RAPPORt-de-stage-version-finale ST [PDF]

Zitiervorschau

Institut Formation aux Métiers De l’industrie Automobile Casablanca

Département Spécialisé en Systèmes

Rapport de Stage Filière : < Technicien Spécialisé en Systèmes Automatisé >

Automatisation et Supervision des Tours de refroidissement Lieu du stage : STMicroelectronics

Mr.LOUKRATI Encadré par : Driss

Mr.EDGHOUGHI Anass Réalisé par :

1

Remerciements Je profite par le biais de ce rapport, pour exprimer mes vifs remerciements à toute personne contribuant de près ou de loin à l’élaboration de cet humble travail. L’absence d’une référence explicite à chacun d’entre elles ne serait, en aucun cas, être interprétée comme un manque de reconnaissance. Je tiens à remercier, toute l’équipe pédagogique de Institut Formation aux Métiers De l’industrie Automobile Casablanca (IFMIAC) Mes sincères remerciements vont également à Mr. LOUKRATI Driss, Mon encadrant au sein de la Société STMicroelectronics de m’avoir accueilli pour mon stage ; en m’offrant ainsi la possibilité d’acquérir une expérience professionnelle très enrichissante. Que tous ceux qui ont contribué à mener à bien ce stage trouvent ici l’expression de ma parfaite considération.

2

SOMMAIRE I.

Introduction..................................................................................................................................22

II.

Contexte général du sujet de stage..............................................................................................22

III.

Logiciel de travail (TIA Portal)...................................................................................................23 A.

OUTILS DE CONFIGURATION....................................................................................................23

B.

CREATION D’UN PROJET...........................................................................................................25

C.

CHOIX DE L’AUTOMATE............................................................................................................25

D.

CONFIGURATION DU RESEAU ET DES APPAREILS.....................................................................26

IV.

Régulation pas à pas de la Pression..........................................................................................26

A.

Automatisation.........................................................................................................................27 1.

Table de variables API...........................................................................................................27

2.

Programme principal............................................................................................................27

B.

Supervision...............................................................................................................................29

C.

Simulation.................................................................................................................................30

V.

Objet technologique PID_Compact..............................................................................................30 A.

Automatisation.........................................................................................................................31 1.

Programme Ladder...............................................................................................................31

2.

Table de variables.................................................................................................................32

VI.

Etude théorique (Loi de Similitudes des pompes)....................................................................32

A.

Loi de similitudes......................................................................................................................32

VII. LES TOURS DE REFROIDISSEMENT.................................................................................................36 1.1 Les tours aéroréfrigérantes........................................................................................................35 1.2 Le rôle des tours aéroréfrigérantes............................................................................................35 1.3 La construction des tours aéroréfrigérantes..............................................................................36 1.4 Les différents Tours....................................................................................................................37 1.4.1 Tour de refroidissement à contact direct................................................................................37 1.4.2 Tour de refroidissement à contact indirect.............................................................................38 2.1 CAHIER DES CHARGES.................................................................................................................39 2.2

PROGRAMATION ET SUPERVISION TIA PORTAL....................................................................39

VII CONCLUSION...................................................................................................................................65

Liste des figures : Figure 1 : Sites de production dans le monde de ST Microelectronics...................................................9 Figure 2 : le site STM de Bouskoura.......................................................................................................9 Figure 3 :les clients de STMicroelectronics...........................................................................................11 Figure 4 :les cinq marchés ciblés par la société STM...........................................................................11 Figure 5 :les gammes des boitiers fabriquées sur le site STM Bouskoura............................................12 Figure 6 : l'organisation générale de STMicroelectronics de Bouskoura..............................................12 Figure 7 :locaux techniques du département Facilities........................................................................14 Figure 8 : Présentation de la ligne Micromodules................................................................................15 Figure 9 : Montage des wafers.............................................................................................................16 Figure 10 : Sciage des wafers................................................................................................................16 Figure 11 : Opération de Die-Attach.....................................................................................................17 Figure 12 : Opération de Wire-Bonding................................................................................................17 Figure 13 : Opération de moulage........................................................................................................18 Figure 14 : Opération de Potting..........................................................................................................18 Figure 15 : Poste de préparation..........................................................................................................19 Figure 16 : Machine AVI.......................................................................................................................19 Figure 17 : Workstation VM.................................................................................................................20 Figure 18 : Machine Testeur électrique................................................................................................20 Figure 19 : Logo de TIA PORTAL............................................................................................................24 Figure 20 : Vue du portail orientée tâche de TIA Portal......................................................................24 Figure 21 : La vue portail de TIA PORTAL..............................................................................................25 Figure 22 : Table de variable pour L’API...............................................................................................27 Figure 23 courbe représentant la pression nominal équivalente à chaque vitesse en utilisant la loi de similitude..............................................................................................................................................33 Figure 24 : Schématisation de la Tour à cycle ouvert ou à contact direct.............................................37 Figure 25 : Schématisation de la Tour à cycle fermé ou à contact indirect...........................................38

Introduction générale

Les systèmes de production dans certains secteurs industriels peuvent présenter une complexité structurelle et/ou organisationnelle rendant leur pilotage délicat et complexe. Le niveau de complexité ne dépend pas seulement du degré d’automatisation, mais aussi, et surtout, du nombre de boucles de rétroaction dans le système.

