Rapport Finale PFE - Merged [PDF]

Zitiervorschau

Université Sultan Moulay Slimane Faculté des Sciences et Techniques Béni Mellal

Département

:

Génie Mécanique

Filière d’ingénieur

:

Productique-Mécatronique

PROJET DE FIN D’ANNÉE THEME

Conception d’un banc d’essai pour SPREADER BROMMA STS45

Soutenu le 07/10/2020 par : FAKER Elmouatez

Encadré par : Pr. AZOUZ Jaouad (FSTB) Mr. MAIN Hamza (Lieu du stage)

Membres de Jury Président : Pr. A.BENTEYEB (FSTBM) Encadrant Int : Pr. AZOUZ Jaouad (FSTBM) Encadrant Ext : Mr. MAIN Hamza (Lieu du Stage) Examinateur : Pr. FAHSI Adil (FSTBM)

Année Universitaire 2019/2020

 Mghila B.P.523, Béni Mellal  : 0523485112/22/82 : (212) 0523485201

Remerciements Avant tout développement sur cette expérience professionnelle, il n’apparaît plus opportun de commencer ce rapport de notre Projet sans avoir une pensée pour tous ceux qui ont contribué à le rendre possible. Nous remercions tout d’abord, DIEU le tout puissant qui nous a donné santé et force pour réaliser ce travail. Nos vifs remerciements sont adressés particulièrement à l’ensemble du personnel de la direction technique de l’entreprise SRM et Marsa Maroc : Mr : H. MAIN et Mr : M. BOUBKER pour l’aide précieuse dont ils ont fait preuve durant toute la durée de notre stage au sein de l’entreprise, pour leurs disponibilités à tout moment, pour leurs précieux conseils et surtout pour la confiance qu'ils nous ont accordée et qui ont su expliquer et répondre à toutes nos questions. Nous tenons à exprimer nos profondes gratitudes à notre promoteur Mr : J. AZOUZ pour avoir accepté de diriger ce travail et pour ses conseils qui nous ont été d’une aide précieuse. Nous tenons à remercier le cadre administratif de la Faculté des Sciences et Techniques de Béni Mellal qui nous a assuré les conditions favorables pour produire un bon travail. Et notre reconnaissance va également à notre coordinateur Mme : H. OUAOMAR et tous les enseignants de la filière Productique Mécatronique qui n’ont jamais cessé à nous donner le maximum des conseils, et qui à chaque fois que nous exprimions le besoin, nous donne le coup de pouce dont nous avons besoin. Nous tenons à remercier également les membres de jury : Mr : A.FAHSI et Mr : A. BENTEYEB de bien vouloir accepter d’évaluer notre travail.

Dédicaces On dédie ce rapport à :  Nos grands-mères, nos grands-pères, nos mères et nos tantes avec tous nos sincères sentiments de respects, d’amour, de gratitude et de reconnaissance pour leur patience illimitée, leurs sacrifices déployés pour nous éduquer dignement en assument nos éducations dans les meilleures conditions.  Nos frères, nos oncles, et à tous nos cousins et cousines, vraiment aucune dédicace n’exprimera nos attachements, notre amour et nos affections, on vous offre ce travail en témoignage de toutes l’immense tendresse dont vous avez toujours su nous combler, que Dieu vous protège et vous prête longue santé et longue vie…

 Nos ami(e)s en témoignage de notre sincère amitié. Et tous ceux qui ont veillé de près ou de loin pour ce travail soit à la hauteur, que Dieu le tout puissant vous préserve tous et vous procure sagesse, bonheur, santé et prospérité…

Résumé Le système de spreader est une technique de levage. Le spreader télescopique pour conteneur est très pratique pour transporter en toute sécurité des conteneurs imposants. La pince à conteneurs « SPREADER » est un accessoire permettant de soulever un conteneur à partir des points d’ancrage situé au-dessus et à chaque angle de la caisse métallique de dimensions normalisées. On distingue différentes dimensions de spreader. On a ainsi le choix entre un dispositif pour des conteneurs de 16, 20 ou 40 pieds. On peut aussi utiliser des spreaders à blocage hydraulique. Aujourd'hui les SPREADER sont utilisés dans des domaines extrêmement vastes dans l'industrie, surtout dans les quais pour maintenir les conteneurs du navire vers le quai ou l'inverse. L’objectif du projet est l’amélioration de communication entre le portique et le SPREADER, mais tout d’abord nous avons besoin d’assimiler la structure du SPREADER, c'est pour cela nous avons présenté le fonctionnement du SPREADER, ses différents types et leur utilisation, nous avons aussi décrire les éléments de SPREADER en détails. Afin de réaliser un simulateur pour contrôler tous les commandes de SPREADER. Pour caractériser les fonctions offertes par le simulateur, nous avons exploité les diagrammes et les méthodes de l’analyse fonctionnelle ; Le diagramme Bête à Cornes Les méthodes SADT et FAST, Diagramme Pieuvre. Par la suite nous avons posé les solutions techniques et nous avons choisi la meilleure solution. Apres nous avons fait le programme sur Step7 et nous avons construit une interface sur WIINCC. Cette interface permet au grutier de visualiser l’état du SPREADER à partir de la salle de grutier. Et finalement, nous avons fait une étude économique pour observer les gains ramenés à l’entreprise après la réalisation du projet.

Table des matières Remerciements ............................................................................................................................ i Dédicaces ............................................................................................................................... ii Résumé ..................................................................................................................................... iii LISTE DES FIGURES .......................................................................................................... viii LISTE DES TABLEAUX ....................................................................................................... xi Liste des abréviations : ............................................................................................................. xii Computer integrated manufacturing................................................................................. xii Chapitre 1 : ................................................................................................................................. 3 PRESENTATION DU MARSA MAROC ................................................................................ 3 I-

Introduction : .................................................................................................................. 3

II-

Présentation de l’entreprise SRM :................................................................................. 3

III-

Historique du Marsa Maroc : ....................................................................................... 4

IV-

Fiche signalétique du Marsa Maroc : .......................................................................... 5

V- Gouvernance et organisation : ........................................................................................ 6 V-1. Gouvernance : ............................................................................................................ 6 V-2. Organisation : ............................................................................................................. 6 VI-

Missions de Marsa Maroc : ......................................................................................... 7

VII- Lieu du stage :.............................................................................................................. 8 VIII-

Conclusion : ............................................................................................................. 9

Chapitre 2 : ............................................................................................................................... 10 ETUDE DESCRIPTIVE DU PORTIQUE ET DU SPREADER............................................. 10 I-

Introduction : ................................................................................................................ 10

II-

Description du Portique :.............................................................................................. 10 II-1. Présentation : ........................................................................................................... 10 

Les différentes opérations effectuées par le portique sont : ......................... 11

II-2. Description des différents mécanismes du portique :.............................................. 11 

Mouvement de translation du portique : ....................................................... 12



Mouvement de levage : .................................................................................... 15



Mouvement de relevage de l’avant bec : ........................................................ 17



Mouvement de translation du chariot : .......................................................... 18



Système Trim /List/Skew (gite/assiette/rotation) : ........................................ 19

II-3. Profibus : ................................................................................................................ 19 

Caractéristiques techniques : .......................................................................... 20



Avantage : ......................................................................................................... 20

II-4. Fonctionnement du portique : .................................................................................. 20 III-

Description du Spreader : .......................................................................................... 21

III-1. Définition : ............................................................................................................ 21 III-2. Composantes du Spreader : .................................................................................... 24 

Système hydraulique : ...................................................................................... 24



Système télescopique : ...................................................................................... 26



Système de verrou (Twist-Locks) : ................................................................. 27



Bras Flipper : .................................................................................................... 28



Système électrique : .......................................................................................... 29



Système Twin : .................................................................................................. 31



Système de commande du Spreader SCS3 (Spreader Control System) : ... 34



CANbus : ........................................................................................................... 35



Accès au support : ............................................................................................ 35



CANopen : ......................................................................................................... 35



Designation: ...................................................................................................... 36



CAN booster : ................................................................................................... 37

III-3. Fonctionnement du Spreader : ............................................................................... 37 IV-

Conclusion : ............................................................................................................... 37

Chapitre 3 : ............................................................................................................................... 38 ANALYSE ET CONCEPTION ............................................................................................... 38 I-

Introduction : ................................................................................................................ 38

II-

Problématique : ............................................................................................................ 38

III-

Cahier des charges : ................................................................................................... 41

IV-

Analyse fonctionnelle : .............................................................................................. 42

IV-1. La démarche de l’analyse Fonctionnelle ................................................................ 43 

Les étapes de l’Analyse Fonctionnelle : .......................................................... 43



Le diagramme bête à cornes : ......................................................................... 44



Le diagramme pieuvre : ................................................................................... 45



Le diagramme F.A.S.T : .................................................................................. 47



Le diagramme SADT : ..................................................................................... 48

V- Les solutions proposées :.............................................................................................. 50 V-1. Solution technique N°1 : ......................................................................................... 50 V-2. Solution technique N°2 : ......................................................................................... 52 

Généralités sur PROFINET : .......................................................................... 52



Schématisation du réseau PROFINET : ........................................................ 52

VI-

Conclusion : ............................................................................................................... 54

Chapitre 4 : ............................................................................................................................... 55 ETUDE TECHNIQUE ............................................................................................................. 55 I-

Introduction : ................................................................................................................ 55

II-

Généralité sur L’API et les logiciels utilisés : .............................................................. 55 II-1. API : [6] ................................................................................................................... 55 

Unité de traitement C.P.U : ................................................................................ 56



Module d’alimentation « PS » : .......................................................................... 56



Les modules d’entrées : ...................................................................................... 57



Les modules de sorties : ..................................................................................... 57



Carte mémoire : .................................................................................................. 57

II-2. Step 7 : [8] ............................................................................................................... 59 

Configuration du matériel : ............................................................................. 60



Les types des blocs : ......................................................................................... 61



Les modes de programmation :....................................................................... 62



Simulation sur Step7 : ...................................................................................... 64

II-3. CODESYS : [8] ....................................................................................................... 67 II-4. Wincc flexible 2008 : [9] ........................................................................................ 68 III-

Réalisation du projet : ................................................................................................ 70

III-1. Conditions de gestion du Spreader : ....................................................................... 70 III-2. Liste des signaux et des commandes : .................................................................... 73 III-3. Programme STEP 7 : .............................................................................................. 74 

Configuration Matériel : .................................................................................. 74



Structure des blocs : ......................................................................................... 75



Types de données :............................................................................................ 76



Prérequis du Code :.......................................................................................... 77



Table des Mnémoniques : ................................................................................ 79



Réseaux de STEP 7 : ........................................................................................ 80

III-4. Supervision : ........................................................................................................... 92 III-5. Câblage de l’automate :........................................................................................... 98 IV-

Conclusion : ............................................................................................................... 98

Chapitre 5 : ............................................................................................................................... 99 ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET ................................................................................... 99 I-

Introduction : ................................................................................................................ 99

II-

Coût de la réalisation : .................................................................................................. 99

II-2. Le coût de la généralisation de la solution sur le parc d’engins de levage : ......... 100 II-3. Le coût total de l’application de la solution : ........................................................ 101 III-

Evaluation des gains : ............................................................................................ 101

III-1. Le gain en coût de maintenance : ......................................................................... 101 III-2. Le gain en rendement : ......................................................................................... 102 III-3. Le gain Total : ...................................................................................................... 104 IV-

Conclusion : ............................................................................................................. 104

Conclusion générale ............................................................................................................. 105 Références bibliographiques ............................................................................................... 106 ANNEXES ............................................................................................................................. 107 

Annexe 1 : Tableau d’entrées et sorties du SPREADER ............................ 107



Annexe 2 : Fiches Techniques du SPREADER ........................................... 109



Annexe 3 : Schéma électrique du Banc d’essai en X-Relais ............................ 110

LISTE DES FIGURES Figure 1 : photo de l’entreprise SRM (Groupe Premium) ......................................................... 4 Figure 2 : Fiche signalétique de Marsa Maroc ........................................................................... 5 Figure 3 : Organigramme des Directions de l’Exploitation aux Ports ....................................... 6 Figure 4 : La présence géographique du Marsa Maroc dans les ports de commerce du royaume .................................................................................................................................................... 7 Figure 5 : Schéma descriptif du portique ................................................................................. 12 Figure 6 : Pattes du portique .................................................................................................... 13 Figure 7 : Broches d'amarrages ................................................................................................ 14 Figure 8 : Tampon anti collision ............................................................................................. 14 Figure 9 : Spreader YSX 40-45 pieds ...................................................................................... 15 Figure 10 : Salle des machines de levage ................................................................................. 15 Figure 11 : Capteur de survitesse ............................................................................................. 16 Figure 12 : Cellule de charge ................................................................................................... 17 Figure 13 : L’avant Bec ............................................................................................................ 17 Figure 14 : Chariot du Salle de Grutier .................................................................................... 18 Figure 15 : Câble PROFIBUS-DP ........................................................................................... 19 Figure 16 : schéma descriptif du fonctionnement de l’automate du portique .......................... 21 Figure 17 : Spreader STS 45 soulevé par les câbles en acier ................................................... 23 Figure 18 : Spreader STS 45 soulevé par les câbles en acier ................................................... 24 Figure 19 : Schéma synoptique du système hydraulique ......................................................... 24 Figure 20 : Schéma hydraulique réduite .................................................................................. 25 Figure 21 : Vanne de commande directionnelle ....................................................................... 25 Figure 22 : Système télescopique du Spreader ......................................................................... 26 Figure 23 : Chaine télescopique du Spreader ........................................................................... 27 Figure 24 : Détails du Twist-Locks .......................................................................................... 28 Figure 25 : Bras Flipper ........................................................................................................... 29 Figure 26 : Emplacement du système électrique ...................................................................... 30 Figure 27 : Voyants lumineux .................................................................................................. 30 Figure 28 : Spreader soulevant deux conteneurs ...................................................................... 31 Figure 29 : Composants du système de levage jumelé ............................................................. 32 Figure 30 : Les éléments de l’ensemble de tirants ................................................................... 32 Figure 31 : Les modes télescopiques du Spreader ................................................................... 33 Figure 32 : Ecran tactile du système de commande SCS3 ....................................................... 34 Figure 33 : Architecture CANopen générique ......................................................................... 36 Figure 34 : Nœud du CANopen au niveau spreader ................................................................ 36 Figure 35 : Schéma des fils du câble (La prise) ....................................................................... 39 Figure 36 : photo illustrant un exemple d'un banc d’essai. ...................................................... 42 Figure 37 : le diagramme bête à cornes du simulateur. ............................................................ 45 Figure 38 : l'interaction du Simulateur avec l'environnement .................................................. 45 Figure 39 : Le diagramme pieuvre du Simulateur .................................................................... 46 Figure 40 : Le diagramme FAST du Simulateur ...................................................................... 47 Figure 41 : Méthode SADT : Modélisation systématique........................................................ 49 Figure 42 : Méthode SADT : Analyse Descendante ................................................................ 50 Figure 43 : schéma synoptique de la solution N° 1. ................................................................. 51

Figure 44 : Schéma synoptique du réseau PROFINET ............................................................ 53 Figure 45 : Automate S7-300 ................................................................................................... 56 Figure 46 : Cycle de traitement de l’information par l’automate ............................................. 58 Figure 47 : configuration des matériels utilisés ....................................................................... 60 Figure 48 : Type des blocs de programmation sur Step7 ......................................................... 61 Figure 49 : Les modes de programmation sur Step7 ................................................................ 62 Figure 50 : Exemple d’un programme en langage CONT ....................................................... 63 Figure 51 : Exemple d’un programme en langage LOG .......................................................... 63 Figure 52 : Exemple d’un programme en langage LIST .......................................................... 64 Figure 53 : Les étapes pour simuler un programme en Step7 .................................................. 65 Figure 54 : Exemple d’une simulation du programme moteur à deux sens dans les trois modes de programmation .................................................................................................................... 66 Figure 55 : Les packs du WINCC ............................................................................................ 68 Figure 56 : Le pupitre opérateur op 177B ................................................................................ 70 Figure 57 : Configuration matérielle sur SIMATIC MANAGER ........................................... 74 Figure 58 : Les blocs utilisés dans le code STEP 7 .................................................................. 75 Figure 59 : les types de données de STEP 7 ............................................................................ 76 Figure 60 : Réseau 1 ................................................................................................................. 80 Figure 61 : Réseau 2 ................................................................................................................. 80 Figure 62 : Réseau 3 ................................................................................................................. 81 Figure 63 : Réseau 4 ................................................................................................................. 82 Figure 64 : Réseau 5 ................................................................................................................. 83 Figure 65 : Réseau 6 ................................................................................................................. 84 Figure 66 : Réseau 7 ................................................................................................................. 84 Figure 67 : Réseau 8 ................................................................................................................. 85 Figure 68 : Réseau 9 ................................................................................................................. 85 Figure 69 : Réseau 10 ............................................................................................................... 86 Figure 70 : Réseau 11 ............................................................................................................... 86 Figure 71 : Réseau 12 ............................................................................................................... 87 Figure 72 : Réseau 13 ............................................................................................................... 87 Figure 73 : Réseau 14 ............................................................................................................... 88 Figure 74 : Réseau 15 ............................................................................................................... 88 Figure 75 : Réseau 16 ............................................................................................................. 88 Figure 76 : Réseau 17 ............................................................................................................... 89 Figure 77 : Réseau 18 ............................................................................................................... 89 Figure78 : Réseau 19 ................................................................................................................ 89 Figure 79 : Réseau 20 ............................................................................................................... 90 Figure 80 : Réseau 21 ............................................................................................................... 90 Figure 81 : Réseau 22 ............................................................................................................... 91 Figure 82 : Réseau 23 ............................................................................................................... 91 Figure 83 : Réseau 24 ............................................................................................................... 92 Figure 84 : Les niveaux du système de Supervision ................................................................ 92 Figure 85 : Vue initiale............................................................................................................. 94 Figure 86 : Vue des présences .................................................................................................. 95 Figure 87 : Vue télescopage 20 ................................................................................................ 95 Figure 88 : Vue télescopage 40 ................................................................................................ 96 Figure 89 : Vue télescopage 45 ................................................................................................ 96

