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مقرينب التكنولوجيا و التصرف لعلوم الخاصة الكلية
Faculté Privée des Sciences de Gestion et de Technologie de Mégrine
RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES
Présenté en vue de l’obtention du diplôme national d’ingénieur
(Génie informatique)
Spécialité : Informatique Industrielle
Réalisé par : Encadré par :
JOMAA Salwa CPC : M. BOUWAZRA Rachid
UPES : M. Ben Sassi Hammadi
Société d’accueil
Carthage Power Company
Année Universitaire 2011/2012
Etude d’un système de gestion des protections incendie d’une turbine à gaz à base de l’automate Siemens S7300
Remerciements
Au terme de ce travail je tiens à exprimer mes vifs remerciements spécialement à mes
encadreurs Mr BOUWAZRA Rachid et Mr BEN SASSI Hamadi pour leur encadrement et
leurs conseils judicieux tout aux long du projet.
Je tiens à remercier tous ceux qui m ont aidé à réaliser ce projet : Mr ELAID Faouzi chef de
département exploitation dans la centrale CPC, Mr SIFI Ali facility operator,
Mr LAKHOUA Mehdi Coordinateur control commande au sein de la centrale CPC,, Mr
BEL HADJ Maroune Shift coordinateur dans la centrale CPC, Mr GAHAR Sofien Shift
coordinateur dans la centrale CPC, Mr BEN AMOR Mourad technicien en électricité, Mr
ABROUG Wassim technicien en instrumentation, pour leur collaboration dans la
réalisation de ce travail.
Nous remercions particulièrement les membres de jury pour avoir accepté d’examiner et de
juger ce travail.
A tous ceux qui ont participé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail qu’ils trouvent
tous ici la témoignage de notre profonde gratitude
JOMAA Salwa
Dédicace
A mes parents
Que nulle dédicace ne puisse exprimer ce que je leur dois, pour leur bienveillance,
leur affectation et leur soutien dont ils ont toujours fait preuve. Trésors de
bonté, de générosité et de tendresse, en témoignage de mon profond amour et ma
grande reconnaissance « Que Dieu vous garde »
A mes frères
Je leur dédie ce modeste travail en témoignage de mon grand amour et ma
gratitude infinie.
A mes cousins
Je leur dédie ce projet de fin d’étude et je les prie d’agréer l’assurance de mes
meilleurs sentiments les plus sincères.
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
Sommaire
Introduction générale………………………………………………………….………….. 1
Cahier de charge…………………………………………………………………………... 3
Chapitre 1 : Contexte du projet …………………………………………………………. 4
I.1. Introduction………………………………………………………………………… 5
I.2.1. Organigramme de la centrale…………………………………………………. 6
I.2.2. Données technique de la centrale………………………………………………. 6
I.2.3. Cycle de production de la CPC ………………………………………………... 7
I.2.4. Description d’une turbine à gaz………………………………………………... 8
I.3. Description du système de protection incendie de la turbine à gaz………………... 9
I.3.1. Description de l’armoire de la protection incendie MINIMAX FMZ4100…… 10
I.3.2. Principe de fonctionnement du système de protection incendie………………. 16
I.3.3. Principe de fonctionnement de détecteur thermostatique……………………… 17
I.3.3.1. Seuil de déclenchement des détecteurs thermostatique…………………... 18
I.3.4. Points faible du système de protection incendie……………………………….. 18
I.3.5. Solution proposées……………………………………………………………... 19
I.3.5.1. Principe de fonctionnement du thermocouple……………………………. 20
I.3.5.2. Alarmes déclenchés……………………………………………………….. 23
Conclusion…………………………………………………………………………………… 23
Chapitre II : Chaine d’acquisition………………………………………………………… 24
II.1. Introduction………………………………………………………………………… 25
II.2. Automate Siemens Simatic S7300…………………………………………………. 25
II.2. 1. Avantages S7300……………………………………………………………...... 25
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
II.2.2. Compositions de l’automate S7300……………………………………………. 26
II.2.3. Caractéristiques du CPU 312C………………………………………………… 27
II.2.4. Interface de communication PC-API………………………………………….. 28
II.2.5. Choix des modules……………………………………………………………... 28
II.2.5.1. Caractéristiques des modules d’entrées/sorties…………………………… 29
II.3. Programmation de l’automate S7300………………………………………………. 33
II.4. Le logiciel de programmation STEP 7……………………………………………... 34
II.5. Programmation du système de protection incendie de la turbine à gaz……………. 35
II.5.1. Paramétrages des modules analogiques……………………………………….. 36
II.5.2. Gestion des mnémoniques……………………………………………………... 39
II.5.3. Description di programme utilisateur………………………………………….. 43
II.5.4. Acquisition des données………………………………………………………... 44
II.5.4.1. Acquisition des paramètres de la température…………………………….. 44
III.5.4.2. Acquisition des paramètres de la pression……………………………….. 48
II.5.5. Configuration des alarmes……………………………………………………... 49
II.5.5.1. Alarmes défaut système CO2……………………………………………... 49
II.5.5.2. Alarme défaut mesure température……………………………………….. 50
II.5.5.3. Température haute………………………………………………………… 51
II.5.5.4. Pré-alarme feu……………………………………………………………. 52
I.2.5.5. Alarme activation des électrovannes……………………………………… 52
Conclusion…………………………………………………………………………………… 53
Chapitre III : Etapes de mise en service des solutions proposée………………………... 54
III.1. Introduction……………………………………………………………………….. 55
III.2. Interface de supervision avec WINCC…………………………………………….. 55
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
III.2.1. Description du logiciel de supervision WINCC………………………………. 55
III.2.2. Supervision sous WINCC……………………………………………………... 55
III.2.2.1. Intégration du projet Step7……………………………………………….. 55
III.2.2.2. Création des vues………………………………………………………… 57
III.2.2.3. Création de la table de variable…………………………………………... 57
III.2.2.4. Navigation entre les vues………………………………………………… 58
III.2.2.5. Réalisation de l’interface de supervision du système de protection 58
III.3. Réalisation d’un simulateur du système de protection incendie (bac d’essaie)…… 64
III.3.1. Choix des matériels……………………………………………………………. 64
III.3.2. Câblage des matériels dans l’automate S7300………………………………… 67
Conclusion…………………………………………………………………………………….. 67
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
Liste des abréviations :
CPC Carthage Power Company
MPI Multi Point Interface
PEW Périphérique Entrée Word
AI Analog input
S7-PLCSIM Simulateur
FC105 Bloc de mise en échelle
M Memory (Zone de mémoire)
OB Organisation bloc
MW Mot (16 BITS)
MD Double mot (32 BITS)
CPU Central Processing Unit
TOR Tout ou rien
HMI Human machine interface
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
Liste des figures :
Figure I.1 : Cycle de production de la centrale 8
Figure I.2 : Schéma d’une turbine 9
Figure I.3 : Vue de face de l’armoire incendie 10
Figure I.4 : Architecture de l’armoire de détection incendie 14
Figure I.5 : Emplacement des détecteurs thermostatiques dans la turbine à gaz 17
Figure I.6 : Schéma de détecteur thermostatique 17
Figure I.7 : Schéma d’un thermocouple 21
Figure I.8 : Forces électromotrices en fonction de la température d’un 22
Figure II.1 : Automate S7300 26
Figure II.2 : Composition du CPU 312C 27
Figure II.3 : CPU 312C 27
Figure II.4 : Interface de communication API 28
Figure II.5 : Schéma de branchement et de principe des thermocouples 30
Figure II.6 : Exemple du câblage des thermocouples dans un module SM331 31
Figure II.7 : Schéma de branchement et de principe d’un transducteur de mesure à
2 et 4 fils
32
Figure II.8 : Schéma de branchement et de principe du SM323 33
Figure II.9 : Création du projet sur STEP7 35
Figure II.10 : Choix des modules 36
Figure II.11 : Adresses du premier module AI8X12 bit 37
Figure II.12 : Adresses du deuxième module AI8X12 bit 37
Figure II.13 : Configuration des entrées du module 38
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
Figure II.14 : Adresses des modules AI8X13 bit 38
Figure II.15 : Configuration des types de mesures 39
Figure II.16 : Gestion des mnémoniques 40
Figure II.17 : Schéma de bloc de mise à l’échelle de fonction FC105 45
Figure II.18 : Acquisition des valeurs du thermocouple avec la fonction FC105 46
Figure II.19 : Chargement de la fonction FC105 46
Figure II.20 : Courbe de température en fonction de la valeur numérique du FC105 47
Figure II.21 : Chargement de la fonction FC105 48
Figure II.22 : Courbe de pression en fonction de la valeur numérique du FC105 48
Figure II.23 : Programmation alarme défaut système CO2 zone 2 50
Figure II.24 : Alarme défaut mesure température palier 4 zone 2 51
Figure II.25 : Alarme température haute palier 4 zone 2 51
Figure II.26 : Pré-alarme feu zone 2 52
Figure II.27 : Activation des électrovannes CO2 zone 3 53
Figure III.1 : Intégration du projet Step7 dans WINCC 56
Figure III.2 : Liaison avec l’automate S7300 56
Figure III.3 : Exemple des variables utilisés dans WINCC 58
Figure III.4 : Architecture des vues de supervision 59
Figure III.5 : Vue initiale avant de connaitre l’identité d’utilisateur 59
Figure III.6 : Vue initiale 60
Figure III.7 : Vue de supervision principale de système de protection incendie 61
Figure III.8 : Vue de supervision principale de systéme de protection incendie 61
Figure III.9 : Vue de forçages des variables 62
Figure III.10 : Exemple des courbes de température des 4 thermocouples de la zone3 63
Liste des figures CPC/UPES
JOMAA Salwa
Figure III.11 : Exemple des courbes de pression dans les 3 zones CO2 64
Figure III.12 : Potentiomètres 2.5 KΩ 65
Figure III.13 : Schéma de branchement et de principe de sonde thermique 65
Figure III.14 : Schéma de câblage de potentiomètre dans le module SM331 67
Introduction générale CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 1
Introduction générale
Chaque année, des dizaines des personnes sont directement ou indirectement victimes d'un
incendie. Les brûlures peuvent être considérées comme étant les lésions les plus graves
susceptibles de marquer un être humain. Un grand nombre des personnes sont également
victimes d'intoxication par la fumée lors d'un incendie. De plus, du point de vue émotionnel,
un incendie laisse aussi des séquelles chez les personnes concernées, lesquelles ont souvent
besoin de beaucoup de temps pour les assimiler.