En plus de cette complexité, les enjeux liés à la durée du cycle, aux coûts de rebuts et à la rentabilisation des équipements de production sont des facteurs supplémentaires de pression sur les différents services de l’entreprise pour améliorer le processus de fabrication et le rendre robuste face aux aléas opérationnels. L’objectif étant de fabriquer des produits de qualité aux meilleurs coûts et juste à temps. Les rebuts massifs et/ou la découverte tardive d’un défaut dans les dernières étapes du processus de fabrication représentent le cauchemar à éviter pour les industriels. Les défaillances qui sont à l’origine de telles pertes sont d’autant plus dévastatrices si elles ne sont pas détectées et éliminées rapidement. Dans ce sens, l’étape de l’inspection visuelle joue un rôle primordial dans le processus de fabrication des composants électroniques notamment les semi-conducteurs, et plus particulièrement les puces électroniques.

Certes, l’inspection visuelle automatique AVI (Automatic Visual Inspection) se distingue par une grande diversité de parc machine tenant compte de l'évolution constante des technologies. Néanmoins, les séquences d’inspection restent les mêmes, à savoir : présentation de l'Objet / Eclairage / Acquisition de l'image / prétraitement pour réduire l'information / Traitement d'image / Post traitement pour aider la décision / Décision / comptage et archivage des résultats. Il convient de souligner également la complexité de ces machines, ce qui requière, en cas de panne, des compétences importantes en mécanique, en automatisation et en traitement d’image, tant chez le fournisseur que chez l'utilisateur final. Par ailleurs, l’inspection automatique est-elle déjà réellement assez performante au point de supplanter le niveau de l’inspection manuelle pour tous les types et toutes les tailles de défauts ?

Dans le cadre du processus de production établi au sein de ST Microelectronis, l’inspection manuelle reste la ligne de référence. En effet, Cette étape est particulièrement indispensable dans la fabrication des puces électroniques. Les machines d’inspection visuelle automatique ne sont pas capables de détecter tous les types de défauts qui peuvent survenir aux puces électroniques. L’inspection manuelle reste donc la référence d’un point de vue qualité. Néanmoins, elle peut avoir un impact sur la productivité, notamment en raison de la lenteur du processus d’inspection manuelle. Le travail mené dans le cadre de ce projet de fin d’étude consiste à diagnostiquer les performances des machines d’inspection visuelle « Workstation Visual Mechanical » et à proposer des pistes d’amélioration en vue d’augmenter la productivité de la ligne de production Micromodules. Le présent rapport décrit l’ensemble des phases de réalisation de ce projet suivant le plan ciaprès : 

Présentation de ST Microelectronics et ses activités, de la ligne de production micromodules et de son processus de fabrication ;



Présentation du contexte général du projet, de la problématique du projet, des objectifs, ainsi que la méthodologie de l’étude et le planning associé ;



Description de la solution proposée dans le cadre de ce projet ;



Implémentation de la solution.

CHAPITRE 1

La Présentation de L’organisme d’accueil ST Microelectronics

1.1

Présentation de ST Microelectronics :

1.1.1 histoire ST Microelectronics : STMicroelectronics, créée en 1987 par la fusion de la société italienne SGS Microelectronica et de la société française Thomson Semi-conducteurs, est la cinquième plus grande société de semi-conducteurs au monde, avec un chiffre d’affaires net qui a atteint 6,90 milliards de dollars en 2015. En effet, Avec l’un des plus vastes portefeuilles de produits de l’industrie, ST fournit à ses clients des solutions innovantes couvrant toute la gamme des applications électroniques, dont la conduite intelligente (Smart Driving) et l’Internet des objets. Par l’utilisation croissante de la technologie qui permet de mieux profiter de la vie, ST est synonyme de « life.augmented». A titre d’exemple ST est le premier fabricant de circuits analogiques pour applications spécifiques et de circuits de conversion de puissance, ainsi que le premier fournisseur de semi- conducteurs pour le marché industriel, les décodeurs de télévision et le circuits MEMS (microsystèmes électromécanique) utilisés dans les produits portables et grand public, tels que les consoles de jeu et les téléphones intelligents. ST se place également dans le peloton de tête dans des domaines aussi variés que les circuits intégrés pour environnements automobiles (N°3), les circuits pour périphériques informatiques (N°3), ainsi que sur le marché en rapide expansion des circuits MEMS au sens large (N°5). Le Groupe compte environ 50.000 personnes, 16 unités de Recherche et Développement avancées, 39 centres de conception et d’application, 13 principaux sites de fabrication et 78 bureaux de vente dans 36 pays. ST s’appuie sur un réseau mondial d’usines > (fabrication des tranches de silicium) et (assemblage, test et conditionnement). Les principales usines de fabrication de tranches de silicium de ST sont actuellement situées à Agrate Brianza ET Catane (Italie), Crolles, Rousset et Tours (France) et Singapour. Ces usines de fabrication sont complétées par des sites d’assemblage et de test à haut rendement implantés en Chine, en Malaisie, au Maroc et à Calamba.

Figure 1 : Sites de production dans le monde de ST Microelectronics.

