Soutenance mémoire
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Notion d’automatisme et d’automatique
L’automatique est l’ensemble des sciences et des techniques s’appliquant à la conception et à l’utilisation de machines qui fonctionnent sans intervention humaine.
L’automatisme est le système qui commande, contrôle ou régule un processus sans qu’une intervention humaine soit nécessaire.
L’automatique se divise en deux parties:
automatique séquentielle (le grafcet…).
automatique continue (systèmes asservis).
Les éléments constituants un automatisme
On appelle Automate Programmable Industriel (API), un dispositif électronique programmable destiné à la commande de processus industriels par un traitement séquentiel. Il envoie des ordres vers les pré-actionneurs (partie opérative ou côté actionneur) à partir de données d’entrées de consignes et d’un programme informatique (partie commande ou côté capteur).
les machines ou les installations : c’est le système qui doit être automatisé. ce système peut être très complexe comme une chaîne de fabrication, un atelier de production ou une usine. il est également possible d’automatiser des équipements plus simples comme des feux de signalisation, une porte de garage ou un système d’irrigation.
les capteurs : un système automatisé doit posséder des équipements qui lui donneront des informations sur son environnement extérieur. Les capteurs transforment une grandeur physique (information extérieure) en un signal électrique. On peut distinguer trois types de capteurs : un capteur de niveau, un capteur de température et un capteur de passage. Par exemple, pour la détection d’une automobile à une barrière de péage d’autoroute, nous utiliserons un capteur photoélectrique.
les actionneurs : permettent d’effectuer des actions sur le système. Ce sont les pompes, les vérins, les moteurs.
les systèmes de commande de puissance: pour apporter l’énergie nécessaire aux actionneurs et servir d’intermédiaire avec le système de traitement des données, des équipements spécifiques sont nécessaires, ce sont les systèmes de commande de puissance : contacteurs, disjoncteurs, relais.
le système de traitement des données: le cerveau de l’installation, est le système de traitement des données. Après avoir été réalisé à l’aide de relais et de contacteurs auxiliaires, il est maintenant composé d’automates programmables, des plus puissants aux plus compacts.
dialogue homme/machine : tout système automatisé doit être surveillé ou contrôlé par l’homme. Pour cela il faut des équipements comme : les boutons poussoirs, les terminaux de dialogue, les afficheurs et automatisation des convoyeurs.
Structure d’un automatisme
la partie commande : séquenceurs (électromécaniques ou pneumatiques) ; automates programmables.
la partie opérative: moteurs électriques (C.A. ou C.C.) ; vannes (électriques ou pneumatiques) . vérins pneumatiques ou hydrauliques.
la partie relation : alarmes ; panneaux de commande (voyants, poussoirs).
Les bases de programmation en CONT dans STEP 7
éléments bistable R-S : Un élément bistable est représenté par un rectangle avec une entrée S (set) et une entrée R (reset).
Un état de signal 1 bref sur l’entrée S met la bascule à 1. Un état de signal 1 bref sur l’entrée R remet la bascule à 0. l’état de signal 0 aux entrées R et S ne modifie pas l’état préalable.
Si les deux entrées R et S ont simultanément l’état de signal 1, une mise à 1 ou à 0 prioritaire aura lieu. Cette mise à 1 ou à 0 prioritaire doit être programmée.
temporisations : Diverses temporisations sont souvent utilisées dans la réalisation de tâches d’automatisation. Les fonctions sont intégrées dans l’unité centrale de l’automate programmable, leur temps d’exécution et leur déclenchement sont paramétrés dans le programme utilisateur. Les automates programmables SIMATIC disposent d’un nombre défini de temporisations qui varie en fonction de la CPU. Un mot de 16 bits est affecté à chaque temporisation.
STEP7 dispose des différentes temporisations suivantes :
S_IMPULS paramétrer et démarrer temporisation sous forme d’impulsion .
S_VIMP paramétrer et démarrer temporisation sous forme d’impulsion prolongée .
S_EVERZ paramétrer et démarrer temporisation sous forme de retard à la montée .
S_SEVERZ paramétrer et démarrer temporisation sous forme de retard à la montée mémorisé .
S_AVERZ paramétrer et démarrer temporisation sous forme de retard à la retombée .
(SI) démarrer temporisation sous forme d’impulsion .
(SV) démarrer temporisation sous forme d’impulsion prolongée .
(SE) démarrer temporisation sous forme de retard à la montée
(SS) démarrer temporisation sous forme de retard à la montée mémorisé .
(SA) démarrer temporisation sous forme de retard à la retombée.
opération de comptage .
Dans l’automatisation, les fonctions de comptage sont requises pour l’acquisition du nombre de pièces ou d’impulsions. Des compteurs sont déjà intégrés dans le SIMATIC S7. Ces compteurs ont leur zone de mémoire réservée. La plage de valeurs du compteur est comprise entre 0 et 999. Step7 dispose de différents compteurs suivants :
Zähler paramétrage et compteur d’incrémentation/décrémentation .
Z_VORW paramétrage et compteur d’incrémentation .
