Automatisation D'un Circuit de - Zemmouri Najia - 560 [PDF]

Zitiervorschau

Faculté des Sciences et Techniques de Fès

Département de Génie Industriel

LST de Génie Industriel

Projet de Fin d’Etudes

Automatisation d’un circuit de traitement d’eau de refroidissement Lieu : Société LAFARGE Meknès Référence : 05/14GI Préparé par :

-Zoui Lamiae - Zemmouri Najia Soutenu le 11 Juin 2014 devant le jury composé de : - Pr CHERKANI (Encadrant FST) - Pr ENNADI (Examinateur) - Pr. BELMAJDOUB (Examinateur) - Mr BENAMER (Encadrant Société)

Remerciements Avant d’entamer la rédaction de notre rapport de stage, on tient à présenter nos vifs et chaleureux remerciements à tous ceux qui ont veillé de près ou de loin à ce qu’on accomplisse notre formation et notre stage dans les conditions les plus favorables. Nos remerciements s’adressent également à tous nos professeurs qui ont fait beaucoup d’efforts durant toute l’année pour nous mettre sur le bon chemin, et au service Electrique durant cette période fructueuse pour leurs conseils et soutien qui nous ont permis d’acquérir une vision générale du milieu du travail et des techniques exigé pour renforcer nos connaissances théoriques.

On exprime nos profondes gratitudes à remercier notre professeur encadrant Mr. Cherkani qui nous a encouragé et aidé pendant toute la période de stage ainsi les membres de jury Mr A.Ennadi et Mr F.Belmajdoub. Et aussi un grand merci pour notre encadrant de la société Mr F.Benamer pour son aide et son soutien.

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SOMMAIRE Introduction générale Chapitre 1 : Présentation du lieu de stage de PFE I. II.

Introduction Présentation générale 1. LAFARGE groupe 2. Chiffres d’affaires

III.

Présentation de LAFARGE au Maroc 1. Historique de LAFARGE-Maroc 2. Implantation de LAFARGE-Maroc

IV.

Présentation de LAFARGE Meknès 1. 2. 3. 4. 5. 6.

V.

Historique de LAFARGE Meknès Implantation de LAFARGE Meknès Fiche technique de LAFARGE Meknès Les équipements de l’usine Description des services Les activités de LAFARGE

Processus de fabrication du ciment 1. Généralités sur le ciment 1.1 Qu’est-ce que le ciment ? 1.2 Matières premières 1.3 Matières d’ajouts

VI.

Les étapes de fabrication du ciment 1. L’extraction et la préparation des matières premières 2. Pré-Homogénéisation et broyage cru 3. Ligne de cuisson 4. Stockage et expédition du ciment

Chapitre 2 : Etude de la problématique I.

Introduction 1. Présentation du sujet et problématique 2. Description du circuit de traitement d’eau 3. Cahier de charge

II.

Description des composants de circuit 1. Les vannes à membranes. 3

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2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

III.

L’électrovanne. Capteurs (Flotteur, Fin de course). L’Appareil qui la dureté de l’eau. Le pilote. PLN. Définition d’un adoucisseur Fonctionnement générale d’un adoucisseur a. Service. b. Principe de la Régénération

Les outils d’automatisation 1. Introduction 1.1 Automate SIEMENS 1.1.1. Définition d’un automate 1.1.2. Automate SIEMENS 1.2 Présentation du logiciel STEP7 MANAGER et le langage STEP7 1.3 Le Grafcet 1.3.1. Définition du Grafcet 1.3.2. Les concepts de base du Grafcet

Chapitre3 : Les taches effectuées dans l’automatisation du circuit de traitement d’eau I.

Automatisation du circuit de traitement d’eau 1. Traduction du cahier de charge 1.1. Organigramme technique 1.2.Le Grafcet a. GRAFCET niveau 1 b. GRAFCET niveau 2 1.3.Schéma Step7 a. Schéma en OB b. Schéma en FB 2. Conclusion

Conclusion générale

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Introduction générale Dans l’intention d’éprouver nos capacités et raffiner nos compétences pratiques au Génie Industriel, on a effectué un stage au sein de la société LAFARGE Cette usine avait comme ancien titre CADEM (Ciment Artificiel De Meknès), connaît aujourd’hui un potentiel qui assure sa bonne continuité. L’industrie du ciment est ce qu’on appelle une industrie de base parce qu’elle se situe à la source du développement économique. De son principale dérivé, le béton, dépend tout l’équipement du pays : logements, écoles, ponds, barrages, routes… Notre projet a pour objectif le traitement d’eau dans un circuit à travers les automates de SIEMENS pour le fonctionnement de l’adoucisseur. Ce rapport décrit les différentes phases de réalisation de notre projet. Il est structuré en trois chapitres : - Le premier chapitre est réservé à la présentation du lieu de stage de notre PFE, les procédés de fabrication de ciment avec une description des équipements. - Le deuxième et le troisième chapitre sont consacrés à notre sujet du PFE. - Notre manuscrit se termine avec une conclusion et des perspectives.

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Chapitre 1: Présentation du lieu de stage de PFE I.

Introduction

L’industrie des matériaux de construction, dont le ciment constitue la matière de base, détient une place importante dans le secteur des industries de transformation, avec un pourcentage de 8.6% du total des entreprises du secteur industriel marocain. L’industrie du ciment est ce qu’on appelle une industrie de base parce qu’elle se situe à la source du développement économique. De son principale dérivé, le béton, dépend tout l’équipement du pays : logements, écoles, ponds, barrages, routes…. En vue d’assurer la régularité d’approvisionnement du marché national en ce produit de base, le ministère du commerce et de l’industrie a procédé, en 1990, à la libération du ciment.