1.1.2 STMicroelectronics Bouskoura : En 1998, la décision de construire le nouveau site à Casablanca (plus précisément à Bouskoura) a été prise, avec un investissement de 250 à 300 millions de dollars. La production a démarré en août 2000. Avec l’inauguration de cette nouvelle usine, STM Casablanca devient l’une des entreprises les plus importantes du Maroc avec près de 5000 employés au total. Le site Bouskoura s’étend sur plus de 180 000 mètres carrés, dont une salle blanche de 32 000 m² abritant les lignes de production automatisées et 4 000 m² d'entrepôts.

Figure 2 : le site STM de Bouskoura

Le site de Bouskoura lieu de Stage visible sur la figure 2, fabrique des circuits intégrés d'une capacité de 13 millions d'unités par jour, pouvant même atteindre 25 millions d'unités par jour. STMicroelectronics de Bouskoura est un site Back-end, qui produit une large gamme de semiconducteurs opérant dans des domaines à haute croissance tels que : les télécommunications, l’informatique, l’automobile, l’aviation, les applications industrielles et les systèmes de contrôle à l’aide des différents produits :



Des circuits pour codage/décodage vidéo MPEG2 et MPEG4.



Des circuits pour téléphones portables.



Des circuits pour applications sans fils.



Des circuits pour les périphériques informatiques.



Des circuits pour l’automobile.



Des microcontrôleurs.



Des mémoires non volatiles comme les EEPROM, mémoires flash (NOR-FLASH et NAND-FLASH).

Fiche technique : Tableau 1 :Fiche technique ST Microelectronics Bouskoura

NOM RAISON SOCIALE

ST Microelectronics

FORME JURIDIQUE

S.A.S Back-end : production des semi-

ACTIVITE

conducteurs

CREATION

1998

EFFECTIF

3000 personnes

CHIFFRE D’AFFAIRES

2012:+178 000 000 Dirhams

SUPERFICIE DU SITE

14 340 m2

ADRESSE

Bd des Müriers, 101 P3013, Bouskoura 20180, Maroc

10

En effet, STMicroelectronics compte plus de 1500 clients, dont les plus importants sont indiqués :

Figure 3 :les clients de STMicroelectronics

a) Activité du Groupe : Le marché de l’entreprise STMicroelectronics est segmenté en 5 parties (figure 4). Le Principal marché est celui des capteurs et des microcontrôleurs qui représentent 38% des Ventes de l’entreprise. En seconde position (18%) se trouve l’automobile avec toute la Technologie embarquée. Figure 4 :les cinq marchés ciblés par la société STM

b) Les produits fabriqués dans le site : Le site produit de différents produits destinés à usage multiple selon la nature de client ; La diversité des produits permet la satisfaction d’un grand nombre de client potentiel dans tous les secteurs d’activité. Il existe sept grandes catégories de chaines de production à STM Casablanca qui sont relatives au type du boitier (figure 5).

Figure 5 :les gammes des boitiers fabriquées sur le site STM Bouskoura

I.

Les départements et services de l’entreprise :

Figure 6 : l'organisation générale de STMicroelectronics de Bouskoura



Département Planning : Ce département se charge des plannings de production, de l’approvisionnement, du stockage, de la réception et de la livraison des matières premières et des produits finis.



Facilities : Il a pour rôle supporter et Fournir en continu à la production les énergies, les conditions et les ressources nécessaires à la fabrication des puces électroniques.



Département Manufacturing : Il a pour mission la gestion de toutes les opérations de fabrication, de maintenance des équipements et de l’optimisation des rendements.



Département Ressources Humaines : Ce département est responsable du recrutement, de la formation pour l’amélioration des compétences, du service médico- social, de la paie et de la gestion du personnel.



Département Support Equipement : Ce service se charge de la mise en place et la qualification des nouveaux équipements de production, il réalise des essais afin de pouvoir s’assurer de la performance des équipements et procède à des optimisations.



Département Qualité: Son rôle principal est mettre en place un système qualité conforme aux normes internationales les plus sévères afin de satisfaire totalement les clients.



Département Finances : Ce département s’occupe des achats et des contacts avec les fournisseurs.



Département Informatique : Son rôle principal est la gestion des machines de traitement de l’information, leur installation et leur maintenance hardware et software. Il s’occupe aussi de tout ce qui est partie informatique dans les machines de production, sans oublier les outils de télécommunications.



Département Central Engineering : Ce département a pour rôle : 

installer et qualifier tous les nouveaux projets et produits.



Développer les habilités techniques et améliorer les performances des systèmes, des processus et des équipements.



Gérer l’usine de fabrication et les investissements.



Superviser les programmes de développement avec les divisions et le central Back End.



Développer et standardiser les outils des machines et les produits.

La Présentation du département Facilities :

Figure 7 :locaux techniques du département Facilities.