Pour une entreprise, un incendie peut avoir des conséquences catastrophiques. Parfois, un
redémarrage des activités de l'entreprise n'est financièrement pas possible en raison de la perte
de sa position sur le marché, provoquée par un arrêt forcé de ses activités. Un incendie porte
également toujours préjudice à l'environnement. Chaque incendie a en effet une incidence sur
l'environnement suite au dégagement de produits de combustion toxiques et à la propagation
de résidus de l'incendie dans l'environnement.
Les dommages matériels de l'ordre des plusieurs millions sont aussi une catastrophe pour
beaucoup d'entreprises frappées d'un incendie.
Le préjudice économique suite à un incendie est considérable. Les montants concernent
uniquement les dommages directs estimés résultant d'un incendie. Le préjudice économique
indirect est souvent plus élevé. Pensez par exemple au préjudice économique suite à la perte
des outils de production et des stocks, aux coûts salariaux, aux coûts d'intervention des
services d'incendie, aux coûts de déblaiement, aux coûts de réorganisation et de
reconstruction, etc. L'ampleur du préjudice économique indirect est inconnue, mais peut être
un multiple des dommages directs.
Une bonne sécurité incendie est dans l'intérêt de tous. Incontestablement dans le cas de
grands projets où certains aspects financiers peuvent être intéressants, étant donné que la
sécurité incendie peut contribuer à réduire le montant des primes réclamées par les
assurances. Mieux vaut prévenir que de devoir éteindre un incendie!
La sécurité des systèmes est devenue un point essentiel lors de leur conception et de leur
exploitation tant pour des questions de sureté de fonctionnement, que de question de
Introduction générale CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 2
rentabilité. Un plan de sécurité mal adapté à un système peut également conduire à une
situation critique, dangereuse aussi bien pour les personnes que pour les matériels et
l’environnement. Les systèmes ne représentant pas de risques physiques en cas de
dysfonctionnement entrainent un surcout d’exploitation non négligeable pour l’entreprise.
C’est la raison pour laquelle la CPC (Carthage Power Company) a proposé la réalisation
d’une étude de gestion de système de protection incendie de la turbine à gaz pour extraire les
défaillances du système existant. Et mettre en place des solutions pour minimiser
l’apparition de tous les risques.
Pour la présentation de notre travail, nous avons articulé notre rapport en trois chapitres
génériques :
♦ Le premier chapitre, est consacré au contexte de projet dans lequel nous avons fait
une présentation de la société d’accueil, une description du système de protection incendie
dans la turbine à gaz avec tous ces points faibles et finalement une proposition des solutions
de tous ces différents problèmes.
♦ Le second chapitre est dédié à la programmation de notre système sur STEP7.
Nous y présentons les différentes étapes pour la réalisation de notre programme.
♦ Le dernier chapitre évoque les trois parties nécessaires pour la mise en œuvre
pratique de notre travail qui sont les suivantes : le développement d’une interface pour la
supervision de notre application, la simulation, et la validation.
Une conclusion générale et des perspectives marqueront la fin de notre manuscrit.
Introduction générale CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 3
Cahier de charges
Notre projet intitulé «Modernisation du système de protection et de contrôle commande
d’une cellule de départ moteur moyenne tension» consiste à élaborer une application qui a
pour objectif de faire la supervision et le contrôle en temps réel des paramètres de système de
la protection incendie.
Notre travail est subdivisé en deux parties : partie programmation sur STEP7 et partie
supervision sur WINCC.
La première partie consiste à concevoir un programme répondant aux fonctions
principales du système de la protection incendie installé dans une turbine à gaz en utilisant
STEP7. Le programme ainsi développée doit permettre la :
- Suivie en temps réel des paramètres de température dans les différntes zones de laturbine
à gaz.
- Suivie en temps réel des paramètres de pression dans les différents racks CO2 de trois
zones de protection incendie.
- Gestion des alarmes du système.
Dans la deuxième partie, on utilisera WINCC qui consiste à superviser et à surveiller
notre système.
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 4
Chapitre 1 :
Contexte du projet
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 5
I- Contexte du projet I.1. Introduction :
Afin de mettre le projet dans son contexte, il est indispensable tout d’abord de donner un petit
aperçu sur l’entreprise d’accueil. Ainsi, une description du système de protection incendie
dans la turbine à gaz avec ses différentes problématiques.
I.2. Présentation de la centrale :
Carthage Power Campany (CPC) est une société à responsabilité limitée (SARL), elle a été
fondée en 1996 suite d’un appel d’offre lancé par le ministère de l’industrie. Elle a été
construite par ALSTOM, dont le capital est partagé en 2 actionnaires :
- 60% détenus par BTU (BRITH THERMAL UNIT Power Company)
- 40% restant par MARUBENI (Maison de commerce Japonaise)
CPC est le premier producteur privé d’énergie électrique en Tunisie qui assure 23% de la
production nationale d’électricité (la STEG est considéré son unique client en électricité et
son unique fournisseur de gaz).
CPC s’est fixé une mission d’envergure à savoir être à la hauteur des attentes de la Tunisie en
termes de fiabilité dans le domaine de la production efficace et non polluante suite à sa
conscience de son rôle majeur au sein de la société et de la responsabilité environnementale.
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 6
I.2.1. Organigramme de la centrale :
I.2.2. Données techniques de la centrale :
La centrale Carthage Power Company est une centrale à cycle combiné : 1VEGA 209 E 2P AF
1 Nombre de tranche identique
VEGA Vapeur et gaz
2 Nombre de turbine à gaz
9 E Type de la turbine à gaz
2P Cycle eau / vapeur
AF Feux additionnels
Plant Manager
EC&I Manager Chemical Manager
Mechanical Maintenance
Operation Manager
Shift Coordinator
Facility Operator
Field Operator
Technical Office Manager
TO Mechanical Coordinator
TO Instrum. Coordinator
TO Electrical Coordinator
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 7
I.2.3. Cycle de production de la CPC :
La CPC est une centrale électrique thermique à cycle combiné comprend deux turbines à gaz
(TG1A et TG1B) de puissance 115 MW chacune, construites par General Electric-Energy
GE, deux chaudières de récupération (Heat Recovery Steam Generator : HRSG) construites
par Aalborg et une turbine à vapeur de puissance 240 MW construite par ALSTOM, CPC a
une production d’énergie électrique totale environ 471MW.
La cycle de production est débutée par un compresseur d’air, son rôle est d’emmener l’air
filtré puis le compresser dans des chambres de combustion (14 chambres de combustion)
dans lesquelles des injecteurs introduisent le combustible principal (gaz ou gas-oil) et grâce à
la présence de deux bougies l’allumage s’effectue pour nous donne un gaz très chauds permet
la rotation de l’arbre de la turbine à gaz. Cette dernière est couplée avec un générateur
électrique (alternateur) qui produit finalement de l’électricité.
Ces gaz chauds deviennent des gaz d’échappement après leur passage par la turbine où ils
permettent de chauffer l’eau déminée provenant de la station de traitement d’eau à l’aide d’un
feu additionnel au niveau d’une chaudière pour qu’elle le transforme en vapeur. Ce dernier
permet d’actionner une turbine à vapeur couplée avec son alternateur qui produit l’électricité.
