Contrôle de Protection Feu Et Gaz d’Une Station De

7/26/2019 Contrle de Protection Feu Et Gaz dUne Station De

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Rpublique Algrienne Dmocratique et Populaire

Ministre de lEnseignement Suprieur et de la Recherche Scientifique

Universit de KHEMIS MILIANA SONATRACH

Facult des Sciences et de la Technologie

Dpartement de la technologie

Project de fin dtude

Pour lobtention de diplme

Master

En :

Gnie lectrique

Option :


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Option :

Remerciements

Nous tenons exprimer nos vifs remerciements notre promoteur Mr. HOCINE

Abdelfattah de lUniversit de KHEMIS MILIANA pour nous avoir encadrs durant

notre projet de fin dtudes et de nous avoir conseills tout le long de notre travail.

Nous remercions galement notre co-promoteur Mr TOUMI Mohamed, ingnieur

instrumentation SONATRACH, pour son encadrement, ses conseils, et sa confiance au

sein de lentreprise.

Nous remercions chaleureusement les membres du jury pour lhonneur quils nousont fait en acceptant dvaluer notre projet.

Nos sincres remerciements aux ingnieurs de Sonatrach, division de production

Hassi-Messaoud, centre industriel de sud, et en particulier Mr. MESSAOUDI Bachir

ingnieur instrumentation et Mr. BEN SAIFYA Ibrahim, qui nous ont conseills et

clairs sur notre travail tout le long de notre projet.Nous souhaitons aussi remercier tous les enseignants de luniversit deKhemis

Miliana et tous nos enseignants pour les connaissances quils nous ont transmis, leur


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Table des figures

Figure 1.1 : Organigramme du D.P. Rgion H.MD . 18

Figure 1.2 : Schma Organisation de direction maintenance... 20

Figure 1.3 : Le triangle du feu.. 21

Figure 1.4 : Feu de joie. 23

Figure 1.5 : L'incendie des entrepts VR Helsinki, Finlande, le 5 mai 2006 24

Figure 1.6 : Normes et valuations des risques.... 31

Figure 1.7 : Structure d'un systme protection feu et gaz. 32

Figure 1.8 : Dtecteur de fume dtectant des particules de fume. 33

Figure 1.9 : Dtecteur de fume en fonctionnement normal 34

Figure 1.10 : Le dtecteur ionique 35

Figure 1.11 : Dtecteur Ultra-violet.. 35

Figure 1.12 : Capteur infrarouge pyro-lectrique. 35

Figure 1.13 : Dtecteur thermostatique. 35

Figure 1.14 : Dtecteur de Chaleur Thermo vlocimtrique Adressable. 36


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Table des figures

Figure 2.8 : Vue de face de larmoire Notifier 5000 51

Figure 2.9 Module de rception (IZM-8).. 52Figure 2.10 Module (CPU-5000).. 53

Figure 2.11 Module ICM-4... 53

Figure 2.12 : Module relais CRM-4. 54

Figure 2.13 : vue de ct le Modle 610 de quatre voies..... 54

Figure 2.14 : vue de face le modle 610 .. 55

Figure 2.15 Emplacement des dtecteurs groupe BP de SC3... 56

Figure 2.16 : Dioxyde de carbone extinction zone turbine/compresseur Bouteille

CO2 et poudre... 58

Figure 2.17 : Dtecteur de fume sur le plafond de la salle de contrle... 59

Figure 2.18 : Les armoires de la sous-station lectrique... 60

Figure 2.19 : Dtecteur de fume installe dans une armoire de la sous-station

lectrique... 60

Figure 2.20 : Les 3 transformateurs lectriques (TR901, TR902, TR903)... 61

Figure 2.21 : Bouton de dcharge manuelle salle machine.. 62

Figure 2.22 : Lampe et sirne (zone enceinte turbine)..... 66

Figure 2.23 : systme contre poids... 67


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Table des figures

Figure 3.15 : Exemple CEMPLE matrix.. 86

Figure 3.16 : Linterface de logiciel InTouch Wonderware. 87Figure 3.17 : Emplacement des dtecteurs groupe BP de SC3.... 89

Figure 3.18 : programmation alarme CO2 zone 1 lauxiliaire.. 90

Figure 3.19 : programmation pr-alarme feu zone 2 lenceinte turbine... 91

Figure 3.20 : programmation confirmation alarme feu zone 4 compresseur... 91

Figure 3.21 : programmation activationpressostat de la zone 1 lauxiliaire 92

Figure 3.22 : programmation pr alarme gaz zone 1 lauxiliaire.. 93

Figure 3.23 : programmation alarme gaz zone 2 lenceinte turbine. 93

Figure 3.24 : Larchitecteur des vues de supervision... 94

Figure 3.25 : Vue initiale avant de connaitre lidentit dutilisateur 95

Figure 3.26 : Vue initiale . 95

Figure 3.27 : Vue de supervision principale de systme de contrle de protection

feu. 96

Figure 3.28 : Vue de supervision principale de systme de contrle de protection

Gaz.... 97

Figure 3.29 : Vue de supervision diagnostique lautomate Triconex... 97

Figure 3.30 : Vue de supervision de liste des alarmes.. 98

Figure 3.31: vue des forages des variable... 98


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Table des matires

REMERCIEMENTS... II

LISTE DES FIGURES III

LISTE DES ABREVIATIONS... XI

RSUME................ XIII

INTRODUCTION GENERALE 14

CHAPITRE 1 : Le systme de protection feu et gaz

1.1 Introduction... 17

1.2 Prsentation de lentreprise.. 17

1.2.1SONATRACH en bref ............ 17

1.2.2Direction rgionale de Hassi Messaoud . 18

1.2.2.1Prsentation du centre industriel SUD / CIS ....... 19

1.2.2.2 Direction maintenance ............... 19

1.2.2.2.1Service Anti-incendie .. 20


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Table des matires

1.3.5 Les agents extincteurs....... 25

1.3.5.1 La mousse ... 26

1.3.5.2 Le gaz ............. 26

1.3.5.3 Le brouillard d'eau .. 26

1.3.5.4 La poudre 27

1.4 Gaz Combustible et risques lis ........ 27

1.4.1 Limite d'inflammabilit... 27

1.4.1.1 La LIE (limite infrieure d'explosivit)... 28

1.4.1.2 La LSE (limite suprieure d'explosivit)......... 28

1.4.2 Proprits des gaz inflammables ........ 28

1.4.2.1 Point clair (Flash point). 28

1.4.2.2 Point feu (fire point) 28

1.4.2.3 Temprature dauto-inflammation (Ignition temprature)...................... 29

1.5 Pourquoi un systme de protection feu et gaz........... 29

1.6 Gnralits sur les Systmes protection feu et gaz 29

1.6.1 Concepts de scurit ... 29

1.6.1.1 Niveau de rduction des risques attribu au SIS 30

1.6.1.2 Facteurs de niveau SIL ... 30

1.6.2 Structure d'un systme protection F&G... 31


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Table des matires

1.6.3.2.3 Dtecteur de gaz inflammables infrarouge barrire... 38

1.6.3.2.4 Les dtecteurs de fuite ultrasonique...... 38

1.6.4 La partie traitement logique ........ 39

1.6.4.1 Les systmes lectriques base de logique relais 39

1.6.4.2 Les systmes base de circuit logique lectronique .. 40

1.6.4.3 Les systmes de traitement logique programmable ..................... 41

1.6.5 La partie actionneur 41

1.6.5.1 Diffuseur Sonore ... 41

1.6.5.2 Les lectro-percuteurs ............... 41

1.7 Conclusion 42

CHAPITRE 2 : Etude du systme de protection feu et gaz de la Station de

Compression SC3

2.1 Introduction ...... 44

2.2Description du processus de compression gaz .. 44

2.3 Station de compression SC3 ........ 45

2.3.1 Les composants principaux de la station de compression SC3 .. 462.3.1.1 Turbine gaz .............. 47

2.3.1.1.1 Principe de fonctionnement de la turbine gaz .. 48


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Table des matires

2.5.1.1 Partie dtection ... 56

2.5.1.2 Partie Extinction . 57

2.5.2 Protection de la salle de contrle ........ 58

2.5.3 Protection de la sous-station lectrique ...................... 59

2.5.4 Protection des transformateurs ... 60

2.6 fonctionnement du systme protection F&G pour La Cabine turbine .. 61

2.6.1 La dcharge automatique du CO2... 61

2.6.2 La dcharge manuelle du CO2 ... 62

2.7 Inconvnient du systme de protection F&G install pour le SC3 ............................... 62

2.8 Solutions proposes... 63

2.8.1 Spcification des solutions proposes 64

2.8.1.1 La dtection feu .............. 64

2.8.1.2 vacuation et mise en scurit.... 65

2.8.1.3 Systme de dtection de gaz................ 67

2.9 Conclusion ........ 68

C

HAPI TRE 3 : Prsentati on de la solution par automate programmableindustr iel de scur it