II.

Présentation générale

1. LAFARGE groupe

LAFARGE est un groupe français de matériaux de construction, leader mondial dans son secteur, suivi par HOLCIM. Il est présent dans quatre activités principales : béton et granulats, ciment, plâtre, toiture, et dans 75 pays. Son chiffre d'affaires, en 2006, s'est élevé à 16,9 milliards d'euros, dont 47 % dans le ciment, 33 % dans le béton et les granulats, 11 % dans le plâtre et 9 % dans les toitures. Le groupe emploie environ 90 000 personnes dans le monde. Créé en 1833, le Groupe Lafarge est aujourd’hui le leader mondial des matériaux de construction :   

N°1 mondial du Ciment et de la Toiture. N°2 des Granulats & Béton. N°3 du Plâtre.

En 2002, le groupe fort de 77000 collaborateurs et d’un chiffre d’affaires de 14,6 milliards d’euros, est présent dans 75 pays. La croissance de Lafarge a été particulièrement forte dans les pays en développement. 6

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2. Chiffres d’affaires La répartition des chiffres d’affaires est représentée en fonction des différentes activités comme suit (figure1) :

Granulats et Béton 30%

Toiture 15% Plâtre 8% Matériaux de spécialités 12%

Ciments 35%

Toiture

Plâtre

Matériaux de spécialités Ciments Granulats et Béton

Figure1 : La répartition des chiffres d’affaires III.

Présentation de LAFARGE au Maroc

1. Historique de LAFARGE-Maroc C’est à partir de 1912 que le ciment commençât à être utilisé au Maroc, d’abord pour certaines réparations, puis pour les constructions principalement à Casablanca. La construction du port de Casablanca nécessita des quantités importantes de ciment, qui était à l’époque importé. C’est alors que fut décidée en 1913, l’implantation de la première cimenterie à Casablanca avec une capacité de production annuelle de 10 000 tonnes. L’accroissement des besoins nationaux en ciment a engendré l’extension de l’usine de Casablanca et la création de nouvelles unités. La cimenterie de Casablanca a renforcé son potentiel de production pour atteindre les 19 000 tonnes par an en 1949 : Création d’une nouvelle usine à Agadir en 1952 avec une capacité de production de 60 000 T/ an. Démarrage de la cimenterie de Meknès en 1953 avec un nominal de production de 150 000 T/an. Dans le Nord du pays, deux unités ont vu le jour à Tanger en 1953 (60 000 tonnes / an) à Tétouan en 1954 (86 000 T / an)

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C’est ainsi qu’à la veille de l’indépendance, le niveau de production du ciment au Maroc approchait les 850 000 tonnes. Alors que, de nos jours, le Maroc produit environ 700 000 T/ an, assurant ainsi son autosuffisance depuis 1982. Ce résultat exemplaire a été obtenu grâce à la conjugaison des efforts des secteurs privés et publics pour doter le pays d’une industrie cimentier capable de faire face aux besoins croissants du Maroc dans tous les domaines de construction : (l’habitat, les travaux publics, l’infrastructure sociale, touristique, agricole…). Mais la naissance officielle de « Lafarge Maroc » a eu lieu le 01 Juin 1995, lors de la signature d’une convention de partenariat entre SNI (Société Nationale d’Investissement) et Lafarge qui aboutit à la création d’un Holding (50% LAFARGE et 50% SNI), mais notons que la SNI est achetée par ONA donc (50%LAFARGE et 50%ONA). La première conséquence de ce partenariat pour l’entreprise, est de pouvoir disposer d’une structure financière forte. Aujourd’hui, Lafarge Maroc occupe la place de leader sur le marché et notons que l’activité essentielle de Lafarge est issue de la production de ciment (85% des ventes de l’entreprise) 2. Implantation de LAFARGE-Maroc   

       

IV.

1930 : Lafarge s’implante au Maroc avec ouverture de la 1ère cimenterie du pays à Casablanca 1953 : Création d’une 2ème cimenterie à Meknès 1992-1994 : Déploiement de l’activité :  2 cimenteries dans le Nord (Tétouan et Tanger)  1 usine de plâtre à Safi  9 centrales à béton 1995 : Signature d’une convention de partenariat avec SNI/ONA. 1997 : Construction d'une nouvelle ligne de production de ciment à Bouskoura. 1998 : Acquisition de Gravel Maroc 2003Un nouvel atelier de dalles de plâtre au Maroc. 2003 : Construction d’un nouvel atelier de dalles de plâtre au Maroc à Safi 2004 : Début de la construction d’une nouvelle ligne de production à Bouskoura (900000 T). 2005 : Inauguration du parc éolien de la cimenterie de Tétouan. 2006 : Inauguration d’une nouvelle ligne de production de plâtre à L’usine de Safi. 2014 :Fusion de Lafarge avec Holcim

Présentation de LAFARGE Meknès

1. Historique de LAFARGE Meknès La cimenterie de Meknès se trouve au Nord-est de la ville à proximité immédiate de Hay Soussi et non loin de la route principale Meknès Fès. Dénommé CADEM (Ciments Artificiels de Meknès), l’usine a démarré en 1953 avec une seule ligne de production. 8

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2. Implantation de LAFARGE Meknès           

1971 : Extension des capacités avec l’installation d'un nouveau four de 650 t/j et augmentation de la capacité broyage ciment à 650.000 t. 1985 : Conversion du procédé voie humide en voie sèche, tout en Augmentant la capacité de production qui atteint 1500 tonnes par jour. 1989 : Installation d’un broyeur à ciment BK4. 1990 : la capacité de production passe de 1500 à 1800 tonnes par jour, grâce à des modifications au niveau du précalcinateur et du refroidisseur. 1993 : Nouvelle extension avec le démarrage d'une seconde ligne de cuisson d'une capacité de 1.200 t/j clinker. 1997 : la CADEM est devenue LAFARGE Meknès et faisant partie du Groupe Lafarge. Plusieurs améliorations techniques ont été réalisées pour augmenter le niveau de production.

