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Thème Automatisation de la mise en marche, arrêt et protection du circuit AIR/F

Thème Automatisation de la mise en marche, arrêt et protection du circuit AIR/FUMÉE de la chaudière par un API SIEMENS S7-300 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’enseignement Supérieur Et de la Recherche Scientifique Université M’hamed Bougara Boumerdes Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département : Maintenance Industrielle Option : Génie Electrique Spécialité : Automatique Mémoire de fin d’étude En vue d’obtention du diplôme de master 2 Réalisé par : suivi par :  Mr RIAL Islam Dr N.S. BOUMEDINE  Mr AMARA Said Mr Med. BENCHATER 2015-2016 Nous tenons à remercier notre promoteur Dr BOUMEDINE qui a bien voulu nous encadrer pour l’élaboration et le suivi de notre projet de fin d’études. Nous tenons à remercier également les membres du jury qui nous ont fait l’honneur d’examiner ce travail et d’apporter leurs réflexions et suggestions scientifiques. Nous tenons à exprimer notre profonde gratitude à notre encadreur Mr Med BENCHATER pour son aide et son encouragement qui n’a épargné aucun effort pour que notre stage se déroule dans de meilleures conditions ainsi que Mr Med HAOUCHINE, Mr BOUBKAR et tous les responsables et le personnel de la centrale de Cap-Djinet. Nous profitons de l’occasion pour remercier tous nos enseignants de FSI/UMBB. Enfin, que toutes celles et tous ceux qui, de près ou de loin nous ont généreusement offert leurs concours à l’élaboration de ce travail, trouvent ici l’expression de notre profonde sympathie. Dédicaces Pour que ma réussite soit complète je la partage avec tous les personnes que j'aime, je dédie ce modeste travail : À mes très chers parents qui n'ont pas cessé de prier pour moi et qui m'ont aidé durant toute la durée de mes études, que dieu les garde pour nous. À mes très chères frères et sœurs qui ont fourni tous leurs efforts et moyens pour que je termine mes études. A mes très chers cousins À mon binôme Islam avec qui j'ai partagé les plus beaux moments durant notre cursus ainsi que toute sa famille. À tous mes amis de lycée CHFAI Ahmed À toute personne ayant contribué de près ou de loin à la concrétisation de ce travail À tous mes amis de l’UMBB particulièrement la promo de génie électrique 2013 Enfin à tous ceux que j'aime et à tous ceux qui m'aiment. SAID Dédicaces A la femme la plus courageuse, sensible, généreuse, la plus belle à mes yeux, à celle qui a su me donner amour et joie de vivre, à celle qui a toujours montrée affection et compréhension à mon égard, le symbole de la tendresse, ma mère que j’aime. A l’homme de courage et de force à celui qui a toujours été présent, qui m‘a appris les vraies valeurs de la vie à celui qui m’a soutenu en toutes circonstances, mon père que j’aime. A ceux qui m’ont donné joie et bonheur, mes sœurs Maroua et Sabrine et ma très chère cousine plein d’amour et tendresse Imene À mon binôme et meilleur ami Saïd avec qui j'ai partagé les plus beaux moments ainsi que toute sa famille. A ceux que j‘ai eu la chance de connaître, dans les meilleurs et pires moments de ma vie, à mes amis les plus fidèles. A tous ceux que j’aime, à tous ceux qui m’aiment, je dédie ce modeste travail. Islam Sommaire Introduction générale Chapitre 1 : Description de la centrale thermique de Cap-Djinet Introduction ................................................................................................................................ 1 1.1. Présentation de la centrale thermique de Cap-Djenat ......................................................... 1 1.2. Description technique d’un groupe ..................................................................................... 2 1.2.1. Le générateur de vapeur ............................................................................................... 2 1.2.2. Turbine à vapeur ........................................................................................................... 2 1.2.2.1. Corps HP ................................................................................................................ 3 1.2.2.2. Corps MP ............................................................................................................... 3 1.2.2.2. Corps BP ................................................................................................................ 3 1.2.3. Condenseur ................................................................................................................... 4 1.2.4. Les pompes .................................................................................................................. 5 1.2.5. La bâche alimentaire .................................................................................................... 6 1.2.6. Les réchauffeurs .......................................................................................................... 7 1.2.7. Alternateur ................................................................................................................... 7 1.2.8. Le transformateur ........................................................................................................ 8 1.3. Les circuits du cycle eau-vapeur ........................................................................................ 8 1.3.1. Le circuit d’extraction « RM » ..................................................................................... 8 1.3.2. Le circuit d’alimentation « RL » ................................................................................. 8 1.3.3. Le circuit « RA » .......................................................................................................... 9 1.3.4. Le circuit de vapeur à resurchauffer « RC » ................................................................. 9 Conclusion ................................................................................................................................ 10 Chapitre 2 : Générateur de vapeur Introduction .............................................................................................................................. 11 II.1.Description générale d’un générateur de vapeur ............................................................... 11 II.2.Rôle .................................................................................................................................... 11 II.3.Constitution et caractéristiques .......................................................................................... 11 II.3.1 Constitution ................................................................................................................. 11 II.3.2.Caractéristiques .......................................................................................................... 12 II.4. Fonctionnement de la chaudière ....................................................................................... 12 Sommaire II.4.1.Circuit Eau-Vapeur ..................................................................................................... 