Automatisation d'une centrale thermique à vapeur

Description des différentes parties

Partie opérative : C’est la partie visible du système. Elle comporte les éléments du procédé :
– les pré-actionneurs (distributeur, contacteurs) reçoivent des ordres de la partie commande ;
– les actionneurs (vérins, moteurs, vannes) ont pour rôle d’exécuter ces ordres ;
– les capteurs informent la partie commande de l’exécution du travail.
Partie commande : C’est le regroupement de tous les composants de traitement des informations, utilisés pour faire fonctionner la partie opérative. L’outil de description de la partie commande s’appelle le Graphe Fonctionnel de Commande Etape Transition (GRAFCET).

Circuits périphériques

Capteur : Le capteur est un organe qui élabore à partir d’une grandeur physique une autre souvent de nature électrique, utilisable à des fins de mesure ou de commande. Les informations sont deux formes différentes analogique ou numérique.
Actionneur : Le rôle de l’actionneur consiste à commander le processus à partir des ordres émis par le système de traitement de l’information. Ils sont eux-mêmes commandés par des pré-actionneurs pilotés par la partie commande.

Le régulateur PID

Le régulateur PID permet une régulation optimale en associant les avantages de chaque action : l’action P réagit à l’apparition d’un écart de réglage, l’action I élimine l’erreur statique et l’action D s’oppose aux variations de la grandeur réglée et stabilise la boucle de régulation. Ainsi, le régulateur PID est aujourd’hui le plus utilisé car il est très simple à mettre en place et s’avère efficace pour la plupart de système réel.

Présentation du produit

L’API S7-200 est un dispositif constitué de micro-automates programmables pouvant commander une large gamme d’appareils afin de répondre aux besoins en matière d’automatisation. L’API S7-200 surveille les entrées et modifie les sorties conformément au programme de l’utilisateur, qui peut contenir des opérations booléennes, des opérations de comptage, des opérations de temporisation, des opérations arithmétiques complexes et des opérations de communication avec d’autres unités intelligentes. Sa forme compacte, sa configuration souple et son important jeu d’opérations en font une solution idéale pour la commande d’applications très variées.

Consignes d’ordre général et mode opératoire

– Faire une vérification autour de la chaudière surtout sur la soupape de sûreté et le niveau d’eau
– Planifier périodiquement la maintenance
– Prévoir les équipements de protection pour l’opérateur
– Vérifier périodiquement les différents organes (pompe, ventilateur, vanne, capteur, automate…)
– Eteindre les feux le plus rapidement possible pour le cas de manque d’eau
– Réguler l’alimentation du combustible pour réduire les risques de fuite au sein des espaces confinés.

CONCLUSION

La production d’énergie électrique dans la centrale thermique est un principe basé sur l’utilisation de la chaudière et de la turbine couplée par l’alternateur. L’Automate Programmable Industriel est un dispositif qui permet d’effectuer des commandes des différents actionneurs (moteur, vanne). Le régulateur PID est une solution pour régler le débit de la vapeur dans la vanne. Dans cette mémoire, on a fait l’étude du principe de fonctionnement de la centrale thermique à vapeur, l’analyse des différentes séquences possibles à automatiser et la programmation de l’API. On a aussi étudié le système de régulation au niveau de la distribution de vapeur. Et enfin, l’étude des impacts environnementaux a permis de dégager les avantages et l’inconvénient de ce projet. Tout au long de ce travail, on a pu constater que l’automatisme, la programmation des commandes, la régulation sont les éléments clés pour une optimisation du taux de rendements d’énergie dans la centrale thermique. Ainsi, l’application de l’automatisme dans un procédé présente beaucoup d’avantages si on ne cite entre autres qu’elle diminue l’effort physique et améliore les conditions de fonctionnement. Ce projet n’est pas à titre définitif, il peut être amélioré suivant l’évolution de la technologie.