La vapeur sortant de la turbine à vapeur, passe dans un condenseur qui est refroidie par le
circuit eau de mer (CRF) pour être de nouveau réinjectée dans la chaudière.
Le schéma ci-dessous représente le cycle de production de l’énergi électrique dans le central.
Contexte de projet CPC/UPES
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I.2.4. Description d’une turbine à gaz :
Le groupe thermique tel qu’il est conçu pour la plupart des installations, se compose d’une
turbine à gaz à un seul arbre en cycle simple prévu pour un fonctionnement continu et destiné à
entrainer un alternateur. La combustion d’un mélange air-combustible sert à produire la
puissance nécessaire à entrainer l’arbre du compresseur et principalement l’alternateur.
La turbine de compose d’un dispositif de démarrage (moteur de lancement), des auxiliaires
(pompes à huile, convertisseur de couple,…), d’un compresseur axial, d’un système de
combustion et d’une turbine à trois étages. Comme le montre le schéma ci-dessous, le
compresseur et la turbine sont reliés par un arbre unique, supporté par trois paliers.
Figure I.1 Cycle de production
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 9
I.3. Description du système de protection incendie de la turbine à gaz :
Le système de la protection incendie dans la turbine à gaz est basée sur l’injection du CO2 en
cas d’un incendie. Ce système est conçu pour éteindre l’incendie en réduisant rapidement la
teneur en oxygène de l’air dans le compartiment à moins du 15%.Quelques seconde après le
signal en provenance de détecteurs, une injection massive de CO2 est fournie par le système de
décharge initiale dans les compartiments de la machine afin d’atteindre rapidement la
concentration nécessaire à l’extinction. Cette concentration est maintenue pendant une période
plus ou moins longue par le système de décharge prolongée qui apporte graduellement une
quantité supplémentaire de CO2.
Le système de protection incendie dans la turbine à gaz est contrôlé et commandé à l’aide
d’une armoire de détection incendie FMZ 4100. Cette armoire regroupe un ensemble des
équipements de détection et d’extinction incendie qui est constitué de :
- Des détecteurs thermostatiques situés dans les différentes zones de la turbine.
- Des brises de glace
- Des sirènes
- Un rack CO2 constitué par : des bouteilles CO2 (forment deux circuits : circuit
d’émission initiale et circuit d’émission de maintien, chaque circuit est isolé
par une vanne équipé par un contact de fin de course surveillé par l’armoire
Figure II.2 Schéma d’une turbine
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 10
incendie), Pressostat, des électrovannes pilotes qui ouvrent les bouteilles CO2
et commandent la décharge, sont situés sur des têtes de décharge au niveau du
groupe des bouteilles, elles sont automatiquement commandées par un signal
électrique.
Chaque perturbation au niveau du systéme, un message est affiché sur l’armoire qui indique
la nature de défaut ou d’alarme avec une signalisation lumineux dans la zone de défaut.
(Voir figure I.3)
I.3.1. Description de l’armoire de la protection incendie MINMAX
FMZ 4100 :
La centrale de détection d’incendie FMZ 4100 est une centrale programmable, commandée
par microprocesseur, permettant l’analyse et le contrôle de groupes de détecteurs et de
boucles de commande, ainsi que l’activation d’installations d’extinction et d’un système de
transmission. Les groupes sont concentrés sur de cartes linéaires. Le type de base d’une carte
linéaire comprend :
Signalisation lumineux
Affichage du message d’alarme
Figure III.3 Vue de face de l’armoire incendie
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 11
• 4 groupes pour raccorder des détecteurs automatiques.
• 4 groupes pour raccorder des détecteurs transmettant des contacts.
• 4 groupes pour raccorder des lignes primaires à surveiller avec possibilité d’activer des dispositifs d’alarme et des dispositifs de déclenchement électromécaniques.
D’où la possibilité d’analyser et de surveiller jusqu’à 12 lignes primaires avec une carte linéaire intégralement occupée.
La totalité des cartes enfichables du système FMZ4100 sont en format DIN. Un connecteur standardisé 64 broches les relie au circuit principal, qui renferme toutes les lignes d’alimentation.
Chaque carte comporte 8 boucles de détection (pour la détection d’incendie et le contrôle). Ces boucles sont subdivisées en boucles de détecteurs automatiques et de détecteurs à contact (boucle zener). Ilya 4 sorties de commande pour le contrôle et le déclenchement du systéme d’extinction. Pour que les blocs soient fonctionnels, nous avons :
• 4 boucles de détecteurs automatiques
• 1 boucle de déclencheurs manuels
• 2 boucles de contrôle du système d’extinction
• 4 sorties de déclenchements et de contrôle des composants du systéme d’extinction
Et pour la transmission des événements et des états est possible par la connexion de 8 relais. Ses fonctions sont comme suit :
• 4 relais « feu »pour les bouucles de détecteurs automatiques
• 1 relais « commande manuelle » pour la boucle de déclencheurs manuels
• 1 relais « emission »
• 1 relais de dérangement général de la zone d’extinction
Le contact de porte intervient dans la commande par les cartes de connexion des sorties de
commande (MVA4). Aucune extinction n’est activée si la porte de la centrale est ouverte, en
revanche, l’ouverture de cette porte pendant une extinction déjà commencée reste sans effet.
Pour que le central de détection surveille du bon fonctionnement du système, une tension
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 12
constante régulée de 9V est envoyé aux groupes. Donc l’alarme, la rupture de fil et le court
circuit sont détectés via les modifications de la tension à l’intérieur du groupe. La tension de
celui-ci est envoyée à un convertisseur analogique numérique, puis le comparée par le
microprocesseur avec les paramètres programmée pour l’alarme, la rupture fil et le court
circuit de chaque groupe. Et pour la surveillance des groupes, il existe deux types de câblage
de circuit des groupes, soit un circuit avec résistance ou un circuit avec diode zener. Nous
avons traités un exemple de calcul de tension pour chaque circuit.
Pour le circuit avec résistance qui se trouve dans le câblage des détecteurs
thermostatiques et des sirènes :
Pour le fonctionnement normal, la tension au niveau du central est 9V.
U = R*I
I = U/R
→ I = 9/ (1,8 * 10^3)
I = 5.10^-3 A
En cas du contact fermé :
U = Req * I → Req = R1 * R2/ (R1 + R2)
I = U/ Req
I = 24 10^-3 A
En cas du court circuit :
U=0
9V
470 Ω 1,8 Ω
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 13
Pour le circuit avec diode zener qui se trouve dans le câblage des brises de glace, des
pressostat et des électrovannes :
Pour le fonctionnement normal , la tension envoyée à l’armoire est:
U = 4,3 V
En cas d’alarme :
U = 2,7 V
En cas du court circuit :
U = 0V
En cas du rupture de fil :
U = 5,5 V
Le schéma ci-dessous décrit l’architecture de l’armoire de detection incendie.
U
2,7 VDC 4,3 VDC
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 14
LAK8 : c’est une carte d’entrée, elle représente la liaison entre l’armoire et l’installation. Elle
comporte un bornier pour raccorder 8 boucles de détection (boucles aves résistances) et un
bornier pour raccorder 8 boucles de contacts secs (boucle avec diodes zener).
LK : c’est une carte de ligne.
ZKR : c’est la carte centrale comporte également les fonctions suivantes :
- Convertisseur analogique/numérique pour contrôler le courant.
- Horlôge secourue par pile incorporée en cas de défaut d’alimentation ou
lorsque la carte est retirée du tableau.*
- Génération des tensions de référence 5 V et 9 V.
MVA4 : Carte sortie 24 V pour alimenter les sirénes et les électrovannes.
SPEVR : c’est une carte de distribution de l’alimentation.
Electrovanne
LA
K 8
/1 :
16 e
ntré
es
IF2 : Carte interface
1,8
KΩ
470 Ω
LK
: ca
rte
de g
estio
n lig
ne
ZK
R U
nité
cen
tral
e
RK1 : Relais
MVA4 RK8/Z : carte relais
SPEVR : carte d’alimentation
Speed Tronic
Relais ventilateurs
MVA4
RK8/Z
LAK 8
Siréne
Figure IV.4 Architecture de l’armoire de détection incendie
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 15
RK8 : c’est une carte relais comporte 8 relais, reliée à la carte d’extinction.
RK1 : c’est une carte relais prend le contact de porte et fournit deux contacts secs inverseurs.
Un contact donne 24V au module des zones et l’autre 0V aux sorties de commande
(électrovannes) qui ne doivent pas activées si la porte est ouverte.
Les schémas ci-dessous représente la disposition de ces différents carte au niveau l’armoire
incendie.