12 II.4.1.1.L’économiseur ..................................................................................................... 12 II.4.1.2.Ballon de chaudière .............................................................................................. 12 II.4.1.3. Colonnes de descente et écrans vaporisateurs ..................................................... 13 II.4.1.4. Les surchauffeurs ................................................................................................ 14 II.4.1.5. Désurchauffeurs .................................................................................................. 14 II.4.1.6. Resurchauffeurs .................................................................................................. 15 II.4.2. Circuit air/fumée ........................................................................................................ 16 II.4.2.1. Ventilateurs de soufflage ..................................................................................... 16 II.4.2.2. Préchauffeurs d’air à vapeur ............................................................................... 16 II.4.2.3. Réchauffeur d’air rotatif ...................................................................................... 16 II.4.2.4. Ventilateurs de recyclage .................................................................................... 17 II.5. Les brûleurs ...................................................................................................................... 18 II.5.1.Brûleurs au gaz ........................................................................................................... 19 II.5.1.1. Description .......................................................................................................... 19 II.5.1.2. Alimentation en gaz du brûleur ........................................................................... 19 II.5.1.3. Les caractéristique d’alimentation en gaz du brûleur ......................................... 20 II.5.2. Brûleurs au fuel .......................................................................................................... 20 II.5.2.1. Description .......................................................................................................... 20 II.5.2.2. Alimentation en fuel du brûleur .......................................................................... 20 II.5.2.3. Les caractéristique d’alimentation en fuel du brûleur ........................................ 20 II.5.2.4. Brûleur d’allumage .............................................................................................. 20 II.5.3. Alimentation en air d’installation .............................................................................. 20 II.5.3.1.Air de combustion ................................................................................................ 20 II.5.3.2-Air de refroidissement .......................................................................................... 21 II.5.3.3-Air de commande ................................................................................................. 21 II.5.4 surveillance des flammes ............................................................................................ 21 II.5.4.1 brûleur d’allumage ............................................................................................... 21 II.5.4.2. brûleur au gaz ...................................................................................................... 21 II.5.4.3. brûleur au fuel ..................................................................................................... 21 II.6.La chambre de combustion ................................................................................................ 21 II.7. La cheminée ...................................................................................................................... 22 Conclusion ................................................................................................................................ 22 Sommaire Chapitre 3 : Description du bloc séquenceur et instrumentation Introduction .............................................................................................................................. 23 3.1. La carte FK11 .................................................................................................................... 23 3.1.1. Utilisation de la carte électronique ............................................................................. 23 3.1.1.1 Fonctionnement manuel (automatique arrêt) ........................................................ 23 3.1.1.2 Fonctionnement automatique (automatique marche) ............................................ 24 3.1.2. Signification des symboles de la carte FK11 ............................................................. 24 3.1.3. Types du programme sortant de la FK11 ................................................................... 25 3.2. Procédure de Marche ......................................................................................................... 26 3.2.1. Les conditions initiales ............................................................................................... 26 3.2.2. Les phases de programme de Marche ......................................................................... 27 3.3. Le sous-programme balayage chaudière ........................................................................... 38 3.3.1. Mode Manuel (Arrêt du sous-programme) le signal « XU12 » ................................. 38 3.3.2. Mode Automatique (Marche) signal « XU11 » .......................................................... 38 3.4. Procédure d’Arrêt .............................................................................................................. 39 3.4.1. Les conditions initiales ............................................................................................... 39 3.4.2. Les phases d’Arrêt ...................................................................................................... 40 3.5. Protection de la chaudière ................................................................................................. 45 3.6. Etude des capteurs et actionneurs utilisés ......................................................................... 47 3.6.1. Les capteurs ................................................................................................................ 47 3.6.1.1. Capteurs de position ............................................................................................. 48 3.6.1.2. Capteurs de pression ............................................................................................ 48 3.6.1.3. Capteurs de température ...................................................................................... 49 3.6.1.4. Capteurs de débit mètre à turbine ........................................................................ 49 3.6.1.5. Diaphragme .......................................................................................................... 