Le département d’accueil de Mon stage de fin d’études a comme mission de supporter et Fournir en continu à la production les énergies, les conditions et les ressources nécessaires à la fabrication des puces électroniques. Le terme anglais « Facilities » signifie installation en Français est un service commun retrouvé dans toutes les unités de production de STMicroelectronics ; qui regroupe plusieurs corps de métier dans différents domaines d’activités tel que l’électricité, la mécanique ou l’automatisme. D’une part, il doit donc garantir les conditions exigées dans les salles blanches. Ces dernières exigent des conditions climatiques ainsi que les conditions d’hygiène. D’autre part, il doit distribuer des ressources à la salle blanche (l’air comprimé, le vide, la puissance froide ou eau froide, la puissance chaude ou eau chaude, l’électricité, les gaz, les produits chimiques et l’eau ultra pure). Celles-ci doivent être fournies instantanément et sans interruption, avec le niveau attendu en: 

Sécurité des employés et protection de leur santé



Excellence en Qualité et Service



Neutralité Environnementale



Efficacité des couts

Les locaux Facilities qui sont dédiés à la fourniture du site par les différents éléments nécessaires satisfaire le besoin des lignes de production sont présentés dans l’organigramme suivant (figure 7) :

II.

Présentation du service ligne micromodules :

Figure 8 : Présentation de la ligne Micromodules

Processus de fabrication de la ligne micromodule MMD:

Dans le domaine industriel, tout procédé de fabrication passe par deux étapes primordiales : 

Front-end : Dans l'industrie des semi-conducteurs, la diffusion correspond à la première phase du cycle de production, comprenant la fabrication des circuits sur les tranches de silicium, suivie du tri électrique des wafers et de la phase de back-end.



Back-end : Dans l'industrie des semi-conducteurs, le back-end correspond à la seconde phase de la fabrication au cours de laquelle le circuit en silicium est monté dans un boîtier conçu (assemblage) non seulement pour le protéger, mais aussi pour assurer des connexions avec l'extérieur par le biais de fils très fins. Cette opération est suivie des opérations suivantes : essais, assemblage, finition et emballage.

En effet, ST Microelectronics de Bouskoura est un site Back-end, où la fabrication des puces électroniques au niveau de la ligne micromodules passe par deux étapes : Assemblage et Test&Finish. Au niveau de l’assemblage, la fabrication des puces électroniques passe dans l’ordre chronologique suivant :



Wafer Mount : (collage tranche)

C’est la première opération dans le processus d’assemblage. Il s’agit de coller le wafer (les tranches des puces) sur un support (ring) par ruban adhésif bleu pour le maintenir lors de sciage et DIE-ATTACH. Une fois collé, le wafer doit subir une stabilisation dans le milieu d’azote.

Figure 9 : Montage des wafers



SAWING (sciage) Le wafer reçu de l’opération « wafer mont » passe dans la machine de sciage qui fait

la découpe verticale et horizontale du disque afin de séparer les puces en le maintenant fixées sur le ruban adhésif. Le découpage se fait à l’aide d’une scie en diamant qui sert à scier saignement le wafer. Apres le nettoyage du wafer par injection d’eau sans haute pression, le séchage se fait par une rotation des plaquettes à une haute vitesse dans un courant d’air sec.

Figure 10 : Sciage des wafers



Die-Attach: (collage des puces)

Il a pour but de coller les puces sur le support métallique (frame). Une tête mobile bond Head permet de prendre la puce de wafer et la coller sur le cadre appelé frame.

Figure 11 : Opération de Die-Attach



Wire-Bonding : (soudure fil)

L’opération du wire bond permet de relier électroniquement la puce aux connexions métalliques (lead) du frame. Un outil de soudage (capillaire) permet le soudage du fil d’or (Golden wire) sur les puces et les leads avec des paramètres de soudage bien spécifié.

Figure 12 : Opération de Wire-Bonding



Encapsulation de la puce:

Le but de l’encapsulation de la puce par la résine est de lui assurer une protection contre le milieu extérieur et permettre une manipulation de la puce sans qu’elle soit détériorée. Pour ce faire, il existe trois manières, selon la nature du package (Acumen, SmartCard molded / Potting / Dam&Fill).

a. Molding L’opération Molding ou moulage permet de constituer un package de résine noire couvrant l’ensemble « puce et connexions » afin de le protéger contre les chocs électriques, la poussière et les décharges électrostatiques. Seulement les pattes de connexion restent apparentes .

Figure 13 : Opération de moulage

b. Potting : Le Potting consiste à enrober la die par une résine isolante.

Figure 14 : Opération de Potting.

c. Dam & Fill : Le Dam&Fill consiste, comme son nom l’indique, à remplir le contour par la résine- Dam – Pour enrober la partie intérieur - Fill - par la suite. Au niveau de la partie Test & Finishing, la fabrication des puces électroniques passe dans l’ordre chronologique suivant :

 Préparation : Cette étape consiste à changer la bobine métallique par une bobine plastique noire, et d’écrire le numéro de lot sur la bande amorce.

Figure 15 : Poste de préparation

 Les machines Automatique Visual Inspection (AVI) : Les modules passent par ces machines pour une inspection automatique visuelle , détectant les différents défauts sur les deux côtés du module: face contact et face résine, et perforant ainsi les modules défectueux.

Figure 16 : Machine AVI



Les Workstations Visual Mechanical (VM) : Cette étape suit toujours les machines AVI. En effet, les opératrices sont amenées à contrôler selon des normes des défauts que les AVI engendrent ou ne sont pas capacbles de détecter.

Figure 17 : Workstation VM



Le testeur électrique : Ce sont des machines qui permettent de tester les paramètres électriques des modules, en termes de tension, courant, mesure de la capacité.