3. La fiche technique

4. Les équipements de l’usine L’usine contient :  2 lignes de cuisson en voie sèche avec conduite entièrement automatisée pilotée par un système expert;  3 broyeurs ciment d'une capacité totale annuelle de 1.850.000 tonnes  Laboratoire d'analyse permettant d'assurer une logique de contrôle qualité aux différentes étapes de la fabrication.  Stockage ciment : 7 silos d'une capacité totale de 22.000 t  Atelier d'expédition sac et vrac.  Embranchement particulier à la voie ferrée.

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5. Description des services 5.1.

Service fabrication :

Ce service est chargé de la conduite des installations à fin de produire une matière de qualité, et ceci en planifiant des arrêts pour l’entretien, l’optimisation des Performances, l’analyse des dysfonctionnements et dans un but global de réduire le coût de production. 5.2.

Service Procédé Système :

Il a pour tâche principale l’optimisation des procédés/performance par l’analyse des dysfonctionnements du processus, le suivi des indicateurs de performance, les consignes du processus, l’audit et la proposition des améliorations ainsi que la gestion par l’informatique industrielle (SC C/ Luice / IP 21). 5.3.

Service Bureau Méthodes :

Se charge de l’organisation et l‘optimisation de la maintenance. Cette mission est réalisée par l’intermédiaire de visite et diagnostique des installations, suivi de l’état des équipements, préparation des travaux, planification des opérations des entretiens, gestion des pièces de rechange, optimisation des coûts. 5.4.

Service Maintenance Mécanique :

A pour mission principale la réalisation des procédures de travail, de l’organisation des équipes et de la qualité d’exécution. Il veille ainsi au respect du rapport Coût / Budget et de la sécurité / Environnement. 5.5.

Service Maintenance Electrique :

Se charge de la réalisation des opérations d’entretien électrique. Il est garant de la fiabilité électrique et des instrumentations, des procédures de travail, de l’organisation des équipes, de la qualité d’exécution. 5.6.

Service Sécurité :

Il est le moteur pour la réalisation et l’encadrement de l’effectifs de l’usine pour produire un ciment avec un objectif de zéro accident il a pour mission l’animation de la sécurité, le soutien de la hiérarchie en matière de sécurité, l’animation d’un comité de sécurité usine, instauration des procédures de sécurité, le reporting sécurité et la gestion du réseau sécurité inter usines. Ce service a pour mission la gestion de la comptabilité générale et analytique dans le but d’assurer une conformité à la réglementation et la législation. Pour se faire le service assure la gestion des procédures comptables, fiscales et financières, la gestion des processus budgétaires, la consolidation reporting, l’analyse des coûts ainsi que la gestion du patrimoine foncier avec le siège.(figure2)

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Figure 2 : Les vêtements de travail 5.7.

Service Achat :

Il a pour principale mission la gestion des stocks suivant la politique achats du groupe et le respect des procédures également des marketings achats, l’homologation des fournisseurs commandes et le suivi des livraison. 5.8.

Service Ressources Humaines :

Ce charge de la gestion des ressources humaines, et plus précisément la gestion administrative du personnel non cadre, l’application de la législation du travail, la gestion des relations avec les représentant du personnel, l’instauration d’un bon climat social, l’établissement des plans de formation et l’assurance d’une parfaite communication interne. 5.9.

Service Formation :

Ce service a pour mission la formation du personnel de l’usine, allant de simples ouvriers jusqu’aux cadres. Il trace comme objectif la contribution et la réalisation des projets de formation pour le développement des capacités professionnelles.

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6. Les activités de LAFARGE

Activités Lafarge Ciments

Lafarge Bétons

Production de ciment :  CPJ 35, CPJ 45, CPA 55  Super blanc CPJ 45

Fabrication de Béton prêt à emploi

Implantation



4 usines  Ouest Casablanca  Centre : Meknès Nord : Tanger et Tétouan

12 centrales à béton : Casablanca, Berrechid, Rabat, Salé, Tanger, Larache, Meknès et Jadida

Lafarge plâtre

Fabrication :  de plâtre de construction, de Une usine à Safi avec deux fours moulage et de moulage d’une capacité de 800000t. industriel Une presse à carreaux et un carrousel  de carreaux de plâtre pour dalles de plafond. standards hydrofuges,  De dalles pour plafond.

Gravel Maroc

Cette unité de granulats vient en appui au dispositif Béton

Chaux

Fabrication de Chaux vive en roche Chaux vive moulue en vrac Chaux vive hydratée en vrac

  

située à Khayayta Berrechid

Sur le site de l’ancienne cimenterie de Tétouan.

Tableau 1 : Les activités de LAFARGE

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V.

Les procédés de fabrication de ciment 1. Généralités sur le ciment 1.1.

