeur deau en replacement dun condenseur de vapeur eau de mer, NAST, 2010;

ANNEXES

Annexe 1

Schma lectrique

Annexe 2Schmas LADDER

Hamza LATTRACH & Mohamed BELAZRAG Page 65