Figure 18 : Machine Testeur électrique

 Le contrôle qualité final (CQF): C’est la dernière étape avant le packaging, elle consiste à recontrôler les lots pour une qualité meilleure des modules.

Conclusion Compte tenu de cette présentation succincte des différentes structures et phases de production de la dite entreprise, on ne peut que constater qu’il s’agit d’un processus performant qui permet d’aboutir à des résultats totalement positifs, répondant aux objectifs fixés par les décideurs.

20

CHAPITRE 2

Régulation automatique de la pression d’une pompe connectée à un variateur de vitesse

I.

Introduction :

Une installation de chauffage ou de climatisation n'a pas toujours besoin de fonctionner à pleine pression ou à plein régime tout le temps. Le régime maximal avec le maximum de pression n'est utile que pendant les besoins les plus forts, soit statistiquement moins de 10% du temps. Par ailleurs la consommation des auxiliaires, tels que les pompes et circulateurs, 24h/24, 7jours/7, génère une consommation électrique accrue et des dépenses énergétiques inutiles, soit 90% du temps. Créer de la perte de charges pour diminuer le débit est une aberration quand on connaît la performance aujourd'hui des variateurs électroniques de vitesse qui permettent d'atteindre facilement plus de 50% d'économies d'énergie. Ainsi, ces variateurs de vitesse permettent à la fois : Une consommation électrique réduite : La puissance absorbée par une pompe centrifuge varie avec le cube de sa vitesse de rotation. Si on réduit de moitié sa vitesse, la puissance absorbée est divisée par 8. Avec les variateurs de vitesse, les économies d’énergie peuvent atteindre jusqu’à 60% ! Une diminution du bruit : Lorsque l'on diminue la vitesse de rotation d'une pompe, son niveau sonore diminue. Pour une pompe, on estime à moins de 10% le temps de fonctionnement à sa vitesse maximale.

II.

Contexte général du sujet de stage :

Le processus de régulation de la pression d’une pompe repose sur le facteur humain, le technicien doit à chaque fois qu’il y a dépassement de pression se déplacer vers le variateur de vitesse pour faire varier la vitesse de rotation de la pompe manuellement afin de régler cette pression. Mais en fait les techniciens ne savent même pas à quelle vitesse doivent faire tourner la pompe, sauf qu’ils ont été informé par quelqu’un que la vitesse doit rester dans les environs de 35Hz voire 42 Hz près. Dans ce contexte, notre sujet était le suivant : régler automatiquement la pression de la pompe tout en agissant sur la vitesse de rotation de cette pompe, cette dernière étant connectée à une variateur de vitesse, ainsi d’éviter toute intervention humaine qu’en cas d’urgence. Pour ce faire, on avait besoin d’un automate programmable industriel SIEMENS S71200, ainsi qu’un capteur de pression qui va nous renseigner de la valeur actuelle de la pression.

Nous présenterons trois méthodes pour ce sujet, la première consiste à lire la valeur de pression mesurée par l’automate, la comparer à la valeur de consigne imposée par l’utilisateur et puis de faire une régulation pas à pas. La deuxième fait appel à un régulateur intelligent PID-Compact qui existe dans la bibliothèque du logiciel de travail Tia Portal, il nous faut que lire la mesure et c’est lui qui fait la régulation automatique. Et finalement, on va procéder par une étude théorique, il s’agit de la loi de similitude pour les pompes qui est souvent utilisée pour construire la courbe caractéristique des pompes et de s’assurer du bon fonctionnement et des conditions de travail de la pompe afin de réaliser un gain de temps et d’argent.

III.

Logiciel de travail (TIA Portal) : Totally Integrated Automation Portal Le nouvel environnement d'ingénierie TIA Portal réunit tous les systèmes d'ingénierie

pour l'automatisation dans un environnement de développement unique. C’est un logiciel d'automatisation de l'industrie qui se satisfait d'un seul environnement, le TIA Portal représente un jalon dans le développement logiciel. Un seul projet logiciel pour toutes les tâches d'automatisation. Intuitif, efficace et pérenne.

A.

OUTILS DE CONFIGURATION :

La plateforme Totally Integrated Automation Portal est le nouvel environnement de travail SIEMENS qui permet de mettre en œuvre des solutions d’automatisation avec un système d’ingénierie intégré comprenant les logiciels SIMATIC STEP 7 V13, PLC SIM V13 et SIMATIC Win CC V13.

Figure 19 : Logo de TIA PORTAL

TIA Portal est un environnement d’automatisation unique permettant de configurer jusqu’aux processus de production les plus complexes de manière tout à fait simple, depuis un écran d’ordinateur unique. Il permet la réalisation optimale de processus de planification et de production. Grâce à sa présentation intuitive et à la navigation simple, la compréhension et la familiarisation des fonctions de programmation est très rapides. Divisé en « vue portail » pour guider intuitivement l’utilisateur à travers les différentes étapes de l’ingénierie et une « vue projet » qui procure un accès rapide aux outils pertinents TIA Portal aide ainsi les nouveaux.

Figure 20 : Vue du portail orientée tâche de TIA Portal.

B.