Figure 90 : Vue Twist Locker .................................................................................................. 97 Figure 91 : Vue Flipper ............................................................................................................ 97 Figure 92 : Le coût total de l’application de la solution ......................................................... 101 Figure 93 : Budget annuel de maintenance du câble du Spreader ......................................... 102 Figure 94 : Le gain total ........................................................................................................ 104 Figure 95 : Caractéristiques SPREADER .............................................................................. 109 Figure 96 : Dimensions du SPREADER ................................................................................ 109 Figure 97 : Capacité du SPREADER ..................................................................................... 109 Figure 98 : Mouvements dans le SPREADER ....................................................................... 109 Figure 99 : Caractéristique de fonctionnement ...................................................................... 109 Figure 100 : Réglage du système de pompage ....................................................................... 109 Figure 101 : schéma électrique démarrage du Spreader ........................................................ 110 Figure 102 : schémas électrique de commandes du Spreader ................................................ 110 Figure 103 : schémas électrique de signaux entrant et sortant du Spreader ........................... 111

LISTE DES TABLEAUX Tableau 1 : Les différents modèles du Spreader Bromma Groupe .......................................... 22 Tableau 2 : Bloc de données DB2 ........................................................................................... 77 Tableau 3 : Bloc de données DB2 ............................................................................................ 78 Tableau 4 : Table des Mnémoniques........................................................................................ 79 Tableau 5 : Table de variables .................................................................................................. 94 Tableau 6 : Le Coût de réalisation du simulateur................................................................... 100 Tableau 7 : Tableau des commandes du SPREADER ........................................................... 107 Tableau 8 : Tableau des retours du SPREADER ................................................................... 108

Liste des abréviations : Abréviation

Signification

ODEP ANP DH DEP VTS API T m Mbit RS 485IS PROFIBUS-DP IEC1158 PROFIBUS PA CPU AC DC SCS3 PLC EEPROM CAN OSI CAN_H

office d’exploitation des ports agence nationale des ports dirham marocain direction de l'exploitation au port vessel traffic service automate programmable industriel tonne mètre méga bit recommended standard 485 profibus decentralised peripheral (périphérie décentralisée) international electrotechnical commission 1158 profibus process automation central processing unit alternating current (courant alternatif) direct current (courant continu) système de commande du spreader programmable logic controller electrically erasable programmable read-only memory controller area network (réseau d'aire de contrôle) open systems interconnection can high

CAN_L AF AB AFB AFT EME FS FP

can low analyse fonctionnelle analyse du besoin analyse fonctionnelle du besoin analyse fonctionnelle technique eléments du milieu extérieur fonction de service fonctions principales

FC

fonctions contraintes

FAST

technique d’analyse fonctionnelle et systématique

SADT

tructured analysis and design technique

TCP

transmission control protocol

IP

internet protocol

IT

information technology

PS

power supply

OB

bloc organisation

IHM

interface homme-machine

TIA FB DB SFC

totally integrated automation un bloc fonctionnel blocs de données bloc de données spécifiques

VAT

variable access table

SFB

system function blocks

LOG Bool Int CIM LED

logigramme boolean integer Computer integrated manufacturing light emitting diode

Introduction générale

La plupart des échanges mondiaux des pays passent par le trafic maritime, et la commercialisation de l’ensemble des marchandises nécessite la mise en œuvre des techniques adoptées pour les protéger de façon aussi certaine que possible, c’est pour cela on a l’apparition de la conteneurisation. Toutefois, le transport intermodal nécessite le passage par des installations équipées de moyens de manutentions permettant le transfert du rail à la route, de la mer au rail ou à la voie fluviale et vice versa. Ces installations sont communément appelées en langage maritime « TERMINAL ». De nos jours, des améliorations et des modernisations sont visibles sur les structures et les modes de fonctionnement des ports, grâce au développement de nouvelles techniques et de nouveaux équipements de manutention, tel que ; les grues pour le traitement des conteneurs, les chariots élévateurs (Spreader) spécialisés dans le traitement des conteneurs sur courtes distances et les chariots Steacker. Ces techniques et technologies ont permis aux exploitants de terminaux de tirer parti des déférents équipements et de traiter d’une manière automatisée les données de leurs activités. Le contrôleur logique programmable considéré comme l’appareil principal de la boucle de contrôle du processus que nous aspirons à concrétiser sur le terrain. Sa tâche principale est de collecter des informations sur l'état du système, à partir de divers capteurs et à travers les interfaces de ses entrées, et de les traiter pour d’éventuelles décisions via ses sorties, conformément à la logique de fonctionnement mise en surbrillance par le programme élaboré et qui sera stocké dans sa mémoire. L’objectif de notre projet au sein de l’entreprise Marsa Maroc consiste à améliorer la communication entre le portique et l'outil de manutention SPREADER BROMMA et réaliser un Banc d'essai. Cela, dans le but d’accroître la productivité et la flexibilité d’un côté, et d’améliorer la qualité et les conditions de travail de l’autre côté. Pour mener à bien ce projet, nous avons élaboré un plan qui s’articule autour de cinq chapitres :

1

Dans le premier chapitre, nous présenterons, brièvement, Les sociétés SRM et Marsa Maroc, par la suite dans le deuxième chapitre, nous décrirons le système de manutention des conteneurs présent au sein de cette entreprise. Le troisième chapitre, sera consacré à représenter la problématique, rédiger un cahier des charges et proposer des solutions techniques on se basant sur une analyse fonctionnelle du besoin à propos du système de manutention présent à l’entreprise Marsa Maroc. C’est dans le quatrième chapitre que seront donnés les programmes d’automatisation et de supervision du système étudié. Le programme de conduite, sera élaboré avec le langage Ladder et sous le logiciel SIMATIC Manager. Par contre, la supervision du système sera réalisée sous le logiciel WinCC Flexible. Et dans le dernier chapitre nous allons faire une étude économique du projet.

2

Chapitre 1 : PRESENTATION DU MARSA MAROC I-

Introduction :

La société MARSA MAROC offre plusieurs services liés à la logistique au sein des quais et terminaux portuaires exploités. La qualité de service est considérée comme priorité de la société, en plus, le développement du capital humain et l'amélioration continue de son parc d'équipements. Elle ambitionne de devenir un opérateur portuaire de référence sur le plan régional. On trouve deux catégories de services offerts par la société selon qu'ils concernent le traitement de navires ou de marchandises. L'ensemble des engins et matériels utilisés pour la manutention des marchandises et l'assistance des navires transitant par les terminaux et quais, constituent l'outil de production du service, c'est pour cela la fiabilité et la capacité de engins influent directement sur la qualité du service rendu. Durant chapitre, nous allons représenter l’entreprise SRM, puis nous allons décrire d’une manière brève l’organisme d’accueil sous ses différentes facettes, à savoir son historique, ses différentes activités et services, et surtout ses missions. Sans oublier de parler du service ou s’est déroulé notre stage.

II-

Présentation de l’entreprise SRM :

La société de réalisation mécanique est société cotée à la Bourse des Valeurs de Casablanca, est spécialisée dans la distribution de biens d’équipements dans les domaines du BTP et de l'industrie. Sur chacune des deux divisions, la stratégie de SRM est d’offrir à ses clients des solutions full-line ou clés en main incorporant le conseil et les solutions avant-vente, les équipements ainsi que le support (service après-vente et pièces de rechange). SRM a développé un des services après-vente les plus performants de la place : des techniciens spécialisés par ligne de produits et formés régulièrement par nos fabricants, des voitures équipées pour les interventions sur site ou sur chantier ainsi que des contrats de service pour prendre en charge les réparations et ou la maintenance des équipements proposés à nos clients.

3

Améliorer la disponibilité des équipements de nos divers utilisateurs partout au Maroc est notre souci majeur. Le stock des pièces de rechange sur chacune des deux divisions est géré via ERP et nous disposons actuellement de 2050 m² de surface de stockage. Le taux de disponibilité des pièces dépasse les 75%. Pour celles à commander auprès du fournisseur, nous améliorons sans cesse nos délais. Avec plusieurs milliers de machines installées et maintenues au Maroc sur nos deux divisions, plus de 500 professionnels marocains, parmi les fleurons de l’économie nationale, nous font chaque jour confiance pour l’acquisition, la maintenance, la réparation et les pièces de rechange de leurs équipements. [1]

Figure 1 : photo de l’entreprise SRM (Groupe Premium)

III-

Historique du Marsa Maroc :

Le développement économique, commercial et industriel, ainsi que sa position géographique, ont poussé le Maroc à renforcer ses infrastructures et à s’adapter aux normes modernes du trafic afin de répondre aux besoins du pays et ses partenaires. A cet égard, le gouvernement a décidé depuis l’indépendance à la création d’un nombre d’organisations publiques à caractère commercial et industriel, parmi ces organisations on trouve l’Office D’Exploitation des Ports « ODEP », créé en 1984, qui est l’un des meilleurs exemples. La réorganisation du secteur portuaire a changé l’ODEP en 2006 et elle a créé l’ANP (Agence Nationale des Ports), cette agence prend en charge la planification, la réglementation et le dimensionnement de toute l’infrastructure portuaire et Marsa Maroc qui s’occupe de l’exploitation commerciale des ports. [2]

4

IV-

Fiche signalétique du Marsa Maroc :

Nom de l’entreprise

: Marsa Maroc

Raison sociale

: Société d’exploitation des ports

Date de création

: 1er Décembre 2006

Capital Social

: 733 956 000 DH

Président du Directoire

: Mohammed ABDELJALIL

Statut juridique

: Société Anonyme à directoire et conseil de surveillance

Siège social

: 175, Bd Zerktouni – 20100 Casablanca - Maroc

Secteur d’activité Effectif

: Exploitation de terminaux et quais portuaires dans le cadre de concessions : 2 138 collaborateurs

Trafic global

: 43 millions de tonnes

Chiffre d'Affaires

: 2 757 millions de DHS

Sites opérés

: 10 à savoir Nador, AL Hoceima, Tanger, Mohammedia, Casablanca, Jorf Lasfar, Safi, Agadir, Laâyoune, Dakhla

Figure 2 : Fiche signalétique de Marsa Maroc

5

V-

Gouvernance et organisation :

V-1. Gouvernance : Les organes de gestion de Marsa Maroc sont : o Le Conseil de surveillance : présidé par le ministre de l’équipement et du transport, il exerce le contrôle permanent de la gestion de la société par le directoire et approuve les grandes orientations stratégiques de la société. o Le directoire : présidé par Mr. Mohammed Abdeljalil, il constitue l’organe de gestion de la société et il est investi de larges pouvoirs pour prendre toute décision d’ordre commercial, technique, financier et social.

V-2. Organisation : Pour assurer une plus grande souplesse dans son mode de gouvernance, Marsa Maroc a mis en place une organisation fondée sur le principe de décentralisation avec des responsabilités claires et des moyens de gestion et d'autocontrôle. [2] o La Direction Générale : l'objectif de la direction générale est de définir la stratégie de la Société, en assure le suivi et la réalisation et consolide les résultats. Cette direction joue un rôle de support vis-à-vis des Directions de l'Exploitation aux Ports tout en laissant une large autonomie de gestion à ces dernières. o Les Directions de l'Exploitation aux Ports : définissent leurs objectifs, élaborent leurs budgets et gèrent leurs propres ressources. La structure varie pour chaque Direction d’Exploitation selon l'importance des installations gérées au niveau de chaque port.

Présidant du directoire DEP*

DEP*

Tanger DEP*

DEP*

Mohammedia

Casablanca

DEP* DEP*

Nador

DEP*

Jorf Lasfar

DEP*

Laâyoune

Safi Agadir DEP*

Dakhla

Figure 3 : Organigramme des Directions de l’Exploitation aux Ports 6

Figure 4 : La présence géographique du Marsa Maroc dans les ports de commerce du royaume

VI-

Missions de Marsa Maroc :

Dans le bût de développer et de dynamiser le secteur maritime, Marsa Maroc a pour mission : Le traitement des navires et des marchandises transitant par les ports Marocains dans les meilleures conditions de délai, de sécurité, et avec des coûts raisonnables. Depuis l’annonce de l’escale d’un navire, jusqu’à la livraison de la marchandise à son propriétaire, divers services ont été fournis par Marsa Maroc : 

La Gestion du domaine publique, Un service d’aide à la navigation (VTS au port de Casablanca et régions).



Le pilotage, le remorquage et l’avitaillement des navires.



La manutention et l’entreposage des marchandises. 7



Un système d’information permanent.

VII-

Lieu du stage :

En se basant sur ce stage, la direction des ressources humaines de la Direction d’Exploitation aux Ports de Casablanca nous a affectés au Département Trafic à Conteneurs, et plus précisément au sein du Service Engins de Levage dans la division Technique. L’organigramme suivant décrit d'une manière globale la structure du département ainsi que la division concernée.

Division administrative

Département Trafic à conteneurs

Division Planification et information de gestion

Service engins de levage

Service engins de Parc

Service Parc Division Technique Corps chef d’escale Terminal EST Service Parc

Terminal TARIK

Corps chef d’escale

Lieu du stage

8

VIII- Conclusion : Dans ce chapitre nous avons présenté l’histoire du MARSA Maroc et les déférents Sites opérés par l’entreprise dans les ports de commerce du royaume. Puis nous avons décrit le rôle important joué par cette entreprise dans les ports qui est représenté dans Le traitement des navires dans les meilleures conditions de délai et de sécurité. Au sein des équipes de maintenance de ce service, nous avons pu cerner clairement les limites du cadre de travail demandé tout en nous intégrant à l’ensemble des salariés. Les objectifs de la société sont liés à l’application de nos compétences et connaissances, ciblées sur un projet bien réel. Il s’agit de procéder à la rénovation de la partie communication du portique avec le Spreader et de réaliser un simulateur intelligent de ce dernier qui doit être opérationnel avant la fin de notre stage.

9

Chapitre 2 : ETUDE DESCRIPTIVE DU PORTIQUE ET DU SPREADER I-

Introduction :

Toutes les entreprises qui ont un stock, elles auront nécessairement besoin de faire de la manutention. Et comme Marsa Maroc est l’une de ces entreprises, elle a équipée par plusieurs engins pour faciliter la tâche. En effet, l’utilisation d’un matériel adapté à la manutention permettra d’optimiser les efforts et le temps. Parmi ces engins motorisés on trouve le système spreader à commander qui est connecté au portique, alors il est important de décrire en détails ces engins. Dans ce chapitre, nous allons définir l’engin de levage à conteneurs, le portique REGGIANE, et décrire ses mouvements et son API. Par la suite, nous allons détailler les différents composants et le fonctionnement de l’appareil de manutention Spreader « BROMMA ».

II-

Description du Portique :

La division des engins de levages dispose de huit portiques à conteneurs ; quatre de marque REGIANNE et quatre de marque LIEBHERR. Ils sont placés au bord du quai et Représentent les dispositifs les plus importants de chargement et de déchargement des Conteneurs. Dans cette partie, nous allons s’intéresser aux portiques, ses composants et ses mouvements, et plus précisément au Spreader qu’est l’engin de levage.

II-1. Présentation : Le portique REGGIANNE est de fabrication Italienne de la société REGGIANE FANTTUZI, livré au port de Casablanca en 2003. Le portique est un engin qui se déplace sur des rails. Celui -ci sert à la manutention pour l’embarquement et le débarquement des conteneurs. Il est de type Mécanisme de levage embarquement sur le chariot de direction.

10

Elle a été projetée pour service portuaire pour : 

la manutention de conteneurs 20', 30’, 40' et 45’.



La manutention des colis lourds d’un poids de l’ordre de 40 tonnes jusqu’à la portée maximale du portique côté eau.

Ce portique est de type PANAMAX (cette classification est faite en référence au canal du PANAMA), atteignant 14 rangés de conteneurs avec 40 mètres de portée côté mer et 15 mètres de portée côté terre. Il a une capacité de levage de 40 T sous Spreader et 50 T sous crochet.  Les différentes opérations effectuées par le portique sont :

Le portique est utilisé pour réaliser plusieurs opérations parmi ces opérations, on trouve : 

Déchargement des navires avec mise sur terre-plein ou chargement direct sur wagons ferroviaires, ou sur camions-remorques.



