Etude, dimensionnement et automatisation de la station d'air comprimé de l'usine d'Afourer

Amin M.

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Etude, dimensionnement et automatisation de la station d'air comprimé de l'usine d'Afourer

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Actuellement le royaume se retrouve face à de nouveaux défis de l'énergie surtout l'énergie électrique. La consommation d'électricité du pays a augmenté avec le développement économique et l'électrification du monde rural alors que la demande électrique augmente de 8% par an, pour cela, le Maroc mise sur la production hydroélectrique. Dans ce cadre et pour moderniser son parc hydroélectrique, l'ONE a lancé un projet de réhabilitation de ses centrales hydrauliques afin de réaliser la mise en place d'un système de télégestion de ses usines hydroélectriques à partir de deux centres de télégestion : le premier à Fès, le deuxième à Afourer.

Ainsi l'usine hydraulique d'Afourer fait partie de ces usines qui seront adaptées afin de la télé-gérer. Le présent projet industriel de fin d'études consiste à faire une étude, dimensionnement et automatisation d'une station d'air comprimé faisant l'objet de ce projet de réhabilitation en remplaçant cette installation qui était mise en service depuis 1954 et élargir son champ d'application en installant des accumulateurs air/huile afin de commander le cercle de vannage et la vanne de pied.

Pour ce faire, nous avons décortiqué le projet en plusieurs tâches, qui présentent aussi les quatre chapitre de ce présent rapport et qui se présentent comme suit :

- Etude critique de l'ancienne station d'air comprimé : nous étudions les causes potentielles qui diminuent le rendement de la station en utilisant l'arbre d'ISHIKAWA.

- Détermination des paramètres de fonctionnement de la nouvelle station d'air comprimé : dans cette partie nous déterminons la pression et le débit de freinage des groupes hydrauliques ainsi le volume et la pression de gonflage des accumulateurs.

- Elaboration d'une analyse fonctionnelle : nous cherchons dans cette partie les solutions possibles et nous choisissons les technologies des organes constituants le réseau pneumatique.

- Conception du nouveau circuit pneumatique et dimensionnement de l'ensemble de ses composantes et équipements : dans ce chapitre nous proposons un circuit pneumatique, nous dimensionnons et proposons des références pour chaque organe pneumatique.

- Etude de l'automatisme de la station d'air comprimé : dans ce chapitre nous analysons l'automatisme et nous déterminons ses modes de marche et d'arrêt suivant lesquels on a élaboré le GRAFCET de l'automatisme ainsi que les schémas de puissance et de commande de la nouvelle station d'air comprimé après réhabilitation (...)

Sommaire

Introduction générale

Chapitre 1. Présentation de l'organisme d'accueil et mise en situation du projet

I) Présentation de l'office national de l'électricité

II) Organigramme de la direction centrale production

III) Présentation de l'usine d'Afourer

IV) Mise en situation du projet

V) Conclusion

Chapitre 2. Etude critique de l'existant et détermination des paramètres de la nouvelle station d'air comprimé

I) Etude de la station d'air comprimé

A. Etude du circuit pneumatique
1. Circuit pneumatique
2. Mode de fonctionnement
3. Analyse du circuit pneumatique existant

B. Etude du schéma de puissance

II) Détermination des paramètres de la station d'air comprimé

A. Introduction

B. Détermination du débit et de la pression de freinage
1. Pression de freinage
2. Débit de freinage
3. Détermination du volume et de la pression de gonflage des accumulateurs

III) Conclusion

Chapitre 3. Conception et dimensionnement de la nouvelle station d'air comprimé

I) Cahier des charges préliminaire

II) Analyse fonctionnelle

A. Bête à corne
B. Diagramme pieuvre
C. Classement des fonctions
D. FAST

III) Choix des solutions

A. Choix de la technologie des compresseurs
B. Choix de la technologie des dispositifs de traitement de l'air
C. Choix du type de l'accumulateur
D. Choix des dispositifs de protection pneumatique

IV) Cahier des charges fonctionnel

V) Proposition d'un circuit pneumatique pour la station d'air comprimé

A. Circuit pneumatique

VI) Dimensionnement et choix des composants de la station d'air comprimé

A. Dimensionnement des compresseurs
B. Choix du sécheur à réfrigération
C. Dimensionnement du réservoir
D. Choix de la vanne d'isolement du réservoir
E. Choix du régulateur de pression et de l'unité de conditionnement FRL
F. Choix des soupapes, des clapets anti-retour et des vannes d'isolement manuelles
G. Dimensionnement des accumulateurs
H. Dimensionnement de la tuyauterie du réseau de l'air comprimé

VII) Calcul des pertes de charge dans la station d'air comprimé

VIII) Choix des départs moteurs

A. Introduction
B. Choix du mode de démarrage
C. Choix des équipements de protection des moteurs

IX) Conclusion

Chapitre 4. Etude de l'automatisme de la station d'air comprimé

I) Mise en situation et analyse de l'automatisme

A. Présentation de l'installation

B. Analyse de l'automatisme
1. Recherche des fonctions et des contraintes
2. Inventaire des tâches
3. Coordination des tâches
4. Conclusion

II) GRAFCET de l'automatisme de la station d'air comprimé

A. Guide d'étude des modes de Marche et d'Arrêt
1. Choix des états depuis le GEMMA
2. Conditions d'évolution entre les états

