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OPTION : GENIE ELECTRIQUE PROJET DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU DIPLOME UN

OPTION : GENIE ELECTRIQUE PROJET DE FIN D’ETUDES POUR L’OBTENTION DU DIPLOME UNIVAIRSITAIRE DE TECHNOLOGIE (D.U.T) Présenté et soutenu par : Bitadja DJATO JURY Président : Dr Adekumle Akim SALAMI Directeur : Dr Koffi Mawugno KODJO, Enseignant à l’ENSI/IFTS Membre : Mr Kwami Senam A. SEDZRO Membre : Mr Kossivi Kpadé AGBO Octobre 2011 Automatisation d’une station de pompage d’assainissement à l’aide d’un automate programmable industriel API : cas de la lagune de Bè MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT TECHNIQUE ET DE LA FORMATION PROFESSIONNELLE REPUBLIQUE TOGOLAISE TRAVAIL- LIBERTE-PATRIE No d’ordre: IFTS/FI-DUT/2011/GE-10/09 DEDICACES Mémoire du DUT-GE/IFTS i Bitadja DJATO Je dédie ce mémoire à :  Dieu sans qui tout ceci n’aurait pas lieu,  mes parents qui, malgré les difficultés de cette vie, n’ont arrêté de faire de grands sacrifices pour que je sois un jour un homme responsable,  mes tuteurs qui m’ont soutenu et éduqué durant ces deux dernières années comme leur propre enfant,  mes frères et sœurs et tous les autres membres de la famille : cousins, neveux, oncles ; qu’ils trouvent ici la sincère gratitude que j’ai à leur égard,  à tous mes camarades de classe avec qui j’ai passé des moments inoubliables,  à tous ceux qui liront ce mémoire, que ce document vous aide dans vos recherches sur les automates programmables,  à tous les miens. REMERCIEMENTS Mémoire du DUT-GE/IFTS ii Bitadja DJATO Nos remerciements vont droit :  au Professeur Koffi-sa BEDJA : Ingénieur des Télécommunications, Président du conseil scientifique, qui a toujours donné le meilleur de lui-même pour notre bonne formation,  à Monsieur Kossivi Kpadé AGBO, Ingénieur des Télécommunications, Directeur Général de l’IFTS, pour tous ses conseils et la rigueur dans le travail,  au Professeur Sénah Ayité AJAVON Maitre de Conférences, Directeur de la recherche et Formation l’IFTS, pour son soutien,  au Docteur Koffi Mawugno KODJO, Ingénieur Automaticien, Enseignant-chercheur à l’ENSI et à l’IFTS, Directeur dudit mémoire pour sa disponibilité, sa bonne volonté et ses apports pour la mise en œuvre de ce document,  à tout le personnel de l’IFTS,  à mes camarades de promotion précisément BAGNIOU, HOUETOGNON, OURO-GNEGNI, N’WUITCHA, pour le soutien et l’aide apportée,  à tous ceux qui, de près ou de loin ont contribué à l’élaboration de ce document. TABLE DES MATIERES Mémoire du DUT-GE/IFTS iii Bitadja DJATO TABLE DES MATIERES Pages Dédicaces…………………………………………………………………........ i Remerciements……………………………………………....…..………..….... ii Table des matières.........................................................................…................. iii Liste des figures .................................................................................................vii Liste des tableaux…………………………………………….………….………x Glossaire...............................................................................................................xi Bibliographie.......................................................................................................xii INTRODUCTION GENERALE ........................................................................... 1 Chapitre I : Généralités sur la regulation de niveau I-1 INTRODUCTION ........................................................................................... 3 I-2 LES REGULATEURS DE NIVEAU ............................................................. 3 I-2-1 Quelques informations sur les capteurs ........................................................ 3 I-2-1-1 Fonctionnement des convertisseurs analogique/numérique ..................... 4 I-2-1-1-1 La quantification .................................................................................... 4 I-2-1-1-2 Le codage ............................................................................................... 5 I-2-1-2 Les types de convertisseurs analogiques/numériques............................... 5 I-2-1-2-1 Le convertisseur simple rampe .............................................................. 5 I-2-1-2-2 Le convertisseur à rampe numérique ..................................................... 6 I-2-1-2-3 Le convertisseur double rampe (ou par intégration) ............................. 6 I-2-1-2-4 Le convertisseur par pesée (approximations) successives .................... 6 I-2-1-2-5 Le convertisseur Flash (ou par comparaison directe) ............................ 7 I-2-1-2-6 Le convertisseur semi-flash ................................................................... 8 TABLE DES MATIERES Mémoire du DUT-GE/IFTS iv Bitadja DJATO I-2-1-2-7 Le convertisseur Pipeline ....................................................................... 8 I-2-1-3 Les différentes familles de capteurs .......................................................... 9 I-2-1-3-1 les capteurs actifs ................................................................................... 9 I-2-1-3-2 les capteurs passifs ............................................................................... 10 I-2-2 Les différents types de capteurs ................................................................. 10 I-2-3 Les différents types de sorties des capteurs ............................................... 11 I-2-3-1Les capteurs numériques .......................................................................... 12 I-2-3-1-1Les capteurs de niveau à pression différentielle ................................... 