3.1 Introduction 70


10/152

Table des matires

3.3.2 La configuration matrielle Tricon.. 82

3.3.3 Langages de programmation 82

3.4 Logiciel de supervision Wonderware InTouch.......... 86

3.4.1 Principales fonctionnalits....... 86

3.4.2 Interface de LInTouch 87

3.4.3 Cration des vues. 87

3.4.4 Navigation entre les vues. 87

3.5 Limplmentation duprojet........ 88

3.5.1 Liste de l'instrumentation ncessaire... 88

3.5.2 Emplacement des dtecteurs 88

3.5.3 Partie programmation.. 89

3.5.3.1 Choix des modules...... 89

3.5.3.2 Configuration des alarmes... 89

3.5.4 Parie de supervision. 94

4.5.4.1 L'interface de supervision de contrle de protection feu et gaz.. 94

3.5.5 Exemple de simulation des squences de dtections au niveau de la zone

turbine avec le logiciel TriStation 1131 99

3.5.5.1 Squences dtection feu au niveau de l'auxiliaire turbine... 99

3.5.5.2 Simulation prsence gaz avec confirmation autour de l'enceinte


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Abrviations

GNL Gaz Naturel Liqufi

GPL Gaz de Ptrole Liqufi

SC Station de Compression

LIE Limite Infrieure d'Explosivit

LSE Limite Suprieure d'Explosivit

SIS Safety Instrumented System

SIL Safety Integrity Level

PFDavg Probabilit moyenne des dfaillances pour excuter la fonction de

conception IES

RRF Risk Reduction Factor

F&G Fire and Gas

UTL Unit de Traitement Logique

UV Ultra-Violet

IR InfraRed

PLC Programmable Logic Controler


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Abrviation

TMR Triple-Modular Redundant

DCS Distributed Control Systems

CC Courant Continu

DRAM, Dynamic Random-Access Memory

MP Main Processors

SRAM Static Random-Access Memory

DAC Digital to Analog Converter

SOE Squence of Events Recorder

HMI Human-Machine Interface

FBD Function Block Diagram

LD Ladder Diagram

ST Structured text

CEMPLE Cause and Effect Matrix Programming Language Editor

TCM Tricon Communication Module

VDC Voltage Direct Current

BPCS Basic Process Control System

MTBF Mean Time Between Failure

PES Programmble Electronic System

SFF Safe Failure Fraction
http://en.wikipedia.org/wiki/Human-machine_interfacehttp://en.wikipedia.org/wiki/Human-machine_interface


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(

)

.

TriStation 1131

InTouch Wonderware.

:

TriStation 1131

InTouch.

RESUME

Notre projet intitul (Contrle de protection feu et gaz dune station de

compression base dautomate programmable), lobjective principale de cette tude est

de dvelopper le systme de protection qui est install actuellement dans la station de

compression de centre industriel de sud Hassi Massoud, tous dabord nous commenonspar une tude approfondie du systme actuel de protection, dans cette tude nous avons

dcouvrit plus des inconvnients de ce systme de protection, pour cela nous avons

propos le changement de l'ancien systme par un systme bas sur un automate

programmable industriel API , selon les normes internationales applique dans le domaine

de la scurit industriel . Notre projet est subdivis en deux parties : partie programmationsur le TriStation 1131, et partie de supervision sur lInTouchWonderware.

M t l i d i bl i d i ll T iS i 1131


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Introduction gnrale

Chaque anne, des dizaines des personnes sont directement ou indirectement

victimes dun incendie. Les brlures peuvent tre considres comme tant les lsions les

plus graves susceptibles de marquer un tre humain. Un grand nombre des personnes sont

galement victimes d'intoxication par la fume lors d'un incendie. De plus, du point de

vue motionnel, un incendie laisse aussi des squelles chez les personnes concernes,

lesquelles ont souvent besoin de beaucoup de temps pour les assimiler.

Pour une entreprise, un feu et gaz peut avoir des consquences catastrophiques.

Parfois, un redmarrage des activits de l'entreprise n'est financirement pas possible en

raison de la perte de sa position sur le march, provoque par un arrt forc de ses

activits. Un incendie porte galement toujours prjudice l'environnement. Chaque

incendie a en effet une incidence sur l'environnement suite au dgagement de produits de

combustion toxiques et la propagation de rsidus de l'incendie dans l'environnement.

Les dommages matriels de l'ordre des plusieurs millions sont aussi une catastrophe

pour beaucoup d'entreprises frappes d'un incendie.


15/152

Introduction gnrale

protection feu et gaz depuis sa mise en service 1986. Ce systme de protection feu et gaz

est base dune carte lectronique.

Vu la vtust du systme, ainsi que certain dysfonctionnements enregistrs ces

dernires annes d'une part et le souci de Sonatrach en matire de scurit d'autre part, il

a t procd au lancement d'un cahier des charges pour la modernisation et le contrle

distance des systmes anti-incendie.

A cet effet, lobjet de notre travail est:

L'tude du systme de protection feu et gaz install au niveau de station de

compression SC3.

Identification des inconvnients du systmes protection feu et gaz existant.

Proposition de solution base d'automate programmable industriel ddi lascurit pour remdier aux problmes existants.

Ralisation des squences de dtection et d'extinctions au niveau de la zone de

turbine.

Raliser une supervision de systme pour permettre la dtection de diffrant

dfauts et incidents qui peuvent apparaitre dans linstallation

Afin d'atteindre nos objectifs nous avons articul notre rapport en quatre chapitres


16/152

Chapitre :

Le systme de protection

feu et gaz


17/152

Chapitre 1 : Le Systme de protection feu et gaz

1.1

Lintroduction

Lobjectif de la socit Sonatrach est la production maximale avec un niveau descurit trs lev, donc elle donne une grande importance la scurit industrielle afin

de protger le personnel et les biens, le grand danger existant lors de lutilisation des

produits inflammables et explosifs cest le risque d'incendie.

Dans ce chapitre tout dabord en va donner un petit aperu sur lentreprise daccueil.

Sonatrach, Puis on parle des phnomnes dincendie et les agents extinctifs utiliss dansles dfrents types du feu. Enfin on a abord le systme anti-incendie, son architecture et

les instrumentations utilises.

1.2Prsentation de lentreprise

1.2.1 Sonatrach en bref

Sonatrach est la plus importante compagnie dhydrocarbures en Algrie et en

Afrique. Elle intervient dans lexploration, la production, le transport par canalisations,

la transformation et la commercialisation des hydrocarbures et de leurs drivs. Adoptant

une stratgie de diversification, Sonatrach se dveloppe dans les activits de gnration

lectrique, dnergies nouvelles et renouvelables, de dessalement deau de mer, de

recherche et dexploitation minire.


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3me exportateur mondial de GPL [1].

1.2.2

Direction rgionale de Hassi Messaoud :

La direction rgionale de la SONATRACH Hassi Messaoud gre le plus importantet le plus ancien champ ptrolier de pays (plus de 1200 puits), elle est structure de cinqdirections :

Direction engineering et production.

Direction exploitation. Direction maintenance.

Direction logistique.

Direction technique

Et de six divisions : Division scurit et environnement.

Division ressources humaines.

Division approvisionnement.

Division finances.

Division informatique.

Division intendance.


19/152


1.2.2.1Prsentation du centre industriel SUD / CIS :

Pour faciliter lexploitation du gisement, il a t divis en deux secteurs : secteur

sud et secteur nord pour chaque secteur un complexe industriel a t construit afin

d'exploiter ces richesses, on distingue donc :

Complexe industriel sud CIS (centre industriel sud).

Complexe industriel nord CINA (centre industriel Naili Abd Elhalim).Le complexe industriel sud est le plus important il est compose de cinq units :

Unit traitement.

Unit GPL 1(gaz propane liqufi).

Unit raffinage.

Unit compression et rinjection gaz.

Unit GPL2 (gaz propane liqufi).Le complexe sud est entour de six units de traitement primaires appeles

satellites qui ont pour rle la sparation des hydrocarbures sortant des puits avant leur

expdition au complexe pour subir d'autres traitements plus pousss afin d'en extraire des

produits finis ou semis finis.

1.2.2.2Direction maintenance :

La direction est charge dentretenir dans les meilleurs conditions loutil de


20/152


1.2.2.2.1

Service Anti-incendie:

Elle assure la maintenance des systmes de protections feu et gaz et la disponibilit

Figure 1.2 : Schma Organisation de direction maintenance


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1.3

L'incendie

1.3.1

Qu'est-ce qu'un incendie ?Un incendieest unfeu violent et destructeur pour les activits humaines et la nature.

Lincendie est une raction de combustion non matrise dans le temps et l'espace.

Lincendiebase sur un principe qui sappelle triangle du feu [2].

1.3.2 Le triangle du feu

Trois lments indissociables permettent lclosion de lincendie et entretiennent la

combustion :

Le combustible.