Reprise de terre-plein pour le chargement sur wagons ferroviaires, ou camionsremorques.



Reprise de terre-plein pour le chargement des navires à l’exploitation.

Le portique doit pouvoir manœuvrer en translation à pleine charge à la portée maximale et doit pouvoir travailler à pleine charge côté terre lorsque l’avant -bec est relevée. II-2. Description des différents mécanismes du portique : Aujourd'hui la manutention des charges lourdes n’est plus une préoccupation pour les professionnels grâce au portique de levage. Pour cet améliorer les conditions de travail sur les chantiers ou dans les ateliers tout en optimisant le déplacement des charges lourdes, les entreprises utilisent cet équipement de levage. La manutention de la charge par portique est réalisée essentiellement avec trois mouvements :  Les mouvements de levage.  La translation du portique.  La translation du chariot. Par la suite nous allons représenter chaque mouvement en détails.

11

Avant bec

Poste relevage

Salle haute

Mouvement de relevage Chariot

Mer

Mouvement de direction

Terre

Cabine du grutier Escalier

Spreader

Montée Conteneur

Mouvement de levage Navire à conteneurs

Droite

Descent e

Ascenseur

Mouvement de translation

Câble d’alimentation électrique

Quai

Gauche Galet de translation

Figure 5 : Schéma descriptif du portique

 Mouvement de translation du portique :

Le mouvement de translation permet au portique de se déplacer sur les rails le long du quai. Pour cela, le portique est appuyé sur 4 pattes constituant la partie inférieure de son ossature. L’entrainement est assuré à l'aide de 16 moteurs alternatifs triphasés. Pour freiner l’ensemble il 12

existe un électrofrein à disque monté sur l’arbre du moteur. Quant à la variation de vitesse, elle est réalisée grâce au variateur de fréquence de type SIMOVERT de SIEMENS. En plus de l’entrainement, l’immobilisation du portique est un souci incontournable, il faut assurer l’immobilisation que ce soit en dehors de son usage ou bien pendant les tempêtes et les vents forts. Pour cela, le portique est équipé de plusieurs dispositifs qui assurent l’immobilité de l’engin. Par exemple : les 4 broches d’amarrages, et les tampons anticollision.

Balancier secondaire Balancier principal

Moteur triphasé Galet de bogie Réducteur

Figure 6 : Pattes du portique Broches d’amarrages :

Ces broches sont utilisés en cas d’ouragans, ces 4 broches sont montées sur la structure du portique, et doivent être attelées à d’autres broches situées sur des logements précis du quai via des axes, afin d’assurer l’immobilisation du portique.

13

Figure 7 : Broches d'amarrages Tampon anticollision :

Pour la sécurité, le portique comprend quatre tampons anticollision sur ses extrémités. En cas de collision entre deux portiques adjacents à cause d’un vent fort, ces tampons ralentissent le mouvement (absorbe le choc) puis arrêtent la translation des portiques.

Figure 8 : Tampon anti collision

14

 Mouvement de levage : Le levage est l’exécution du mouvement de montée ou de descente du Spreader. Le treuil de levage placé dans la salle de machines est composé d’un groupe de deux moteurs électriques à courant continu, accouplés sur un réducteur à axes parallèles. La sortie du réducteur entraine deux tambours à câbles à deux étages mono couche. De chaque tambour partent les extrémités des deux câbles acier vers les poulies du Spreader.

Figure 9 : Spreader YSX 40-45 pieds Ventilateur Réducteur

Tambour Frein de service Moteur électrique

Moteur de secours

Figure 10 : Salle des machines de levage

15

Les deux moteurs de levage sont commandés par deux variateurs de vitesse à courant continu de type SIMOREG de SIEMENS. Un des deux moteurs joue le rôle du maitre et l’autre d’esclave, le fonctionnement est comme suit : le variateur de vitesse maitre envoie sa consigne de vitesse au variateur de vitesse esclave et entraine son moteur. La vitesse de ce dernier est contrôlée grâce à un capteur tachymétrique qui renvoie son image au variateur de vitesse maitre. Et en cas de décalage entre les deux vitesses, des corrections sont ordonnées. Le levage du Spreader est le mouvement le plus risqué du portique, du fait qu’il s’agisse de la manutention de conteneurs et de lots de poids important. Pour garantir une sécurité de ce système, plusieurs dispositifs sont mis en place, on cite par exemple : Capteur de survitesse : C’est un capteur installé sur un tambour de levage qui permet d’arrêter la descente du Spreader en cas de survitesse.

Figure 11 : Capteur de survitesse 4 cellules de charges :   Pour mesurer pour mesurer les pressions statiques et dynamiques, on utilise généralement des dispositifs piézoélectriques ou des jauges de déformation qui utilisent les principes de fonctionnement fondamentaux de force, accélération et instrumentation de couple. Ces cellules sont des capteurs mécaniques installés au niveau des zones de contacts, entre les tiges des vérins de la gite/assiette/rotation, et les supports de poulies des câbles de levage. Ils indiquent la charge soulevée par chaque câble et interdissent le levage en cas de dépassement d’un seuil préprogrammé.

16

Support de poulie de câble de levage Tige du vérin de la gite/assiette

Cellule de charge

Figure 12 : Cellule de charge  Mouvement de relevage de l’avant bec : L’avant bec est relevable pour ne pas perturber l’accostage des navires. Le gabarit libre d’accostage doit être suffisamment dégagé. Le relevage est commandé à partir de la cabine de manœuvre prévu à cet effet. La conception du système permet de relever l’avant-bec avec un seul câble en cas de défaillance de l’autre. La commande du mécanisme de relevage est effectuée séparément du reste des fonctions du portique, à partir d’un panneau de commande. L’ensemble du mécanisme de relevage de l’avant-bec est constitué principalement : o D’un Moteur à Courant Continu à excitation séparée doté d’un variateur de vitesse et lié à un réducteur à travers un accouplement. o D’un tambour de relevage de l’avant-bec : c’est un tambour en acier, à double compartiment, avec rainurage multicouche. o D’un frein pour fonctionnement normal et d’un frein de secours.

Figure 13 : L’avant Bec 17

 Mouvement de translation du chariot : Lorsque l’avant-bec est en position bas, le chariot peut se déplacer sur des voies de course constituées d’un profil de section carré soudé au sommet de la poutre principale et l’avant -bec (la course totale du chariot est de 68m). Le chariot est tenus sur les voies de course par des galets de guidage, placés d’un côté, qui empêchent le déraillement et réagissent aux poussées horizontales. L’ensemble du mécanisme de translation du chariot porte-spreader est constitué : o De quatre moteurs à courant continu dotés d’un système à thyristors permettant le contrôle de la vitesse de translation du chariot porte-spreader. o Des galets de translation du chariot. Sur l’axe de chaque galet est emboîté un réducteur, à axes orthogonaux placés en position horizontale, qui est fixé au châssis. o De quatre freins qui sont placés sur l’extrémité de l’arbre moteur. o Des butoirs (tampons amortisseurs) qui sont prévus pour amortir le choc qui est provoqué par une défaillance des fins de course et du système de freinage. o Des roues et des coussinets roues. o Des rouleaux de guidage et de leurs coussinets. o Des raccordements qui sont utilisés sur les moteurs des systèmes de transmission du chariot. Ces axes sont utilisés pour compenser n’importe quel mouvement angulaire qui peut apparaître lors de la translation du chariot.

Figure 14 : Chariot du Salle de Grutier

18

 Système Trim /List/Skew (gite/assiette/rotation) : Ce système permet l'inclinaison du Spreader sur le plan longitudinal et transversal, et l’orientation en vue de permettre la prise et le dépôt des conteneurs des navires ou des semiremorques, éventuellement placés en pente ou hors axe. N.B : Pour avoir le mouvement de la rotation, on agit sur les poulies disposées en diagonal. Le système de la gite/assiette/rotation est géré par un module spécifique sur le programme du système de contrôle commande qui gère tous ces paramètres : course des tiges des vérins, vitesse de sortie/entrée des tiges des vérins, pression d’huile de commande des vérins,…etc.

II-3. Profibus : Profibus est aujourd'hui le réseau de terrain industriel le plus diffusé dans le monde avec un parc de plus de 11 millions de nœuds installés. Son succès est dû à ses performances (12 Mbit/s), son ouverture (plus de 2500 produits de plus de 300 offreurs), son fonctionnement en zone à risque d'explosion Ex (avec RS 485IS pour PROFIBUS-DP et IEC1158 pour PROFIBUS PA), ses profils métiers notamment PROFIsafe pour répondre aux applications de sécurité et PROFIdrive pour répondre aux applications de Motion Control. Profibus voit aussi son succès à son intégration parfaite dans « Totally Integrated Automation » de Siemens de matière d’atelier logiciel et de diagnostic.

Figure 15 : Câble PROFIBUS-DP 19

 Caractéristiques techniques : o Standardisé par l'association PROFIBUS International o Normalisé IEC 61158 et IEC 61784 o Support RS 485 jusqu'à 10 km o Support Fibre Optique jusqu' 90km o Vitesse réglable de 9600 bauds à 12 Mbit/s o Télé alimentation de l’instrumentation (avec PROFIBUS PAS).  Avantage : o Communication entre API dans des architectures réparties (intelligence répartie) o Communication entre appareils de terrain comme les variateurs. o Communication temps réel. o Communication isochrone pour les applications Motion Control. o Communication de sécurité machine ou process pour protéger l'Homme, les machines et l’environnement avec PROFIsafe.

II-4. Fonctionnement du portique : L’automate contrôle l’état du portique à travers les capteurs qui transmettent les informations via des modules d’entrées délocalisées. Une fois ces informations traitées dans l’unité centrale de l’automate grâce à un programme fait en Step7, il donne ses ordres aux différents actionneurs via le biais de ses modules de sorties délocalisées. L’automate communique avec ses esclaves (les modules délocalisés ou les variateurs de vitesse des moteurs des différents mécanismes) via le protocole de communication PROFIBUS.

20

Station pouvant contenir jusqu’à 31 modules entrée /sortie analogiques ou digitaux

Câble profibus reliant tous les esclaves

CPU famille 300 Siemens

Modules d’entrée/sortie

Variateur de vitesse DC ou AC

Figure 16 : schéma descriptif du fonctionnement de l’automate du portique

III-

Description du Spreader :

III-1. Définition : Le « Spreader » est un appareil de manutention des conteneurs. Il est soulevé par des câbles en acier enroulés sur les tambours de levage, ces tambours sont situés au niveau du chariot du portique. Le Spreader Bromma Groupe est disponible en plusieurs modèles différents, chaque modèle peut être équipé d’un nombre d’accessoires variable. [3]

21

Modèle

Nom

Spreader à portique sur rail. Description :  Bras de guidage fixes.

YSX40

Spreader à portique sur rail. Description :  Bras de guidage fixes.  Levage jumelé.

YTR40

Spreader à portique sur rail. Description :  Bras de guidage fixes.  Levage jumelé.  Séparation interne.

YTS45

Spreader pour transborder navire – quai. Description :  Bras flippé.

SSX40

Spreader pour transborder navire – quai. Description :  Bras flippé.  Levage jumelé.

STR40

Spreader pour transborder navire – quai. Description :  Bras flippé.  Levage jumelé.  Séparation interne.

STS45

YSX45

YTR45

SSX45

STR45

Tableau 1 : Les différents modèles du Spreader Bromma Groupe

22

Nous avons vu les différents types du Spreader Bromma, mais pour ce projet, nous allons s’intéresser au Spreader BROMMA STS 45 qui est le plus développé à Marsa Maroc.

Figure 17 : Spreader STS 45 soulevé par les câbles en acier

Le Spreader BROMMA STS 45 comprend : 

Un châssis principal central sur lequel l’armoire électrique et la centrale hydraulique sont montées.



Deux paires de poutres télescopiques, pour régler sa longueur, dont les extrémités sont connectées par les caissons d’extrémité.



Un système de verrou situé dans les coins des caissons d’extrémité.



Un système Twin-lift, pour lever deux conteneurs en même temps, avec des dispositifs de séparation internes pour les séparer.

Par la suite nous allons voir en détails ces déférents composants du Spreader. [4]

23

Figure 18 : Spreader STS 45 soulevé par les câbles en acier III-2. Composantes du Spreader : Le Spreader se compose de plusieurs systèmes pour assurer son bon fonctionnement.  Système hydraulique : Le système hydraulique du Spreader permet d'alimenter les différents éléments hydraulique en huile à un débit précis, cette centrale hydraulique est un assemblage de composants

fonctionnant de manière unitaire et souvent en interaction, afin d'utiliser l’huile sous pression pour effectuer un travail mécanique. Son principal élément est la centrale hydraulique qui comprend un réservoir d’huile, un bloc pompe/moteur, et des filtres, et est montée sur des amortisseurs de choc en caoutchouc sur le châssis principal du Spreader. Le système hydraulique commande l’ensemble des mouvements du Spreader, et la figure suivante illustre la commande de l’un des vérins.

Figure 19 : Schéma synoptique du système hydraulique 24

Le fonctionnement est le suivant : Le moteur électrique actionne la pompe qui aspire l’huile du réservoir, et la pousse vers le circuit avec une certaine pression et un certain débit. Ensuite, l’huile passe par un filtre pour filtrer les impuretés et par le clapet qui sert à protéger le circuit contre les surpressions. Enfin, pour la distribution, un distributeur (à 4 voies, 3 positions, avec commande électrique, retour par ressort et commande manuelle de secours) est utilisé, et c’est lui qui commande le mouvement du vérin en déterminant le sens de circulation de l’huile.

Vérin Distributeur Filtres Clapet Pompe

Réservoir d’huile

Moteur électrique

Figure 20 : Schéma hydraulique réduite

On trouve parfois dans des spreaders un adaptateur d’essai intégré au système qui permet de mesurer la pression, le débit et la température pendent le fonctionnement. Il y a aussi des vannes de commande directionnelle actionnées par système électrique qui sont utilisées pour commander le système d’entraînement télescopique, les verrous et les bras flipper.

Figure 21 : Vanne de commande directionnelle 25

 Système télescopique : Les tailles des conteneurs à soulever sont différentes 20, 30, 40 et 45 pieds, (Un pied fait 0,3048 mètre), c'est la raison pour laquelle le Spreader est censé changer de longueur pour les soulever. Ce changement se fait grâce au système télescopique commandé par le système hydraulique. Les poutres télescopiques se déplacent sur des tôles inclinées à palier avec un faible coefficient de friction, une à chaque angle inférieur de châssis principal, en haut et en bas à l’extrémité de chaque poutre télescopique (8 au total). Le jeu entre les tôles inclinées et la structure est suffisant pour permettre un fléchissement de poutres, ce qui permet la manipulation par le spreader de conteneurs légèrement déformés.

Figure 22 : Système télescopique du Spreader Le système télescopique est entrainé par un moteur hydraulique et une boite d’embrayage connectée à une chaine sans fin. La vanne contrepoids verrouille le moteur quand la vanne de commande directionnelle n’est pas sous tension. Cela permet de maintenir le spreader en position pendant le fonctionnement. La chaine télescopique est équipée de piles de rondelles élastiques qui fonctionnent comme des amortisseurs de chocs là où la chaine est accrochée aux barres de traction. Les ressorts permettent d’effectuer des modifications de langueur de spreader allant jusqu’à ± 15mm. 26

La langueur de spreader est contrôlée par un codeur à impulsions ou un système de positionnement avec de commutateurs de proximité. Ces deux systèmes permettent de placer les verrous du spreader dans un intervalle de ±5mm par rapport à l’emplacement normal.

Figure 23 : Chaine télescopique du Spreader  Système de verrou (Twist-Locks) : Afin de saisir le conteneur lors de sa manutention, le Spreader comprend 8 verrous « TwistLocks », 4 situés dans les coins et 4 au niveau des Twins. Les verrous permettent donc de fixer le Spreader sur le conteneur.

Figure 25 : Emplacement des Twist-Locks

La figure ci-dessous permet d’appréhender le fonctionnement d’un verrou. 27

Fin de course verrouillage

Fin de course déverrouillage Vérin hydraulique

Clé de blocage

Flexibles Butée de blocage

Fin de course présence conteneur Guide twist Verrou

Goupille de pose

Figure 24 : Détails du Twist-Locks Le vérin hydraulique fait tourner le verrou. Les deux fins de course permettent d’indiquer l’état du verrou (verrouillé ou déverrouillé.) Pour la sécurité, un axe de présence (Goupille de pose) est prévu pour s’assurer que le Spreader est bien posé sur le conteneur avant de faire tourner le verrou. En effet, lorsque le Spreader est correctement posé, l’axe de présence est déplacé vers le haut activant ainsi le fin de course « présence conteneur ». En même temps la clé de blocage est déplacée suffisamment vers le haut pour que la butée de blocage passe en dessous permettant la rotation du verrou. Si le Spreader n’est pas bien posé, le commutateur de proximité ne sera pas activé et la clé de blocage entravera le passage de la buté de blocage. Cela empêchera la rotation de verrous.