Qu’est-ce que le ciment ?

C'est un lien hydraulique utilisé dans différents domaines, principalement comme matériau de construction. Il est fabriqué à partir de la cuisson, le mélange et le broyage de différentes matières premières. Les ciments usuels sont fabriqués à partir d’un mélange de calcaire (CaCO3) environ de 80% et d’argile (SiO2 –Al2O3) environ de 20%. Il existe un grand nombre de catégories de ciment, la plus connue d’entre elle celle des ciments Portland qui, en fait, regroupe deux catégories normalisées : -Le Ciment Portland Artificiel : CPA -Le Ciment Portland Composé : CPJ (35, 45, 55) En outre, les trois types de ciments (CPJ35, CPJ45, CPA55) se différencient selon des pourcentages précis des ajouts au clinker (tableau2). Ciments CPJ35 CPJ45 CPA55 Composants Calcaire 35.60% 24.00% 0.00% Cendres volantes 3.21% 6.52% 0.00% Gypse 2.80% 3.14% 5.64% Clinker 58.39% 66.34% 94.36% Tableau 2 : Les différents types de ciments selon les pourcentages des ajouts au clinker

1.2.

Matières premières de ciment

Les matières premières qui rentrent dans la fabrication du Ciment sont essentiellement de calcaire et d'argile ou de toutes matières renfermant essentiellement de la chaux (CAO), de la silice (SiO2), de l’alumine (Al2O3), et de l’oxyde ferrique (Fe2O3) (figure3). 1.3.

Matières d’ajouts du ciment

Gypse : son rôle est de régulariser le temps de prise du ciment. Calcaire : Ajout qui diminue la résistance du ciment Le Schiste : le gisement de schiste se situe à 20 Km de Sud-ouest de la ville Fès (Bhalil). Matières de correction: Les matières de correction sont en général : le sable et les minerais de fer, elles sont ajoutées à la matière crue, leur coût est élevé car elles sont fournies par des fournisseurs étrangers. Pouzzolane : une matière volcanique, et spécialement utilisée pour la fabrication de tous les types du ciment commercialisé sauf pour le CPJ35.

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Figure 3 : les éléments qui entrent dans la constitution de ciment

VI.

Les étapes de préparation de ciment

La préparation du ciment de l’usine de Meknès passe par des étapes principales (figure4) :

Figure4 : Les étapes de fabrication du ciment

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1. L’extraction et la préparation des matières premières 1.1.

Exploitation Carrière

Elle permet de fournir deux essentielles matières premières le calcaire et l’argile, elles sont extraites comme des roches et cela par méthode de l’abattage à l’explosif, le calcaire est transporté par des dumpers vers un atelier de concassage.

Il existe trois carrières :  La carrière CADEM : Cette carrière est équipée d’un concasseur à marteau FCB, assurant un débit de 500t/h. Actuellement, ce concasseur est utilisé pour le concassage du calcaire d’addition du gypse et peut alimenter les deux Pré homos.  La carrière ZONE 4 : Elle est située à 5km de l’usine, d’une superficie de 100ha. Son exploitation a débuté en 1978, les réserves actuelles de calcaire sont estimées à 9000 000 tonnes, où la matière première représente une réserve de20 ans au rythme. Cette carrière équipée d’un concasseur HAZEMAG. Actuelle de production, l’exploitation de la carrière zone 4 se fait par abattage à l’explosif.  La Curvoduc : L’acheminement de la matière de carrière vers l’usine est assuré par un transporteur de longueur 5kmappelé La Curvoduc afin de la stocker dans les deux pré-hemos. Ce transporteur est le plus long convoyeur dans l’Afrique.

1.2.

Concassage :

L’opération de concassage a pour objectif la réduction des blocs de pierres en fragments de faibles dimensions (25 mm à 40 mm) cette opération est assurée par un concasseur à marteaux ou à mâchoire, la matière sortant du concasseur est acheminée vers un hall de stockage par un convoyeur à bande.

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2. Pré-Homogénéisation et broyage cru : 2.1.

Pré-homogénéisation :

Pour obtenir un produit homogène (mélange très intime des constituants : calcaire, argile, sable, minerai de fer) l’usine est équipée de deux installations de pré homogénéisation polaires de capacité totale de environ 2×18000 tonnes chacune. Le tas est constitué par des couches des matières premières à l’aide d’un manège tournant avec deux navettes.

.

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2.2.

Broyage cru :

Un broyeur à galets réduit la matière première (77,5% calcaire + 18% d’argile + 3% de schiste + 1,5% de minerai de fer) à l’état de farine, ce résultat est obtenu par des galets qui écrasent les morceaux sur une assiette rotative jusqu’à ce que cette matière atteigne la finesse souhaitée.

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3. Ligne de cuisson 3.1.

Four rotatif

Le four assure le transfert de chaleur la plus efficace possible du combustible en flamme à la farine préchauffée. Avant d’entrer au four celle-ci a déjà atteint la température de 1000°C, à l’intérieur, elle passe à 1450°C, à cette température élevée, les minéraux constituant la farine réagissent pour former du clinker, composé principalement de cristaux de silicate de calcium.

3.2.