LLAAKK 88
RRKK11
SSPPEEVVRR
RRKK88
MMVVAA44
Cartes LK
Carte ZKR
Carte IF2
Contexte de projet CPC/UPES
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I.3.2. Principe de fonctionnement du système de protection
incendie:
Le système de déclenchement CO2 est effectué par l’armoire incendie. Plusieurs cas peuvent
le déclenché :
1- Si un détecteur de chaque boucle de la même zone est activée c.à.d. un signal est
envoyé à l’armoire incendie lors de l’activation d’un détecteur de la première boucle,
une pré-alarme feu est affiché et la confirmation ne se fait que lors de l’activation d’un
deuxième détecteur de la deuxième boucle, dans ce cas une alarme feu est apparait au
niveau de l’armoire. La figure I.5 montre l’emplacement des détecteurs
thermostatiques dans les différentes zones de la turbine à gaz.
2- Si un brise de glace est activé, un signal est envoyé à l’armoire incendie qui indique
une feu est déclenché dans la zone.
3- Déclenchement d’un pressostat situé sur le circuit de l’émission de maintien de chaque
rack CO2 permet d’envoyé un signal aussi à l’armoire incendie qui indique le passage
du CO2.
Ces trois cas ont les mêmes conséquences, dés qu’une alarme feu apparait au niveau de
l’armoire incendie :
- les sirènes de la zone concernée seront activées
- Une alarme feu est envoyée au speedtronic (automate de la turbine à gaz) qui va triper
la turbine et fermer les vannes d’alimentation en combustible.
- Un signal est envoyé au CCM pour stopper les moteurs ventilateurs.
- Après 30 s, les deux électrovannes de chaque zone CO2 seront excitées. Ceci
provoque le déclenchement de système CO2 (Emission initiale et émission de
maintien).
- Le pressostat situé sur le collecteur de l’émission de maintien confirme le passage de
CO2 à l’armoire incendie.
Contexte de projet CPC/UPES
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I.3.3. Principe de fonctionnement des détecteurs thermostatique :
Le détecteur thermostatique passe en alarme lorsqu’il détecte une température supérieure à un
seuil prédéterminer. Ces détecteurs fonctionnent sur le principe de bilame du fer à repasser
(deux lames s’échauffent différemment) et qui établissent un contact lorsque le seuil de la
température est atteint.
88 BT-1 88 BT-2 88 EF 88 VG
45 FA 45 FA 1B
45 FA 45 FA 2B
45 FT 1A 45 FT 1B
45 FT 2A 45 FT 2B
45 FT 3A45 FT 3B
45 FT 8A45 FT 8B
45 FT 9A45 FT 9B
45 FG 45 FT 9B
45 FG 2045 FG 21
Zone 1 Zone 2 Zone 3
Figure VI.6 Schéma d'un détecteur thermostatique
Figure V.5 Emplacement des détecteurs thermostatique dans la turbine à gaz
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 18
I.3.3.1. Seuil de déclenchement des détecteurs thermostatique :
Lieu Seuil
Zone 1 Compartiment des auxiliaires 127 °F (52,77 °C)
Compartiment turbine 600 °F (315,55 °C)
Zone 2 Compartiment de puissance 600 °F (315,55 °C)
Tunnel 950 °F (510 °C)
Zone 3 Palier 4 127 °F (52,77 °C)
Palier 5 127 °F (52,77 °C)
I.3.4. Points faible du système de protection incendie :
Vu l’importance du système de protection incendie sur la disponibilité de la centrale et la
protection des personnels. Un incendie ou une fausse alarme peut avoir des conséquences
catastrophiques qui peuvent provoquer un arrêt forcé de la production ainsi qu’une grande
perte financière.
Il existe des défaillances au niveau du système de protection incendie installé dans la turbine à
gaz qui sont les suivants:
• Défaillance de détecteurs thermostatique : lors d’une élévation réelle de la température il
y a un risque que le détecteur thermostatique ne réagit pas vu qu’il est toujours au repos
donc il y a la possibilité que son contact ne se ferme pas.
• Aussi il y a coupure au niveau du fil de l’alimentation du détecteurs, il n’y a aucune
alarme ou message qui indique ce défaut.
• Il y a un risque sur la sécurité des exploitants puisqu’ils ne sont pas avertis de
l’augmentation de la température au niveau de la zone de déclenchement.
• Impossible de faire des actions correctives ou préventives puisqu’on ne peut pas
connaitre l’évolution de la température au cours du temps dans les différentes zones de
la turbine pour se protéger contre un incendie ou éviter un déclenchement.
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 19
• En cas d’un incendie réel il y a un risque que les bouteilles CO2 ne sont pas pleines pour
pouvoir éteindre le feu puisqu’il n y a pas un système de vérification automatique de la
pression au niveau des bouteilles (un opérateur doit vérifier régulièrement l’indication
situé sur les bouteilles).
I.3.5. Solutions proposées :
Vu que les détecteurs thermostatiques installés dans la turbine à gaz fonctionnent comme des
interrupteurs donc on ne peut pas suivre l’évolution de la température au cours de temps pour
empêcher les conséquences graves suites au déclenchement d’une alarme qui peut être dans
plusieurs cas une fausse alarme. C’est pour cela la solution qu’on a choisi est de les
remplacer par des capteurs analogiques. Ces capteurs sont les thermocouples qu’ils vont
jouer le rôle des détecteurs thermostatiques et aussi nous permet de suivre l’évolution de la
température au cours du temps pour faire le nécessaire avant que le seuil d’alarme soit atteint.
Nous pouvons aussi faire une comparaison entre les valeurs de température des différents
thermocouples situés dans la même zone.
Aussi parmi les points faibles cités, on ne peut pas contrôler la pression au niveau des
bouteilles CO2 donc la solution s’était d’ajouter un transmetteur de pression au niveau des
collecteurs des bouteilles CO2 pour contrôler la pression des bouteilles en temps réel.
Contexte de projet CPC/UPES
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Ces équipements et le reste des équipements du système de protection incendie seront liés à
une automate avec un système de supervision pour qu’on puisse voir les alarmes et contrôler
les paramètres du système en temps réel (température et pression).
I.3.5.1. Principe de fonctionnement du thermocouple :
Un thermocouple est constitué de deux jonctions reliant chacun de deux métaux ou alliage de
type différent.
Le principe de fonctionnement du thermocouple repose sur l’effet Seebek (une différence de
température entre les deux jonctions produit une force électromotrice de faible niveau mais
mesurable).
Les deux extrémités libres constituent un point de compensation, soit une jonction de
référence (jonction froid). Le thermocouple peut être étendu à l’aide d’un câble de
compensation ou un câble d’extension.
La tension thermoélectrique au niveau de la jonction de référence du matériau de fil du
thermocouple et de la différence de température entre la jonction chaud et la jonction froid.
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 21
Pour les mesures de température, la température de la jonction froide doit être maintenue
constante ou connue avec précision
Jonction chaude (jonction de mesure) :
Jonction de l’ensemble thermocouple soumis à la température à mesurer. C’est le point où les
deux thermoélectriques sont soudés entre eux (dans notre cas on va utiliser un thermocouple
de type K donc les deux conducteurs sont Nickel chrome et Nickel aluminium)
Jonction froide (jonction de référence):
Jonction de l’ensemble thermocouple (à l’extrémité opposée à la jonction de mesure, une
connexion électrique entre le conducteur du thermocouple et un fil en cuivre) maintenu à une
température connue ou à 0°C.
Câble de compensation :
C’est un câble permettant de prolonger les fils de thermocouple à moindres frais constitué des
conducteurs différents en nature ou en qualité mais qui produisent dans une zone restreinte de
température la même f.e.m./°C que le thermocouple.
Câble d’extension :
C’est un câble permettant de prolonger les fils de thermocouple avec des conducteurs de
même nature.
Deux conducteurs différents
Jonction de mesure
Jonction de référence
Figure VII.7 Schéma d'un thermocouple
Contexte de projet CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 22
Les avantages d’un thermocouple :
- Réponse rapide.
- Plages de température très étendues
- Conception compacte.
- Très haute résistance aux vibrations.
- Stabilité à long terme.
- Conception robuste
Choix de thermocouple :
Dans notre cas on va utiliser des thermocouples de type K (Chromel / Alumel ou nickel-
chrome / nickel-aluminium). Ces thermocouples sont les plus utilisé, sa gamme de
température d’emploi est très large (-200°C à 1300°C). Sa courbe f.é.m./température est
pratiquement une droite.
Figure VIII.8 Forces Electromotrice en fonction de la température d’un thermocouple
Contexte de projet CPC/UPES
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I.3.5.2. Alarmes déclenchés :
- Alarme vers speed tronic lorsque l’un des deux vannes CO2 fermée « Défaut système
CO2 ».
- Alarme vers speed tronic lorsque les deux vannes CO2 fermées « système CO2
verrouillé ».
- Pré alarme feu lorsque un thermocouple de chaque zone indique une température
supérieure au seuil « Pré alarme feu ».
- Alarme feu lorsque deux thermocouple indiquent une température supérieure au seuil.