12 I-2-3-1-2 : Les capteurs de niveau à sonde capacitive ........................................ 13 I-2-3-1-3 : Les capteurs de niveau à tube de torsion (exemple du 244LD) ........ 14 I-2-3-1-4 : Les capteurs de niveau à ultrasons (exemple du GEGASON 61) ..... 15 I-2-3-1-5 : Les capteurs de niveau par radar ....................................................... 16 I-2-3-2 Les capteurs Tout Ou Rien (T.O.R) ........................................................ 18 I-2-3-2-1 Les capteurs mécaniques ..................................................................... 19 I-2-3-2-2 : Les capteurs inductifs ........................................................................ 19 I-2-3-2-3 : Les capteurs capacitifs ....................................................................... 20 I-2-3-2-4 : Les cellules photoélectriques ............................................................. 21 I-2-3-3 Choix du capteur et caractéristiques ....................................................... 22 I-3 CONCLUSION .............................................................................................. 24 Chapitre II:Généralités sur la conduite de processus par automate programmable II-1 INTRODUCTION ........................................................................................ 26 II-2 GENERALITES SUR LES API .................................................................. 26 II-2-1 Architecture des API ................................................................................. 26 II-2-1-1 Structure externe .................................................................................... 27 II-2-1-1-1 Automate de type compact ................................................................. 27 II-2-1-1-2 Automates de type modulaire ............................................................. 27 II-2-1-2 Structure interne..................................................................................... 28 II-2-1-3 Fonctions réalisées ................................................................................. 32 TABLE DES MATIERES Mémoire du DUT-GE/IFTS v Bitadja DJATO II-2-2 Présentation ............................................................................................... 32 II-2-3 Nature des informations traitées par les API ............................................ 34 II-2-4 Traitement du programme des API ........................................................... 34 II-2-4-1 Définition ............................................................................................... 35 II-2-5 La programmation des API ....................................................................... 36 II-2-5-1 Les différents langages de programmation ........................................... 36 II-2-5-2 Programmation à l’aide du GRAFCET ................................................. 39 II-3 LES SYSTEMS ASSERVIS ........................................................................ 40 II-3-1 Commande en boucle ouverte ................................................................... 41 II-3-2 Commande en boucle Fermée ................................................................... 41 II-4 CONCLUSION ............................................................................................ 42 Chapitre III: Automatisation de la station de pompage de la lagune de Bè III-1 INTRODUCTION ...................................................................................... 45 III-2 DESCRIPTION TECHNIQUE DE L’EXISTANT .................................... 45 II-2-1Presentation de la pompe à vis ................................................................... 45 III-2-2 Quelques données de la lagune de Bè ..................................................... 47 III-2-3 Démarrage des moteurs ........................................................................... 49 III-3 IMPLEMENTATION ET SIMULATION DU PROGRAMME ............... 50 III-3-1 Présentation de Zélio Soft 2 ..................................................................... 50 III-3-1-1 Interface générale du logiciel ............................................................... 51 III-3-1-1-1 Interface de l’application .................................................................. 51 III-3-1-1-2 Interface de choix du module ............................................................ 52 III-3-1-1-3 Interface de choix du type de langage de programmation ................ 53 III-3-1-1-4 Interface de travail ............................................................................ 54 III-3-1-2 Assistance à la programmation ............................................................ 55 III-3-1-3 La configuration de l’automate ............................................................ 56 III-3-2 Adressage des entrées/sorties de l’API.................................................... 57 TABLE DES MATIERES Mémoire du DUT-GE/IFTS vi Bitadja DJATO III-3-2-1 Principe de l’adressage des entrées/sorties des modules TOR des automates Zélio ................................................................................................... 58 III-3-2-2 Adressage des entrées/sorties de l’API ................................................ 58 III-3-3 Le programme de l’automate en langage blocs fonctions (FBD) ........... 60 III-3-4 Etude économique ................................................................................... 61 III-3-5 Facturation de la réalisation ..................................................................... 62 III-4 CONCLUSION ........................................................................................... 