Le refroidissement

Plusieurs refroidisseurs peuvent être envisagés : -Refroidisseurs rotatifs. -Refroidisseurs planétaires. -Et la grille de refroidisseur. A la sortie du four, le clinker progresse lentement le long de la grille, soit par translation de celle-ci, soit grâce au mouvement alternatif de plaques de grille. Sous la grille, des ventilateurs propulsent l’air à travers la couche de clinker, assurent un refroidissement progressif. Les ajouts clinker sont généralement le gypse et le calcaire. Broyage Ciment: le clinker reçu après refroidissement et ensuite broyé en additionnant le gypse avec des quantités différentes selon les qualités du ciment désirées (CPJ 35, CPJ 45 et CPA 55).Ce type de Broyeur qui permet le broyage du clinker en ajoutant des ajouts s’appelle « BROYEUR CIMENT.

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4. Stockage et expédition du ciment : Le produit fini est ensaché par une ensacheuse pour être expédié et satisfaire la demande incessante en ciment de toute la région. 4.1.

Stockage du ciment :

Après sa fabrication, le ciment est acheminé, par voies pneumatiques ou mécaniques, vers des silos de stockage dont la capacité est de plusieurs milliers de tonnes. 4.2. Expédition : Le ciment est expédié vers les lieux de consommation sous deux formes :  En sac : Les sacs contiennent généralement 25 ou 50 Kg de ciment sur lesquels est marquée la classe de résistance du ciment (35 ou 45).  En vrac : la livraison du ciment en vrac se fait sur des citernes. Le ciment est injecté avec l’air dans la citerne jusqu’à ce que le tonnage soit atteint.

Cette image résume toutes les procédés de fabrication du ciment.

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Chapitre 2: Etude de la problématique I.

Introduction

1. Présentation du sujet de notre PFE et Problématique L'eau joue un rôle primordial dans le refroidissement de toutes les installations qui entrent dans la fabrication de ciment (four, broyeur, trémie….). Un déréglage au niveau du circuit d'eau peut causer des arrêts de machines de production puisque la température de ces dernières augmente. Le circuit qui permet le traitement d’eau de refroidissement des installations est en panne (figure 5). L’eau passe par une vanne manuelle (by pass) sans traverser le circuit de traitement d’eau, ce qui peut causer avec le temps le bouchage des conduites. En effet l’eau traitée rencontre des obstacles qu'elle va dissoudre comme le karst la roche calcaire les impuretés.

Figure 5 : Circuit de traitement d’eau(1)

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2. Description du circuit de traitement d’eau Le circuit qui permet le traitement d’eau pour le refroidissement de toutes installations de l’usine se compose (figure 6) d’un capteur de pression, 6 vannes, une électrovanne E1, un pilote, et le bac à sel.

In

Out

Figure 6: Circuit de traitement d’eau(2) 3. Cahier de charge : Après le départ cycle le capteur de pression mesure la différence de pression, qui indique la dureté de l’eau : Si ΔP ≥ 7 bars (Seuil) Le processus de l’adoucissement de l’eau va commencer, (le tableau 3) va nous montrer les différentes étapes que va suivre cet adoucissement et les actions associées dans chaque étape : La commande des vannes se fait par le pilote (moteur pas à pas à courant continu MCC). Le pilote tourne jusqu’à ce que le capteur fin de course indique l’ouverture des vannes qu’on veut commander.  L’étape 1 « remplissage du bac à sel » reste sous-alimentation jusqu’à l’arrivée d’un signal du flotteur de bac à sel. Ce dernier indique que le bac est rempli et prêt pour l’utiliser dans la régénération de la résine.  L’étape 2 c'est-à-dire Lavage en retour s’effectue pendant une temporisation de 64 min.  L’étape 3 s’effectue pendant un temps de10 min.  L’étape 4 « rinçage rapide CR » s’effectue pendant un temps de 20 min.

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 L’étape 5, c’est l’étape de service, elle reste active jusqu'à la présence d’une eau dure à la sortie de l’adoucisseur c'est-à-dire la présence d’un signal qui indique « psi>= le seuil ». Le tableau 3 résume ces étapes :

Etape 1 : Remplissage du bac à sel La vanne 1 La vanne 2 La vanne 7 L’électrovanne E1

Etape 2 : Lavage en retour BW La vanne 3 La vanne 4

Etape 3 : Aspiration de saumure et rinçage lent BR La vanne 5 La vanne 7

Etape 4 : Rinçage rapide CR La vanne 1 La vanne 5

Etape 5 Service SR La vanne 1 La vanne 2

Tableau3 : Les différentes étapes à suivre pour l’adoucissement d’eau Si la résine est incapable de capter les ions calcium et magnésium et de libérer les ions sodium, le cycle va voir à nouveau la régénération de la résine à partir de chlorure sodium « la saumure » du bac à sel. Donc l’objet de notre PFE est d’automatiser le circuit de traitement d’eau de refroidissement à l’aide d’automates, c’est le problème qui fait l’objet de notre stage de PFE. Avant de commencer l’automatisation du circuit, nous allons faire une description des équipements et des outils utilisés pour mener à bien notre travail.

II.