« Alarme feu ».
- Ordre d’activation sirène lorsqu’il y a une alarme feu. « Sirène activée»
- Déclenchement brise de glace « brise de glace activé » + « Alarme feu ».
- Comparaison entre les deux valeurs des deux thermocouples situés dans la même zone
« Défaut mesure thermocouple ».
- « Thermocouple en défaut ».
Conclusion :
En plus de fait que la centrale CPC satisfait environ 23% du besoin de la Tunisie en énergie
électrique, elle a un rendement nettement meilleur que les centrales classiques (turbine à gaz
et centrale thermique). Les performances (sécurité, disponibilité et rendement) de la centrale
sont étroitement liées à la disponibilité des équipements critiques. C’est dans ce cadre, la
direction de la centrale a proposé la réalisation de ce projet qui vise à améliorer le système de
protection incendie déjà installé dans la turbine à gaz.
Le chapitre qui suit traitera la première étape dans la réalisation du projet qui est la partie
programmation sur STEP7.
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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Chapitre 2 :
Chaine d’acquisition
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 25
II Chaine d’acquisition : II.1. Introduction :
Ce chapitre décrit, dans une première partie, une description de l’automate S7300, les
étapes que nous avons effectuées pour programmer l’automate à recevoir les données,
ainsi que la programmation que nous avons faite sur STEP7 et qui dépend de chaque type
de capteurs utilisés. Dans la deuxième partie nous précédons à l’acquisition instantanée de
données.
II.2. Automate Siemens Simatic S7300 :
Le SIMATIC S7300 est l’automate le plus vendu au monde dans le contexte Totally
Integrated Automation et peut faire une multitude de référence dans les secteurs industriels les
plus variées fabrication manufacturière, industrie automobile, construction mécanique
générale,… L’automate S7300 supporte de multiples tâches technologiques et offre de vastes
possibilités de communication.
Le Simatic S7300 conçu pour des solutions dédiées au système manufacturier et constitue à
ce titre une plate forme d’automatisation universelle pour des applications avec des
architectures centralisées.
II.2.1. Avantages S7300 :
Le S7300 offre des nombreux avantages :
• Une construction compacte et modulaire, libre de contraintes de configuration.
• Une riche gamme des modules adaptés à tous les besoins du marché est utilisable
en architecture centralisée ou décentralisée,
• Une large gamme de CPU adaptée à toutes les demandes de performances pouvant
obtenir des temps de cycle machine courts.
• Une économie d’ingénierie en utilisant les outils orientés application et normalisés
IEC1131-3 (normes d écrit les fonctions standard qui peuvent âtre utilisées dans le
programme API) tels que les langages SCL ou des logiciels executifs orientés
technologie pour le contrôle des mouvements.
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 26
• Le S7300 possède une microcarte mémoire (MMC) utilisé en tant que carte
mémoire de données et de programme rend superflue l’utilisation d’une pile de
sauvegarde et économise les coûts de maintenance. De plus, il est possible de
sauvegarder un projet complet sur la MMC, y compris la table de mnémoniques et
les commentaires pour simplifier les interventions de maintenance.
II.2.2. Compositions de l’automate S7300 :
Le S7300 possède une structure modulaire et compacte. Les modules sont simplement
accrochés et vissés pour former un ensemble robuste conforme aux exigences CEM. Il ne reste
qu’a enfiché le connecteur de bus car chaque module intègre un tronçon de bus de fond de
panier.
L’automate S7300 est composée d’un module d’alimentation, d’un CPU et des modules
d’entrées sorties.
Figure II.1 Automate S7300
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 27
II.2.3. Caractéristiques du CPU 312C :
Pour la réalisation de ce projet, nous avons choisi d’utilisé l’automate S7300 avec CPU 312C.
Le CPU 312C contient un module d’E/S logiques (TOR) intégrées (DI10/DO6XDC24V).
Module d’alimentation
CPU 312C
Module d’E/S
Interface MPI
Signalisation d’état
Commutateur de mode
Figure II.3 CPU 312C
Figure II.2 Composition du CPU 312C
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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II.2.4. Interface de communication PC-API :
Nous avons établi une communication via une interface MPI. En faite, l’interface MPI
(Multi Point Interface) est une interface de communication intégrée à chaque automate
programmable SIMATIC S7 (SIMATIC S7/M7 et C7). Elle est utilisable pour les niveaux
terrain et cellule. Elle permet de communiquer l’automate avec le PC via RS232 ou USB.
II.2.5. Choix des modules :
La vaste gamme de modules S7300 permet une adaptation modulaire aux tâches les plus divers.
Le tableau ci-dessous représente la liste des équipements que nous allons brancher à l’automate
S7300.
Désignation Couleur Description
SF Rouge Erreur matérielle ou logicielle
DC5V verte Alimentation 5V pour CPU et bus S7300 correcte
FRCE jaune LED s’allume : requête de forçage active
LED clignote à 2 Hz : fonction test de clignotement de
l’abonné
RUN verte CPU en marche
LED clignote au démarrage à 2 Hz et à l’arrêt à 0,5 Hz
STOP jaune CPU à l’état de fonctionnement « STOP »
Figure II.4 Interface de communication MPI
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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Entrées Analogiques Entrées Logiques Sorties
Nbre Equipements Nbre Equipements Nbre Equipements
16 Thermocouple 3 Pressostat (0-24 V) 7 Sirène
3 Transmetteur de
pression (4-20 mA) 9 Brise de glace (0-24 V) 8 Arrêt Ventilateurs
6 Fin de course (0-24 V) 6 Electrovannes
Pour nous permettons de configurer et de câbler ces équipements à l’automate S7300, nous
avons choisi d’utiliser en se basant sur les caractéristiques des modules d’E/S cinq modules :
Deux modules analogiques de type SM331 AI 8X12bit (Rèf : 6ES7 331-7KF02-
0AB0) pour configurer les thermocouples.
Un module analogique de type SM331 AI 8X13bit (Rèf : 6ES7 331-1KF01-
0AB0) pour configurer les transmetteurs de pression.
Un module logique de type SM323 DI16/DO16X24V/0,5A (Réf : 6ES7 323-
1BL00-0AA0).
II.2.5.1. Caractéristiques des modules d’entrées/sorties :
∗ Module SM331 AI 8X12bit :
Le module peut traiter 8 entrées analogiques et déclencher des alarmes de diagnostic et des
alarmes de processus. Un même module peut être configuré pour plusieurs types de mesure
(tension, courant, thermocouple).
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 30
Comme le montre le schéma ci-dessus, nous pouvons connecter 8 thermocouples dans ce
module et puisque nous avons besoin des 16 thermocouples dans les différents zones de la
turbine à gaz c’est pour cela nous avons choisi 2 modules SM331 AI8X12 bit.
Le câblage des thermocouples dans le module analogique SM331 se fait comme suit :
Raccordement de l’alimentation (24V) dans le bornier 1 (L+).
Raccordement des conducteurs de compensation des thermocouples (M+ , M-).
Puisqu’on n’a pas utilisé une boite de compensation externe, c’est pour cela nous
faisons le court-circuitage des bornes de soudure froide (COMP, bornier 10 et 11).
Court-circuitage des voies inutilisées et câblage à la masse dans la bornier 20 (M).
La figure II.6 représente un exemple de câblage des 4 thermocouples du bornier 2 jusqu’à
bornier 9, le bornier 1 contient l’alimentation 24V et les reste borniers sont court-circuité et liés
à la masse.
Figure II.5 Schéma de branchement et de principe des thermocouples.
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 31
∗ SM331 AI 8X13bit :
Le module peut traiter 8 entrées analogiques et déclencher des alarmes de diagnostic et des
alarmes de processus. Un même module peut être configuré pour plusieurs types de mesure
(tension, courant, résistance et température). C’est pour cela, nous avons choisi ce module
pour le branchement des transmetteurs de pression puisqu’il fourni un signal 4-20 mA.
La figure II.6 représente un exemple de branchement d’un transducteur 2 ou 4 fils selon le
choix des matériels.
Figure II.6 Exemple du câblage des thermocouples dans un module SM331
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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∗ SM323 DI16/DO16X24V/0,5A :
Comme le montre la schéma ci-dessous a :
16 entrées, séparation galvanique (permet de
supprimer tout lien électrique entre une partie de
circuit et une autre) par groupe de 16
16 sorties, séparation galvanique par groupe de 8
Tension d’entrée nominale : 24Vcc
Tension d’alimentation nominale 24 Vcc
Entrées convenant pour des commutateurs et des
détecteurs de proximité 2, 3 ou 4 fils
Sorties convenant aux électrovannes, aux conducteurs à courant continu et aux
lampes de signal
Figure II.7 Schéma de branchement et de principe d'un transducteur de mesure à 2 et 4 fils pour mesure de courant
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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Puisque nous avons plusieurs entrés et sorties TOR comme nous avons cité précédemment.