Le comburant.

L'nergie d'activation.

La combinaison de ces trois lments forme "le triangle du feu" symbolis par leschmasuivant :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Feuhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Feu


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Retirer l'nergie dactivation,stoppe le dveloppement du feu par

refroidissement.

1.3.2.1.1 Le combustible :

Presque tous les matriaux, quelques rares exceptions sont combustibles en

fonction de la temprature laquelle ils sont soumis. Dtailler tous les lments

combustibles dpasserait le cadre de ce contexte, toutefois il est possible de les

regrouper dans les grandes catgories suivantes :

Solide : Bois, papier, chiffons...

Liquide : Essence gazole...

Gaz : Butane, propane, gaz naturel...

Mtal : Sodium, magnsium, aluminium...

Le combustible solide a une forme propre (exemple du bois), il peut difficilement

se dformer. Soumis la chaleur, il met des gaz de distillation qui en principe brlent.

Le combustible liquide na pas de forme propre lexception de sa surface qui est

horizontale, il nest pas compressible. En fonction de sa temprature, il met des vapeurs

pouvant senflammer. Le combustible gazeux na pas de surface libre ; il est compressible

et extensible, en mlange adapt avec lair, il peut senflammer.


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Mcanique : Le frottement de lallumette.

Biologique : La fermentation des vgtaux.

Chimique : L'oxydation et les ractions diverses.

Thermique : Les flammches du bois, les brlots ...

Lnergie dactivation est la flamme que lon approche des deux autres lments;

cest une nergie calorifique[3].

1.3.3

Dveloppement d'un incendie

Un incendie se dveloppe en plusieurs phases au cours desquelles sa temprature

va s'lever. Cependant en fonction de son environnement, il peut aussi s'tendre et

dcliner s'il manque de combustible, de comburant ou de chaleur.

1.3.3.1

closionLa rencontre des lments dutriangle du feu,

cest--dire un combustible, un comburant (en

gnral le dioxygne de l'air) et une nergie

d'activation (chaleur, flamme nue, tincelle)

suffisante vont permettre la combustion de

s'amorcer.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Combustionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Comburanthttp://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyg%C3%A8nehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Airhttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_d%27activationhttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_d%27activationhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustionhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Midsummer_bonfire_closeup.jpghttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustionhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Transfert_thermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_d%27activationhttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89nergie_d%27activationhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Airhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Dioxyg%C3%A8nehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Comburanthttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustiblehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Combustion


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1.3.3.2

Croissance

La combustion produit de la chaleur (ractionexothermique), le feu entretient et accrot l'nergie

d'activation. Si le combustible et le comburant sont

disponibles en quantits suffisantes, l'incendie s'tend de

manireexponentielle.On estime que pour teindre un feu

sec naissant, il faut :

un verre d'eau durant la premire minute,

un seau d'eau au cours de la deuxime minute,

une citerne d'eau au bout de la troisime minute.

Dans le cas d'un feu dans un volume clos (parexemple un feu d'habitation), on estime que la temprature

de l'air atteint 600 C au bout de cinq minutes ; dans une

cage d'escalier, elle peut atteindre 1 200 C dans le mme temps.

1.3.3.3

Phnomnes thermiques et progressions rapides du feu

Dans certaines conditions, il peut se produire une progression rapide du feu (PRF)

Figure 1.5 : L'incendie desentrepts VR Helsinki,Finlande, le 5 mai 2006.
http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_exothermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_exothermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Croissance_exponentiellehttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Makasiinit_tulessa.jpghttp://fr.wikipedia.org/wiki/Croissance_exponentiellehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_exothermiquehttp://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9action_exothermique


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1.3.3.4

Feu constitu

C'est le moment o le feu est au plus fort de lui-mme. ce moment-l, il ne peutplus crotre et va suivre ensuite sa phase de dclin.

1.3.3.5Dclin

Le dclin se fait lorsque le feu cesse de crotre. Le feu va progressivement baisser

en intensit puis entrer en combustion lente jusqu' ce qu'il manque de combustible et

s'teigne [2].1.3.4 Les classes de feu

Les feu sont classs selon le type du combustible voici un exemple de

classification des types de feu dnis dans la norme europenne EN 2 qui distingue les

quatre classes de feu A,B, C et D :

Classe A : (Feu sec) :Feu de matires solides, gnralement de nature organique dont la combustion se

fait normalement avec la formation de braises

Classe B : (Feu gras)

Feu de solides ou de liquides liqufiables Exemple Hydrocarbures (essence, fioul,

ptrole) Classe C : (Feu gazeux)

Feu de gaz exemple : propane butane actylne gaz naturel ou mthane


26/152


Il existe pour chaque classe du feu un agent extincteur appropri, cependant les

agents les plus rencontrs sont :

1.3.5.1 La mousse :

Le mousse bas foisonnement est principalement utilis en cas de feu de nappe de

liquides inflammables (hydrocarbures, alcool...). La mousse, par sa composition eau + air

+ mulseur, est plus lgre que ces liquides et vient donc

stopper le feu en le recouvrant et en l'isolant ainsi de

l'air.

Les moyens ou hauts foisonnements sont quant

eux prconiss dans le cas de protection de locaux de

stockage. La performance atteindre pour nos

installations est alors de remplir le local sur toute la hauteur du stockage + 10 %, et cela

en moins de 3 minutes !

1.3.5.2

Le gaz :

Les agents extincteurs gazeux (gaz inertes parmi lesquels azote, argon,co2ou encore

mlange de plusieurs gaz) sont adapts l'extinction du feux impliquant certains types de

matires et matriaux : liquides inflammables oumatires prsentant un comportement de feu similaire,

gaz combustibles, installations lectriques et
http://www.cofelyaxima-protectionincendie.com/cache/multithumb_thumbs/b_800_600_0_00_images_articles_risques_risquespeciaux_gaz.jpghttp://www.cofelyaxima-protectionincendie.com/cache/multithumb_thumbs/b_800_600_0_00_images_articles_risques_risques-speciaux_canon-mousse-pour-incendie.jpg


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d'emmagasiner par vaporation et donc d'vacuer une puissance thermique suprieure

2 MW.

1.3.5.4La poudre :

Pour la petite histoire, la qualit de certaines poudres a t mise en vidence pour

la premire fois la fin du 18e sicle dans les mines : sous l'effet de l'onde de choc

conscutive un coup de grisou , des poussires schisteuses se rpandaient dans la

galerie, provoquant ainsi l'extinction des gaz en

flamms. Aujourd'hui, les poudres utilises en

protection incendie sont principalement constitues de

bicarbonate de sodium. Sur le mme principe que la

mousse, la poudre vient touffer le feu la base. Cette

technique peut tre utilise sur un local entier, mais peut

aussi tre localise, par exemple sur une machine en particulier [3].

1.4

Gaz Combustible et risques lis :

L'expression gaz combustible dfinit tout gaz susceptible de librer de l'nergie

thermique par combustion. Les principaux gaz combustibles utiliss sont : lactylne,

loxygne, le gaz naturel, les gaz de ptrole liqufi (butane et propane), lhydrogne, lemthane et le propylne. Ils existent sous diffrents modes de stockage : comprims,

liqufis sous pression ou encore dissous on distingue quatre grandes familles de risques
http://www.cofelyaxima-protectionincendie.com/cache/multithumb_thumbs/b_800_600_0_00_images_articles_risques_risquespeciaux_extinction-poudre-3.jpg


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1.4.1.1

La LIE (limite infrieure d'explosivit)

La combustion des vapeurs d'un combustible n'est possible qu'en prsence d'un certainvolume de comburant oxygne de l'air. Si cette quantit de vapeurs combustibles est trop

faible par rapport au volume doxygne dans l'air il ne peut y avoir combustion car le

mlange est trop pauvre.

1.4.1.2 La LSE (limite suprieure d'explosivit)

Au contraire lorsque la quantit de vapeurs combustibles est trop importante par

rapport au comburant, il ne peut y avoir combustion, car le mlange est trop riche. Grce

aux expriences en laboratoire chaque produit correspondune LIE et une LES.

Substance LIE LSE

Butane 1,8 % 8,4 %thanol 3 % 19 %

Heptane 1,05 % 6,7 %

Hexane 1,1 % 7,5 %

Octane 1 % 7 %

Pentane

1,5 % 7,8 %Propane 2,1 % 9,5 %
http://fr.wikipedia.org/wiki/Butanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89thanolhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Heptanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Hexanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Octanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pentanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pentanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Propanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Propanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Propanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Pentanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Octanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Hexanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/Heptanehttp://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89thanolhttp://fr.wikipedia.org/wiki/Butane


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1.4.2.3

Temprature dauto-inflammation (I gnition temprature):

C'est la temprature minimale pour laquelle un mlange combustible, de pressionet de composition donnes, s'enflamme spontanment sans contact avec une flamme .Le

dlai peut varier de quelques millisecondes plusieurs minutes (pressions et

tempratures faibles) [5].