CREATION D’UN PROJET :

On commence la programmation par la création d’un nouveau projet. Lorsqu’on lance TIA Portal, l’environnement de travail se décompose en deux types de vues : La vue du portail est axée sur les tâches à exécuter et sa prise en main est très rapide.

Figure 21 : La vue portail de TIA PORTAL.

C.

CHOIX DE L’AUTOMATE :

Les exigences pratiques et économiques de notre projet nous poussent à choisir un automate compact de la marque SIEMENS S7-1200 la plus répandue, pour les principales raisons suivantes :  Le nombre restreint des paramètres d'entrées et sorties ;  Le personnel technique de l'entreprise est qualifié dans l'utilisation des automates SIEMENS ;  La performance des caractéristiques techniques de l'automate SIEMENS S7-1200 ;  Le S7-1200 dispose d'une gamme de modules complets pour une adaptation optimale aux tâches les plus diverses ;  Le S7-1200 se caractérise par la facilité de réalisation d'architecture décentralisée et la simplicité d'emploi.

D.

CONFIGURATION DU RESEAU ET DES APPAREILS :

Un éditeur graphique unique permet de configurer une installation entière en toute simplicité. L'éditeur propose trois vues afin de bien marquer la différence entre la mise en réseau et la configuration des appareils :  Les liaisons entre les appareils peuvent être créées graphiquement dans la vue du réseau ;  Le paramétrage et la configuration des différents appareils se font dans la vue des appareils;  Le paramétrage et la configuration des différents appareils se font dans la vue des appareils; Ainsi, les systèmes complexes sont faciles à gérer et la structure des gros projets reste claire. En mode en ligne, les informations de diagnostic sont représentées graphiquement de manière claire.

IV.

Régulation pas à pas de la Pression :

Ce type de régulation consiste à lire la mesure de la valeur de pression actuelle à partir d’un capteur de pression dont le signal de sortie étant 4-20mA, cette sortie étant lié à l’entrée analogique de l’automate. Puis cette mesure est mise à l’échelle afin de la comparer à la pression de consigne. Si cette valeur est supérieure (inférieure) à la valeur de consigne une augmentation (diminution) de vitesse est requise grâce au variateur de vitesse, cette augmentation se fait en envoyant une commande à ce variateur de vitesse dans le réseau Profinet que l’on a établi entre l’automate et le variateur de vitesse.

A.

Automatisation : 1.

Table de variables API :

Figure 22 : Table de variable pour L’API

2.

Programme principal : a)

Normaliser :

L'instruction "Normaliser" nous permet de normaliser la valeur de la variable à l'entrée VALUE en la reproduisant sur une échelle linéaire. Nous définissons, avec les paramètres MIN et MAX, les limites d'une plage de valeurs qui est reflétée sur l'échelle. Le résultat est calculé en fonction de la position de la valeur à normaliser dans cette plage et il est stocké sous forme de nombre à virgule flottante à la sortie OUT. Quand la valeur à normaliser est égale à la valeur à l'entrée MIN, la sortie OUT fournit la valeur "0.0". Quand la valeur à normaliser est égale à la valeur à l'entrée MAX, la sortie OUT fournit la valeur "1.0". b)

Mise à l’échelle :

L'instruction "Mise à l'échelle" permet de mettre à l'échelle la valeur à l'entrée VALUE en la reproduisant sur une plage de valeurs spécifiée. Lors de l'exécution de l'instruction "Mise à l'échelle", le nombre à virgule flottante à l'entrée VALUE est mis à l'échelle à la plage de valeurs qui a été définie par les paramètres MIN et MAX. Le résultat de la mise à l'échelle est un nombre entier qui est stocké à la sortie OUT.

c)

Programme Ladder :

B.

Supervision :

La supervision est une technique industrielle de suivi et de pilotage informatique des procédés d’automatisation. La supervision concerne l'acquisition de données (mesures, alarmes, retour d'état de fonctionnement) et des paramètres de commande des processus généralement confiés à des automates programmables. En informatique industrielle, la supervision des procédés peut être une application de surveillance, de contrôle-commande évolué, de diagnostic. La supervision de notre projet est effectuée par le logiciel Tia Portal(WinCC) qui permet de créer un ensemble de vue (écrans) dont l’interface opérateur est présentée sous forme d’un synoptique. De ce fait et pour surveiller, contrôler voire commander la variation de la pression de la pompe en temps réel, on a pensé à une vue de supervision HMI sur laquelle on lit la pression de consigne, la pression mesurée ainsi que la fréquence de rotation.

C.

V.

Simulation :

Objet technologique PID_Compact : Siemens fournit les instructions PID suivantes pour la CPU S7-1200 :



L'instruction PID_Compact sert à la régulation de processus industriels à grandeurs d'entrée et de sortie continues. L'instruction PID_3Step sert à la régulation de dispositifs actionnés par moteur, tels que des vannes, qui nécessitent des signaux discrets pour la commande d'ouverture et de fermeture.



L'objet technologique PID_Compact met à disposition un régulateur PID continu avec optimisation intégrée. De manière alternative, vous pouvez configurer un régulateur à impulsion. Les modes de fonctionnement manuel et automatique sont possibles. Dans une boucle de régulation, PID-Compact réalise l'acquisition continue de la mesure et la compare à la consigne souhaitée. A partir du signal d'écart en résultant, l'instruction PID_Compact calcule une valeur de réglage par laquelle la mesure est ajustée à la consigne de la façon la plus rapide et la plus stable possible. Pour le régulateur PID, la valeur de réglage se compose de trois actions :  

Action P L'action P de la valeur de réglage augmente proportionnellement au signal d'écart. Action I L'action I de la valeur de réglage augmente jusqu'à ce que le signal d'écart soit compensé.