C’est pour cela, nous avons choisi ce module avec le module TOR DI10/DO6XDC24V déjà
intégré dans le CPU. La figure représente le maniére et le principe de branchement des
entrées et sorties TOR.
II.3. Programmation de l’automate S7300 :
Dans tout automate programmable, deux programmes s’exécutent :
∗ Le programme relatif au système d’exploitation de l’automate.
∗ Le programme utilisateur développé sur STEP7 puis chargé dans la CPU de
l’automate.
Octets des sorties
Octets d’entrées
Figure II.8 Schéma de branchement et de principe du SM323
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 34
Le système d’exploitation de l’automate organise toutes les fonctions qui assurent le bon
fonctionnement de l’API. Il permet:
∗ Le démarrage de la CPU.
∗ L’actualisation de la mémoire image des entrées et l’émission de la mémoire
image des sorties.
∗ L’appel du programme utilisateur.
∗ L’enregistrement des alarmes et l’appel des OB d’alarmes.
∗ La détection et le traitement d’erreurs.
∗ La gestion des zones de mémoires.
∗ La communication avec les autres partenaires.
Le programme utilisateur assure quant à lui les fonctions nécessaires au traitement des
tâches d’automatisation du processus. Il permet de :
∗ Traiter les données du processus (opérations booléennes sur des données
binaires, lire et exploiter des valeurs analogiques, définir des signaux binaires
pour les sorties, écrire des valeurs analogiques).
La programmation de l’automate S7300 se fait à l’aide du logiciel STEP 7.
II.4. Le logiciel de programmation STEP7:
Le logiciel STEP 7 est l’outil standard de programmation des automates programmables
S7300. Basé sur la norme CEI 1131, STEP 7 répond à la norme européenne et allemende DIN
EN 6.1131-3. Il offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour :
- Configurer et paramétrer le matériel
- Configurer la communication
- Programmer, tester et mettre en service l’automate
- Rechercher les défauts.
Il met à disposition du programmeur des fonctions d’assistance pour résoudre efficacement
les problèmes d’automatisation (Exemple : fonction système (SFC)...). STEP 7 est constitué
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 35
d’un logiciel de base et de logiciels optionnels s’exécutant sous Windows. Le logiciel de base
STEP 7 assiste son utilisateur dans toutes les phases du processus de création des solutions
d’automatisation, par exemple la configuration et le paramétrage des matériels et de la
communication.
II.5. Programmation du système de protection incendie de la turbine à
gaz :
La première étape pour faire la programmation du système est de faire la création du projet.
Figure II.9 Création du projet sur STEP 7
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 36
La deuxième étape est de faire la configuration et le paramétrage des modules et de la
communication selon les besoins.
II.5.1. Paramétrage des modules analogiques :
La connaissance de la méthode d’adressage de chaque module analogique représente une
étape primordiale dans l’acquisition des données. Lors du raccordement des capteurs à
l’automate, nous sommes sensés de savoir et respecter un certain adressage. L’automate ne
peut recevoir ni traiter les données que si l’instrument de mesure est branché à la bonne voie
du module d’entrée analogique, avec l’adresse d’entrée correspondante sur STEP7.
∗ Module AI8X12 bit: Les figures suivantes montrent les adresses de début et fin des modules analogique SM331
AI8x12 bit que nous avons utilisé dans notre projet :
Figure II.10 Choix des modules
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 37
Figure II.11 Adresses du premier module AI8X12 bit
Figure II.12 Adresses du deuxième module AI8X12 bit
Chaine d’acquisition CPC/UPES
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L’étape suivante est de faire l’identification de type des entrées analogiques dans notre cas
nous avons choisi les types des thermocouples et la configuration des limites inférieure et
supérieure des alarmes de processus.
∗ Module AI8X13 bit: La figure suivante montre l’adresse de début et de fin du module AI8X13bit
Figure II.13 configuration des entrées du module
Figure II.14 Adresses des modules AI8X13 bit
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 39
Comme nous avons cités précédemment, le module AI8X13bit nous avons choisi pour faire la
programmation des transmetteurs de pression. (voir figure II.12)
II.5.2. Gestion des mnémoniques :
Cette étape consiste à faire la déclaration des entrées/sorties du programme selon le
type de chaque entrée ou sortie. Pour opérandes TOR, l’adresse est débuté par « I » et
la sortie par « Q » puis le numéro de l’octet de module ensuite le numéro de bit. Mais
ce n’est pas le même cas pour les entrées TOR. Par exemple pour faire l’adressage du
thermocouple, l’adresse est débuté par PIW pour indiquer que l’entrée est un mot puis
l’adresse de l’octet de module et pour la sortie l’adresse est débutée par MD. (Voir
figure II.13).
Figure II.15 configuration des types de mesures
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 40
Le tableau suivant contient la déclaration des entrées/sorties utilisés dans la programmation
du système de programmation incendie.
Emplacement Mnémoniques Opérande Type de donné Description
Zone 1
PT 169 PIW 304
INT
Transmetteur de pression zone 1
TE_1A PIW 256 Thermocouple Compartiment
auxiliaire zone1
TE_2A PIW 272 Thermocouple Compartiment
auxiliaire zone1
TE_ 3A PIW 258 Thermocouple Compartiment
auxiliaire zone1
TE_ 4A PIW 274 Thermocouple Compartiment
auxiliaire zone1
TE_1T PIW 260 Thermocouple Compartiment
Turbine zone1
Figure II.16 Gestion des mnémoniques
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 41
TE_2T PIW 276 Thermocouple Compartiment
Turbine zone1
TE_3T PIW 262 Thermocouple Compartiment
Turbine zone1
TE_4T PIW 278 Thermocouple Compartiment
Turbine zone1
HS_051A I 8.0
BOOL
Brise de glace zone 1
HS_051B I 8.1 Brise de glace zone 1
HS_051C I 8.2 Brise de glace zone 1
HS_051D I 8.3 Brise de glace zone 1
PSH 169 I 9.1 Pressostat zone 1
ZSL 170 I 9.4 Fin de course HV 170 zone 1
ZSL 199 I 9.5 Fin de course HV 199 zone1
FY 271 Q 8.1 Electrovannes zone 1
FY 151 Q 8.0 Electrovannes zone 1
XA 060 A Q 8.6 Sirène & flash zone 1
XA 060 C Q 8.7 Sirène & flash zone 1
XL 060 B Q 9.0 flash zone 1
XL 060 D Q 9.1 flash zone 1
Zone 2
TE_1P PIW 264
INT
Thermocouple Compartiment de
puissance zone 2
TE_2P PIW 280 Thermocouple Compartiment de
puissance zone 2
TE_3P PIW 266 Thermocouple Compartiment de
puissance zone 2
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 42
TE_4P PIW 282 Thermocouple Compartiment de
puissance zone 2
PT 270 PIW 306 Transmetteur de pression zone 2
HS_052A I 8.4
BOOL
Brise de glace zone 2
PSH 270 I 9.2 Pressostat zone 2
ZSL 270 I 9.6 Fin de course HV 270 zone2
ZSL 280 I 9.7 Fin de course HV 280 zone2
FY 291 Q 8.3 Electrovannes zone 2
FY 251 Q 8.2 Electrovannes zone 2
XA 061 A Q 9.2 Sirène & flash zone 2
Zone 3
TE_1P4 PIW 268
INT
Thermocouple palier 4 zone 3
TE_2P4 PIW 284 Thermocouple palier 4 zone 3
TE_1P5 PIW 270 Thermocouple palier 5 zone 3
TE_2P5 PIW 286 Thermocouple palier 5 zone 3
PT 370 PIW 308 Transmetteur de pression zone 3
HS_053A I 8.5
BOOL
Brise de glace zone 3
HS_053B I 8.6 Brise de glace zone 3
HS_053C I 8.7 Brise de glace zone 3
HS_053D I 9.0 Brise de glace zone 3
PSH 360 I 9.3 Pressostat zone 3
ZSL 370 I 124.0 Fin de course HV 370 zone2
ZSL 360 I 124.1 Fin de course HV 360 zone2
FY 351 Q 8.4 Electrovannes zone 3
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 43
FY 371 Q 8.5 Electrovannes zone 3
XA 062 A Q 9.3 Sirène & flash zone 3
XA 062 B Q 9.4 Sirène & flash zone 3
II.5.3. Description du programme utilisateur :
Le programme utilisateur que nous avons développé exécute les tâches décrites par le tableau
suivant :
Type d’appel Bloc
d’organisation
Tâche à programmer Bloc mémentos
utilisés
Appel
cyclique
OB1 Mémorisation des entrées
analogiques
MW
Conversion et mémorisation des
valeurs issues des thermocouples et
des transmetteurs de pression
MD
M
Les Blocs d’organisation déterminent la structure et l’ordre de traitement du programme
utilisateur. Ils sont directement appelés par le système d’exploitation, constituent donc
l’interface entre le programme utilisateur et le système d’exploitation de la CPU.