1.5 Pourquoi un systme de protection feu et gaz

Sachant qu'un feu double d'intensit toutes les minutes, la rapidit d'interventionet dvacuationest cruciale. La fonction d'un systme anti-incendie est de dtecteur tout

dpart de feu, afin de le neutraliser rapidement

1.6

Gnralits sur les Systmes protection feu et gaz

Les systmes feu et gaz ont pour objectif de dtecter au plutt toute situation

dangereuse ou anormale et alerter les personnes prsentes dans l'environnement prochede l'unit et d'initier les actions visant matriser ou limiter les consquences de l'accident

dtecter.

La norme IEC61511 (voire lannexe A) considre les systmes de protection Feu et

Gaz comme des systmes instruments de scurit (SIS) avec une fonction d'attnuation

instrumente de scurit. La fonction principale d'un systme de protection Feu et Gazest de rduire les risques aprs un incident. Le systme doit, par exemple, faire gagner du

temps afin de permettre aux personnes d'vacuer la zone sinistre Il doit aussi contenir


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En d'autres termes, la scurit absolue n'existe pas ; les risques peuvent uniquement tre

limits un niveau acceptable. Parmi les mthodes de scurit qui permettent d'attnuer

les dommages et de limiter les risques et l'utilisation d'un systme instrument de scurit.

LorsquunSIS est requis, il est essentiel de dterminer les deux lments suivants :

Niveau de rduction des risques attribu au SIS

Niveau d'intgrit de scurit (SIL, Safety Integrity Level) du SIS

1.6.1.1

Niveau de rduction des risques attribu au SIS :

Conformment aux normes ANSI/ISA S84.01 et CEI 61508, le champ d'action

d'un systme SIS est limit l'appareillage de contrle ou aux commandes responsables

du passage d'un procd l'tat scuris en cas de dfaillance. La disponibilit d'un

systme SIS dpend des deux lments suivants :

Taux de dfaillance et modes des composants

Appareillage de contrle install

Redondance

Vote

Couverture des diagnostics

Frquence de test

1.6.1.2Facteurs de niveau SIL :

Un niveau SIL peut tre considr comme une reprsentation statistique de la


31/152


Lorsqu'un niveau SIL requis s'accrot, l'intgrit d'un systme SIS s'accrot

galement et peut tre mesure d'aprs les lments suivants :

Disponibilit du systme (exprime en pourcentage).

Probabilit moyenne des dfaillances pour excuter la fonction de conception

IES sur demande (PFDavg).

Figure 1.6 : Normes et valuations des risques.


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1.6.3

La partie de dtection :

Un dtecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matire) qui changed'tat en prsence de l'lment ou de la situation pour lequel il a t spcifiquement conu

[7].

Figure 1.7 : Structure d'un systme protection feu et gaz


33/152


1.6.3.1.1

Les dtecteurs de fume

1.6.3.1.1.1

Le dtecteur de fume optique ( cellule photo-lectrique) :Une source lumineuse claire une chambre de dtection obscure. Cette chambre

contient aussi une cellule photolectrique qui transforme la lumire en un faible courant

lectrique. Lorsque les particules de fume pntrent dans la chambre de dtection, la

lumire est rflchie sur la surface des particules de fume et entre en contact avec la

cellule, ce qui dclenche lalarme.

Figure 1.8 : Dtecteur de fume dtectant desparticules de fume

Figure 1.9 : Dtecteur de fume enfonctionnement normal


34/152


1.6.3.1.2

Les dtecteurs de flamme

Un dtecteur de flamme consiste dtecter la naissance dun feu et transmettre

linformation une unit de traitement, qui peut dclencher un signal dalarme et/ou

larrosage et la mise en scurit du site.

Les dtecteurs de flammes sont constitus la base par des capteurs travaillant

dans l'ultra-violet ou dans l'infrarouge. Ces capteurs reoivent les rayonnements mis

par les flammes. Suivant leurs performances, ils sont quips d'un ou plusieurs capteurs

Figure 1.10 : Le dtecteur ionique


35/152


une raction en chane. Le capteur gnre un signal de sortie qui consiste en une suite

dimpulsions de tension.

1.6.3.1.2.2 Les Capteurs Infrarouge (2 / 6 m)

Principe :Pyro-lectrique, dtection dun rayonnement thermique

Un cristal en lithium / tantale est associ un transistor effet de champ et un filtre

une longueur donde prcise.

Les vacillements alatoires mis par la flamme dans le proche infrarouge sont

perus par le cristal qui gnre un signal trait par un filtre passe-bande, basse frquence

(1-20 Hz)[9].

Figure 1.11 : Dtecteur Ultra-violet


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1.6.3.1.3.2

Les dtecteurs thermo vlocimtriques :

Pour pallier le principal dfaut des dtecteurs thermostatiques (alarme tardive),

certains dtecteurs de chaleur sont conus pour signaler une vitesse d'lvation de

temprature suprieure une valeur prdtermine et qui persiste pendant un certain

temps : on les appelle les dtecteurs thermo vlocimtriques. Si la temprature varie

fortement en peu de temps, l'alarme est donne. Leur sensibilit doit tre rgle avec soin

pour viter les alarmes intempestives dues une lvation de temprature naturelle

(ensoleillement brutal, chauffage, etc.). Les divers types de dtecteurs vlocimtriques se

distinguent par l'lment capteur qui peut-tre semi-conducteur, rsistif ou constitu de

thermocouples.

Ce dernier type de dtecteur tend disparatre. Ces dtecteurs sont efficaces pour :

les petits locaux,

les feux volution moyenne ou rapide,

Ils sont galement utiliss pour confirmer l'alarme de dtecteurs plus sensibles.

1.6.3.2 Dtection du gaz :


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1.6.3.2.1

Les dtecteurs catalytiques :

Ce dtecteur constitue par un circuit en pont de Wheatstone. La moiti du pont est

forme de deux billes connectes en srie dans le capteur. Ces billes sont chauffes par le

courant continu. Lautre moiti, situe dans le contrleur, est un diviseur rsistif. Quand

le capteur est expos de l'air pur, tout dsquilibre initial du pont est limin au moyen

d'un potentiomtre de zro. Llorsquun mlange combustible de gaz et d'air se diffuse

dans le capteur, il oxyde une des billes (la bille "active" qui a t traite avec catalyseur).

La seconde bille (de rfrence), qui ne ragit pas aux gaz combustibles, permet de

compenser les variations dues la temprature ambiante, l'humidit et la pression.

Loxydation de la bille active entraine une augmentation de la temprature, qui rsulte en

un changement de rsistance lectrique, et dsquilibre le pont de Wheatstone. La

diffrence de rsistance entre les deux billes est proportionnelle la concentration du gaz

combustible. Le signal de dsquilibre du circuit est amplifi dans le contrleur et affich

en % LEL sur l'appareil de mesure situ sur la face du contrleur.


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1.6.3.2.2 Dtecteur de gaz infrarouge Ponctuel :

La technique repose sur le principe de l'absorption des infrarouges double

longueur donde: la lumire passe dans le mlange prlev en deux longueurs d'onde,

une dnie sur l'absorption maximale du gaz dtecter, l'autre non. Les deux sources

lumineuses sont mises alternativement et guides le long d'un chemin optique commun

vers une fentre ignifuge, puis vers le gaz prlev. Les faisceaux sont ensuite rflchis

par un rtro recteur qui les renvoie dans le prlvement, puis sans l'unit. Un dtecteur

compare alors l'intensit des signaux de prlvement et de rfrence, et, par soustraction,

en dduit une mesure de la concentration de gaz.

1.6.3.2.3 Dtecteur de gaz inflammables infrarouge barrire :

Ces instruments utilisent la technologie laser et infrarouge sous la forme d'un large

Figure 1.16 : dtecteur de gaz catalytique


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dterminer le dbit du gaz qui s'chappe de la fuit. Les dtecteurs de gaz ultrasons sont

utiliss principalement adapt pour les environnements extrieurs.

1.6.4 La partie traitement logique :

Cette partie est le cerveau d'un systme de protection feu et gaz elle sert :

Collecter les informations ou ordres lis la scurit incendie ;

Traiter ces informations ;

Effectuer les fonctions ncessaires la mise en scurit incendie des zonesprotges.

1.6.4.1Les systmes lectriques base de logique relais

Les anciennes technologies lectromcaniques utilisent des circuits relais pour

manipuler les fonctions logiques boolennes. Les circuits relais sont de deux types :

Un type de relais laisse passer le courant quand il est au repos (relaisnormalement fermer)

Un type de relais qui laisse passer le courant quand il est excit (relais

normalement ouvert).