62 CONCLUSION GENERALE ............................................................................. 63 LISTE DES FIGURES Mémoire du DUT vii Bitadja DJATO LISTE DES FIGURES Pages Chapitre I Figure I.1 : Schéma illustratif d’un capteur.......................................................... 4 Figure I-2 : Principe du convertisseur simple rampe............................................ 5 Figure I-3 : Principe de convertisseur à simple rampe......................................... 6 Figure I-4 : Architecture d’un convertisseur double rampe..................................6 Figure I-5 : Principe de la pesée successive..........................................................7 Figure I-6 : Le convertisseur Flash........................................................................7 Figure I-7 : Le convertisseur semi-flash................................................................8 Figure I-8 : Exemple d’un convertisseur pipeline 12bits......................................9 Figure I-9 : capteur de niveau à pression différentielle.......................................13 Figure I-10: Sonde capacitive destinée à la détection de niveau.........................14 Figure I-11 : capteur de niveau à tube de torsion (244LD).................................14 Figure I-12 : Capteur à ultrasons pour la mesure de niveau continue.................15 Figure I-13 : Mesure de niveau dans un bassin d’orge........................................17 Figure I-14 : Capteur de niveau radar VEGAPULS WL 61...............................18 Figure I-15 : Exemple de capteurs mécaniques...................................................19 Figure I-16 : Figure I-16 : Exemple d’un capteur inductif..................................20 Figure I-17 : exemple de capteur capacitif..........................................................20 LISTE DES FIGURES Mémoire du DUT viii Bitadja DJATO Figure I-18 : Principe de fonctionnement d’une cellule photoélectrique en barrage.................................................................................................................21 Figure I-19 : Principe de fonctionnement de la cellule photoélectrique reflex....................................................................................................................21 Figure I-20 : capteur de niveau TOR à flotteur LEITENBERGER de type SR11....................................................................................................................23 Chapitre II Figure II-1 : Automate compact (Allen-Bradley)................................................27 Figure II-2 : Automate modulaire (Modicon).....................................................28 FigureII-3 : Schéma synoptique d’un système automatisé..................................28 Figure II-4 : Traitement du programme automate...............................................35 Figure II-5 : Fraction d’un programme en langage blocs fonctionnels...............38 Figure II-6 : Fraction d’un programme en langage à contact..............................39 Figure II-7 : Fraction d’un programme en langage GRAFCET..........................40 Figure II-8 : schéma d’une boucle d’asservissement..........................................41 Figure II-9 : commande en boucle fermée ; schéma général d’une boucle de régulation (asservissement). Système continu.....................................................42 Chapitre III Figure III-1 : Moteur ABB M2QA250M4A.......................................................46 Figure III-2 : Pompe à vis de type Archimède....................................................46 LISTE DES FIGURES Mémoire du DUT ix Bitadja DJATO Figure III-3 : Démarreur progressif Altistart48 de Télémécanique.....................50 Figure III-4 : interface de Zélio...........................................................................51 Figure III-5 : Choix du module logique..............................................................52 Figure III-6 : Type de module logique Zélio à programmer...............................53 Figure III-7 : sélection du type de langage de programmation...........................54 Figure III-8 : Interface de travail.........................................................................55 Figure III-9 : GRAFCET de niveau 1 illustrant le démarrage............................59 Figure III-10 : GRAFCET de niveau 2 illustrant le démarrage...........................59 Figure III-11 : Moteur en marche lorsque le niveau haut est actionné................60 Figure III-12 : Moteur à l’arrêt lorsque niveau bas est actionné.........................62 LISTE DES TABLEAUX Mémoire du DUT-GE/IFTS x Bitadja DJATO Liste des tableaux Pages Chapitre 2 Tableau II-1 : Tableau d’un programme en Langage liste d’instruction..............................................................36 Chapitre 3 Tableau III-1 : Distribution pluviométrique moyenne sur le littoral togolais...........................................................................47 Tableau III-2 : affectation des entrées/sorties de notre application.....................58 Tableau III-3 : coût total des équipements..........................................................61 Tableau III-4 : cout total du projet......................................................................62 GLOSSAIRE Mémoire du DUT-GE/IFTS xi Bitadja DJATO GLOSSAIRE Adressage : c’est le processus par lequel on affecte les entres et les sorties d’un automate aux capteurs et pré-actionneurs intervenant dans le fonctionnement du uploads/Ingenierie_Lourd/ mon-memoire.pdf