∗ OB1 : Il s’agit de l’interface avec le système d’exploitation de la CPU, il
contient le programme principal. Le système d’exploitation exécute l’OB1 de
manière cyclique : aussitôt son traitement achevé, il le démarre à nouveau.
L’exécution cyclique de l’OB1 commence quand la mise en route est terminée.
Les blocs fonctionnels FB et SFB ou les fonctions FC et SFC peuvent être
appelé et leurs paramètres spécifiques pour la commande du processus sont
transmis dans l’OB1.
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 44
∗ Fonction (FC) : une FC ne possède pas une zone de mémoire propre, mais elle
peut transmettre des paramètres. Les données locales d'une fonction sont
perdues après l'exécution de la fonction. Il est également possible d'appeler
d'autres FB et FC dans une fonction via des instructions d'appels de blocs.
Structure de programme :
II.5.4. Acquisition des données :
II.5.4.1. Acquisition des paramètres de la température :
Dans cette étape, nous avons traité un exemple de l’acquisition de la température du
thermocouple du compartiment turbine « TE_1T».
L’acquisition des valeurs de température se fait à partir la fonction FC105 « SCALE » qui
représente une fonction de mise à l’échelle installée dans la bibliothèque du STEP7.
• Description du bloc de fonction :
La fonction mise à l’échelle (FC 105 "SCALE") prend une valeur entière (IN) et la convertit
selon l’équation ci-après en une valeur réelle exprimée en unités physiques, comprises entre
une limite inférieure (LO_LIM) et une limite supérieure (HI_LIM). Le résultat est écrit dans
le paramètre OUT (voir figure II.14). Si la valeur entière d’entrée se situe en dehors de la
plage définie pour son type (bipolaire ou unipolaire), la sortie (OUT) est saturée à la valeur la
plus proche de la limite inférieure (LO_LIM) ou supérieure (HI_LIM) et une erreur est
signalée.
Séqu
ence
du
prog
ram
me
OB1
FC
Chaine d’acquisition CPC/UPES
JOMAA Salwa Page 45
Plages de mesure :
• BIPOLAIRE: La valeur entière d’entrée est supposée être comprise entre -27648 et 27648
• UNIPOLAIRE: La valeur entière d’entrée est supposée être comprise entre 0 et 27648.
• Chargement du bloc FC105 :
Nous avons traité l’exemple du thermocouple TE_1T situé dans le compartiment turbine. Le
tableau ci-dessous décrit les entrées et sorties de la fonction FC105. (voir figure II.15)
Paramètres Déclaration Type de données
Variable DESCRIPTION
EN INPUT BOOL La boîte est activée par l'état "1" du signal à l'entrée de validation
ENO OUTPUT BOOL La sortie de validation est à l'état "1" lorsque la fonction est exécutée sans erreur.
IN INPUT INT TE_1T Valeur d'entrée devant être mise à l'échelle en une valeur de type REAL en unités physiques
HI_LIM INPUT REAL 1300.0 Seuil supérieur en unités physiques
LO_LIM INPUT REAL 0.0 Seuil inférieur en unités physiques
BIPOLAR INPUT BOOL L'état "1" caractérise une valeur d'entrée bipolaire. L'état "0" caractérise une valeur d'entrée unipolaire
OUT OUTPUT REAL MD130 Résultat de la mise à l'échelle
RET_VAL OUTPUT WORD MW0 Délivre la valeur W#16#0000 lorsque l'opération est exécutée sans erreur. Lorsqu'une autre valeur est délivrée, veuillez consulter les informations d'erreur correspondantes
Figure II.14 Schéma du bloc de mise à l’échelle de fonction FC105
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• Test de la fonction :
Nous avons testé la fonction FC105 et l’acquisition des valeurs de température du
thermocouple à l’aide du simulateur intégré dans STEP7 « S7-PLCSIM ». la figure ci-dessous
montre un exemple de chargement du fonction FC105.
Figure II.15 Acquisition des valeurs du thermocouple avec la fonction FC105
Figure II.16 Chargement de fonction FC105
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• Description de l’équation de conversation de la fonction FC105 :
Le module d'entrée analogique délivre une valeur numérique pour un signal analogique normalisé dans notre cas la température. Cette valeur numérique doit reproduire la grandeur à mesurer. Cette opération s'appelle normalisation ou mise à l'échelle mise à l'échelle de la valeur analogique.
La conversion de température se fait à l’aide fonction FC105. La figure ci-dessous représente la courbe de la température en fonction de la valeur numérique de la fonction FC105.
• Pour X0= 0 Y0 = 0 °C
• Pour X1 = 27648 Y1 = 1300 °C
La valeur convertie normalisée peut être obtenue par l’équation Y=aX+b
Avec a = Y1 - Y0 / (X1 - X0) alors a = 1300 – 0 / (27648 – 0)
a ≈ 47 ,019 * 10^-3
Et b = Y0 – a X0 donc b = 0
Y ≈ 47 ,019 * 10^-3 * X
Figure II.17 Courbe de température en fonction de la valeur numérique du FC105
Y ≈ 47 ,019 * 10^-3 *
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II.5.4.2. Acquisition des paramètres de la pression :
L’acquisition des paramètres de pression se fait aussi à l’aide de la fonction FC105, le même
principe que l’acquisition des paramètres de température de thermocouple sauf le plage de
mesure qui se change.
Figure II.18 Chargement de fonction FC105
Figure II.19 Courbe de pression en fonction de la valeur numérique du FC105
Y ≈ 72 ,337 * 10^-3*
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• Pour X0= 0 Y0 = 0 mbar
• Pour X1 = 27648 Y1 = 2000 mbar
La valeur convertie normalisée peut être obtenue par l’équation Y=aX+b
Avec a = Y1 - Y0 / (X1 - X0) alors a = 2000 – 0 / (27648 – 0)
a ≈ 72 ,337 * 10^-3
Et b = Y0 – a X0
donc b = 0
Et Y ≈ 72 ,337 * 10^-3* X
II.5.5. Configuration des alarmes :
Dans cette partie, nous avons programmée la liste des alarmes que nous avons citées
précédemment dans le chapitre 1.
II.5.5.1. Alarme défaut système CO2 :
L’alarme de défaut système comme nous avons vu est apparu lorsque l’un des deux vannes
CO2 est fermé dans les 3 zones C02.
« Défaut systéme CO2 zone 1 » ou
« Défaut systéme CO2 zone 2 » ou
« Défaut systéme CO2 zone 3 »
La figure ci-dessous représente l’alarme du défaut système CO2 zone 2.
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II.5.5.2. Alarme défaut mesure température :
Cette alarme est apparue lorsque les deux thermocouples situés dans la même boucle donnent
des valeurs différentes. La figure II.21 représente un exemple de défaut mesure de température
dans le palier 4 zone 2 :
Le premier détecteur donne 590,161 °C
Le deuxième thermocouple donne -14,79 °C
Ce qui nous indique que l’un de ces détecteurs est en défaut.
Figure II.20 Programmation alarme défaut système CO2 zone 2
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II.5.5.3. Température haute :
Cette alarme nous indique l’augmentation de la température dans telle zone de la turbine à gaz
avant qu’elle passe à la pré-alarme. La figure ci dessous montre un exemple d’élévation de
température dans la zone 2 indiqué par le thermocouple TE_1P4.
Figure II.21 Alarme défaut mesure température palier 4 zone 2
Figure II.22 Alarme température haute palier 4 zone 2
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II.5.5.4. Pré-alarme feu :
Cette alarme se déclenche lorsque la valeur de température atteint le seuil de pré-alarme feu.
II.5.5.5. Alarme activation des électrovannes :
Cette alarme se déclenche lorsqu’il y a alarme feu donc elle indique que les électrovannes de la
zone CO2 sont excitées. La figure III.24 montre un exemple d’activation des électrovannes dans
la zone CO2 numéro 3.
Figure II.23 pré-alarme feu zone 2
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Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons réalisé un outil de programmation qui assure l’acquisition en
temps réel des paramètres de température dans les différentes zones de la turbine à gaz ainsi
que les paramètres de pression et la configuration des alarmes du système de protection
incendie. Nous passons par la suite, à l’étape finale décrite par le cahier de charge. C’est la
conception et la réalisation d’une interface qui assure la supervision de ce systéme.
Figure II.24 Activation des électrovannes CO2 zone 3
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Chapitre 3 :
Etapes de mise en service
des solutions proposée
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II Etape de mise en service de la solution proposée :
III.1. Introduction :
Nous expliquerons dans ce chapitre les étapes de mise en service de la solution proposée à partir
deus méthodes. La première méthode, c’est l’utilisation de logiciel de supervision WINCC avec
lequel nous pouvons contrôler les paramètres de système de protection incendie dans la turbine
à gaz. La deuxième méthode, c’est la réalisation d’un simulateur (bac d’essaie) à parti duquel
nous pouvons tester le programme déjà réaliser avec STEP7.