Si les relais sont ouvert au repos ils reprsentent les variables x, y et z et si les relais

ont des contacts sont ferms au repos il reprsente les complments de variables x, y etz... Ainsi, en combinant les circuits relais soit en srie (fonction logique AND) ou soit

on parallle pour la (fonction logique OR) On peut construire un rseau lectrique


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1.6.4.2Les systmes base de circuit logique lectronique :

Figure 1.17 : Reprsentation fonction logique (OR), (AND)


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1.6.4.3

Les systmes de traitement logique programmable :

Ce sont gnralement des calculateurs, des Automates Programmables Industriels

standard API ou PLC (Programmable Logic Controler) avec fonction de supervision ou

des Automates Programmables de Scurit (APS). Suivant la taille, la complexit de

l'unit et la modularit de l'unit, la fonction d'automatismes est remplie par un ou

plusieurs modules (API, contrleurs de SNCC, APS, quipements de technologie

conventionnelle) ou toute association de ces modules. Leurs processeurs, leur mmoire

et leur alimentation peuvent tre redondants et disposent de fonctions d'autodiagnostic.

Leur positionnement de repli de scurit est connu en cas de dfaut [10].

1.6.5 La partie actionneur :

Un actionneur est l'organe fournissant la force ncessaire l'excution d'un travail

ordonn par l'unit de traitement logique programmable : Pour les systmes de

protection feu et gaz deux actions sont ncessaire en cas de dtection :

Avertir et alert le personnel prsent dans l'environnement proche de l'unit.

Mettre en tat de sure l'quipement de l'unit.

1.6.5.1

Diffuseur Sonore :Ce sont des appareils qui assurent la diffusion acoustique du signal d'alarme

gnrale et devant rpondre aux dispositions de la norme NFS 32-001 Ils mettent le son


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1.7 Conclusion

Dans un premier temps nous avons prsent lorganigramme de lentreprise

Figure 1.19 : Une lectrovanne monte sur une bouteille CO2


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Chapitre :

Etude du systme de

protection feu et gaz de la

station de compression SC3


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Chapitre 2 : Etude du systme de protection feu et gaz de la Station de Compression SC3

2.1Introduction

Aupremier temps de lexploitation des puits productifs la pression de gisement est

trs lev le brut remonte naturellement vers la surface, mais avec le temps la pression

dans les puits a diminue ce qui a ncessit linstallationdes stations de compression pour

fournir des gaz comprims ce gaz est transport par un champ de canalisation vers le

gisement et inject travers des puits d'injection pour maintenir la pression du gisement.

Dans Ce chapitre on a dcrit la Station de Compression SC3 et le systme deprotection F&G (Fire and Gas) qui est install actuellement dans la station SC3, afin de

proposer des solutions ces diffrentes problmatiques.

2.2 Description du processus de compression gaz

Aprs la sparation du brut le gaz quon a extrait est envoy directement vers les

stations de compression pour augmenter leur pression, afin de linjecter travers les puits

dinjection, suivantces trois tapes :

Premire tape (Aspiration du gaz) :

Le gaz entre vers le ballon daspiration qui est quip dedeux vannes, une vanne

de dmarrage vide qui diminue la pression de gaz entrant afin davoir un p (la pression

du gaz entrent-la pression du ballon daspiration) faible pour prserver le ballon

daspiration.Lorsque p=0 la vanne de dmarrage vide se ferme pour laisser la place


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dans le rseau de distribution SONALGAZ, les gaz lourds C5,c6. (Condensat) vont tre

stocks dans un bac de stockage HAOUDH EL HAMRA.

Nota :sil sil y aura un problmeprovoquant larrt de la station de compression, les

deux vannes dentre et de sortie vont se fermer. Le gaz existant au niveaude lentre et

de lEquipment de compression va sliminer travers les torches.

2.3

Station de Compression SC3La Station de Compression SC3 est entre en service en 1985, est une unit ou une

srie de compresseurs qui aspirent le gaz assez basse et rejettent ce gaz une pression

Figure 2.1 : Schma synoptique, processus de compression gaz


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2.3.1 Les composants principaux de la station de compression SC3

A l'intrieur de la station de compression SC3 on a deux groupes : le premier groupe

appel BP (basse pression) est compos par une turbine gaz, un multiplicateur et deux

turbocompresseur de type centrifuge, et le deuxime groupe appel HP (haute pression)

compos duneturbine gaz, un multiplicateur et un compresseur. Afin de comprimer le

gaz de 28 bars 420 bars.Le gaz comprimer provient du gisement de Hassi Messaoud.

Figure 2.2 : vue de l'extrieur de la station de compression SC3


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2.3.1.1 Turbine gaz

La turbine gaz comprime l'air de combustion, brule du combustible dans unechambre de combustion et achemine les gaz chauds travers une srie d'aubes. Le

compresseur est habituellement de type centrifuge ou axial et est entrain par le turbin.

Les turbines gaz sont classes en deux catgories : turbines l'arbre ou deux arbres

Dans une turbine gaz un arbre (figure 2.4), une seule turbine asservit le

compresseur et larbred'entrainement. Dans une turbine gaz deux arbres (figure 2.5),

une deuxime turbine commande l'arbre d'entrainement

Le prsent module ne traite que les turbines qui puisent l'air d'admission de

l'atmosphre (cycle ouvert), tirent toute leur nergie du combustible provenant de la

chambre de combustion et produisent plus d'nergie que n'en consomme le compresseur.

COMB

Energie lectrique

Echappement

Combustible

Air

Gaz comprim


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2.3.1.1.1Principe de fonctionnement de la turbine gaz

Les turbines gaz produisent soit de l'nergie mcanique, soit des gaz

d'chappement haut vitesse et haut temprature ou une combinaison des deux.

LEnergie mcanique peut tre utilise pour alimenter un compresseur, un ventilateur ou

une pompe tandis que les gaz d'chappement haute temprature peuvent tre utiliss

pour produire de la vapeur ou de l'eau chaude dans une chaudire de rcupration de

chaleur. Les turbines gaz peuvent galement tre utilises comme machines auxiliaires

de systmes combins o l'nergie provenant est utilise comme air de combustion chaud

dans un autre bruleur. Lanalyse de ces systmes intgrs ne fait pas partie du prsent

module.

La chambre de combustion peut bruler une varit de combustibles, y compris le

gaz naturel, le disel et les huiles lourdes rsiduelles. L'air comprim alimente lacombustion et refroidit les diffrentes parties de la turbine gaz. Lair comprim qui n'est

pas introduit dans la chambre de combustion entoure et refroidit l'enveloppe de celle-ci.

Une certaine quantit d'air est dgage travers de petites fentes formant sur la surface

interne de la chambre de combustion une pellicule d'air froid qui protge l'enveloppe

contre les tempratures leves des gaz. Avant d'entrer dans la turbine, les gaz decomposants de la turbine. Lespace annulaire entourant l'arbre est galement refroidi par

d l' i t d


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Les compresseurs centrifuges fonctionnements haute vitesse et la plupart des

machines commerciales fonctionnement environ 20 000 tours par minute (tr/min). On

peut obtenir des vitesses de 100 000 tr/min dans les industries aronautiques et

arospatiales.

Les avantages des compresseurs centrifuges deviennent vidents lorsque les dbits

dpassent 1 200 tr/s. les principaux avantages de ces compresseurs sont les suivants :

grande capacit, faible taux de vibrations, compacit, refoulement d'air sans huile et une

capacit maximum inhrente chaque machine. Les principaux dsavantages

comprennent la ncessite dinstaller un multiplicateur de vitesse ; le faible jeu entre les

pices et le cout lev de l'entretien.

Le compresseur centrifuge est trs utilis en raffinage et dans les industries

hydrocarbures pour la rinjection dans le gisement dont le but de maintenir la

pression de gisement .

Refoulement

AspirationDiffuseur


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2.3.1.3

Multiplicateur

Permet de multiplier la vitesse de rotation de la turbine pour entrainer lecompresseur. Il base dengrenage mcanique des diffrents diamtres, le tout est merg

dans lhuile de glissage pour viter le frottement.

2.4

Le systme de protection feu et gaz de la station de compressionSC3

Figure 2.7 : Multiplicateur


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Des gyrophares

Un rack CO2 et poudre constitu par : des bouteilles de poudre et autre bouteilles

de CO2 (forment deux circuits : circuit dmission initiale et circuit dmission

de maintien, chaque circuit est isol par une vanne quipe par un contact de fin

de course surveille par larmoire incendie), Pressostat, des lectro-percuteurs

pilotes qui ouvrent les bouteilles CO2 et la poudre selon la zone dincendie et

commandent la dcharge, sont situs sur des ttes de dcharge au niveau du

groupe des bouteilles, elles sont automatiquement commandes par un signal

lectrique.

A chaque dtection au niveau du systme, un message lumineux est affich sur

larmoire qui indique la nature du dfaut ou dalarmeavec une signalisation lumineuse

dans la zone de dfaut.