 Bras Flipper : Le Spreader est équipé de 4 bras Flipper actionnés par le système hydraulique, ces bras sont situés dans chaque coin du Spreader. Leur rôle est de faciliter le positionnement et le guidage de ce dernier sur le conteneur. Les bras Flipper sont contrôlés par des électrovannes qui peuvent être actionnées manuellement en cas d’urgence.

28

Figure 25 : Bras Flipper Ils peuvent être actionnés tous ensemble vers le haut ou le bas, comme ils peuvent aussi être actionnés par paires telles que « côté terre/côté eau » ou « côté gauche/côté droit ». C’est pour cela il a y des nombreuses possibilités dans différentes situations de levage. Pour la protection contre la surpression, le bras Flipper est doté d’un clapet qui s’ouvre à une pression supérieure à la pression normale de travail.  Système électrique : L’armoire électrique principale est montée sur des amortisseurs de chocs en caoutchouc à haute performance et bien protégée du fait qu’elle est montée sur le châssis principal, ou au sein de celui-ci. La position réelle dépend de la conception de palonnier. Des boites de raccordement sont également placées sur les caissons d’extrémité. Les vannes directionnelles pour le système télescopique, les verrous et les flippers sont commandées électriquement. En cas de défaillance du système, des voyants lumineux installés sur le châssis principal ou dans le panneau de contrôle de la cabine de la grue peuvent indiquer la panne.

29

Figure 26 : Emplacement du système électrique Il y a aussi des voyants lumineux qui vont indiquer les positions posé/ verrouillé /déverrouillé pour utiliser le Spreader en toute sécurité. 

Incolore : Spreader posé sur le conteneur.



Vert : verrous ouverts.



Rouge : verrous fermés.

Les voyants lumineux de gauche indiquent les fonctions pour les deux verrous de gauche et les voyants du côté droit indiquent celles des deux verrous de droite. En cas de levage jumelé les voyants lumineux de gauche sont valides pour le conteneur gauche et les voyants du côté droit valides pour le conteneur de droite.

Figure 27 : Voyants lumineux

30

 Système Twin : Le système Twin permet de déplacer en même temps deux conteneurs de 20 pieds avec un écartement de 0 à 5 pieds. Le mouvement peut être effectué à n’importe quel instant du cycle du portique et il est contrôlé mécaniquement afin d’assurer sa symétrie.

Figure 28 : Spreader soulevant deux conteneurs

En effet, La section centrale a été équipée de quatre logements de verrous (Twist-Locks) flottants, rétractables afin de pouvoir déplacer en même temps et d’une manière synchronisée deux conteneurs dans les deux sens. Donc il est possible de déplacer les conteneurs de la façon suivante : 

Tous les deux vers l’intérieur (l’un vers l’autre).



Tous les deux vers l’extérieur (l’un vers l’autre dans la direction opposée).

Le système de levage jumelé est composé de plusieurs pièces, ces pièces sont représentées dans La figure ci-dessous.

31

Figure 29 : Composants du système de levage jumelé

Unités de levage jumelé : Le Spreader est composé de quatre unités de levage jumelé. Ces unités sont fixés sur la partie inférieure de l »assemblage, ces unités glissent sur les rails soudés sur le cadre principal de palonnier. L’ensemble de tirants : L’ensemble de tirants est composé de deux tirants, deux vérins principaux et trois soles de soutien. La partie courte du tirant est connectée au vérin, les soules de soutien supportent la charge de tout l’ensemble. La partie centrale des tirants est connectée aux unités de levage jumelé, alors lorsque les vérins se déplacent vers l’intérieur ou vers l’extérieur, le mouvement est transmis aux unités de levage jumelé.

Figure 30 : Les éléments de l’ensemble de tirants 32

Système d’entrainement télescopique : Le Système d’entrainement télescopique se compose des pièces suivantes : •

Deux barres de traction

•

Deux attaches

•

Deux vérins d’attache

Le STS45 est équipé de deux systèmes télescopiques. Il dispose d’un mode télescopique jumelé et un autre simple. Les mouvements en mode jumelé sont pris en charge par les vérins principaux et les tirants. Par contre en mode télescopique simple l’attache est déconnectée du tirant par conséquent le mouvement est effectué par le système télescopique à chaine conventionnelle.

Figure 31 : Les modes télescopiques du Spreader

N.B : Il y a aussi un capteur qui indique la position de Twin, le signal Twin-up indique la position de repos dès qu’il est possible d’effectuer un levage en mode simple et si le signal Twin-down est nécessaire, ce sera l’inverse du signal Twin-up.

33

 Système de commande du Spreader SCS3 (Spreader Control System) : Le système de commande SCS3 du spreader est un ordinateur doté d’un écran tactile et monté sur le Spreader. C’est un système PLC avancé et un outil de contrôle et de diagnostic qui fournit des informations aux techniciens de service.

Figure 32 : Ecran tactile du système de commande SCS3 Le SCS3 est un microcontrôleur qui se compose de : 

Une alimentation de 24V.



Une mémoire EEPROM. L’EEPROM est un type de mémoire morte qui est utilisée pour enregistrer des informations importantes qui ne doivent pas être perdues lorsque le SCS3 n'est plus alimenté en électricité. Elle peut être effacée par un simple courant et elle reprogrammée plusieurs fois.



Un processeur.



Des ports pour les protocoles CAN bus et CAN open.



Des ports d’entrées/ sorties.



Un écran tactile.

34

 CANbus : Le CANbus (Controller Area Network) est un bus système série développé à l'origine pour les systèmes embarqués des véhicules automobiles. Il est maintenant utilisé dans de nombreux domaines comme : le transport, les équipements mobiles, les équipements médicaux, le bâtiment et le contrôle industriel. Il a été normalisé avec la norme ISO 11898. Il met en application une approche connue sous le nom de multiplexage, et qui consiste à raccorder à un même câble (un bus) un grand nombre d’équipements qui communiqueront donc à tour de rôle. Cette technique élimine le besoin de câbler des lignes dédiées pour chaque information à faire transiter (connexion point-à-point).  Accès au support : Le protocole CAN autorise chaque nœud (équipement connecté) à démarrer la transmission d'une trame quand le bus est au repos. Si deux ou plusieurs nœuds démarrent la transmission de trames au même instant, le conflit d'accès au bus est résolu par un arbitrage utilisant l'identificateur inclus dans la trame. L'émetteur qui a l'identificateur de plus haute priorité obtient l'accès au bus ; les trames des autres émetteurs sont automatiquement retransmises ultérieurement. Cet arbitrage utilise un état récessif et un état dominant sur le bus et est exécuté à la transmission de chaque bit. Vu que le câblage des nœuds sur le bus est de type « ET logique », alors l’état logique « 0 » (état dominant) écrase l’état logique « 1 » (état récessif).

 CANopen : CANopen est une couche applicative (couche 7 du modèle OSI) pour les bus de terrain (terme employé dans l’industrie pour qualifier des systèmes d’interconnexion d’appareils de mesure, de capteurs, d’actionneurs) du type CAN fonctionnant en temps réel. Il est utilisé dans de nombreux domaines : automobile et médical. Le réseau CANopen utilise un câble à paire torsadée pour transmettre les signaux différentiels. Ce câble est doté à ses deux terminaisons physiques de résistances 120 Ω (LT dans le schéma ci-dessous). Un signal bas séparé est utilisé comme référence commune pour les nœuds CANopen.

35

Figure 33 : Architecture CANopen générique Chaque composant CANopen permet une interconnexion des signaux suivants :

 CAN_H : Conducteur de bus CAN_H (CAN High).  CAN_L : Conducteur de bus CAN_L (CAN Low).  CAN_GND : Terre du bus CAN.  Designation: Le Spreader dispose de 8 nœuds CANopen pour permettre l’échange des informations entre le SCS3 et les différents actionneurs et capteurs. Chaque nœud contient 8 ports : 8 entrées et 8 sorties, qui sont utilisés selon le besoin. Chaque port contiens deux entrée ou sortie.

Figure 34 : Nœud du CANopen au niveau spreader

36

 CAN booster : Le CAN booster est un répéteur qui remplit les fonctions suivantes : 

Il assure une actualisation des signaux CAN, autorisant ainsi plus de 64 nœuds.



Il peut ménager une isolation entre les segments. Chacun des segments concernés doit être doté d'une terminaison.



Il est transparent du point de vue du réseau, car il transmet simplement les signaux CAN. Cela signifie que les équipements connectés au bus participent au même arbitrage.

III-3. Fonctionnement du Spreader : Le système SCS3 contrôle l’état du spreader via les capteurs qui lui transmettent les informations à travers des nœuds CANopen. Une fois ces informations traitées au niveau du processeur du SCS3 grâce à un programme fait en CoDeSys, il envoie les commandes aux différents actionneurs par le biais des nœuds CANopen. Le système de commande SCS3 communique avec l’API du portique moyennant un câble de 55 fils, branché à ses ports d’entrées/sorties.

IV-

Conclusion :

Durant ce chapitre Nous avons présenté le principe de fonctionnement du portique et du Spreader. Nous avons aussi présenté les différents types du Spreader BROMMA, puis nous avons décrire en détails chaque composants du système Spreader, cette description nous permet de bien comprendre la manière avec laquelle le Spreader travaille. Donc Ce chapitre nous donne des idées sur le rôle important du spreader dans le quai. Puisque le Spreader l’un des éléments important dans l’opération de levage, MARSA Maroc besoin de diminuer le nombre des pannes liées au Spreader, parce que lorsque il y a une panne au niveau du Spreader on aura l’arrêt du portique. C’est pour cela nous allons besoin d’analyser la problématique et proposer des solutions convenables pour éviter le maximum possible l’arrêt du portique et ça sera le but de prochain chapitre.

37

Chapitre 3 : ANALYSE ET CONCEPTION I-

Introduction :

Dans ce chapitre, nous allons représenter la problématique et les attentes du projet, tout en détaillant le cahier des charges. Ensuite, nous allons analyser notre projet pour arriver à formaliser les étapes préliminaires du développement du système afin de rendre ce développement plus fidèle aux besoins de l'entreprise. Tout ça va nous permettre de proposer et expliquer des solutions techniques, à fin d’atteindre l’objectif de cette partie qui est de choisir la solution technique la plus convenable pour résoudre cette problématique soit an niveau de coût ou bien le temps de réalisation.

II-

Problématique :

L'avènement de la mondialisation des marchés et de la globalisation financière après Le changement de millénaire Oblige les entreprises de devenir de plus en plus, ouvertes à une concurrence mondiale parmi les facteurs contribuant à la compétitivité on trouve la qualité, les prix concurrentiels et la livraison dans les délais ces facteurs sont amenés à jouer un rôle primordial. Aujourd’hui La devise « Le client est roi » se vérifie encore plus et l’amélioration de la qualité des produits implique l’amélioration de la vie pour cela l’exigence humaine de la qualité dans ces jours augmente. Partout dans le monde, les exigences des clients sont prioritaires pour les entreprises parce que les clients exigent toujours que le produit ou le service pour lequel ils ont payé doit correspondre à leurs spécifications, répond à leurs attentes et qu'il fonctionne comme prévu. Alors la qualité devient de plus en plus une variable essentielle pour toute entreprise qui propose des biens et/ou des services sur un marché. La qualité d'un produit ou service couvre les performances, mais aussi les disponibilités. C’est pour cela qu’elle est devenue un argument essentiel pour les entreprises parce que c'est un critère essentiel de choix pour les clients.

38

Alors pour garder un taux de qualité bien élevé, les entreprises doivent être capables de maitriser le triptyque : coût, délais, qualité de service. Et cela en évitant les dérivés qui peuvent toucher de près ou de loin leurs critères de performance. La société MARSA MAROC est l’une des sociétés phares dans le domaine du transport maritime, parmi les fameux appareils dont elle dispose, on trouve « le spreader » qui est un outil de manutention des conteneurs. Et d’après les problèmes rencontrés lors des interventions des techniciens au sein du service « engin de levage », la plupart des pannes qui causent l’arrêt du portique sont dues au spreader. Actuellement, la communication entre le portique et le spreader se fait à travers un câble qui comprend 55 fils. Afin d’avoir une bonne gestion du spreader, le fait d’améliorer la communication entre le portique et le spreader se voient indispensables.

Figure 35 : Schéma des fils du câble (La prise)

39

Via ces 55 fils, on transmet les données suivantes :

Les Commandes

• Verrouillage et déverrouillage des Twist-Locks • Descente des 4 Flippers • Extension et rétraction du Spreader • Montée ou déscente des Twins • Forçage du TTDS (capteur qui détecte l'écartement entre deux conteneurs en cas du levage jumelé)

Les signaux

• Verrouillage/déverrouillage des Twist-Locks (par paire) • Présence conteneur (seulement 4 axes des extrémités) • Montée/descente des Twins • Niveau bas de l'huile du réservoir • Température haute de l'huile • TTDS(Capteur qui détecte l'écartement entre deux conteneurs en cas du levage)

Sans oublier l’alimentation en AC (3 phases + terre) et DC (24V) du Spreader. Toutefois, pour une bonne gestion et détection des pannes du Spreader, d’autres signaux aussi importants sont à transmettre, la figure suivante nous donne la liste de ces données :

Signal des 8 états de la présence du conteneur

La position exacte de l'extension / rétraction du Spreader

La position exacte de l'extension / rétraction des Twins

La valeur exacte de la température du moteur

La valeur exacte du niveau de l'huile

Signal des 8 états du verrouillage / déverrouillage

La valeur exacte de la température de l'huile

40

De ce qui précède, on peut déduire que ce mode présente les inconvénients suivants : o Restriction du nombre de données à échanger à cause du nombre limité des fils du câble. o Impossible d’envoyer des données analogiques à cause du mode de câblage parallèle. o Manque de données des signalisations pour localiser les défauts : 

L’état des fins de courses.



Les signaux de commande.



Le niveau d’huile.



L’échauffement et de pression d’huile au niveau du réservoir de la centrale hydraulique du Spreader.



Difficulté d’intervention en cas de coincement du Spreader sur conteneurs.

o Taux important de défaillance des fils o Endommagement d’un fil entraine l’immobilisation du portique pendant une durée importante, pour soit permuter les fils ou bien remplacer tout le câble. o Prix élevé du câble (200 000 DH).

III-

Cahier des charges :

L'engin de manutention spreader est arrimé à un porte-outil, lui-même suspendu aux câbles du portique qui assure le transfert. Il est connecté avec le portique à conteneur par un câble électrique, cet ombilic est constitué de 55 fils, une prise mâle connectée sur le « coffret levage » dans la cabine de levage du portique et une prise femelle connectée sur le « coffret spreader » situé sur le spreader Bromma, est muni d'une chaine de lestage fixée au câble. La communication se fait d'une manière parallèle « fils par fils » (46 fils utilisés). Aujourd’hui, l’entretien du Spreader ce fait par portique, ce qui implique l’arrêt total de ce dernier, ce qui influence négativement sur la qualité de service de la société à cause de plusieurs facteurs : o L’indisponibilité du spreader. o Temps. o Mobilisation du portique. Pour cela la société MARSA MAROC nous a demandé de concevoir un nouveau système qui va assurer le contrôle et le dépannage du spreader, et réduire le taux d’immobilisation du portique P5.

41

Dans ce projet on va s’intéresser au spreader BROMMA STS45 qui est le plus développé à MARSA MAROC.

But final : L’objectifs de ce projet est de concevoir et réaliser un simulateur de Spreader « BROMMA » ou bien un banc d’essai pour faciliter la réparation de ce dernier au lieu d’utiliser le portique P5 à chaque fois. La communication sera à l’aide de deux fils plus 3 fils d’alimentation.

Pour cette raison, nous devons réaliser un banc d’essai qui pourra gérer cette nouvelle communication.

Figure 36 : photo illustrant un exemple d'un banc d’essai.

IV-

Analyse fonctionnelle :

L'analyse fonctionnelle est une démarche qui consiste à rechercher et à caractériser les fonctions offertes par notre simulateur pour satisfaire les besoins de l’entreprise. Cette analyse permet de répondre aux questions suivantes en effectuant :  L'analyse externe d'un produit : à quoi sert le produit ? Quelles sont les actions qu'il doit faire ? (Les actions réalisées par le produit sont appelées les fonctions du produits)  L'analyse interne d'un produit : Comment ces fonctions sont réalisées ? Pour se faire on va construire les cinq diagrammes de l’analyse fonctionnelle. 

Le diagramme Bête à Cornes a pour but d’énoncer le besoin fondamental. 42



Les méthodes SADT et FAST et Diagramme Pieuvre a pour but de rechercher les fonctions de service.