Z_RUECK paramétrage et compteur de décrémentation .
(SZ) initialiser compteur .
(ZV) décrémenter .
(ZR) incrémenter.
opération de comparaison :
Les langages de programmation dans step7 offrent la possibilité de comparer directement deux valeurs numériques et de connecter aussitôt le résultat de la comparaison (RLG). Il faut pour cela que les deux nombres aient le même format.
Les paires suivantes de valeurs numériques peuvent être comparées :
deux entiers (16 bits), (symbole : I)
deux entiers (32 bits), (symbole: D).
deux réels (nombres a virgule flottante 32 bits, (symbole : R).
Il y a six types de comparaisons possibles: ce sont (==, < >, >=, >, <=, <).
Extraction de l’argile
Les matières premières pour la production des briques et des tuiles sont des marnes et argiles que l’on trouve dans la nature. Leurs propriétés diffèrent selon leur teneur en minéraux argileux, chaux, quartz, carbonates et oxyde de fer (couleur et structure du produit fini). L’extraction des glaises s’effectue mécaniquement à ciel ouvert.
Broyage
L’argile qui arrive du parc de stockage, le fait en bloc de jusqu’à 5 mètres de volume, d’où la nécessité du passage par le broyeur, avant le stockage dans la propre carrière. Le broyeur prend l’argile dans une trémie déchargée directement par les camions ou autres moyens. Dans ce broyeur, la matière première se réduit à des éléments d’une taille inférieure à 8 mm, homogénéisant ainsi sa taille et assurant à l’usine un approvisionnement de matières premières avec des caractéristiques constantes de plasticité et de degré d’humidité..
Description du mélange
L’argile se mélange avec du sable, ce qui améliore l’efficience énergétique du séchage. Le sable se stocke également dans le parc. L’argile stockée se décharge dans les trémies avec une pelleteuse. De la même façon, le sable se décharge dans une autre trémie, située à côtés de celle qui contient l’argile. L’argile peut également se mélanger avec d’autres produits qui existent dans la zone, normalement avec des déchets qui favorisent le processus et économisent de l’énergie, et se stocke dans une autre trémie d’où elle se dose.
Mécanisme de dosage
Pour avoir le mélange bien dosé avec la quantité nécessaire adéquate de chaque matière première pouvant favoriser les meilleures propriétés mécaniques, thermiques du produit fini, il est préférable de mettre un convoyeur à bande, muni d’un dispositif de pesage « bascule de pesage».
Comme produit en terre cuite, les 90% du mélange doivent être de l’argile. Pour obtenir cette composition, les 2 convoyeurs à vis sont entrainés par le moteur électrique M1 avec un accouplement mécanique de façon à ce que chacun de deux convoyeurs soit entraîné avec des rapports de transmission différents. La quantité d’argile déversée doit être plus importante que celle du sable. Si le rapport de transmission d’argile est égal à « 0,9 », celui du sable doit être égal au 1/9 de celui-ci « 0,1 ».
Skip (élévateur)
Le Skip est un système d’élévation qui a pour but d’emmener le mélange, après dosage et versement, dans le malaxeur, par le biais de la trappe d’évacuation sur la trémie mobile tractée par un moteur électrique muni d’un treuil.
Le mécanisme de cuisson
C’est la dernière étape que doit subir la brique d’argile façonnée et séchée, avant de pouvoir devenir une brique de terre cuite à proprement parler. C’est là une phase d’une grande importance qui doit se dérouler selon des instructions précises. On augmente graduellement la température jusqu’à l’obtention de la température de cuisson (comprise entre 850 et 1200°c, en fonction du type d’argile) ; on diminue ensuite progressivement la température jusqu’à refroidissement complet. A chaque mélange d’argile, une «courbe de cuisson» adéquate.
La cuisson est une manufacture de longue haleine qui nécessite le respect de paliers de chauffe pour éviter les chocs thermiques et offrir un résultat satisfaisant :
première phase de cuisson : 6 heures de Température ambiante jusqu’à 600˚C en montant par paliers de 100˚C toutes les heures. Cette phase élimine lentement l’eau d’apport, celle qui a été ajoutée à la terre durant le travail et qui ne s’est pas évaporée durant le séchage. Jusqu’à 500˚C, laisser les regards du four ouverts afin de permettre à la vapeur d’eau de sortir.
deuxième phase de cuisson : 2 heures 30 de 600˚C jusqu’à 1000˚C en montant par paliers d’environ 150˚C. Pendant cette phase ; des gaz sont libérés par l’oxydation du calcaire, de la matière organique et des sulfures de fer.
troisième phase de cuisson : maintenir un palier de température à 1000˚c pendant 1 heure. Toutes les matières organiques résiduelles de l’argile (riches en carbone) brûlent totalement (bactéries, déchets de plantes, d’insectes,…).