Signalisationlumineuse

Les modulesd t


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unit de contrle de systme de dtection incendie conformment aux procdures du

laboratoire des Assureurs inc. (UL) "Standard for safety number UL864" sixime dition.

Le systme Notifier 5000 contient plus ou moins des modules selon les besoins.

Tous les systmes ont module central de traitement des donnes (CPU) situ en haut

gauche, ils ont aussi au moins un module de rception. Il peut y avoir jusqu' quatorze

modules additionnels (rception, signalisation et/ou contrle) installs en des

combinaisons diverses. Les fonctions des modules du systme Notifier 5000 sontprsentes plus bas [11].

2.4.1.1.1Module de rception (IZM-8)

Chaque module de rception (IZM) pourra

surveiller jusqu' huit zones de dclenchement

d'appareils initiateurs (dtecteurs de fume, station

tirette, dtecteurs de chaleur etc.) pour mettre un

signal d'alarme. Il s'assure galement du bon tat

des cbles reliant le module et les appareils

indicateurs. Le module IZM achemine les signaux

sur l'tat des zones vers le module CPU, ces signaux


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2.4.1.1.2

Module central de traitement des donnes (CPU-5000)

Le module CPU est le cur de l'ensemble du Systme Notifier 5000. Son ordinateur

communique avec tous les autres modules et dirige leurs actions. Il comprend :

1. deux circuits de signalisation superviss

qui contrlent habituellement les appareils

de signalisation de l'vacuation tels que

des cloches, des sirnes et des lumires.

2. un relais d'alarme qui peut tre branch

des appareils de contrle externes incluant

les ascenseurs, les portes et les appareils

de ventilation

3. un avertisseur distance qui peut tre

branch au contrle d'alarme incendie du

poste de pompiers de la municipalit.

4. une varit de contrles et dindicateurs.

2.4.1.1.3Module de signalisation (ICM-4)

Chaque module de signalisation (ICM)

pourra contrler et surveiller jusqu' huit circuits

Figure 2.10 Module (CPU-5000)


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2.4.1.1.4

Module de relais (CRM-4)

Chaque module de relais CRM peut recevoir

jusqu' huit relais qui pourront contrler des

appareils externes tels que les ascenseurs, les portes

ou les systmes de ventilation. Ces relais

s'activeront automatiquement en condition d'alarme

en conformit avec la programmation de la mmoirepermanente du module CPU. Ces circuits peuvent

tre activs manuellement par les interrupteurs de

contrle sur chacun des circuits.

Le module CRM possde un indicateur

d'activation (DPE vert), un indicateur de

dfectuosit (DPE jaune) ainsi qu'un interrupteur de

contrle pour chacun de ses circuits [11].

2.4.2

Systme de protection gaz General Monitors Modle 610

Le systme de protection gaz dans la station de compression SC3 contrl et

command laide dun module de dtection gaz General Monitors Modle 610. Ce

Figure 2.12 : Module relais CRM-4


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2.4.2.1

Description du systme General Monitors Modle 610

Le modle 610 est conu pour dtecter des concentrations de gaz et vapeurs

combustibles sur une plage de 0 100 % de la limite explosible infrieure (% LEL). Les

gaz combustibles qui ne devraient pas tre contrls par le systme sont relativement peu

nombreux. Cependant, par mesure de prcaution de gaz ou vapeurs autres que ceux

spcifis au moment de lachat.

Le contrleur est pourvu dun appareil de mesure (0-100% LEL) ; de trois contacts

de relais sans potentiel (deux pour les circuits dalarme de gaz, haut et bas, et un pour le

circuit dalarme de panne); et de voyants indiquant les conditions de fonctionnement :

normal, alarmes de gaz ou panne. Un signal de sortie analogique de 4 20 mA est

galement prvu [12].

Les %LEL Desdtecteurs de gazcatalytique

Signalisationlumineux dalarme


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Les zones protges par le Systme protection F et G de la Station de compression

SC3 sont les suivantes :

Cabine turbine.

Groupe multiplicateur / Compresseur Centrifuge

Salle Contrle.

Sous station lectrique.

Transformateur 5.5/0.4 Kv

2.5.1 Protection de la cabine turbine et groupe compresseur

2.5.1.1

Partie de dtection

A l'intrieur de chaque salle de machines sont installs deux turbocompresseurs, un

groupe BP et un groupe HP. Chaque station de compression est rpartie en quatre zones

protges par le systme anti-incendie. La zone turbine est protge par un ensemble de

onze 11 dtecteurs thermostatiques (TOR) installs sur la mme boucle (rseau de

capteur thermostatique) et talonns des tempratures diffrentes, comme indique dans

le tableau (2.1) : La turbine de lancement et la vanne de gaz sont protges par une

dtection de gaz catalytique.

ZONE TG 701 ZONE GB 701

Salle machines


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ZONE1TG701

ZONE2TG702

ZONE3GB701

ZONE4GB702

AUX ENC.TG ECHAPP AUX ENC.TG ECHAPP --------- ---------Nombredtecteurthermique/seuil

3/225F 5/450F 3/600 F 3/325 F

5/450 F 3/600 F 2 2

Nombredtecteur degaz

1 2 ---------- 1 2 --------- 2 -------

AUX :Auxiliaire ; ENC.TG :Enceinte turbine ; ECHAPP :chappement ; ----- non disponible

GB701 :Groupe compresseur BP ; GB 702 :Groupe compresseur MP et HPTableau 2.1 les dtecteurs de la station SC3 avec seuil de dclenchement.

2.5.1.2 Partie Extinction

Chacune des stations de compression est compos d'une unit poudre pour

lextinctiond'incendie sur les compresseurs et d'un SKID Co2 pour lextinctiond'incendie

dans les compartiments Turbine et Auxiliaire.

L'extinction au CO2 : l'unit de dcharge du CO2 se compose essentiellement d'un

rservoir principal et un autre comme rserve.

L'Extinction la poudre :l'unit de dcharge de la poudre se compose essentiellement

d'un conteneur pour la poudre et d'un systme de pressurisation par azote (bouteille

d'azote), comme pour l'extinction au CO2 une unit rserve poudre existe aussi.


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2.5.2 Protection de la salle de contrle

On y retrouve les panneaux de contrle regroupant les divers affichages (compteurs,

crans, voyants et indicateurs divers...) pour piloter les oprations et surveiller le bonFonctionnement. Ces oprations sont effectues par les oprateurs. Les lments

Figure 2.16 : Dioxyde de carbone extinction zone turbine/compresseurBouteille CO2 etpoudre


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2.5.3

Protection de la sous-station lectrique

La sous-station lectrique est compose de nombreux tableaux, tous quips d'un

dtecteur de fume ionique. D'autre part ils sont installs sur le plafond de la salle poursurveiller le local. La salle des batteries attenante est surveille par un dtecteur

d'h d GMI Ltd

Figure 2.17 : Dtecteur de fume sur le plafond de la salle de contrle


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Figure 2.18 : Les armoires de la sous-station lectrique.


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2.6 Fonctionnement du systme protection F&G pour La Cabine

turbine

La turbine peut prsenter des risques d'incendie dus essentiellement aux fuites degaz sous pression probable au niveau des organes suivants :

Figure 2.20 : Les 3 transformateurs lectriques (TR901, TR902, TR903)


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l'envoi du signal par le pressostat plac sur la conduite galvanise de dcharge

rapide

Arrt des extracteurs d'air turbine.

Arrt des ventilateurs des salles des machines

L'allumage de la lampe "alarme dcharge CO2 " l'extrieur de la cabine

L'allumage de deux lampes "alarme dcharge " en commun cabines turbines,

auxiliaires et compresseurs l'extrieur des btiments

2.6.2 La dcharge manuelle du CO2

La squence de dcharge manuelle est dclenche :

A partir de la salle de contrle o est

install un bris de glace double action.

A partir de la salle machine au niveau des

accs ou est plac un bris de glace.

A partir du skid Co2 par action mcanique

direct sur l'lectro-percuteur plac sur la

tte de la bouteille Co2

2.7Inconvnient du systme de protection F&G install pour le SC3

Figure 2.21 : Bouton dedcharge manuelle salle

machine


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incendie ce qui rend difficile le diagnostic et la maintenance des quipements de

dtection car il est aussi impossible de localiser prcisment l'endroit d'un

dtecteur dfectueux il faut tester les dtecteurs un par un ce qui diminue la

disponibilit des installations.

L'utilisation des dtecteurs thermiques au niveau des compresseurs et

transformateurs n'est pas adapte voire inefficace raison de lemplacement

lextrieur (influence du climat).

Utilisation des dtecteurs de fume ioniques (radioactifs) de type conventionnel

ce qui affecte les personnes au niveau de la salle de contrle et de la sous station

lectrique.

La Centrale Dtection et de commande :

Obsolescence et vtust du systme. Systmes base d'lectronique modulaire non adressable.

Inexistence de pice de rechange sur le march.