IV-1. La démarche de l’analyse Fonctionnelle L’AF s’adresse aux concepteurs de produits. Le mot produit peut ici prendre des sens très divers. Il peut s’agir d’un objet matériel ou immatériel (produit industriel, objet technique, programme informatique, service à la personne, services financiers…). Le but de l’AF est d’optimiser la conception ou la ré-conception de produits en s’appuyant sur les fonctions que doit réaliser le produit. Une fois les fonctions du produit identifiées et caractérisées, l’équipe de conception peut mesurer son état d’avancement et de réussite par rapport à des critères objectifs. L’AF permet d’éviter certains pièges classiques de la conception (aveuglement, manque d’objectivité, mauvaise gestion des priorités). Dans les faits, les premières étapes de l’AF sont générales et concernent tous les acteurs d’un même projet. C’est seulement dans un deuxième temps que l’AF devient technique, et oriente les concepteurs vers des solutions techniques. L’AF rend ainsi possible un dialogue entre tous les intervenants d’un projet (quels que soient leurs domaines de compétence). C’est un gage d’objectivité et de créativité dans la conduite du projet. [5]  Les étapes de l’Analyse Fonctionnelle : Pour réussir la démarche d’analyse fonctionnelle, les concepteurs du produit doivent suivre les étapes suivantes, présentées dans l’ordre chronologique suivant : 

L’Analyse du Besoin permet d’exprimer le besoin.



L’Analyse Fonctionnelle du Besoin permet d’identifier les relations du produit avec son contexte d’utilisation, afin de dégager des Fonctions de Service, aptes à satisfaire le besoin.



L’Analyse Fonctionnelle Technique permet de déterminer les Fonctions Techniques nécessaires aux fonctions de service. Ces fonctions techniques guident les concepteurs dans la recherche des solutions technologiques.

43

On peut dire que l’Analyse Fonctionnelle du Besoin porte sur les fonctions du produit à concevoir. Elle ne préjuge pas ni des fonctions techniques induites ni des solutions constructives capables qui seront recherchées au stade de l’Analyse Fonctionnelle Technique. La démarche d’Analyse Fonctionnelle (AB, AFB et AFT) est collective, et doit réunir des personnes représentant tous les services et tous les métiers concernés. Cela permet à la fois plus de créativité, et d’exhaustivité dans la démarche. La réflexion doit rester la plus ouverte possible, tout au long de la démarche d’analyse. La démarche d’Analyse Fonctionnelle avec sa rigueur n’a aucunement vocation à mener les concepteurs jusqu’à une solution unique, bien au contraire elle privilégie la créativité. [5]  Le diagramme bête à cornes : Cet outil se situe dans la première étape de l’analyse fonctionnelle. Il a pour objectif de représenter graphiquement l'expression du besoin à travers 3 questions simples autour du sujet étudié : 

A qui rend-il service ?



Sur quoi agit-il ?



Dans quel but ?

Le diagramme bête à cornes du simulateur sera comme suit : A qui le produit rend-il Service ?

Sur quoi agit le système ?

L’opérateur

Spreader

Banc d’essai (Simulateur) Dans quel but ? Communiquer avec Spreader Et contrôler les différents mouvements du Spreader

44

Figure 37 : le diagramme bête à cornes du simulateur.  Le diagramme pieuvre : Le diagramme pieuvre est inclus dans l’A.F.B (L’Analyse Fonctionnelle du Besoin) qu’on la appelle aussi Analyse Fonctionnelle Externe. Ce diagramme met en évidence les relations entre les différents éléments du milieu environnant et notre Simulateur. Ces différentes relations sont les fonctions de service qui conduisent à la satisfaction du besoin. Identification et caractérisation des Eléments du Milieu Extérieur :



Pour identifier les fonctions du produit, il faut être capable de décrire son environnement (Appelé « Milieu Extérieur »). Toutes les entités qui sont identifiées comme extérieures au produit sont appelées Eléments du Milieu Extérieur : E.M.E

L’opérateu r

Spreader

L’écran de supervision

Esthétique

Banc d’essai Les conditions climatiques

Masse

Prix

Energie

Figure 38 : l'interaction du Simulateur avec l'environnement 

Identification et caractérisation des Fonctions de service :

On identifie les Fonctions de Service grâce à un outil graphique : le graphe des interacteurs, ou graphe fonctionnel « Diagramme Pieuvre » : o Les relations du produit avec son milieu extérieur (pour une phase de vie donnée) sont représentées par des traits. o Chaque trait correspond à une Fonction de Service (F.S) 45

o Chaque trait doit relier le produit à un EME ou bien relier plusieurs EME en passant par le produit. Il y a deux types des fonctions de services :  Fonctions Principales : F.P. « Fonction de service qui met en relation deux EME (ou plus), via le produit » .Les fonctions principales traduisent obligatoirement des actions réalisées par le produit. Il peut être nécessaire de mettre en relation plus de deux EME par une seule fonction principale, mais c’est un cas à éviter dans la mesure du possible.  Fonctions Contraintes : F.C. « Fonction de service qui met en relation le produit avec un seul EME » Chaque EME doit être relié au produit par au moins une fonction contrainte. Les fonctions contraintes traduisent la plupart du temps une adaptation du produit à son milieu extérieur. Le diagramme pieuvre de notre Simulateur est le suivant :

L’opérateu r

Spreader FP1 Esthétique

Banc d’essai

FC7 Masse

L’écran de supervision

FP2

FC3

Les conditions climatiques

FC6

Prix •

•

FC4 Energie

FC5

FP1 : Permet à l’opérateur de contrôler les

•

FC3 : Résister la pluie et l’humidité …

différents mouvements du Spreader pour

•

FC4 : alimenter par l’énergie électrique

transporter les conteneurs

•

FC5 : avoir un prix raisonnable

FP2 : Permet à l’opérateur de visualiser l’état de

•

FC6 : être léger

spreader sur l’écran de supervision

•

FC7 : Être esthétique (formes, couleurs, etc…)

Figure 39 : Le diagramme pieuvre du Simulateur 46

 Le diagramme F.A.S.T : C’est le premier outil de l’analyse fonctionnelle technique. Ce diagramme consiste à regrouper les fonctions par famille ou par système en vue de leur donner une structure logique. Selon cette méthode, il faut partir de la fonction la plus générale du produit pour aller vers les fonctions les plus spécifiques. Cette méthode, appelée ‘’technique d’analyse fonctionnelle et systématique’’, permet de visualiser par un graphe l’articulation des fonctions techniques. Le diagramme FAST de notre Simulateur est le suivant : Fonctions de service Permet à l’opérateur de

Solutions

Fonctions techniques S’adapter au milieu

Résister à la corrosion

contrôler les différents mouvements du Spreader

Se déplacer facilement dans le terrain

pour transporter les

Carcasse en acier inoxydable

Roues

conteneurs Saisir les commandes

Bouton poussoir

Établir ou interrompre le passage du courant vers les entrés

Contacteur

Gérer les données

Assurer la distribution du courant électrique

Acquiert les informations

Module d’entrée analogique

Traiter les informations

Automate SIEMENS

Transmettre les ordres d'automate au Spreader

Module d’entrée analogique

Convertir le Profibus en CANbus

Convertisseur Profibus/CANbus

Alimenter le simulateur

Alimentation 380VAC 3ph / 24V DC

Relier les câbles

Commutateur

Assurer le transport d’informations

Câbles

Protéger les composants contre la surintensité

Disjoncteur

Afficher l’état du Spreader

LED

Figure 40 : Le diagramme FAST du Simulateur 47

 Le diagramme SADT : Cet outil d’analyse permet de modéliser et de décrire graphiquement des systèmes à l’aide de diagrammes les flux de matière d’œuvre afin de déboucher sur des fonctions élémentaires. Elle est bien adaptée aux systèmes automatisés intégrant notamment l’informatique. •

Méthode SADT : Modélisation systématique :

Dans cette méthode on modélise le système sous forme d’une boite noire. Cette dernière contient :  Processeur ou mécanisme : Ce sont les éléments physiques ou technologiques qui réalisent la fonction. Question à se poser : Quelle est la frontière du système étudié ?  Fonction : Elle est caractérisée par une action sur des matières d'œuvres ou entrées. La fonction définie au niveau A-0 s'appelle fonction globale. Question à se poser : A quoi sert le système ?  Matière d'œuvre entrante : Elles sont les matières d'œuvres modifiées par la fonction considérée. Elles sont de trois types : produit (matière), énergie, information. Question à se poser : Sur quoi agit le système ?  Matière d'œuvre sortante : Ce sont principalement les matières d'œuvres munies de leur valeur ajoutée. S'ajoutent à ces matières d'œuvres sortantes : des comptes rendus, des pertes énergétiques et des rebuts. Question à se poser : Que fait le système à la matière d'œuvre ?  Contraintes de pilotage ou de commande : Ce sont les paramètres qui déclenchent ou modifient la réalisation d'une fonction. Quatre catégories : 

C : Paramètre de configuration.



R : paramètre de réglage.



E : données d'exploitation/consigne de fonctionnement.



W : mise en énergie ou présence de matière d'œuvre.

Question à se poser : De quoi le système a besoin pour fonctionner ?

48

La modélisation systématique de notre simulateur est la suivante :

Choix de l’opérateur

Energie électrique

Spreader

Programme

R

W

E

C

• Le conteneur à transporter

Commander les déférents mouvements du Spreader

• Conteneur transportée

Banc d’essai

Figure 41 : Méthode SADT : Modélisation systématique

•

Méthode SADT : Analyse Descendante :

C’est une méthode graphique qui part du général pour aller au particulier. Dans ce graphe chaque boite représente une action que doit réaliser un constituant du système pour lui permettre de satisfaire la fonction globale. Ce niveau permet d’observer les flux d’énergie et d’information entre les différentes boites nommées A1, A2, A3... .

49

Figure 42 : Méthode SADT : Analyse Descendante V-

Les solutions proposées : V-1. Solution technique N°1 :

La première solution qu'on propose consiste à passer du mode de communication parallèle au mode série pour arriver à réduire le nombre de fils et pouvoir envoyer tous les types de données (booléen, entier, mots….etc). L’automate Siemens qui gère le portique communique avec ses périphéries via le protocole Profibus. De ce fait, on va utiliser cette caractéristique pour communiquer avec le spreader. Cependant, le système de commande SCS3 du spreader utilise le protocole CANbus pour communiquer avec les différents capteurs et actionneurs.

50

En l’occurrence, si cette solution est adoptée, on a besoin d’une interface d’adaptation de ces deux protocoles. Nous allons adopter cette méthode afin de concevoir le simulateur qui comprend : 

Un panneau de commande.



Un automate.



Un écran de supervision.



Un convertisseur PROFIbus/CANbus (Anybus).



Un étage d’amplification, CAN booster.

Banc d’essai

Automate siemens

Maitre

Convertisseur Protocole 1 / Protocole 2

Ecran de supervision

Esclave

CAN booster

Spreader

Can-Open 1

Circuit mémoire EEPROM

Alimentation

CAN booster

CAN-open

Can-Open n

SCS3

Figure 43 : schéma synoptique de la solution N° 1. 51

V-2. Solution technique N°2 : Pour arriver à améliorer la communication entre le portique et le spreader (communication par Profinet), nous proposons une deuxième solution, cette dernière consiste à éliminer carrément le câble en le remplaçant par une technologie de communication sans fil portique/spreader. La transmission sans fil présente plusieurs avantages, parmi ces avantages on trouve l'élimination de tout ce qui est support physique et de transmettre les informations depuis l’automate vers le spreader par ondes électromagnétiques (ondes radio). Pour la concrétiser, cette solution nécessitera l’emplacement d’une station PROFINET.  Généralités sur PROFINET : PROFINET est considéré comme un outil standard ouvert pour l'automatisation industrielle basée sur Ethernet et créé par l'Organisation des Utilisateurs PROFIBUS. Le PROFINET utilise TCP/IP et les standards IT, il permet l'automatisation en Temps-Réel. Avec PROFINET on aura la possibilité de connecter des équipements de terrain décentralisés sur Ethernet et d'établir des systèmes automatisés distribués orientés. Ce type de communication possède plusieurs utilités, parmi les avantages de l’utilisation du standard PROFINET, on trouve : 

Communication entre API dans des architectures réparties (intelligence répartie).



Communication entre les appareils de terrain comme la périphérie décentralisée et les Variateurs.



Communication isochrone pour les applications Motion Control.



Guide de montage et d'installation avec connecteurs et composants réseaux normalisés.



Développements permanents et innovants dans les groupes de travail de l'association PROFIBUS International, on prend comme exemple la standardisation dans l'industrie des procédés.

 Schématisation du réseau PROFINET : On ajoute un module Profinet à l’automate du portique et on le configure dans la liste du matériel en Step7. Ce module se charge de la conversion de toutes les consignes issues de l’automate en ondes radio et leur expédition vers une station PROFINET placée sur le spreader. Ensuite, la transmission des informations de la station Profinet vers le système SCS3 du spreader se fait grâce à un convertisseur Profibus/CANbus.

52

La transmission dans le sens inverse, depuis le spreader vers le portique, se fera de la même manière avec cette fois la station placée sur le spreader qui joue le rôle d’émettrice des ondes radio contenant les informations des différents capteurs et les états du spreader, et elle les transmet vers le module Profinet de l’API du portique. Le schéma ci-dessous illustrera le réseau Profinet : Armoire salle d’appareillage Station PROFINET

API

PROFIBUS

Spreader Système de contrôle de la commande du Spreader

Station PROFINET

PROFIBU CANBUS Carte d'adaptation profinet/canbus

Figure 44 : Schéma synoptique du réseau PROFINET 53

Si on veut faire une comparaison entre ces deux solutions, on trouve que la technologie Profinet est très fiable, et dans le cas de notre application, cette méthode présente les inconvénients suivants : 

La qualité de la transmission est impactée par les perturbations électromagnétiques des différents organes tels que les moteurs, transformateurs,…etc.



En cas de généralisation de la solution sur tous les portiques, il y aura un risque gigantesque d’interférences entre les signaux émis par chaque station émettrice ce qui causera le faussement des informations risquant, non seulement, de compromettre le bon déroulement des travaux de manutention, mais aussi mettre en danger la vie du personnel.



La portée des ondes transmises par la station émettrice est limitée par la puissance de celle-ci. le risque de perte d’information est quasi probable surtout en présence d’obstacles manifestés par les conteneurs à bord et dans l’escale des navires qui peuvent avoir des profondeurs allant jusqu’à 12 m, Parce que le spreader effectue une course importante entre avant et arrière bec du portique variant entre + 48m et 15 m avec des hauteurs différentes variant entre –12m et +35m par rapport au niveau du quai.



La transmission par ondes radio est un mode de transmission moins sécurisé nécessitant des protocoles de sécurisation complets.

VI-

Conclusion :

Après l’analyse de la problématique, il s’est avéré que les deux solutions sont aptes de la résoudre : la communication série par câble et l’utilisation du réseau Profinet. En ce qui concerne l’utilisation du réseau Profinet, cette méthode est couteuse vu qu’elle nécessite un nouveau budget et présente un risque de perte de l’information, alors on risque la vie du personnel travaillant sur le terrain si on utilise cette méthode. Pour la communication série par câblage, la transmission de l’information est parfaitement garantie (absence du risque), elle est moins couteuse puisque la plupart du matériel utilisé existe dans les stocks et les techniciens sont familiarisés avec. Pour cela, on a opté pour la réalisation de la première solution technique qui est l’utilisation de la communication série. 54

Chapitre 4 : ETUDE TECHNIQUE I-

Introduction :

L'objet de l'entreprise toujours est la satisfaction des clients, c'est pour cela les services fournis par l'entreprise doit être réaliser dans les meilleurs délais. Puisque la majorité des pannes qui cause l'arrêt du portique sont dû à la communication. Marsa Maroc décide d’améliorer la communication entre le portique et le Spreader, afin d’échanger toutes les informations nécessaires pour une bonne gestion et diagnostic des pannes. C’est pour cela, nous allons utiliser la communication série. Mais avant de la réaliser au niveau du portique, nous allons concevoir un banc d’essai (simulateur) intelligent du Spreader BROMMA. Durant ce chapitre, nous allons citer toutes les étapes parcourues pour arriver à la réalisation du simulateur.

II-

Généralité sur L’API et les logiciels utilisés :

Aujourd'hui, lorsque les ingénieurs décident de concevoir un nouveau produit, ils n'utilisent plus de stylo. Les opérations sont réalisées sur ordinateur. Pour augmenter la quantité de service et Améliorer la flexibilité de production nous allons besoin de rendre les systèmes automatisés, dans ce moment nous allons chercher des moyens pour communiquer avec le système automatisé à l’aide de l’ordinateur et trouver une manière pour traduire les idées de l’ingénieur en langage machine, et ça exactement le rôle des logiciels. II-1. API : [6] Le mot API signifie Automate Programmable Industriel, qui est une unité électronique programmable par plusieurs langages qu’on citera après. L’API est destinée à automatiser des processus et les rendre monotones c’est-à-dire juste après la programmation l’automate s’occupe de maintenir le fonctionnement des appareils implantés dans le système global. Autrement dit, l’automate assure l’autonomie d’une séquence d’actions définies sans l’intervention humaine, sans modification ou déviation de l’ordre des actions. Parmi les avantages et les grands différentiateurs de l’automate des autres cartes électronique est son traitement cyclique des données qui permet la programmation du code dans n’importe

55

quel ordre. La relation entre l’automate et les autres dispositifs est une relation de maître et son esclave. Ci-dessous est une image qui illustre un automate programmable industriel de la marque siemens et du type S7-300 :

Figure 45 : Automate S7-300 Cet API comprend dans sa constitution :  Unité de traitement C.P.U : Unité de traitement CPU est le processeur, c'est un composant chargé d’assurer le contrôle de l’ensemble de la machine et d’effectuer les traitements demandés par les instructions des programmes.  Module d’alimentation « PS » : C’est un module qui est destiné à transformer la tension du réseau en tension continue pour l’alimentation de la CPU et éventuellement les modules d’entrée/sortie de l’A.P.I. Normalement, cette alimentation ne fournit pas de tension pour les signaux entrants des modules d’entrées/sorties.