Description des composants du circuit

Notre circuit de travail rassemble plusieurs composants, comme des vannes, l’électrovanne…: 1. Les vannes à membranes Une vanne est un dispositif qui sert à arrêter ou modifier le débit d’un fluide liquide ou gaz en milieu libre ou en milieu fermé. La vanne à membrane est un appareil de robinetterie dont le passage du fluide est modifié par la déformation d'un composant flexible : la membrane. Une vanne à membrane comprend 3 parties : un corps, un actionneur et une membrane, cette dernière étant la partie essentielle de la vanne. Sa conception offre de nombreux avantages en termes de sécurité et de fiabilité. Selon l'exécution, elles conviennent particulièrement pour les fluides ultra-purs jusqu'à très chargés, sous la forme liquide et gazeuse, ainsi que neutres et agressifs. Elles sont principalement utilisées dans le secteur de la pharmacologie, alimentaire, biotechnologie…

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2. L’électrovanne Une électrovanne ou électrovalve est une vanne commandée électriquement. Grâce à cet organe il est possible d'agir sur le débit d'un fluide dans un circuit par un signal électrique. Il existe deux types d'électrovannes : tout ou rien et proportionnelle.  Électrovannes tout ou rien Entièrement ouvertes Les électrovannes dites tout ou rien ont deux états possibles : Entièrement ouvertes Entièrement fermées L'état change suivant qu'elles sont alimentées électriquement ou non. Il existe deux sortes d'électrovannes tout ou rien : Les électrovannes dites normalement ouvertes,

sont entièrement ouvertes en

l'absence d'alimentation électrique et qui se ferment lorsqu'elles sont alimentées. Les électrovannes dites normalement fermées, sont entièrement fermées en l'absence d'alimentation électrique et qui s'ouvrent lorsqu'elles sont alimentées.  Electrovanne proportionnelle Les électrovannes proportionnelles peuvent être ouvertes avec plus ou moins d'amplitude. Selon les types de vannes l'ouverture peut être proportionnelle au courant électrique de l'alimentation, ou à la tension électrique de l'alimentation. d'électrovanne est généralement piloté par l'intermédiaire d'une commande.

Ce type

Les électrovannes les plus courantes sont celles utilisées dans les lave-linge et lavevaisselle pour le remplissage de la cuve. Elles sont aussi beaucoup utilisées dans les chambres froides et autres systèmes de climatisation. 3. Capteurs (flotteur, fin de course) Les capteurs sont les premiers éléments rencontrés dans une chaîne de mesure. Ils transforment les grandeurs physiques ou chimiques d’un processus ou d’une installation en signaux électriques au départ presque toujours analogiques

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Fin de course : Une fin de course est un interrupteur miniature utilisé pour les capteurs de contact, pour les fins de courses et autres.

Flotteur : C’est un détecteur de niveau correspond à la distance entre la surface d'un liquide et le fond du réservoir le contenant. Le contrôle de niveau est utilisé dans de nombreux et divers domaines, afin de connaître l'état de remplissage de récipients, c'est-à-dire le niveau qu'y atteint le produit présent. Il existe deux types d'informations relatives au niveau : 

la mesure continue.



la détection de seuil.

4. L’Appareil de mesure de la dureté de l’eau : C’est un appareil qui mesure la pression entre l’entrée et la sortie de l’adoucisseur. Selon cette pression on suit les étapes de l’adoucissement. Le tableau suivant montre la relation entre la valeur de cette pression et l’état de l’eau.

5. Le moteur pas à pas Le pilote est un moteur pas à pas qui commande l’ouverture et la fermeture des vannes de l’adoucisseur. 6. PLM

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7. Définition d’un adoucisseur Un adoucisseur d'eau est un appareil qui réduit la dureté de l'eau il nous permet de transformer une eau dure en eau douce par passage de cette eau sur une résine. Cette résine va capter les ions calcium et magnésium à l’origine du calcaire et les remplacer par des ions sodium. Il s’agit d’une résine échangeuse d’ions.

 L'eau douce désigne l’eau naturelle débarrassée artificiellement des sels de calcium et de magnésium responsables de la dureté.  L’eau dure désigne une eau à forte teneur en calcaire (calcium et magnésium).  La résine échangeuse d’ions a le rôle de permuter les ions calcium et magnésium avec les ions sodium. Cette résine doit être régulièrement régénérée à partir du sel (chlorure de sodium).

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8. Fonctionnement générale d’un adoucisseur  Au départ la résine est saturée en ion sodium, elle est donc prête à l’emploi et peut adoucir l’eau dure.  Au passage de l’eau dure, la résine va capter les ions calcium et magnésium (le calcaire), et les ions sodium sont libérés.  Lorsque tous les ions sodium ont été consommés, la résine ne permet plus d’enlever le calcaire de l’eau.  Pour adoucir l’eau de nouveau, il faut régénérer la résine, c'est- à-dire apporter des ions sodium provenant de la saumure contenue dans le bac à sel. La saumure est rejetée à l’égout avec le calcaire.  Une fois la régénération effectuée la résine est de nouveau utilisable pour adoucir l’eau jusqu’à la prochaine régénération.

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Figure7 : Le principe d’adoucissement a. Principe de la Régénération La régénération, c'est- à- dire le nettoyage de la résine, a lieu en 5 étapes :  La première étape est le dé-tassage; La résine est brassée afin d'éviter tout tassement au fond de la bouteille.  La deuxième étape consiste à aspirer de la saumure contenue dans le bac à sel de l’adoucisseur. Elle va traverser la résine pour que le calcaire se décroche.  La troisième étape est le rinçage des résines, évitant ainsi tout résidu de sel à l'intérieur de l'adoucisseur.  La quatrième étape consiste à envoyer de l'eau dans le bac à sel, afin de préparer la saumure pour la prochaine régénération.  Lors de la cinquième étape, l'adoucisseur va se remettre en service pour vous donner de nouveau de l'eau adoucie. b. Phase de Service Les étapes de service consistent le cas normal du fonctionnement de l’adoucisseur c'est-à-dire dans le cas où la résine est déjà nettoyée dans la phase de la régénération. Brièvement, on parle sur le service lorsque l’entrée d’une eau dure correspond la sortie d’une eau douce.