30



Action D L'action D augmente avec la vitesse de modification du signal d'écart. La mesure est ajustée à la consigne le plus rapidement possible. Quand la vitesse de modification du signal d'écart ralentit, l'action D diminue également.

A.

Automatisation : 1.

Programme Ladder :

2.

VI.

Table de variables :

Etude théorique (Loi de Similitudes des pompes) :

Dans cette étude, On n’aura pas besoin d’un capteur de pression, il ne faudra que savoir la courbe caractéristique de la pompe étudiée, dans notre cas, il s’agit d’une pompe type GRUNDFOS. A partir de la courbe caractéristique de cette pompe et en se basant sur la loi de similitudes des pompes centrifuges on a pu établir une courbe représentant la variation de la pression de la pompe en fonction de sa vitesse de rotation Pression = f (vitesse de Rotation).

A.

Loi de similitudes :

Afin d’évaluer divers système, on peut recourir aux principes d’affinité pour déterminer comment les changements à une variable influant sur les autres variables telles que la vitesse, le débit, la pression et la consommation d’énergie. Les relations entre la hauteur manométrique totale (p), le débit (Q), la puissance (P), la vitesse (N) et le diamètre de l'impulseur (D) suivent des règles bien définies, connues sous le nom de lois de similitude. Ces relations ont d'abord été obtenues expérimentalement, mais elles possèdent un fondement théorique. Q2 N2

Débit :

Q1

Pression :

=

N1 P2

= (N2)2

P1 P2

Puissance :

P1

N1

= (N2)3 N

Donc à partir de la formule de similitude de la pression et en connaissant la pression nominale (1.8 bar) à la vitesse de rotation 1450 tr/min on a pu aboutir à une courbe donnant la pression nominal pour chaque vitesse de rotation.

Figure 23 courbe représentant la pression nominal équivalente à chaque vitesse en utilisant la loi de similitude

Donc après avoir établi la relation entre la pression et la vitesse de rotation de la pompe, il ne faut que programmer ceci en TiaPortal tout en connectant l’automate au variateur de vitesse par un réseau Profinet comme nous avons déjà mentionné au-dessus. Mais force de signaler que cela ne reste qu’une étude théorique que l’on n’a pas essayée en réalité. On avait pensé à une méthode semblable à celle-ci, c’était d’installer un capteur de pression dans le coté refoulement de la pompe et faire varier lentement la vitesse de la pompe par le variateur de vitesse tout en notant les différentes mesures de pression. Ces différentes mesures auraient nous permis d’établir la courbe pression = f (vitesses) sans même faire recours aux lois de similitudes mais malheureusement les contraintes de temps et manque de matériels ne l’ont pas permis.

CHAPITRE 3

AUTOMATISATION DES TOURS OUVERTE ET FERMEE

I. INTRODUCTION : 1.1 Les tours aéroréfrigérantes : Une tour de refroidissement est un échangeur d'un type particulier qui permet de rejeter de la chaleur dans l'air environnant sous forme à la fois de chaleur sensible et de chaleur latente du fait de l'augmentation de son humidité. En opérant de la sorte, il est possible de refroidir un fluide jusqu'à une température supérieure de quelques degrés à la température humide de l'air ambiant (et donc éventuellement inférieure à sa température sèche), ceci au prix d'une quantité d'eau consommée de l'ordre de 5 % de celle que demanderait un refroidissement à eau. Tant sur le plan économique qu'environnemental, les tours de refroidissement sont des systèmes très intéressants, notamment en climat chaud et sec. Autrement dit les tours aéroréfrigérantes ou TAR, aussi appelées tours de refroidissement, sont utilisées pour refroidir un liquide, généralement de l'eau, à l'aide d'un gaz, généralement l'air ambiant. Il s'agit d'un cas particulier d'un échangeur de chaleur où le transfert thermique s'effectue par contact direct ou indirect entre les flux. Les tours de refroidissement sont des équipements courants, présents dans des installations de climatisation, ou dans des procédés industriels et énergétiques (centrales électriques, s'agit de tours aéroréfrigérantes de type hyperboloïde en béton. Installations de combustion, sucreries, chimie...).

1.2 Le rôle des tours aéroréfrigérantes :

Les tours aéroréfrigérantes ont pour fonction d'évacuer vers le milieu extérieur la chaleur issue du systèmes de refroidissement (climatisation ou procédé industriel) en faisant circuler de l'eau chaude dans un flux d'air. C'est un échangeur de chaleur entre l'eau et l'air ambiant. Les tours aéroréfrigérantes sont destinées à refroidir des eaux qui ont été réchauffées par une source d'énergie. Dans les immeubles du tertiaire cette source d'énergie est le condenseur des installations frigorifiques.