56

 Les modules d’entrées : Ces modules permettent de recueillir les informations délivrées par les capteurs des processus. On se base sur les critères de choix suivants pour choisir d’un module d’entrées : o Nature (logique-analogique). o Nombres d’entrée par module. o Nature et niveau de tension.  Les modules de sorties : Ces modules permettent l’adaptation et le transfert des signaux délivré par la CPU après traitement du programme vers les actionneurs du processus industriel. Ils sont raccordés aux lampes, électrovannes, contacteurs etc… Pour choisir un module de sortie, on se base sur les critères suivants : o Nature (logique-analogique). o Nombre de sorties par module. o Nature et niveau de tension. o Courant de sortie maximal. o Nature de la protection du module.  Carte mémoire : Une carte mémoire EEPROM peut être installée dans le but de garder le contenu de programme même en cas de rupture de courant. Pour traiter les informations L’API utilise un traitement cyclique. Un cycle comprend les opérations suivantes : o Actualisation automatique de la mémoire image partielle 0 des sorties (MISP 0) o Actualisation automatique de la mémoire image partielle 0 des entrées (MIEP 0) o Traitement du programme cyclique La mémoire image partielle 0 est automatiquement actualisée dans le cycle. Vous affectez des adresses de périphérie à ces mémoires images partielles (MIEP 0/MISP 0) lors du paramétrage des modules de périphérie avec le paramètre "Mise à jour automatique"

57

La figure suivante illustre les phases qui sont exécutées pendant un cycle. Dans l'exemple suivant, l'utilisateur a paramétré un temps de cycle minimum. L'actualisation des mémoires image partielles et le traitement du programme cyclique sont terminés avant l'écoulement du temps de cycle minimum paramétré. C'est pourquoi la CPU attend encore l'écoulement du temps de cycle minimum paramétré avant que le cycle de programme suivant ne commence.

Figure 46 : Cycle de traitement de l’information par l’automate ① Point de contrôle du cycle auquel le système d'exploitation démarre la mesure du temps de cycle. ② La CPU écrit les états de la mémoire image des sorties dans les modules de sorties. ③ La CPU lit l'état des entrées dans les modules d'entrées et écrit les données d'entrée dans la mémoire image des entrées. ④ La CPU traite le programme utilisateur et exécute les opérations indiquées dans le programme. ⑤ Phase d'attente jusqu'à la fin du temps de cycle minimal. Point de contrôle du cycle [7] Lorsque le point de contrôle de cycle est atteint, la CPU a terminé le programme cyclique et elle n'exécute plus d'OB. A ce point, toutes les données utiles sont cohérentes. La condition est qu'aucune communication modifiant les données utiles ne soit active (p.ex. Communication IHM ou communication PUT/GET). Le point de contrôle du cycle marque : o La fin d'un cycle et ses statistiques de temps de cycle o Le début du cycle suivant et ses statistiques de temps de cycle

58

o Le redémarrage de la surveillance du temps de cycle maximal paramétré (le compteur de dépassement haut de temps de cycle est réinitialisé) o Le point de contrôle de cycle est atteint en fonction de celui des événements suivants apparaissant en dernier : o Fin du dernier OB de cycle de programme o Fin du temps de cycle minimal (si configuré) Une fois le point de contrôle de cycle atteint, la CPU effectue les étapes suivantes : 1. Écriture de l'état de la mémoire image des sorties dans les modules de sorties 2. Lecture de l'état des entrées depuis les modules d'entrées dans la mémoire image des entrées 3. Exécution du premier OB de cycle de programme* Temps de cycle : Le temps de cycle est le temps nécessaire à la CPU pour : o L'actualisation de la mémoire image des entrées et des sorties. o Le traitement du programme cyclique. o Toutes les parties du programme et les activités système qui interrompent ce cycle. o Attendre la fin du temps d'exécution minimum (si ce dernier est paramétré et est plus long que le temps de traitement du programme).

II-2. Step 7 : [8] Step 7 est un logiciel d'ingénierie de Siemens qui permet de programmer individuellement des automates de la gamme Siemens en différents langages. Ce logiciel prend également en compte le réseau, ce qui permet d’accéder à tout automate du réseau pour le programmer, et éventuellement aux automates de s’envoyer des messages entre eux. Le logiciel STEP 7 Professional permet d'obtenir des gains de productivité importants de l'ingénierie durant toutes les phases d'un projet d'automatisation par exemple : 

La configuration des systèmes est plus rapide grâce à des outils de configuration graphique des composants et des réseaux.



La programmation est plus efficace grâce à la possibilité de combiner dans des projets structurés, orientés objet, tous les langages de programmation standard.



Des phases de test plus courtes grâce aux outils de simulation développés. 59



Un temps d’arrêt très réduit grâce à des moyens puissants de diagnostic de pannes et de maintenance à distance.

La dernière version de Step7 est fournie dans le logiciel d'ingénierie de Siemens TIA Portal (totally integrated Automation).  Configuration du matériel : La configuration du matériel est la première étape pour commencer un programme sur Step7, il existe deux manière pour faire la configuration, la première est appelée « configuration classique » cette méthode est la plus facile que l’autre, par contre la deuxième est « la configuration structurée » qui la plus difficile parce que il nécessite un ensemble des connaissances. Dans la configuration on commence par la création du rack, un profilé support pour SIMATIC S7-300, puis on ajoute la CPU correspondante au type d’automate utilisé, le DP (interface Profibus), et les modules d’entrées-sorties. Voici un exemple de configuration :

CPU famille 300

Module « d’entrées /Sorties » adressé

Figure 47 : configuration des matériels utilisés Cette configuration est pour programmer un moteur dans les deux sens de rotation, nous avons utilisé une CPU « CPU314 IFM(1) », un module d’entrée DI32xDC24V et un autre de sortie DO32xDC24V/0.5A, ces deux modules sont de type numérique « digital » et ils sont alimenter par une tension 24 volt.

60

 Les types des blocs :

Pour programmer sur Step7 nous allons la possibilité de choisir le type du bloc, Les blocs sont les suivants : Le rôle d'un bloc d'organisation (OB) est de gérer le traitement du programme. C’est un bloc obligatoire dans tout programme. Il permet de réagir aux événements cycliques, temporisés ou déclenchés par alarme durant l'exécution du programme.

Un bloc fonctionnel est un bloc de code qui sauvegarde en permanence leurs valeurs dans des blocs de données d'instance et il y la possibilité d'accéder à ces valeurs même après le traitement du bloc.

Le rôle des fonctions est le même que celui de blocs fonctionnels la différances c'est que les fonctions sont considérés comme des blocs de code sans mémoire.

Les blocs de données (DB) sont des zones de données dans le programme utilisateur réservé pour contenir des données utilisateur.

Figure 48 : Type des blocs de programmation sur Step7

On trouve aussi les « VAT » qui sont des tables de variables dans lesquels on peut mettre les données d’entrées sur lesquels on veut effectuer des opérations logiques. Il y a aussi les « SFB » et « SFC », ce sont des blocs fonctionnels de système intégrés dans le CPUS7 et nous permettent de réaliser quelques fonctions systèmes importantes.

61

 Les modes de programmation : Selon les connaissances, l'utilisateur peut choisir le mode de programmation parce que le langage de programmation Step7 dispose de plusieurs modes de programmation. En respectant certaines règles, le programme peut être conçu sous forme de liste d’instructions puis converti en un autre mode de programmation.

Figure 49 : Les modes de programmation sur Step7

Langage CONT : CONT est un langage de programmation graphique. La représentation est inspirée des schémas de circuits. Le programme est représenté dans un ou plusieurs réseaux. Chaque réseau contient sur le bord gauche une barre conductrice dont partent les circuits. Les requêtes des signaux binaires sont placées sur les circuits sous forme de contacts. La disposition en série des éléments sur un circuit crée un montage en série, la disposition sur des

62

branches ET crée un montage en parallèle. Les fonctions complexes sont représentées par des boîtes.

La barre conductrice

Interrupteur normalement ouvert

Interrupteur normalement fermé

Sortie

Figure 50 : Exemple d’un programme en langage CONT Langage LOG (logigramme) : LOG est un langage de programmation graphique. La représentation est inspirée des systèmes de circuits électroniques, et pour programmer avec ce mode il y a la possibilité de représenté le programme dans un ou plusieurs réseaux. Un réseau contient un ou plusieurs chemins logiques. Les requêtes des signaux binaires sont reliées par des boîtes. Pour représenter la logique, Le logiciel utilise les symboles logiques graphiques connus de l'algèbre booléenne.

Figure 51 : Exemple d’un programme en langage LOG 63

Langage List :

LIST est un langage de programmation à base texte avec lequel on peut programmer des blocs de code. Le programme LIST est divisé en réseaux. Chaque réseau peut contenir une ou plusieurs lignes. La numérotation des lignes commence à 1 dans chaque réseau, et elle est incrémentée à chaque nouvelle ligne. Dans les lignes d'un réseau, Dans les lignes d'un réseau, les instructions LIST sont programmées individuellement et on peut attribuer une seule instruction LIST par ligne. On peut dire que chaque instruction représente une instruction de tâche pour la CPU. L'exécution des instructions par la CPU se fait du haut vers le bas.

Figure 52 : Exemple d’un programme en langage LIST  Simulation sur Step7 : C’est une partie très importante qui permet de simuler les modèles programmés et de discuter les différents résultats obtenus. Le but de la simulation est d’étudier les résultats et les performances du modèle proposé de façon virtuelle avant la réalisation du système. Pour faire la simulation sur Step7 on clique sur « Activé/ désactivé la simulation (1) », puis on choisit le mode « PLCSIM(MPI) (2) », par la suite on va « charger (3) » les blocs (OB, FC1….), après on clique sur « visualisation du programme (4) », on clique sur « RUN-P (5) » et on commence la simulation par le choix des entres, des sorties, les temporisations, les mémentos, les compteurs etc… . 64

1

3

2

4

5

Les entres, les sorties, les temporisations, les mémentos, les compteurs

Les adresses des entres et des sorties

Figure 53 : Les étapes pour simuler un programme en Step7

65

Figure 54 : Exemple d’une simulation du programme moteur à deux sens dans les trois modes de programmation

66

II-3. CODESYS : [8] « CoDeSys » est un logiciel de programmation (Controller Development System) pour automates programmables industriels (API) selon la nouvelle norme internationale CEI 611313. CoDeSys est bien plus qu’un simple logiciel, c’est un environnement de développement d’applications dans l’automatisation industrielle pour appareils embarqués ou basés sur PC. Ce système de programmation est développé et commercialisé par la société allemande 3S-Smart Software Solution. C’est un système de programmation libre de droits et peut être installé et utilisé légalement sur tout ordinateur.

Performances de CoDeSys : « CoDeSys » est un système de développement d’automatisme adapté à tous les langages de programmation spécifiés dans la norme IEC 61131-3 (Commission Electrotechnique Internationale). Son intégration et sa mise en œuvre au cœur des systèmes est simple et rapide. CoDeSys offre des compilateurs intégrés pour un grand nombre de processeurs (des petits compacts aux grands systèmes rapides et performants). Il peut donc être l’outil universel de programmation pour tout type de contrôleur utilisé. CoDeSys offre dans son environnement de programmation de nombreuses fonctionnalités comme la programmation, la communication, la supervision, archivage de données …etc.

Les langages intégrés dans CoDeSys : Le logiciel CoDeSys dispose de plusieurs modes de programmation : 

IL : langage sous de listes d’instructions.



ST : langage sous forme de textes structurés.



LD : langage sous forme de contact.



FBD : langage sous forme de boîtes fonctionnelles.



SFC : langage sous forme de Grafcet.



CFC : langage sous forme de boîtes fonctionnelles.

Remarque : Il y a une grande ressemblance entre le Step7 et le Codesys, c'est pour cela nous allons utiliser le Codesys juste pour préciser les données qu’on va explorer et échanger avec le CPU à travers la carte Anybus. Pour cette raison un Mapping des données sera effectué. 67

II-4. Wincc flexible 2008 : [9] SIMATIC IHM offre une gamme complète permettant de couvrir toutes les tâches de contrôle et commande. Elle permette de maîtriser le processus à tout instant et de maintenir les machines et les installations en état de marche. On peut dire que lorsque la complexité des processus augmente et que les machines et les installations doivent répondre à des spécifications de fonctionnalité toujours plus sévères, l'opérateur a besoin d'un maximum d’informations, Ces dernières s'obtiennent au moyen de l'Interface Homme-Machine (IHM). Un système IHM constitue l'interface entre opérateur et le processus comme les machines et les installations. Le système d'automatisation assure Le contrôle proprement dit du processus. Il existe par conséquent une interface entre l'opérateur et WinCC flexible et une interface entre WinCC flexible et le système d'automatisation. WinCC flexible SP2 est le logiciel utilisé pour la réalisation IHM, par des moyens d'ingénierie simples et efficaces, de concepts d'automatisations évolutifs, au niveau machine. WinCC flexible réunit les avantages suivants :  simplicité.  ouverture.  flexibilité. Cependant, dans notre cas, on va utiliser le WINCC flexible vu que l’entreprise MARSA MAROC travaille avec ce logiciel. Et le choix de l’entreprise de ce logiciel n’était pas aléatoirement. L’entreprise a choisi ce logiciel vu sa force en conception d’interface et vu sa capacité à communiquer avec d’autres logiciels. Le WINCC existe en plusieurs gammes, selon la configuration et les capacités exigées par les clients, donc dès le départ le client sait avec quel logiciel il va travailler les compatibilités et les extensions.

Figure 55 : Les packs du WINCC 68

Les fonctions du WinCC flexible SP2 : WinCC flexible SP2 offre les fonctions suivantes : o Représentation conviviale du processus, grâce à une interface utilisateur conforme Windows. o Large choix de champs d'entrée/sortie standard, barographes, affichage de courbe, graphique vectoriel et boutons. o Système d'alarme intégré. o Positionnement dynamique des objets. o Archivage des alarmes et des valeurs de processus. o Recettes. o Script Visual Basic pour les fonctions utilisateurs. o Couplages standard à SIMATIC S7, SIMATIC S5 et SIMATIC 505 et aux automates d'autres fabricants. o Navigateur HTML. o Protection de la saisie via les groupes d'utilisateurs, mots de passe et temps de déconnexion.

WinCC flexible Runtime : Le logiciel de configuration WinCC flexible SP2 permet de créer les configurations de l'interface utilisateur d'un pupitre ou d’un écran PC sous Windows à partir de l'ordinateur de configuration (PC ou console de programmation), tandis que le logiciel de visualisation de processus WinCC flexible Runtime permet l’exécution des vues crées, et ainsi de visualiser le fonctionnement. WinCC flexible Runtime est également exécuté sur l'ordinateur de configuration pour tester et simuler le fichier projet compilé. WinCC flexible Runtime est un logiciel facile et performant à utiliser pour la visualisation du processus des projets créés avec le logiciel de configuration WinCC flexible. Dans l’entreprise on trouve le pupitre opérateur op 177B, ce pupitre est un matériel de SIMENS qui permet d'utiliser de manière plus efficace des projets à base de textes ou de graphiques pour des tâches simples et moyennes de contrôle-commande sur des machines et des installations. Il dispose des interfaces pour la connexion à PROFIBUS et à PROFINET. o Les touches de fonction peuvent être configurées comme les touches système spécifiques à la vue. o Il se distingue par une caractéristique supplémentaire qui est la commande via l'écran tactile. o Il se caractérise aussi par un temps de mise en service court, une grande mémoire utilisateur et des performances élevées. 69

o Il est optimisé pour des projets basés sur WinCC flexible.

Figure 56 : Le pupitre opérateur op 177B III-

Réalisation du projet :

Dans cette partie, la focalisation sur tout le côté technique du projet. En effet, le projet sera élaboré sur deux coté : premier coté, programmation du code en STEP 7, et ce code contournera tous les mouvements possibles et les tâches qui peuvent être effectuées avec le Spreader tous en prenant en considération les contraintes de fonctionnement et les contraintes de sécurité. Deuxième coté est le côté supervision qui consiste en l’élaboration de l’interface qui permet la visualisation de ces tâches effectuées par le Spreader.