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III.

Les outils d’automatisation

1. Introduction Dans notre travail on avait besoin d’utiliser l’automate de SIEMENS qui fonctionne avec le logiciel step7 Manager grâce à un langage step7 qui exige dans un premier lieu un GRAFCET.

1.1.

Automate SIEMENS 1.1.1. Définition d’un automate

Un automate est un dispositif se comportant de manière automatique, Il se compose de plusieurs parties et notamment d’une mémoire programmable dans laquelle l’opérateur écrit, dans un langage d’application propre à l’automate, des directives concernant le déroulement du processus à automatiser (figure8). Son rôle consiste donc à fournir des ordres à la partie opérative en vue d'exécuter un travail.

Avec : X : l’entrée d’automate programmable. Y : la sortie d’automate programmable.

Figure8 : Automate Programmable Industriel 1.1.2. Automate de SIEMENS L’automate de Siemens c’est un automate programmable qui possède 3 niveau de manipulation (niveau operateur, niveau technicien et niveau constructeur).Il est équipé d’une carte d’alimentation et une unité CPU qui contient le microprocesseur ainsi que des cartes d’échanges entrées/sorties. 1.2.

Présentation du logiciel STEP7 MANAGER et le langage STEP7

 STEP 7 est un Logiciel d'ingénierie complet permettant d'exécuter toutes les opérations d'ingénierie d'un projet. Les utilisateurs bénéficient ainsi d'un gain de productivité tout en réduisant les coûts d'ingénierie.  L'emploi de langages standard facilite la prise en main par les programmeurs et le personnel de maintenance.

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 Des bibliothèques de blocs réutilisables et l'emploi d'une base de données commune minimisent le travail de saisie.  Un environnement d'ingénierie commun à tous les automates SIMATIC S7-300, S7-400 et l'automatisation basée sur PC avec les automates logiciels SIMATIC WinCC permettent de mettre en œuvre des programmes utilisateurs sur différentes plates-formes. 1.3.

Le GRAFCET 2.1.1. Définition

Le GRAFCET (Graphe Fonctionnel de Commande par Etapes et Transitions) est un outil graphique qui décrit les différents comportements de l'évolution d'un automatisme et établit une correspondance à caractère séquentiel et combinatoire entre :  Les ENTREES, c'est-à-dire les transferts d'informations de la Partie Opérative vers la Partie Commande,  Les SORTIES, transferts d'informations de la Partie Commande vers la Partie Opérative. C’est un outil graphique puissant, directement exploitable, car c’est aussi un langage pour la plupart des API existants sur le marché. Le GRAFCET comprend :  des étapes associées à des actions .  des transitions associées à des réceptivités.  des liaisons orientées reliant des étapes et des transitions. 2.1.2. Les concepts de base du GRAFCET Les étapes : Une étape symbolise un état ou une partie de l’état du système automatisé. L’étape possède deux états possibles : active représentée par un jeton dans l’étape ou inactive. L’étape i, représentée par un carré repéré numériquement, possède ainsi une variable d’état, appelée variable d’étape Xi. Cette variable est une variable booléenne valant 1 si l’étape est active, 0 sinon. Les transitions : Une transition indique la possibilité d’évolution qui existe entre deux étapes et donc la succession de deux activités dans la partie opérative. Lors de son franchissement, elle va permettre l’évolution du système. A chaque transition est associée une condition logique appelée réceptivité qui exprime la condition nécessaire pour passer d’une étape à une autre.

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La réceptivité qui est une information d'entrée qui est fournie par :    

l'opérateur : pupitre de commande. la partie opérative : états des capteurs. du temps, d'un comptage ou tout opération logique, arithmétique... du grafcets : d'autres grafcet pour la liaison entre grafcets ou de l’état courant des étapes du grafcet (les Xi).  d'autres systèmes : le dialogue entre systèmes. Les actions associées aux étapes : A chaque étape est associée une action ou plusieurs, c’est à dire un ordre vers la partie opérative ou vers d’autres grafcets. Mais on peut rencontrer aussi une même action associée à plusieurs étapes ou une étape vide (sans action). Les liaisons orientées : Elles sont de simples traits verticaux qui relient les étapes aux transitions et les transitions aux étapes. Elles sont normalement orientées de haut vers le bas. Une flèche est nécessaire dans le cas contraire. 2.1.3.

Règles d’évolution d’un GRAFCET :

 Règle N°1 : Condition initiale; A l’ instant initial, seules les étapes initiales sont actives.  Règle N°2 : Franchissement d'une transition ; Pour qu’une transition soit validée, il faut que toutes ses étapes amont (immédiatement précédentes reliées à cette transition) soient actives. Le franchissement d’une transition se produit lorsque la transition est validée, ET seulement si la réceptivité associée est vraie.  Règle N°3 : Evolution des étapes actives; Le franchissement d'une transition entraîne obligatoirement l'activation de toutes les étapes immédiatement suivantes et la désactivation de toutes les étapes immédiatement précédentes.  Règle N°4 : Franchissement simultané; Toutes les transitions simultanément franchissables à un instant donné sont simultanément franchies.  Règle N°5 : Conflit d’activation ; Si une étape doit être simultanément désactivée par le franchissement d’une transition aval, et activée par le franchissement d’une transition amont, alors elle reste active.

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Chapitre 3 : Les taches effectuées dans l’automatisation du circuit de traitement d’eau I.