50 3.6.2. Pré-actionneur ............................................................................................................. 50 3.6.2.1. Les distributeurs ................................................................................................... 51 3.6.2.2. Les relais .............................................................................................................. 51 3.6.2.3. Les contacteurs ..................................................................................................... 52 3.6.3. Les actionneurs ........................................................................................................... 52 3.6.3.1. Les vérins pneumatiques ...................................................................................... 53 3.6.3.2. Les vannes ............................................................................................................ 54 Conclusion ................................................................................................................................ 56 Sommaire Chapitre 4 : Automate Programmable Industriel Introduction .............................................................................................................................. 57 4.1 Structure des systèmes automatisés .................................................................................... 57 4.2. Les systèmes de commande ............................................................................................. 58 4.2.1. Les solutions câblées .................................................................................................. 58 4.2.2. Les solutions programmées (utilisation d'un automate programmable) ..................... 59 4.3. L’automate programmable industriel ................................................................................ 60 4.3.1. Définition .................................................................................................................... 60 4.3.2. Architecture des automates programmables industriels ............................................. 60 4.3.2.1 Le processeur ........................................................................................................ 60 4.3.2.2. La mémoire .......................................................................................................... 61 4.3.2.3. Interface Entrées-Sorties ...................................................................................... 62 4.3.2.4. Les bus ................................................................................................................. 62 4.3.2.5. Le module d’alimentation ................................................................................... 62 4.3.3 Principe de fonctionnement d’un API ......................................................................... 62 4.3.3 Les langages de programmation des API .................................................................... 63 4.3.3.1 Langages graphiques ............................................................................................. 63 4.3.4.2. Langages littéraux ................................................................................................ 65 4.4. Critères de choix d'un automate ....................................................................................... 65 4.5. L’automate Siemens S7-300 ............................................................................................. 66 4.5.1 Caractéristiques de l’API S7-300 ................................................................................ 67 4.5.2. Constitution ................................................................................................................ 68 4.6. Logiciel de programmation « TIA Portal V13 » ............................................................... 71 4.6.1. Présentation du logiciel .............................................................................................. 71 4.6.2. Démarrer le portail TIA .............................................................................................. 71 4.6.3. La conception d’un programme avec TIA Portal V13 .............................................. 72 4.4.2.1. Création d’un nouveau projet .................................................................................. 73 4.4.2.2. Configuration matériels ........................................................................................... 74 4.4.2.3. Compilation et chargement de la configuration ................................................... 76 4.4.2.4. La création de la table des mnémoniques ............................................................ 77 4.4.2.5. Ecriture du programme ........................................................................................ 78 4.4.2.6. Simulation avec S7-PLCSIM .............................................................................. 80 4.4.2.7. Test du programme .............................................................................................. 80 Sommaire 4.4.3. Exemples de simulation de notre programme ............................................................ 80 Conclusion ................................................................................................................................ 83 Chapitre V : Simulation sur TIA Portal V13. Conclusion générale. Bibliographie. Annexe. Glossaire. Liste de figures Figure 1.1 : Illustration du processus de transformation calorifique en énergie électrique ....... 1 Figure 1.2 : Corps HP ................................................................................................................. 3 Figure 1.3 : Corps MP ................................................................................................................ 3 Figure 1.4 : Corps BP ................................................................................................................. 4 Figure 1.5 : Condenseur par surface. .......................................................................................... 5 Figure 1.6 : La pompe d’extraction ............................................................................................ 5 Figure 1.7 : La pompe alimentaire ............................................................................................. 6 Figure 1.8 : La bâche alimentaire ............................................................................................... 6 Figure 1.9 : Alternateur .............................................................................................................. 7 Figure 1.10 : Les circuits du cycle eau-vapeur .......................................................................... 9 Figure 1.11 : Schéma synaptique d’une tranche thermique .................................................... 10 Figure 2.1 : Schéma d’un brûleur mixte gaz-fuel ................................................................... 19 Figure 3.1: Circuit d’ordre d’un programme progressif (FK11). ............................................. 24 Figure 3.2 : Illustration des capteurs uploads/Geographie/ rial-islam-et-amara-said.pdf