1.3 La construction des tours aéroréfrigérantes : Bien que ce ne soit pas la construction la plus fréquente, on entend souvent par tours aéroréfrigérantes une grande tour en béton ayant le plus souvent la forme d'un hyperboloïde à une nappe : l'eau à refroidir est amenée par une conduite en haut de la tour. À partir de cette arrivée elle est pulvérisée en fines gouttelettes à l'aide d'un réseau de rampes de dispersion percées (rampe de buses), puis tombe par écoulement gravitaire sur un packing (corps d'échange constitué par exemple d'un garnissage plastique) en nid d'abeille afin d'obtenir une grande surface de contact entre le liquide et l'air. L'eau refroidie est collectée dans un bassin de rétention en bas de la tour avant de retourner vers le procédé à refroidir. Un flux d'air circule à contrecourant. Une partie de l'eau, en s'évaporant, provoque l'abaissement de la température. Pour réduire les pertes en eau, un paregouttelettes (encore appelé éliminateur ou séparateur de gouttelettes, ou dévésiculeur) limite l'entraînement vésiculaire (gouttelettes d'eau contenues dans l'air ascendant). Cette configuration assure en architecture la rigidité de la tour et procure la meilleure résistance mécanique pour supporter le garnissage intérieur et le poids de l'eau qui ruisselle. La forme hyperboloïde s'explique aussi par le tirage thermique qu'elle favorise en utilisant l'effet Venturi. Cette construction spectaculaire admet de nombreuses variantes : elle peut être réalisée en acier, mais aussi en bois. Sa forme peut être cylindrique ou tronconique. Des sections hexagonales ou rectangulaire sont également rencontrées.

1.4 Les différents Tours : On distingue deux grandes catégories de tours de refroidissement, celles dites à contact direct ou à cycle ouvert, et celles dites à contact indirect ou à cycle fermé.

1.4.1 Tour de refroidissement à contact direct :

Figure 24 : Schématisation de la Tour à cycle ouvert ou à contact direct

Dans une tour à contact direct, l'eau chaude à refroidir est mise en contact avec l'air ambiant, soit par pulvérisation en fines gouttelettes, soit par ruissellement le long de surfaces d'écoulement. Les deux fluides étant en contact, de la chaleur est échangée par convection, et une partie de l'eau se vaporise, en augmentant ainsi l'humidité de l'air. Si celui-ci n'est pas saturé, il commence par se refroidir de manière quasiment adiabatique, avant de s'échauffer le long de la courbe de saturation. L'eau peut donc ressortir à une température inférieure à celle de l'air ambiant.

1.4.2 Tour de refroidissement à contact indirect :

Figure 25 : Schématisation de la Tour à cycle fermé ou à contact indirect

Une tour à contact indirect met en jeu deux circuits, dits externe et interne. Dans ce dernier, le fluide à refroidir, qui peut être quelconque, reste confiné dans un faisceau de tubes autour desquels ruisselle l'eau de refroidissement du circuit externe, qui se réchauffe à son contact, puis se refroidit par échange avec l'air ambiant selon le même mécanisme que dans une tour à contact direct. Du fait de l'évaporation d'une partie de l'eau, la concentration des sels dissous et celle des impuretés, notamment biologiques, est amenée à augmenter. On doit donc d'une part procéder à des purges de déconcentration, et d'autre part veiller à éviter tout risque de propagation de légionellose.

II. AUTOMATISATION DES TOURS : 2.1 CAHIER DES CHARGES : Le but de cette partie est d’automatiser tous les cycles des 11 Tours disponibles afin de réduire voire éliminer les interventions manuelles dans les cas non défaillant. On distingue 2 type de tours différents : à contact direct ou à cycle ouvert TRO n°1 TRO n°2 TRO n°3 TRO n°4 TRO n°7. à contact indirect ou à cycle fermé TRF n°1 TRF n°2 TRF n°3 TRF n°4 TRF n°5 TRF n°6.

2.2 PROGRAMATION TIA PORTAL : Appareils et réseaux : Configuration du variateur de vitesse de Schneider électrique commandée par une automate siemens via le protocole de communication PROFINET :

Config matériel :

Configuration du nom de l’Equipment, l’adresse IP, masque, adresse MAC et… :

40

Config logiciel : Install fichier GSDML (fichier profil) :

Télégramme disponible :

Les adresses I&Q :

Les 4 mots d’entrée et sortie :

Les valeurs du mot de commande :

Les valeurs de fréquence :

Table de variables api :

Table de variables IHM :

Programme language LADDER : Bloc STARTUP :

Bloc cycle:

50

VUE DE SUPERVION : Vue de configuration de l’ensembles des tours :

60

Vue Toure fermée :

Vue Toure ouverte :

VIII Conclusion Général Pendant une période de 2 mois, l’opportunité m’a été offerte d’approcher de plus près et découvrir le monde de l’industrie semi-conductrice dans l’une des plus grandes industries du secteur au Maroc, la Société STMicroelectronics de Bouskoura qui m’a accueillie dans le cadre de stage de deuxième année. Ce stage m’a permis d’acquérir beaucoup d’informations et de nouvelles connaissances Finalement, le travail que nous avons réalisé, nous a permis d’une part, de nous intégrer dans le milieu industriel, et d’autre part de nouer des relations professionnelles et tissé des liens de compréhension mutuelle et de confiance qui nous ont permis de mener à bien notre projet.