III-1. Conditions de gestion du Spreader : Afin d’effectuer les différents mouvements du Spreader plusieurs conditions doivent être Satisfaites comme suit : Spreader connecté Pour que le Spreader soit connecté, il faut vérifier 2 conditions : o L’alimentation : le fil numéro 32 permet l’alimentation du Spreader par la tension 24V, on relie ce fil avec le fil numéro 33 pour s’assurer du retour du 24V. Cette information sera affectée à une entrée au niveau automate. o La connexion du SCS3 au Spreader : elle est détectée grâce au fil numéro 38 du câble. Verrouillage Pour verrouiller les twists lock du Spreader, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Absence de la commande de déverrouillage. o Signal signifiant que le Spreader est déverrouillé. 70

o La commande de verrouillage. o Signal de présence conteneur : avoir les états de présence pour chaque twist lock utilisé. Déverrouillage Les conditions à vérifier pour le déverrouillage sont : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Absence de la commande de verrouillage. o Signal signifiant que le Spreader est verrouillé. o La commande de déverrouillage. o Signal de présence conteneur : avoir les états de présence pour chaque twist lock utilisé. Extension du spreader vers la position 40 pieds Pour cela, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est verrouillé. o Absence du Signal de présence conteneur. o Signal signifiant que le Spreader est à la position 20pieds. o Absence de la commande du 20 pieds. o La commande de la position 40 pieds. Rétraction du Spreader vers la position 20 pieds : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est verrouillé. o Absence du Signal de présence conteneur. o Signal signifiant que le spreader est à la position 40 pieds. o Absence de la commande de la position 40 pieds. o La commande de la position 20 pieds. Descente des bras Flippers : Pour commander la descente des flipper, il faut vérifier ce qui suit : o Spreader connecté. 71

o Absence de l’arrêt d’urgence. o Commande de la descente des flipper. o Absence de la Commande de la montée des flippers Montée des bras Flippers : Pour commander la montée des flippers, il faut vérifier ce qui suit : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Commande de la montée des flippers. o Absence de la commande de la descente des flippers Descente des Twins : Pour commander la descente des Twins, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est déverrouillé. o Signal signifiant que le Spreader est à la position 40 pieds. o Absence du signal de présence conteneur. o Commande de descente des Twins. Montée des Twins : Pour commander la montée des Twins, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est déverrouillé. o Signal signifiant que le Spreader est à la position 40 pieds. o Absence du signal de présence conteneur. o Commande de montée des Twins. Ecartement des Twins: Pour commander l’écartement des Twins, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est déverrouillé. o Signal signifiant la descente des Twins. o Signal signifiant la rétraction des Twins. 72

o Absence du signal de présence conteneur. o Commande d’écartement des Twins. Rétraction des Twins : Pour commander la rétraction des Twins, il faut avoir : o Spreader connecté. o Absence de l’arrêt d’urgence. o Signal signifiant que le Spreader est déverrouillé. o Signal signifiant l’écartement des Twins. o Absence du signal de présence conteneur. o Commande de rétraction des Twins. III-2. Liste des signaux et des commandes : L’ensemble des données qu’échangent l’API avec le panneau de commande comprend deux listes : Liste des commandes : Ce sont les données envoyées du panneau de commande vers l’API : o Commande 20 Pieds. o Commande 40 Pieds. o Sélection STR 40. o Sélection STR 45. o Commande Lampe TEST. o Commande all flipper Up. o Commande verrouillage. o Commande deverrouillage. o Commande Extension Twin. o Commande Marche/Arrêt. o Sélection Flipper1. o Sélection Flipper2. o Sélection Flipper3. o Sélection Flipper4. o Sélection ALL Flipper Down. o Commande Descente Twin. 73

o Commande Montée Twin. o Sélection Série. Liste des sorties : Ce sont les données envoyées de l’API vers le panneau de commande : o Signal de la position 20 pieds. o Signal de la position 40 pieds. o Signal Présence conteneur1. o Signal Présence conteneur2. o Signal Présence conteneur3. o Signal Présence conteneur4. o Signal déverrouillage. o Signal verrouillage. o Signal Twin Up/Down. o Signal Marche/Arrêt. o Signal Flipper1. o Signal Flipper2. o Signal Flipper3. o Signal Flipper4.

III-3. Programme STEP 7 :  Configuration Matériel :

Figure 57 : Configuration matérielle sur SIMATIC MANAGER 74

La Configuration sur SIMATIC MANAGER, commence par mettre le RAC qui le châssis sur lequel s’implante l’automate programmable. L’automate choisis dans notre cas est l’automate de la gamme S7-300 plus précisément le S7-315-2DP qui utilisé dans le portique LIEBHERR P5. Qui est le portique sur lequel on s’est basé pour faire la simulation. C’est ainsi que notre simulateur a été conçu avec un automate 315-2DP pour pallier la panne apparue sur les épandeurs accrochés au portique P5. Et vu l’incompatibilité des protocoles de communication, on a opté pour la carte interface Anybus implantée sur le réseau Profibus qui s’occupera de la conversion du PROFIBUS à CANBUS. Par rapport aux modules des entrées-sorties, on a opté pour des modules d’entrées digitales 32 pins avec une alimentation 24 volts continue. Et un module d’entrées analogiques de 4 pins. Pour les modules de sorties on a opté pour des modules de sorties digitales de 32 pins alimentées avec 24 volts continue également et un module de sorties de analogiques de 4 pins. Pour l’adressage sur les entrées-sorties digitale les entrées commence de 0 et se termine à 3, les sorties de 4 à 7 et l’incrémentation se fait par bit c’est-à-dire de 0.0 à 3.7 sur les entrées et de 4.0 à 7.7 pour les sorties. Or, pour les entrées-sorties analogiques on a laissé l’adressage mis par défaut de 288 à 295 pour les entrées et 304 à 311 pour les sorties et l’incrémentation se fait par octet.  Structure des blocs :

Figure 58 : Les blocs utilisés dans le code STEP 7

Pour les blocs utilisés dans le programme, par défaut le bloc OB1 est toujours présent pour organiser les autres blocs, sur ce dernier on fait l’appel des autres blocs ou plutôt le CALL et cet appel dis au système voici les blocs qu’il faut prendre en considération et compiler et s’il y’a des fonctions système qu’on doit utiliser il faut aussi les déclarer dans le bloc d’organisation. Deuxièmement, il y’a la fonction qui contient le code, dans notre cas la fonction elle est nommée FC1. En général le code peut être réparti sur plusieurs fonctions pour bien structurer le travail dans notre cas vu que tout le code concerne des taches qui appartiennent à la même séquence ; on a mis le code entièrement dans la même fonction.

75

Par rapport aux blocs de données DB2, DB4, DB6, ils sont des tables de données utilisées pour stocker les états de certaines entées ou sorties. On peut stocker dedans des bites, des booliens, des entiers, ou des chaines de caractères ou même tous ensembles. Dans notre cas on a dédié DB2 pour les commandes du SPREADER, DB6 pour les retours du SPREADER ainsi que DB4 comme une base de données additionnelle pour stocker les niveaux des paramètres du SPREADER comme la pression de la pompe, la température de l’huile… Pour les VAT, ce sont des tables de variables dans lesquels on met les variables sur lesquels on veut effectuer des opérations ou on veut forcer une valeur là-dedans. Et finalement on les données systèmes qui sont omniprésents et nécessaires pour le fonctionnement du logiciel, on peut les utiliser pour notre faveur en les appelant dans notre code. Et dans ces données systèmes existent des bibliothèques qui contient des extensions de tous les types de composants de composants qui peuvent être connectés à notre automates et même pour les extensions qui n’existent pas dans ces bibliothèques, le logiciel donne la possibilité du téléchargement des pilotes ou des drivers de ces dispositifs.  Types de données : En STEP 7, les types de données sont comptés et leur stockage dépend de leurs natures et de leurs tailles.

Figure 59 : les types de données de STEP 7

76

 Prérequis du Code : Table des adresses : Pour la table ci-dessus, elle représente la base de données qui contient toutes les commandes du SPREADER du démarrage à la commande de rétraction des Twins. Cette base de données est constituée de cinq colonnes : o La première contient l’adresse affectée à la case, o La deuxième contient le nom de cette adresse, o La troisième contient le type de cette adresse (Bool, Int, ...), o La quatrième contient la valeur d’initiation, o La dernière contient la description de l’entrée.

Tableau 2 : Bloc de données DB2 77

Tableau 3 : Bloc de données DB2

78

Les tableaux ci-dessus représentent le bloc de données contenant tous les retours et les signales provenant du SPREADER. Ils contiennent l’état du SPREADER, est ce qu’il est connecté ou non verrouillé ou déverrouillé, sa position, la position des flippers et des Twins, et même est ce qu’il y a un conteneur ou non.  Table des Mnémoniques : La table des mnémoniques est une table où on met les noms qu’on souhaite attribuer aux variables dans les réseaux. En effet c’est ce qui permet de garder les informations des variables pour ne pas revenir à chaque fois au bloc de données dans le cas d’utilisation des blocs données or dans le cas inverse la table des mnémoniques est la seule qui réunit les noms des variables. Ci-dessous est la table des mnémoniques de notre code :

Tableau 4 : Table des Mnémoniques 79

 Réseaux de STEP 7 : L’idée du simulateur est venue pour qu’il remplace le portique l’ors de l’essai du bon fonctionnement d’épandeur donc sur les réseaux du programme, tous les mouvements du SPREADER, que ce soit par rapport au télescopage, verrouillage et déverrouillage, à la présence ou absence du conteneur, ou par rapport à position des ; Flippers et des Twins.

Figure 60 : Réseau 1 Réseau 1 : Est le réseau du démarrage du Spreader E 0.0 représente le bouton de démarrage et les contacteurs ouverts du DB6.DBX3.0 jusqu’à DB6.DBX3.6 ce sont des contacteurs qui représente le fait que le Spreader doit démarrer dans tous les cas, soit il est verrouillé ou déverrouillé. DB2.DBX0.0 représente la commande de démarrage qui sera excitée dans le bloc de données de commande et puis elle sera transmise au Spreader. La sortie A4.2 est une sortie directe de l’automate qui va allumer une lampe de démarrage.

Figure 61 : Réseau 2 80

Réseau 2 : Est un réseau dédié à l’arrêt du SPREADER par un bouton mis sur l’adresse E 0.1. Sur cette commande dès l’appui sur le bouton la commande d’arrêt sur le bloc de données s’excite et en parallèle la commande de démarrage des désactive pour ne pas tomber dans un chevauchement de commandes.

Figure 62 : Réseau 3 Réseau 3 : Contient la commande de position 20 pieds qui commence par s’assurer de l’absence du conteneur sur les 4 contacteurs fermés c’est-à-dire : il faut que les présences ne soient pas excitées pour que le courant passe. Sur les sorties, la première est une lampe qui indique l’appui sur le bouton de la position 20 pieds. La deuxième contient un bloc d’opération MOVE qui permet l’affectation d’une valeur à une adresse, donc on a stocké la valeur vingt Sur la base de données DB4 qui a chaque commande elle prend la position du Spreader. Sur les deux sorties suivantes on s’assure que les twins ne sont pas descendus ou même on les force à monter au cas d’un défaut. Et finalement on excite le mémento qui va par la suite activer la

81

commande de télescopage de la position 20 pieds, et s’assurer que les deux autres mémentos des autres positions sont désactivés.

Figure 63 : Réseau 4 Réseau 4 : Pareil au réseau précédent, il est dédié à la commande de position 40 qui commence également par un bouton, les contacteurs de présence de conteneurs et la lampe, le bloc d’instructions de la valeur de position et les sorties des Twins et des mémentos.

82

Figure 64 : Réseau 5 Réseau 5 : Le réseau suivant ressemble aux deux réseaux précédents, sauf que les deux derniers réseaux étaient plus simples que celui-là. La différence est dans le fait que ce réseau est pour une commande de position où s’ajoutera les twins qui vont descendre et les présences des twins qui doivent également être en mode absence de conteneurs, c’est pour ça on voit huit contacteurs au lieu de quatre et on voit que dans la sortie la commande des TWINS DOWN qui est activée contrairement aux deux réseaux mentionnés avant. Et par rapport aux valeurs mises dans le bloc MOVE, ce sont des valeurs qu’on a choisies comme référence aux trois positions qu’on a 20(position 20), 30(position 40), 40(position 45).

83

Réseau 6 : Le réseau suivant comme son nom l’indique c’est un réseau dédié pour le verrouillage du Spreader, par contre le verrouillage n’est pas une commande simple. Tout d’abord, après l’appui sur le bouton de verrouillage. L’automate compare les valeurs qu’il a dans le bloc de données DB4 pour voir s’il va procéder vers la commande de verrouillage de la position 20, 40 ou 45 par ce que les commandes diffèrent plus précisément entre le verrouillage 20, 40 et le verrouillage 45, vu qu’il y a les Twins qui descendent. Ceci dit plus de présence de conteneurs qui doivent s’activer et plus des twist-lockers qui doivent se verrouiller. Après la comparaison l’automate excite l’une des commandes de présence de conteneurs qui vont activer le verrouillage par la suite par le biais des mémentos.

Figure 65 : Réseau 6

Figure 66 : Réseau 7

Réseau 7 : Vu que les deux commandes de verrouillages des positions 20 et 40 sont semblables, on a superposé les deux commandes sur un même réseau qui commence par les deux mémentos d’activation de commandes. Et puis, il y a les contacteurs qui s’activent lors d’une présence d’un conteneur et activent les mémentos de verrouillage. 84

Figure 67 : Réseau 8 Réseau 8 : Le réseau commence par l’activation fait faite par le mémento M1.3 , par contre avant d’exciter la commande de verrouillage du Spreader, l’automate doit s’assurer que le Spreader est soit en position 20 ou en position 40 ;et ceci à travers les deux contacteurs qui contiennent les retours du Spreader (DB6.DBX1.1 et DB6.DBX1.3) et puis pour éviter le chevauchement des commandes l’automate doit tout d’abord s’assurer que le Spreader ou les Twist lockers sont déverrouillés avant de les verrouiller. Finalement si toutes les conditions sont réunies la commande de verrouillage s’excite et la commande de déverrouillage se désactive.

Figure 68 : Réseau 9 Réseau 9 : Ce réseau pareillement au réseau il est dédié aux présences du Spreader pour s’assurer de l’existence d’un conteneur avant le verrouillage. Et dès la détection du conteneur

85

il active le mémento du réseau suivant qui est celui du verrouillage en position 45 en double conteneurs.

Figure 69 : Réseau 10 Réseau 10 : Pareillement au réseau 8 l’automate sur ce réseau va s’assurer que le Spreader est en position 45 et que tous ses Twist-lockers sont déverrouillés avant de procéder vers le verrouillage en activant la commande de verrouillage et en désactivant la commande de déverrouillage.

Réseau 11 : Pareillement au réseau 6 le réseau suuivant fonctionne de la même manière sauf que cette fois si on compare les valeurs pour savoir quelle commande de déverrouillage l’automate va suivre vu que également la commande de déverrouillage du position 45 diffère des commandes de déverrouillage des autres positions. Sans oublier que l’entrée E 0.7 est le bouton de déverrouillage.

Figure 70 : Réseau 11

86

Figure 71 : Réseau 12 Réseau 12 : Après la comparaison faite sur le réseau précédent, l’automate procède vers le déverrouillage qui encore une fois se divise en deux partie la commande des deux positions 20, 40 et la commande 45 double conteneurs. Contrairement au verrouillage l’automate doit tout d’abord vérifier si le conteneur est présent avant de déverrouiller dans la partie finale de déverrouillage.

Figure 72 : Réseau 13 Réseau 13 : Le mémento M1.5 excite la commande, mais avant l’exécution, l’automate vérifie si tout d’abord le Spreader est en position 20 ou 40 et que tous les Twist-lockers sont verrouillé pour qu’il puisse les déverrouiller en activant la commande déverrouillage et en désactivant la commande de verrouillage.

87

Figure 73 : Réseau 14 Réseau 14 : Sur ce réseau, la commande diffère de la commande antérieure avec le nombre des contacteurs qui représente le nombre des présences vu que les Twins ont descendu et par la suite l’automate doit prendre en considération les présences associées à leurs Twist lockers.

Figure 74 : Réseau 15 Réseau 15 : Après vérification de la position l’automate doit vérifier est ce que le Spreader est verrouillé pour qu’il puisse le déverrouiller. Réseau 16 : Le mémento existé du réseau d’entrée 20 va activer la bobine de sortie sous l’adresse DB2.DBX1.2 qui va transmettre la commande de télescopage à la position 20 au Spreader. Par rapport au bloc d’instructions MOVE, il est intégré dans le réseau pour assurer la communication des valeurs de télescopage avec le WINCC.

Figure 75 : Réseau 16 88

Réseau 17 : La même chose comme le réseau précédent sauf que cette fois ci. C’est pour la commande de position 40.

Figure 76 : Réseau 17

Réseau 18 : La même chose comme le réseau 17.

Figure 77 : Réseau 18

Réseau 19 : Dès l’appui sur le bouton de montée des flippers sur n’importe quelles positions stables du Spreader c’est-à-dire 20, 40 ou 45 la commande de montée de montée des Flippers s’active.

Figure78 : Réseau 19

89

Réseau 20 : La commande suivante représente l’inverse de la commande précédente, c’est-àdire que dès l’appui sur le bouton de descente des Flippers l’automate s’assure de la position du Spreader et puis, il procède vers la descente des Flippers.