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Table des matières

INTRODUCTION
PARTIE I: GENERALITES
Chapitre I: LA CENTRALE THERMIQUE A VAPEUR
I.1 Quelques définitions
I.1.1 La centrale thermique à vapeur
I.1.2 La combustion
I.1.3 Les combustibles
I.1.4 Le combustible utilisé
I.2 Les différents organes
I.3 Principe de fonctionnement
I.4 Classification par puissance
I.5 LE GENERATEUR DE VAPEUR
I.5.1 Définition
I.5.2 Chaudière à combustible
I.5.3 Classifications de la chaudière
I.5.4 Différents types de chaudière
I.5.5 Cycle thermodynamique appliqué à la chaudière
I.5.6 Domaine d’utilisation
I.5.7 Différents paramètres d’une chaudière
Chapitre II: SYSTEMES AUTOMATISES DE PRODUCTION
II.1 Description des différentes parties
II.1.1 Partie opérative
II.1.2 Partie commande
II.2 Différents types de commande
II.2.1 Domaine d’application
II.3 Notion de GRAFCET
II.3.1 Définition
II.3.2 Les différents niveaux de GRAFCET
II.4 Régulation – asservissement
II.4.1 Définition
II.4.2 Notion de système, de boucle Ouverte (BO), de boucle Fermée (BF)
II.4.3 Principe de base d’un asservissement
Chapitre III: Automate Programmable Industriel (API)
III.1.1 Définition
III.1.2 Structure
III.1.3 Circuits périphériques
III.1.4 Câblage des E/S
III.1.5 Cartes E/S
III.1.6 Langage de programmation
PARTIE II: METHODOLOGIE
Chapitre IV: CHOIX DES ORGANES UTILISES
IV.1Capteur de niveau utilisé
IV.2Les équipements pour l’alimentation d’eau
IV.3Les différents actionneurs
IV.3.1 Les vannes et l’électrovanne
IV.3.2 Moteur électrique
IV.4Automate Programmable Industriel
IV.5La chaudière utilisée
Chapitre V: AUTOMATISATION DE LA CENTRALE
V.1 Schéma de l’installation
V.2 AUTOMATISATION AU NIVEAU DE LA CHAUDIERE
V.2.1 Système de transport de la biomasse jusqu’au silo de stockage
V.2.2 Système de chargement du foyer
V.2.3 Système d’évacuation des cendres
V.2.4 Système d’alimentation d’eau
V.2.5 Schéma électrique de puissance et de contrôle
V.2.6 Programmation Ladder
V.2.7 Automate
V.3 AUTOMATISATION AU NIVEAU DE LA DISTRIBUTION DE LA VAPEUR
V.3.1 Principe de fonctionnement
V.3.2 Schéma électrique de contrôle
V.3.3 Programmation de l’Automate en langage ladder
V.3.4 Automate
V.3.5 Conséquences de la variation de charge
V.3.6 Solution à proposer
V.3.7 Boucle de régulation
V.3.8 Les fonctions de transfert
V.3.9 Synthèse du correcteur : (méthode graphique)
Chapitre VI: AUTOMATISATION DE LA CENTRALE AVEC L’API Siemens S7-200
VI.1Présentation du produit
VI.2Caractéristiques de L’API S7-200
VI.3Connexion de CPU S7-200
VI.4Exécution de la logique de commande par l’API S7-200
VI.5Module d’extension
VI.6Variables de l’automate S7-200
VI.7Les différentes séquences de la centrale
VI.7.1 Au niveau de chargement du silo
VI.7.2 Au niveau de chargement du foyer
VI.7.3 Au niveau d’évacuation des cendres
VI.7.4 Au niveau d’alimentation d’eau
VI.7.5 Au niveau de la distribution de la vapeur
PARTIE III: MANUEL D’UTILISATION ET LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
Chapitre VII: MANUEL D’UTILISATION ET LES IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
VII.1 MANUEL D’UTILISATION
VII.1.1 Consignes d’ordre général et mode opératoire
VII.2 IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
VII.2.1 Définition
VII.3 Analyse des impacts
VII.4 Mesures d’atténuation
Chapitre VIII: SIMULATION DE L’API EN UTILISANT L’AUTOMATION STUDIO 5.0
VIII.1 Présentation du logiciel
VIII.2 Animation
CONCLUSION