B. GRAFCET Niveau 1
1. GRAFCET de sécurité
2. GRAFCET de fonctionnement normal

C. Choix des capteurs
1. Choix des pressostats
2. Pressostats réservoir
3. Pressostat Cloche et vérins de freinage
4. Capteur de vitesse
5. Capteur du niveau d'ouverture de la vanne de pied

D. GRAFCET Niveau 2
1. Bilan des capteurs
2. Bilan des pré-actionneurs
3. GRAFCET Niveau 2
4. Communication avec le Tesys-U
5. Choix de l'automate

E. Implantation du GRAFCET
1. Gestion de priorité et des modes de Marche
2. Schéma de puissance/commande et implantation du GRAFCET sous PL7pro

III) Conclusion

Conclusion générale
Bibliographie
Annexes

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Extraits

[...] Techniques de l'Ingénieur-BM Jacques Faisandier Mécanisme hydraulique et pneumatique.8ème édition Dunod.1999. S.MORENO E. PEULOT,- LE GRAFCET Conception-Implantation dans les API Edition ELEDUCATIVE Sites internet : http://www.one.org.ma/ http://www.arab-eng.org/vb/t81239.html http://www.kaeser.fr/Online_Services/Toolbox/Pressure_drop/default.asp http://fr.wikipedia.org/wiki/Grafcet www.electrotechnique-fr.com Site du Lycée polyvalent Marcel SEMBAT à SOTTEVILLE LES ROUEN : http://rozier.azerttyu.net/ http://wiki.baronnerie.com/index.php?title=GRAFCET_Notation_particuli%C3%A8res http://fr.wikipedia.org/wiki/Pressostat www.global-download.schneider-electric.com http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/electrotech/schneider/schneider_17_11_04/tesys_u.pps Logiciels utilisés : Xrelais : pour le dessin des schémas de puissance et de commande. EditSab : édition du GRAFCET. Catia V5 : Dessin de l'architecture d'un groupe hydraulique et de la partie tournante de l'alternateur. [...]

[...] Adresse de l'esclave : 0 = Base de l'automate 1 = Carte de communication 1 = Adresse de l'esclave 4 Registres de l'automate servant au compte rendu du test de la communication : %MW = Type d'objet (Mot) 200 = de registre de l'automate servant au test 4 = Toujours 4 registres OPERATE %S1 READ_VAR(ADR# 0.1 .1,'%MW',452,1,%MW0:1,%MW200:4) Registre à lire de l'esclave : %MW = Type d'objet (Mot) 452 = de registre 1 = Nombre de registre à lire Registre de l'automate où sera copié le registre de l'esclave : %MW = Type d'objet (Mot) 0 = de registre de l'automate 1 = Nombre de registre ONE-Usine d'AFOURER 71 Chapitre 4 : Etude de l'automatisme de la nouvelle station d'air comprimé Le registre 452 du Démarreur contrôleur est un registre des défauts, les défauts dont on a besoin sont stocker dans les bits 0,1 et 3 du registre 452 : Bit 0 : défaut de court-circuit Bit 1 : défaut magnétique Bit défaut thermique. Dans notre cas on a deux démarreurs contrôleur et chaque démarreur contrôleur doit avoir une adresse pour que l'automate puisse communiquer et échanger les données avec lui. Cet adressage est décrit comme suit : L'adresse du module de communication Modbus LULC031 de Tesys U est définie par 5 microswitch accessibles en partie inférieure du module. Le codage de l'adresse est en binaire, le bit de pds faible étant à gauche. Le module est livré de l'usine ayant l'adresse 1. [...]

[...] Le modèle de l'accumulateur choisis est IBV 475 dont la capacité est 467 l > 435 l =Vsimulation (voir annexe B.7). ONE-Usine d'Afourer Page 39 Chapitre 3 : Conception et dimensionnement de la nouvelle station d'air comprimé Dimensionnement de la tuyauterie du réseau de l'air comprimé Il s'agit du réseau de canalisation qui relie chaque poste utilisateur aux compresseurs. En pratique, le dimensionnement d'un réseau ne devrait être que le résultat d'un compromis entre son coût d'investissement et la perte d'énergie que l'on peut tolérer en fonctionnement. [...]

[...] ONE-Usine d'AFOURER 74 Conclusion générale Le but de ce projet est d'étudier, de dimensionner et de faire l'étude d'automatisation de la station d'air comprimé de l'usine d'AFOURER en tenant compte d'un projet de réhabilitation. En premier lieu nous avons commencé par une analyse critique de la station d'air comprimé existante pour justifier le besoin de sa réhabilitation et nous avons pu dégager les causes potentielles qui affectent le rendement et le bon fonctionnement de la station qui se résume au niveau de 2M (Machine et Milieu) du diagramme Ishikawa. [...]

[...] ONE-Usine d'Afourer Page 40 Chapitre 3 : Conception et dimensionnement de la nouvelle station d'air comprimé La longueur totale de la tuyauterie est égale à 88,31 m et en début de planification il est difficile de se représenter les raccords et organes d'isolement dans leur ensemble. On multipliera alors le métrage linéaire de tuyauterie par 1,6. Selon la loi de Darci : : perte de charge = f . L ρ .V D 2 ρ : masse volumique f : coefficient de friction (environ 0,02 en pneumatique pour des canalisations lisses) V : vitesse moyenne du liquide D : diamètre de passage du fluide L : longueur de la canalisation P 4.Q et V = r .T π .D 2 En remarquant que : ρ = =287 J/Kg.K et T=300 est le débit en volume) f .L Q 2 = . [...]

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