N'offre pas la possibilit de la mise sous rseau (possibilit de communication

avec dautre systme).

Le systme n'offre aucun niveau d'intgrit de scurit.

L'extinction :


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Problmes Solutions

Partie dtection

Une seule boucle dedtection

Chaque capteur cbl avecune entre dans lautomateOu utilisation dun buscapteur /actionneur ou busde terrain.

Problme de localisationdes alarmes, dfauts. Opter pour les dtecteursadressables et intelligents.dtection feu non adapte

pour les compresseurs ettransformateurs

Opter pour une dtectionde flamme intelligente typeUV

L'existence d'une seulezone de dtection pour lesturbines

Repartir la turbine en deuxzones (enceinte,chappement)

Partie dextinction

L'existence d'une seulezone d'extinction pour lesturbines.

Dfinir deux zones pour laturbine une pour la partieauxiliaire et une seconde

pour l'enceinte turbine.Absence des fins de course

pour l'indication de l'tatdes volets de ventilation

(ferm ouvert)

Placer des fins de courses.

Absence d'un systme devrification automatique del i d b t ill

Installer un systme decontre poids et ajout de find i l l


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S/Station lectrique: Cette zone sera quipe de dtecteurs de fume adressables et dote

d'une extinction automatique au CO2 pour des raisons de scurit la conduite principale

de dcharge CO2 doit tre dote d'une vanne d'isolement avec indicateur de position sur

la centrale incendie, cette vanne permettra de garantir la scurit du personnel contre toute

dcharge accidentelle dans la station lors des travaux de maintenance.

Salle machines :

Turbines :chaque turbine est considre comme zone indpendante protger, La zoneturbine est compose de trois sous zones (Auxiliaire, enceinte turbine et chappement),

la dtection au niveau de lenceinte turbineet lchappementsera assure par des capteurs

de chaleur type thermostatique et des dtecteurs UV au niveau auxiliaire , implants

judicieusement dans des endroits permettant une dtection fiable et sans fausses alarmes,

chaque capteur sera connect une entre supervise de l'automate.

La commande d'extinction automatique au niveau de la zone turbine est

effectue en cas de confirmation de deux capteurs se trouvant dans la mme sous

zone.

La dtection par un seul capteur dclenche une pralarme seulement.

L'extinction automatique au niveau des zones turbines sera assure par une

batterie de bouteilles de CO2 installe dans le SKID d'extinction.


66/152


Aprs une alarme feu confirme par le systme de dtection incendie SDI ou des

commandes locales le systme de protection anti-incendie doit assurer la mise en scurit

de lunit par la commande:

vacuation (diffusion du signal d'alerte).

Extinction automatique.

Asservissement.

vacuation :

L'vacuation est ncessaire avant la mise en service du systme d'extinction

automatique elle doit tre assure travers :

La diffusion d'un signal sonore, audible en tout point de la zone protger

Des alarmes lumineuses (balises, xnon-flash rouge) et sonores (sirnes) sontInstalles aux emplacements stratgiques dans les points d'accs de la zone

protger. Les sirnes doivent avoir les spcifications suivantes :

De conception lectronique et de grande puissance acoustique (Niveau

sonore de100 dB un mtre dans un local ferm)

Les sirnes installes l'extrieur doivent tanches (IP65) et ADF


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Soit volontairement par action lectrique distance sur les boutons poussoirs

double action.

Soit partir de bris de glace installs sur les issus des zones protges. Ces bris

de glace doivent tre double action, ADF et IP65 avec tiquetage prcisant

clairement la zone concerne.

Soit par action mcanique de secours partir des chssis des systmes

d'extinction incendie installs localement.

Un contacteur de passage CO2 ou poudre doit confirmer la dcharge en salle de contrle

Les bouteilles d'extinction doivent tre quipes d'un dispositif de pes pour le contrle

de leur charge.

Les organes dclencheurs des bouteilles pilotes du SKID d'extinction doivent tre du type

lectro-percuteurs.

Systme contre poids

Cest un quipement dispos pour vrifier la charge des bouteilles co2 en gaz,

basant sur un contact provoqu par les pendules qui vont incliner vers un fil mtallique

suite une dcharge en gaz ce dernier va se retirer causant par la suite un signal

lectrique dclenchant lalarme

h i d d d i f d l i d i


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Turbine :Chaque turbine sera quipe par quatre (04) capteurs de gaz de type catalytique

implants dans les zones dfinies comme zones risque :

La vanne de gaz GE.

Turbine de lancement (auxiliaire).

Les chambres de combustion

Compresseur : Chaque compresseur sera quip de deux (03) capteurs de gaz catalytique

implants dans les zones dfinies comme zones risque :

Bride d'aspiration

Bride de refoulement

Multiplicateur.

2.9Conclusion

L'exploitation des solutions proposs pour les parties dtection et extinction

requrant des fonctions de traitement additionnel et ne peut se faire avec le systme

Notifier 5000 contre le feu et le General Monitors Modle 610 contre le gaz. Le choix le

plus judicieux pour une station de compression est d'opter un automate programmableindustriel qui offre un haut niveau d'intgrit de scurit. Pour illustrer notre solution

b d t t bl h i i l' t t T i i ff


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Chapitre :

rsentation de la solution par

automate programmable

Ch it 3 P t ti d l l ti t t bl i d t i l d it


70/152

Chapitre 3 : Prsentation de la solution par automate programmable industriel de scurit

3.1. Introduction :

Les automates programmables industrielles dedis a la securit sont devenus la

solution la plus efficace pour resoudre les differents problemes du contrle et commande

dans les processus industrielles critiques.

Ce chapitre dcrit, dans sa premire partie, des gnralits sur l'Automate

Programmable Industriel ddi la Scurit (APIdS), et ensuite une description de

l'automate Tricon et son logiciel de programmation TriStation 1131, ainsi qu unedescription du logiciel de la supervision l'InTouch Wonderware, et dans la deuxime

partie nous allons entamer la programmation et la supervision de la solution automate

propose ainsi que la mise en uvre de ce projet.

3.2. Automates Programmables Industriel ddies la Scurit (APIdS

Safety PLC) :

En 1984, l'INRS [13](CND 1502-117-84) recommandait de ne pas faire confiance

au seul Automate Programmable Industriel (API) pour assurer la gestion des fonctions de

scurit et il tait propos d'assurer celle-ci par une logique cble extrieure la

commande gre par l'API. Depuis certains fabricants proposent ou vont proposer de

nouveaux API appels Automate Programmable Industriel ddi Scurit (APIdS) devant

pouvoir assurer eux seuls la gestion des fonctions de scurit

Ch it 3 P t ti d l l ti t t bl i d t i l d it


71/152


Cette diffrence est fondamentale car elle a une influence vidente, tant sur

larchitecture interne des APIdS concerns que sur le contenu des logiciels applicatifs.

3.2.1

APIdS en commande de processus :

Ces automates mettent en uvre des architectures redondantes d'ordre 3 avec voteur

ou une architecture dordre 2 avec dtection des fautes du canal dfaillant par des

autotests. Seules ces structures sont capables d'une part, de dtecter la voie dfaillante

pour initialiser une procdure d'urgence ou dalerte permettant la remise en tat et d'autre

part, de poursuivre le processus en maintenant lefficacit des scurits.

La figure 3.1 [14] (EXERA) dcrit ci-dessous un exemple darchitecture interne

dun APIdS utilis en sret des processus savoir trois voies indpendantes et un voteur.



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Ces diffrentes solutions montrent la diversit des moyens utiliss et surtout que

chaque solution nest quun compromis privilgiant tel ou tel paramtre de la scurit

comme par exemple :

La rapidit de raction face une dfaillance.

La rduction de linfluence des pannes de mode commun.

La dtection des pannes latentes.

Le temps rponse de lapplication.La figure 3.2 [14](EXERA) prsente une structure redondante d'ordre 2 de lunit

centrale de lautomate. Il est remarquer que les deux voies sont indpendantes et

quaucun contrle nest effectu entre les CPU A et B. L'intrt d'une telle architecture

est d'liminer la contamination dune voie par lautre car elles sont compltement

indpendantes. L'inconvnient tient au fait que seules les dfaillances ayant une influencesur la sortie sont dtectes par le comparateur, les autres dfaillances (pannes latentes) ne

sont pas traites.



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Cette solution a toutefois linconvnient dtre une source potentielle de pannes de

mode commun car les voies ne sont plus totalement indpendantes [15].

Pour la ralisation de ce projet, nous avons choisi dutiliser l'automate Triconex.

3.2.3 Automate programmable ddie la scurit Triconex

General Purpose System de Triconex est un systme de scurit certifi TV SIL3

(Safety Integrity Level 3). Sa conception sappuie sur une architecture redondante haute

disponibilit Le systme General Purpose System de Triconex est une solution SIL3

Figure 3.3 : structure tri-redondante dun APIdS utilisable en machinerie



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polyvalent et conomique de lindustrie, il est notre contrleur de scurit le plus prouv.