Figure 79 : Réseau 20

Figure 80 : Réseau 21 Réseau 21 : Pour des raisons de sécurité et assurer le bon fonctionnement du Spreader les Twins ne sont autorisés de monter qu’en position 45. Donc, dès l’appui du bouton de montée des Twins l’automate doit vérifier si le Spreader est en position 45 et c’est ça le rôle du contacteur avec l’adresse DB6.DBX1.4. Après l’automate vérifie si les Twists sont déverrouillés pour que les Twins montent.

90

Figure 81 : Réseau 22 Réseau 22 : La même chose que le réseau 21 de montée sauf que cette fois est pour la descente.

Figure 82 : Réseau 23 Réseau 23 : La commande sur ce réseau concerne l’extension des Twins pour permettre au Spreader de s’accrocher à deux conteneurs de 20 pieds. Et pour s’assurer que l’extension se fait en absence de conteneur, les Twist lockers doivent être déverrouillés.

91

Figure 83 : Réseau 24 Réseau 24 : même raisonnement que le réseau précédent sauf que cette fois ci, c’est pour la rétraction.

III-4. Supervision : Les systèmes de supervision sont des logiciels qui aident les administrateurs système à garder à l’œil leur infrastructure. Ces outils supervisent les périphériques système, le trafic et les applications, et donnent l’alerte en cas de dysfonctionnement ou de perturbation. On trouve sur le marché une kyrielle de systèmes de supervision allant des gratuiciels aux logiciels professionnels.

Figure 84 : Les niveaux du système de Supervision

92

Pour bien comprendre de quoi il s’agit, l’image suivante va illustrer la pyramide de constitution du système de supervision : Il s'agit d'une représentation comportant quatre niveaux (figure 15) auxquels correspondent des niveaux de décision. Plus on s'élève dans la pyramide CIM, plus le niveau de décision est important car la visibilité devient globale. 

Niveau 0 : représente le niveau terrain où se trouvent les capteurs et les actionneurs.



Niveau 1 : représente le niveau tranche contenant les automatismes.



Niveau 2 : représente le niveau poste qui contient les calculateurs.



Niveau 3 : représente le niveau SCADA qui est la supervision globale du niveau zéro à travers les niveaux intermédiaires.

Objectif : La supervision comme activité, a comme objectif le maintien du bon fonctionnement des biens industriels, en instaurant dans les systèmes industriels des écrans pour visualiser le fonctionnement de toutes les parties participantes dans le processus industriel. Ainsi, l’utilité de ces systèmes se porte dans le fait que l’information est communiquée en temps réel, c’est-àdire lors d’une apparition d’une panne les techniciens peuvent intervenir dans le moment même. Et ceci va éviter à l’entreprise beaucoup de pertes d’argent. Architecture : Les logiciels de supervision sont une classe de programmes applicatifs dédiés au contrôle de processus et à la collecte d'informations en temps réel depuis des sites distants (ateliers, usines), en vue de maîtriser un équipement (machine, partie opérative). Les éléments hardware assurent la collecte des informations qui sont à la disposition du calculateur sur lequel est implanté le logiciel de supervision. Le calculateur traite ces données et donne une représentation graphique réactualisée périodiquement. Table de variables sur WINCC : La Table de Variables joue le rôle de liaison entre l’automate et l’interface crée sur WINCC. Sur la table, on met les variables on leurs donne un nom privé pour WINCC et on entame la liaison en précisant est ce que ces variables sont des variables internes ou ils ont une liaison avec un automate. Puis, on choisit à quel automate il faut lier la variable. Après le remplissage des variables, on leurs affecte les adresses qu’ils ont en STEP 7.

93

Tableau 5 : Table de variables Vues :

Figure 85 : Vue initiale

94

La première vue est la VUE INITIALE qu’on aperçoit lors du démarrage de la simulation. Cette vue présente le logo de l’entreprise où se passe le stage, les caractéristiques du Spreader, ses parties, puis des boutons pour naviguer dans les autres vues et simuler tous les mouvements possibles du Spreader.

Figure 86 : Vue des présences Cette vue concerne les retours du Spreader : o Premièrement des twiste-lockers, dès que le Spreader détecte la présence d’un conteneur lampe de présence s’allument et devient vertes, o Deuxièmement, les positions du Spreader s’il est en position 20, 40 ou 45. o Et évidement l’arrêt d’urgence.

Figure 87 : Vue télescopage 20 95

La deuxième vue dénommée télescopage 20 est la vue où, se déroule la simulation de rétraction du Spreader d’une position donnée qui est généralement la position 40 vers la Position 20.

Figure 88 : Vue télescopage 40 La vue en dessus est dédié à l’extension du Spreader de la position 20 vers la position 40.

Figure 89 : Vue télescopage 45 Dans cette vue, le Spreader s’étend de la position 20 ou 40 vers la position 45 en descendant les Twins avec les lampes de descente des Twins. 96

Figure 90 : Vue Twist Locker La vue en dessus, est pour le verrouillage et le déverrouillage dès l’appui sur le bouton de verrouillage le Twist-locker tourne et les lampes de verrouillage s’allument et vice-versa.

Figure 91 : Vue Flipper La vue en dessus représente les mouvements des Flippers, le premier bouton est pour la montée et le deuxième est pour l’inverse la descente, associés à ces deux mouvements, il y a les lampes qui s’activent à la descente et se désactivent à la montée.

97

III-5. Câblage de l’automate : Après la conception et l’affectation des adresses aux entrées et sorties, il y’avait le choix des dispositifs qui s’est posé. Et c’est suite à ce choix, que le développement du schéma électrique correspondant, a eu lieu. Le schéma électrique suivant a été fait sur le logiciel X-RELAIS. Il représente le câblage entre l’automate, les modules des entrées et des sorties ainsi que les dispositifs connectés à l’automate. (Voir les schémas électriques dans l’annexe)

IV-

Conclusion :

Le Spreader « BROMMA » utilise la nouvelle technologie qui est le mode de la communication série, on peut dire que l’échange de toutes les informations nécessaires se base sur ce type de communication. Tout échange se fait entre trois éléments : Panneau de commande, API et Spreader. Durant ce chapitre, nous avons présentés la procédure à suivre pour la création et l’élaboration des programmes d’automatisation et de supervision de notre système. Nous avons fait l’étude technique de la totalité du projet, en détaillent, nous avons commencé par la détermination de toutes les conditions qu'il faut avoir pour activer ou désactiver chaque fonction du Spreader, puis nous avons décrire la liste de signaux et de commandes, cette étape est nécessaire pour commencer la programmation sur Step7. Apres nous avons programmé les différents mouvements de Spreader, par la suivants nous avons fait une interface sur WINCC pour visualiser l'état de Spreader après toute commande, cette visualisation nous permet de test le programme proposé avant la réalisation du Banc d'essai.

98

Chapitre 5 : ETUDE ECONOMIQUE DU PROJET I-

Introduction :

La viabilité économique est une évaluation implique généralement une analyse coût / bénéfice du projet, L'étude économique va nous aider à déterminer la viabilité, les coûts et les avantages associés à notre projet avant que les ressources financières ne soient allouées. Cette étude sert également d’évaluation de projet indépendante et améliore la crédibilité du projet, elle va nous aider à déterminer les avantages économiques positifs pour l’entreprise que le projet proposé fournira. Afin de déterminer les gains apportés par la réalisation de ce projet, nous allons faire une étude économique sur le coût des différents besoins matériels ainsi que les pertes dues au temps d’immobilisation du portique.

II-

Coût de la réalisation :

Généralement l’estimation des coûts du projet détaillée ne sera pas effectuée dès le début, mais évoluera avec le projet. L’estimation des coûts sera très approximative. Pour obtenir la validation du projet au moment de l’idée du projet. Pour obtenir la validation du projet, nous allons définir un budget prévisionnel de projet beaucoup plus détaillé. Enfin, au cours la réalisation du projet, Nous pouvons également ajuster le budget selon les besoins. II-1. Coût de réalisation du simulateur : Dans le tableau ci-dessous, nous avons résumé les différents besoins matériels nécessaires pour la mise en œuvre de la solution.

99

Matériel

Quantité

Prix de l’unité (DH)

Somme

Automate SIEMENS S7-300 Module d’entrée analogique 32 bits Module de sortie analogique 32 bits Alimentation 380VAC 3ph / 24V DC Convertisseur Profibus/CANbus Disjoncteur tripolaire 380V AC Disjoncteur monophasé 24V DC Contacteur 24 V DC

1unité

15.000

15.000

1 unité

3.000

3.000

1 unité

3.000

3.000

1 unité

3.500

3.500

1 unité

12.000

12.000

1unité

500

500

1unité

500

500

26 unités

120

3.120

Commutateur

7 unités

50

350

Bouton poussoir

7 unités

30

210

LED

14 unités

7

98

Câble électrique

3 mètres

20

60

3.000

3.000

Forfait Carcasse du simulateur Prix Total :

44.338 DH

Tableau 6 : Le Coût de réalisation du simulateur

II-2. Le coût de la généralisation de la solution sur le parc d’engins de levage : Dans le parc du service engins de levage du Département Trafic à Conteneurs, on trouve 8 portiques de générations différentes. Toutefois, notre solution technique ne peut être généralisée que sur 6 portiques, qui sont équipés d’automates programmables de type SIEMENS et programmés en Step7. Pour appliquer la solution ne nécessite en termes de ressources matérielles que la carte de conversion Profibus/CANbus. Le coût pour généraliser cette solution sera :

Prix du Convertisseur Profibus/CANbus X 6 = 12.000 X 6 = 72.000 DH 100

II-3. Le coût total de l’application de la solution :

Le coût de réalisation du simulateur 44.338

Coût total : 116.338 DH Le coût de la généralisation de la solution sur le parc d’engins de levage 72.000 Figure 92 : Le coût total de l’application de la solution

III-

Evaluation des gains :

Dans ce qui suit, nous allons présenter les gains apportés par la solution adoptée, non seulement en termes de coût de maintenance, mais aussi en matière de production.

III-1. Le gain en coût de maintenance :

Afin de connaitre le nombre moyen des pannes au niveau des 6 portiques installés sur le quai dues à l’endommagement des câbles du Spreader, et dont la réparation a nécessité le changement total du câble.

101

Ces informations nous permettront de calculer le budget moyen annuel alloué à ce type d’avarie. En effet, et d’après les statistiques, nous avons déduit que le nombre moyen des pannes dues à l’endommagement du câble et nécessitant son remplacement s’élève à : 10 cas /an. Donc le budget de maintenance dédié à ce type d’avarie est :

Budget annuel de maintenance

200.000

Prix d’un câble neuf

10

le nombre moyen des pannes du câble du Spreader par an

2.000.000 DH

Figure 93 : Budget annuel de maintenance du câble du Spreader Lorsque nous avons vu la grandeur du budget alloué pour résoudre ce type de pannes, La solution technique que nous avons proposés dans notre étude permet d'éviter cette perte, donc la solution sera la bienvenue.

III-2. Le gain en rendement :

À cause de l’avarie des câbles du Spreader, on arrive à l’arrêt des portiques, et ça inflige des pertes en matière de rendement à toute l’activité de la division. Ces pertes sont calculées comme suit :

102

Perte annuelle en rendement (DH) = Nombre total d’heures d’arrêt des portiques par endommagement du câble du Spreader X Le prix d’une heure de prestation de manutention par portique

On sait que : 

Le prix de prestation de manutention d’un conteneur = 2.000,00 DH



Le débit théorique d’un portique = 35 conteneurs /heure

Donc pour une heure de prestation par un seul portique, on gagne : 2.000 DH x 35 = 70.000,00 DH 

Le nombre total moyen d’heures d’immobilisation des portiques à cause des pannes au niveau du câble Spreader par an (d’après les statistiques) :  La moyenne annuelle du nombre de cas de pannes du câble du Spreader nécessitant son remplacement est de : 10 cas.  La moyenne annuelle du nombre de cas de pannes du câble du Spreader nécessitant seulement la permutation de ces câbles est de : 15 cas.  La durée moyenne de l’opération de permutation des câbles électriques du câble du Spreader est de : 2 heures.  La durée moyenne de l’opération de remplacement du câble du Spreader est de : 8 heures.

Le nombre total moyen d’heures d’arrêt par an = (10 X 8) + (15 X 2) = 110 heures Pertes annuel en rendement (DH) = 110 X 70.000 = 7.700.000 DH

103

III-3. Le gain Total : Le gain total de la solution calculé pour sa première année est : Gain total = gain annuel en rendement + gain annuel en coût de maintenance – Coût total de la solution

Gain total = 7.700.000,00 + 2.000.000,00 – 116.338,00 = 9.583.662 DH

Figure 94 : Le gain total IV-

Conclusion :

Durant ce chapitre nous avons fait l’étude économique du projet, cette étude nous montre que la réalisation de ce projet ramène un gain annuel de 9.583.662 DH pour la société Marsa Maroc. De plus, le gain annuel pour les années qui suivent se réduira à seulement la somme du gain annuel en rendement et en coût de maintenance car le coût d’investissement pour la réalisation de la solution est amorti pendant la première année. Donc ce projet est bien rentable pour la société.

104

Conclusion générale L’objectif de ce travail était de contribuer à l’amélioration du système de manutention des conteneurs au sein de l’entreprise Marsa Maroc de Casablanca. Cela consistait à améliorer la communication entre le portique «REGGIANE » et l'outil de manutention « le Spreader BROMMA » et à concevoir et réaliser le simulateur intelligent du Spreader. Le but de notre projet était d’accroître la productivité et la flexibilité d’un côté, et d’améliorer la qualité et les conditions de travail de l’autre côté afin de minimiser le nombre de pannes. Pour atteindre cet objectif, nous avons commencé par prendre connaissance du système de manutention des conteneurs et de son appareil essentiel, le Spreader BROMMA et ses divers accessoires. Après avoir présenté le portique à conteneurs « REGGIANE » et le Spreader « BROMMA » tout en mettant le point sur l’objectif de notre mission, nous avons analysé la problématique pour arriver à dégager des solutions en répondant au cahier des charges. L’analyse de la problématique posée à la troisième chapitre, ainsi que le cahier des charges et l'analyse fonctionnelle que nous avons fait dans le même chapitre, nous ont permis de terminer à bien et à terme notre travail. Cependant, pour commencer à la programmation des fonctionnalités du Spreader, nous avons choisi l’automate S7 300, de la firme Siemens, avec une CPU315. Nous avons fait la programmation sous le logiciel Step7 à l’aide du langage Ladder, suivant le gestionnaire SIMATIC Manager. Par utilisation du logiciel WinCC Flexible, nous avons procédé à la conception de l’interface homme-machine ''IHM'', pour le contrôle et la commande du Spreader, nous avons exploité les performances du logiciel WinCC Flexible. Ce dernier, permet de gérer des interfaces graphiques dans lesquelles on trouve des visualisations et des animations actualisées. Enfin, nous avons fait une étude économique qui nous a permis d’estimer, le coût de réalisation et le gain total apporté par ce projet. En fin, nous espérons que ce travail, constituera un point de départ et un élément d’appuis pour l’étude et l’amélioration des systèmes de manutention portuaire, et sera d’une grande utilité aux ingénieurs et aux techniciens de l’entreprise Marsa Maroc de Casablanca.

105

Références bibliographiques [1] Site officiel de l’entreprise SRM : https://www.groupe-premium.com/ [2] Site officiel de l’entreprise Marsa Maroc : https://www.marsamaroc.co.ma/ [3] Site officiel de constructeur « BROMMA »: https://bromma.com/ [4] Manuel BROMMA « BGS MANUEL : Manuel d’exploitation pour EPANDEUR TELESCOPIQUE BROMMA TYPE : STS45 » série numéro 14865-68 [5] TAILLARD IA‐IPR STI. La démarche d’Analyse Fonctionnelle. Février, 2010,19p. [6] : ANDRE .S, Automates programmable, programmation, automatisation, et logique programmée, Edition L’ELAN, 1983. [7] : MICHEL. G, Les API, Architecture Et Application Des Automates Programmables. Industriels. Dunod, Paris, [1987] [8] : Manuel SIEMENS. « Programmation avec STEP7 ». (2000) [9] : Manuel SIEMENS. « Appareils de terrain pour l’automatisation des processus » (2005)

106

ANNEXES  Annexe 1 : Tableau d’entrées et sorties du SPREADER

Tableau 7 : Tableau des commandes du SPREADER 107

Tableau 8 : Tableau des retours du SPREADER 108

 Annexe 2 : Fiches Techniques du SPREADER

Figure 95 : Caractéristiques SPREADER

Figure 96 : Dimensions du SPREADER

*

Figure 97 : Capacité du SPREADER

Figure 98 : Mouvements dans le SPREADER

Figure 99 : Caractéristique de fonctionnement

Figure 100 : Réglage du système de pompage 109

 Annexe 3 : Schéma électrique du Banc d’essai en X-Relais



Partie de démarrage du Spreader :

Figure 101 : schéma électrique démarrage du Spreader 

Les commandes du Banc d’essai :

Figure 102 : schémas électrique de commandes du Spreader 110



Les signaux entrant et sortant du Spreader :

Figure 103 : schémas électrique de signaux entrant et sortant du Spreader 111