Étude et dimensionnement d’une installation hydraulique industrielle
Le dimensionnement se fait séquentiellement en faisant une présélection d’un modèle dans une gamme de constructeurs, puis en choisissant la taille en fonction des charges appliquées et de la course nécessaire à effectuer. Et, seulement pour les vérins de manipulation, on calcule l’énergie cinétique en fin de course pour vérifier sa compatibilité avec l’amortissement du vérin choisi. Dans le cas contraire, on choisit soit un vérin de taille supérieure, soit une technique d’amortissement plus performante en passant de l’élastique au pneumatique ou du pneumatique à l’hydraulique. [10]
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Table des matières
LISTE DES TABLEAUX
Introduction
Partie I: Généralités sur l’argile et l’automatisme industriel
Chapitre 1 : Généralités sur l’argile
1.1 Introduction
1.2 Types d’argiles
1.3 L’argile à Madagascar et ses composition selon les localisations (Annexe 2)
1.4 Propriétés et dimensions des produits en terre cuite
1.4.1 Propriétés
1.4.1.1 Les propriétés mécaniques de la brique de terre cuite
1.4.1.2 Les propriétés physico-thermiques de la brique de terre cuite
1.4.1.3 porosité
1.4.1.4 Absorption capillaire et saturation (eau liquide)
1.4.2 Dimensions des produits en terre cuite
1.3.2.1 La brique
Chapitre 2 : L’automatisme industriel
2.1 Historique :
2.2 Notion d’automatisme et d’automatique
2.3 Les éléments constituants un automatisme :
2.4 Structure d’un automatisme :
2.5 Automate programmable :
2.5.1 Interaction du logiciel et du matériel
2.5.2 Les variantes de la gamme SIMATIC
2.5.3 Présentation de l’automate siemens 314c-2dp
2.6 Les langages de programmation :
2.6.1 Les bases de programmation en CONT dans STEP 7
2.6.2 Gestion du programme
2.6.3 Bloc utilisateur
2.6.4 Mémentos
2.6.5 Mnémoniques
2.6.6 Différents types de variables contenues dans step7
Partie II : Procédé de fabrication du produit en terre cuite, automatisation et dimensionnement du système
Chapitre 1 : Procédé de fabrication du produit en terre cuite
1.1 Description générale
1.2 Phase de préparation
1.2.1 Extraction de l’argile
1.2.2 Broyage
1.2.3 Stockage
1.4 Phase de fabrication
1.4.1 Dosage et mélange
1.4.1.1 Description du mélange
1.4.1.2 Mécanisme de dosage
1.4.1.3 Skip (élévateur)
1.4.2 Façonnage
1.4.2.1 Préparation de l’argile
1.4.2.2 Malaxage et contrôle de l’humidité
1.4.2.3 Procédés de façonnage
1.4.3 Séchage
1.4.3.1 Le mécanisme de séchage
1.4.3.2 Séchoirs tunnels continus
1.4.4 L’empilage
1.4.5 La cuisson
1.4.5.1 Le mécanisme de cuisson
1.4.6 Dépilage et emballage
Chapitre 2 : Dimensionnement du système
2.1 Préparation
2.1.1 Trémie de stockage
2.1.2 Convoyeur à bande
2.1.3 Skip
2.1.4 Malaxeur
2.1.5 Lamineur
2.2 Façonnage
2.2.1 Moule et contre-moule
2.2.1.1 Contre-moule
2.2.1.2 Moule
2.2.2 Étude et dimensionnement d’une installation hydraulique industrielle
2.2.2.1 Vérin de pressage
2.2.2.2 Vérin d’alimentation
2.2.2.3 Vérin d’évacuation
2.2.2.4 Pompe hydraulique
2.2.2.5 Tuyau de conduite
2.2.2.6 Pré-actionneur et les appareils de paramétrage
2.2.2.7 Capteur
2.3 Mise sur chariot
2.3.1 Convoyeur à chaîne
2.3.2 Chariot
2.4 Séchage et cuisson
2.4.1 Entrepôt de séchage
2.4.2 Four
2.4.2.1. Types de four discontinu avec sole mobile
2.4.2.2. Énergie consommée par l’opération de cuisson et combustibles
Chapitre 3 : Automatisation du système de production
3.1 Cahier de charge
3.2 Hiérarchisation des GRAFCET et GEMMA du système
3.3 Choix technologiques
3.3.1 Phase 1 préparation et stockage des matières premières .
3.3.2 Phase 2 phase principale de production
3.4 Grafcet
3.5.1 GRAFCET de sureté (sécurité ou surveillance) : GS (GRAFCET maître)
3.5.2 GRAFCET de conduite (GC)
3.5.3 GRAFCET de production normale cycle par cycle (GPN)
3.6 Schéma de puissance et schéma électrique
3.6.1 Schéma de puissance Electrique et Hydraulique
3.6.2 Schéma de commande
3.1 Schéma de visualisation et commande manuelle
3.8 Programmation ladder siemens s7
Partie III : Impacts environnementaux
Chapitre I : impacts environnementaux
1.1 Généralités
1.2 Identification des impacts positifs
1.3 Identification des impacts négatifs
1.4 Opportunités de prévention de pollution
1.5 Volonté en action
Conclusion
Bibliographie
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