III.2. Interface de supervision avec WINCC :
III.2.1. Description du logiciel de supervision WINCC :
WINCC est un système polyvalent qui permet de réaliser des projets de visualisation et de
contrôle commande dans le domaine de l’automatisation de la production et des processus. Il
offre des modules fonctionnels adaptés au monde industriel pour la représentation graphique,
la signalisation des alarmes, l’archivage et la journalisation. Avec couplage au processus
performent, le WINCC offre un rafraîchissement rapide des vues et un archivage de données
fiable, il assure une haute disponibilité du système.
Le logiciel WINCC même est une application 32 bits, développée avec une technique de
pointe orientée objet.
III.2.2. Supervision sous WINCC :
III.2.2.1. Intégration du projet STEP7 :
Avant de commencer la réalisation de l’interface de supervision, il est indispensable, de créer
une liaison directe entre WINCC et notre automate (le projet du Step7). Ceci dans le but que
WINCC puisse aller lire les données qui se trouvent dans la mémoire de l’automate
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Figure III.2 Liaison avec l’automate S7300
Figure III.1 Intégration du projet Step7 dans wincc
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III.2.2.2. Création des vues :
Dans WINNCC, les vues sont crées pour la supervision et le contrôle du paramètres du système
et c’est le but de notre projet de faire un contrôle en temps réel des paramètres de contrôle de
système de protection incendie dans la turbine à gaz.
Une vue peut être composée des éléments statique et des éléments dynamiques.
∗ Les éléments statiques se sont les objets qui ne changent pas au run-time.
∗ Les éléments dynamique varient en fonction de la procédure, ils permettent de
visualiser les paramètres du processus à partir de la mémoire de l’automate ou à partir
de la mémoire du pupitre de l’opérateur sous formes des courbes ou des champs
d’entrées / sorties par exemple.
III.2.2.3. Création de la table de variable :
Maintenant, la liaison entre le projet du wincc et l’automate est établie et les vues du
supervision du système sont crées. Donc il est possible d’accéder à toutes les zones mémoires
de l’automate (bloc de données, mémoire des entrées sorties). Ainsi, pour la configuration des
alarmes, il est indispensable de créer une table de variable sur wincc qui contient les différents
entrées / sorties nécessaire pour la visualisation et le contrôle des paramètres de système.
La figure ci-dessous représente un exemple des variables que nous avons utilisés dans notre
projet.
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III.2.2.4. Navigation entre les vues :
La navigation entre les vues de l’interface a été conçue pour permettre à l’opérateur de naviguer
entre les vues de manière simple et rapide
III.2.2.5. Réalisation de l’interface de supervision du système de
protection incendie :
Pour les contrôle et le supervision des paramètres de système de protection incendie, nous avons
réalisé cinq vues représenté comme suit :
Figure III.3 Exemple des variables utilisés dans WINCC
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Vue initiale :
Cette vue permet l’accès aux utilisateurs par la saisie de nom d’utilisateur et le mot de passe
pour qu’on puisse connaitre les droits d’accès de chacun. Il existe deux types d’utilisateur, le
premier c’est l’administrateur qu’il peut faire la commande, le contrôle et la gestion du
système et le deuxième c’est l’utilisateur simple qu’il peut faire seulement la commande du
système. Les figure ci-dessous représente la vue initiale du supervision.
Vue initiale
Système TPT
Forçage des variables
Alarmes Courbes de la température
zone 1
Courbes de la température
zone 2
Courbes de la température
zone 3
Courbes de la Pression
CO2
Figure III.4 Architecture des vues de supervision
Figure III.5 Vue initiale avant de connaitre l’identité d’utilisateur
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Vue de supervision du système de protection
incendie « TPT » :
C’est la vue principale du système puisqu’elle contient les différents équipements du système
de protection incendie ainsi que leur emplacement exactes comme dans l’installation réelle. A
partir de cette vue, nous pouvons contrôler les paramètres du système (température, pression)
dans les 3 zones de protection incendie. (Voir figure III.7)
Figure III.6 Vue initiale
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Vue des alarmes :
A partir de cette vue nous pouvons voir la liste des alarmes du système comme représenté
dans la figure III.8.
Figure III.7 Vue de supervision principale de système de protection incendie
Figure III.8 Vue de supervision principale de système de protection incendie
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Vue des forçages des variables :
A partir de cette vue, nous pouvons faire le forçage des différents variables du système. Mais
ce n’est pas n’importe qu’elle utilisateur peut le faire sauf l’administrateur.
Vue des courbes de température :
Si l’utilisateur veut surveiller l’évolution de la température dans n’importe qu’elle zone de la
turbine à gaz, il peut visualiser le courbe de température en temps réel à partir de cette vue.
(Voir figure III.10)
Figure III.9 Vue de forçages des variables
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Vue des courbes de pression :
Cette vue contient les courbes de pression du systéme CO2 dans les trois zone de la turbine à
gaz. A partir de cette vue l’exploitant peut contrôler s’il y a fuite au niveau du rack CO2 ou
non. (Voir figure III.11).
Figure III.10 Exemple des courbes de température des 4 thermocouples de la zone 3
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III.3. Réalisation d’un simulateur du système de protection incendie (bac
d’essaie) :
La vérification du bon fonctionnement d’un telle programme est très importent pour le marche
du système dans la bonne condition. C’est pour cela, la réalisation d’une bande d’essaie du
système de protection incendie nous facilite beaucoup le test de la solution ainsi elle nous
permet de maitriser leur fonctionnement.
III.3.1. Choix des matériels :
Comme nous avons indiqué dans le premier chapitre la liste des équipements nécessaires pour
l’exécution de la solution proposée. Mais, pour la réalisation de ce simulateur nous avons fait
une modification vu la disponibilité des matériels dans le central et nous allons faire la
programmation d’une seule zone (nous avons choisi de faire la programmation de la zone 2).
Par exemple pour le câblage de thermocouple nous avons choisi des potentiomètres 2,5 kΩ.
(Voir figure III.12).
Figure III.11 Exemple des courbes de pression dans les 3 zones CO2
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Le potentiomètre joue le même rôle d’un Pt 100. Puisqu’il donne comme le Pt100 des
résistances (par exemple le 0°C correspond à 100 Ω). Aussi ils ont le même câblage au niveau
de module analogique. Le schéma ci-dessous représente le câblage des Pt100 au niveau du
module analogique SM331 AI 8 X 13 bit.
Le tableau ci-dessous représente la liste des matériels que nous avons choisis pour la
réalisation du simulateur.
Figure III.12 Potentiomètres 2,5 KΩ
Figure III.13 Schéma de branchement et de principe de sonde thermique
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matériels Nombres Description
Automate S7300 1 Déjà installé dans le central, utilisé pour
programmer le simulateur.
Module analogique SM331
AI 8 X 13 bit
1 Utilisé pour le branchement des potentiométres
Module analogique SM331
AI 8 X 16 bit
1 Utilisé pour le branchement des des signal 4-20
mA qui joue le rôle de transmetteur de pression
Module TOR DI10/DO6 1 Utilisé pour le branchement des entrées / sorties
TOR. (ce module déjà intégré dans le CPU 312C
de l’automate S7300
Potentiomètres 4 Pour mesurer la température
Interrupteurs 7 Joue le rôle des entrées TOR (fin de course,
pressostat, brise de glace,…)
lampes 6 Indique l’activation des sorties TOR (les
électrovannes, les sirènes,..)
Transformateur 220/24 V 1 Utilisé pour alimenter une lampe qui indique
l’état de fonctionnement des ventilateurs
(l’alimentation des ventilateurs est depuis un
source externe et n’est pas à partir de l’automate.
Module analogique SM331
AI 8 X 13 bit
1 Utilisé pour le branchement des potentiomètres
Module analogique SM331
AI 8 X 16 bit
1 Utilisé pour le branchement des des signal 4-20
mA qui joue le rôle de transmetteur de pression
Module TOR DI10/DO6 1 Utilisé pour le branchement des entrées / sorties
TOR. (ce module déjà intégré dans le CPU 312C
de l’automate S7300
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III.3.2. Câblage des matériels dans l’automate S7300 :
La figure ci-dessous montre la manière de branchements des potentiomètres dans le module de
l’automate.
Conclusion :
L’interface opérateur est nécessaire pour le suivi en temps réel des paramètres d’exploitation
du système de la protection incendie. Dés l’apparition d’une anomalie l’opérateur est avertie
via l’interface de supervision pour qu’il puisse mettre un plan de préventions pour éviter tous
risque de déclenchement turbine ou des dégâts des matériels.
Figure III.14 Schéma de câblage de potentiomètre dans le module SM331 AI8X13 bit