Automatisation du circuit de traitement d’eau 1. Traduction du cahier de charge

On va traduire le cahier de charge de l’automatisation du circuit de traitement d’eau de refroidissement : - En organigramme - En grafcet niveau 1 - En grafcet niveau 2 - En programme Step7 1.1.

Organigramme technique

Cet organigramme nous montre les différentes étapes d’adoucissement d’eau de refroidissement Mesure de pression avec un capteur de pression L’eau passe par by pass sans traverser Δ le circuit

Non

ΔP >=seuil Oui Pilote tourne jusqu’à une fin de course

Remplissage du bac à sel. L’ouverture de V1,V2,V7 ,E1

Mesurer le niveau d’eau dans le bac à sel avec un capteur de niveau Remplissage du bac à sel continue jusqu’à son niveau maximale pour être prêt à l’emploi

Non

ΔL>=Niv haut Oui 31

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Pilote tourne à nouveau jusqu’à fin de course

Le lavage en retour commence avec l’ouverture de V3, V4 jusqu’à une temporisation de 64 min (BW)

Pilote tourne jusqu’à une fin de course L’aspiration de saumure et le Rinçage lent commence avec l’ouverture de V5, V7 jusqu’à une temporisation de 10min(BR) Pilote tourne jusqu’à une fin de course Le Rinçage rapide commence avec l’ouverture de V1, V5 jusqu’à une temporisation de 20 min

Pilote tourne jusqu’à une fin de course

Le service commence avec l’ouverture de V1, V2

Mesure de pression avec un capteur de pression

ΔP>=seuil

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1.2.

Grafcet :

Dans une première étape, il a fallu travailler sur le GRAFCET niveau 1 mot à mot (figure9) puis le niveau 2(figure 10) assurant le fonctionnement principal de l’adoucisseur. a.

GRAFCET niveau 1 :

Figure9: Grafcet niveau 1

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b. GRAFCET niveau 2 : Dans une deuxième étape on a fait un grafcet niveau 2 (figure10)

Figure10: Grafcet niveau 2 Avec : Les entrées Dcy : le départ cycle fi : fin de course flo : flotteur de bac à sel Δp>=seuil : sortie de l’appareil de comparaison t1=12 minutes t2 =50 minutes t3=8minutes

Les sorties M : le pilote V1 : la vanne 1 V2 : la vanne 2 V3 : la vanne 3 V5 : la vanne 5 V7 : la vanne 6 E1 :l’électrovanne 1.

Tableau 4: les entrées et les sorties représentées sur le grafcet 34

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1.3.

schéma STEP7 :

Table des entrées/sorties (table des mnémoniques) :

a. Schéma en OB (bloc d’organisation) : C’est un GRAFCET contact (figure 11).

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Figure11 :GRAFCET contact

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b. Schéma en FB (bloc fonctionnel) C’est un bloc GRAFCET en STEP7 (figure12)

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Figure 12 : Programme en STEP7

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2. Conclusion Pour conclure on peut affirmer qu’il existe une bonne dizaine de raisons d’automatiser un environnement de production on peut citer quelques-unes ci-dessous : - Augmentation et maintien de la qualité. - Planification des taches opérateurs. - Pas d’intervention humaine. Et par conséquent on aura :  Un traitement complet de l’eau par l’adoucisseur au lieu d’utiliser le BY PASS.  Un refroidissement des machines (four, broyeur à Gallet…) par l’eau douce au lieu de l’eau dure.  Diminution des pannes.

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Conclusion et perspectives La période de notre stage au sein de LAFARGE Meknès, nous a permis d’élargir nos connaissances concernant le monde industriel ainsi que les problèmes quotidiens de l’entreprise. Durant notre stage à LAFARGE CIMENT-Usine de Meknès, on a effectué plusieurs tâches tout d’abord on a commencé par réaliser un organigramme technique suivi d’un GRAFCET qu’on a implanté dans le programme STEP7 MANAGER afin d’automatiser le circuit désiré à l’aide d’automate de SIEMENS. Pour avoir une bonne régénération il faut que la quantité de sel ajoutée soit précise. Alors on a proposé d’automatiser aussi le bac à sel, précisément l’ajout du sel qui se fait manuellement par des employeurs et qui peut être déséquilibré.

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Bibliographie et Webographie http://www.durlem.be/pages/37_1.html http://www.adoucisseur-eau.org/les-types-dadoucisseurs-deau/ https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=5&ved=0CDAQFjA E&url=http%3A%2F%2Fwww.automation.siemens.com%2Fmcms%2Findustrialcommunication%2Ffr%2Fprofibus%2Fconnexions-systeme-pour-simatic-s7%2Fs71500%2Fpages%2Fcm_15425.aspx&ei=0QCWU6WtKeyZ0QXL8IDgAw&usg=AFQjCNHf9HohNtTjItPsHJjVGvYQuQ ELQA http://fr.wikipedia.org/wiki/GRAFCET https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=7&ved=0CEcQFjAG &url=http%3A%2F%2Fcache.automation.siemens.com%2Fdnl_iis%2FzI%2FzI2Mzc1AAA A_18652056_HB%2FS7prv54_f.pdf&ei=BgGWU8_dD-KN7QaloD4Cw&usg=AFQjCNGO6hxEEpSzdEPa68A0ytI5MHjucA http://www.youtube.com/watch?v=OMnNVf4Qte8 http://www.youtube.com/watch?v=9duLTGkzHns http://www.youtube.com/watch?v=YrDV_IF8MJQ

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