MR sappuie sur trois systmes de contrle parallles et isols, et des fonctionnalits

tendues de diagnostic, le tout intgr dans un systme unique. Le systme garantit une

exploitation haute intgrit, sans erreurs ni interruptions, dpourvue de point de

dysfonctionnement. Tricon simplifie le dploiement des applications, car TMR

fonctionne comme un systme de contrle unique, de faon transparente pour lutilisateur.

Les fonctionnalits de diagnostic sont sous-jacentes et transparentes pour le

programmeur. Toutes les informations de diagnostic sont stockes dans des variables

systme, la disposition de lutilisateur.

Lutilisation de Tricon continue de stendre de nouvelles industries et

applications, pour rpondre la demande croissante de scurit systme et/ou de haute

disponibilit. Triconex a install des systmes de scurit Tricon dans plus de 50 pays,

amliorant la scurit, la fiabilit et la disponibilit

dune large base installe travers le monde. Parmi les

applications concernes :

Systmes ESD (Emergency Shutdown Systems)

Systmes BMS (Burner Management Systems)

Systmes F&G (Fire and Gas Systems)



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Prend en charge jusqu' 74 modules E / S (analogiques et numriques) et des

modules de communication en option qui interface avec les matres et les esclaves

Modbus, Honeywell Distributed Control Systems (DCS), d'autres TRICONs dans

les rseaux Peer-to-Peer, et les applications htes externes sur 802.3 rseaux.

Fournit le soutien intgral de modules d'E / S dportes situes jusqu' deux

kilomtres (1,2 miles) du chssis principal.

Excute les programmes de contrle crits en relais CONT et dvelopps et

dbogue avec un poste de travail appel TRISTATION spar.

Fournit des renseignements dans les modules d'entre et de sortie afin de rduire la

charge de travail des processeurs principaux. Chaque module d'entre / sortie a trois

microprocesseurs. Module d'entre microprocesseurs filtre et de-rebondir les

entres et diagnostiquer les dfauts matriels sur le module. microprocesseurs de

module de sortie fournissent des informations pour le vote des donnes de sortie,

vrifier les donnes de bouclage de la borne de sortie pour la validation finale de

l'tat de sortie, et diagnostiquer les problmes sur le terrain cblage.

Fournit des diagnostics intgrs en ligne avec les capacits d'adaptation de

rparation.

Permet l'entretien normal alors que le TRICON fonctionne, sans perturber le

processus contrl.



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Les processeurs principaux se synchronisent et communiquent entre eux par le

TriBus. Le TriBus vote les donnes d'entres logiques compare les donnes de sorties et

envoie Une copie des donnes d'entres analogiques chaque processeur principal.

Les processeurs principaux excutent le programme d'application et envoient les

sorties qu'il gnre vers les modules de sorties .Le contrleur Tricon vote les donnes de

sortie au niveau des modules de sorties aussi prs que possible du site afin de dtecter et

corriger les erreurs ventuelles qui pourraient apparatre entre le processeur principal et

le signal de sortie final.

Chaque emplacement fonctionnel d'E/S peut contenir deux modules d'E/S

identiques. Ainsi, lorsqu'un dfaut est dtect sur l'un des modules, le module exempt

d'erreur prend Automatiquement le relais .Un module dfaillant peut galement tre

remplac chaud s'il est le seul module install cet emplacement fonctionnel. Dans ce

cas, un module Exempt d'erreur est insr dans le sous-emplacement (rail) et le contrle

est bascul sur ce module .ceci permet au module dfaillant d'tre retir, et d'tre envoy

en rparation.

"Hot Spare""Hot Spare"

Entre

Bus d'E/SUnit

Sortie



77/152


points d'entre et de sortie logiques et analogiques, les entres impulsions et

thermocouples, ainsi que plusieurs protocoles de communication.

3.2.4.1Alimentation

Chaque chssis Tricon est quip de deux modules d'alimentation qui convertissent

Lalimentationde ligne en alimentation C.C requise pour tous les modules Tricon.Il est

quip aussi de deux batteries redondantes qui permettent au contrleur Tricon d'effectuer

A Memory backup batteryB connectors for terminationsC I/O expansion portsD power terminalsE Key-Switch

F Redundant power modulesG Three main processorsH COM slot (empty)I Two TCMsJ DO module without spareK DO module with hot-spareL AI module with hot-spareM AO module without spare

Figure 3.7 : Chssis principal haute densit



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Un chssis Tricon contient trois modules processeurs principaux, chacun desservant

une chane du contrleur. Chaque processeur communique avec son sous-systme d'E/S

etexcute le programme d'application dune manire indpendante.

Les trois modules MP comparent les donnes et le programme d'application

intervalles rguliers. Chaque processeur principal fonctionne dune manire autonome.

Les fonctions suivantes sont fournies par un bus systme propritaire haut dbit

appelTriBus :

Communication inter-processeur, vote matriel la majorit de toutes les donnes

dentreslogiques et comparaison des variables du programme d'application.

TriBus utilise une chane de communication en srie entirement isole

fonctionnant 4 mgabits par seconde. Un contrleur d'accs direct la mmoire

gre la synchronisation, le transfert, le vote et les corrections de donnes

indpendamment du programme d'application ou du logiciel d'excution.

La mmoire vive dynamique (DRAM, Dynamic Random -Access

Memory) est utilise pour le programme d'application, les donnes de

squence d'vnements, les donnes d'E/S, les diagnostics et les

mmoires tampons de communication.

La mmoire vive statique (SRAM, Static Random-Access Memory) est utilise

pour la conservation des donnes de programme dnies et la configuration des



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processeurs principaux sur demande. Les donnes d'entre sont mises au vote sur les

processeurs principaux avant le traitement en garantissant une intgrit optimale. Tous

les modules d'entres logiques soumettent les chanes des diagnostics complets et

continus.

L'chec des diagnostics sur une chane quelconque active l'indicateur de dfauts,

lequel active le signal d'alarme du chssis. L'indicateur de dfauts signale les dfauts lis

aux chanes et non les dfaillances des modules (Un dfaut unique n'empche pas le

module de fonctionner correctement). Les modules d'entres logiques prennent en charge

la fonction de rechange chaud d'un module dfaillant.

Module sortie logique : Chaque module de sorties logiques comporte trois chanes

identiques, chaque chane comporte un microprocesseur d'E/S qui reoit sa table de

sorties partir du processeur de communication d'E/S sur le processeur principal

correspondant.

Tous les modules de sorties logiques, l'exception des modules c.c. redondants,

utilisent un circuit de sorties quadrupler spcial qui met au vote les signaux de sortie

individuels avant qu'ils soient appliqus la charge. Ce circuit repose sur des chemins

parallles qui font circuler l'alimentation si les pilotes des chanes A et B ou des chanes

B et C mettent une commande de fermeture, en d'autres termes si 2 pilotes sur 3 votent

On (activation).



80/152

Chapitre 3 : rsentation de la solution par automate programmable industriel de scurit

cblage de champ perturbateur. Il existe deux catgories de terminaisons sur le terrain

passif disponible pour les modules d'E/S :

terminaisons internes pour les applications haute densit

terminaisons externes pour marshaling distance de cblage

3.2.4.4

Modules de communication

Par le biais des modules de communication dcrits dans cette section, la TRICON

peut s'interfacer avec les matres et les esclaves Modbus, Honeywell Distributed Control

Systems (DCS), d'autres TRICONs dans les rseaux Peer-to-Peer, et les htes externes

excutant des applications sur 802.3. Les processeurs principaux diffuss des donnes

aux modules de communication travers le bus de communication. Les donnes sont

gnralement actualises chaque scanner.[18].



81/152

p p p g

L'utilisation de l'mulateur permettra donc de test efficacement les applications

en hors-ligne, sans aucun risque.

Squence of Events Recorder (SOE) : Cette application assure la rcupration

des donnes de squences d'vnements des contrleurs Tricon/Trident, et les

prsentent sous une forme exploitable des fins d'analyse.

Dynamic Data Exchange Server (Serveur DDE) : Une application Windows qui

permet aux systmes client compatibles DDE (HMI) de requrir des donnes au

prs des contrleurs Triconex.

TriStation 1131 prend en charge les plates-formes matrielles suivantes :

Tricon

Tricon low density

Trident

Tri-GP

3.3.1 Interface Utilisateur

Linterface dutilisateur se compose de plusieurs fentres et d'outils pouvant tre

positionnes librement.

1

2



82/152

p p p g

3.3.2 La configuration matrielle Tricon

Lors de la cration d'un projet, une configuration est cre automatiquement suite

un choix impos par le logiciel de programmation. Chaque configuration de contrleur

comprend un chssis principal, appel HD_MAIN (chssis haute densit) ou LD_MAIN

(chssis de faible densit).

A partir du navigateur de projet ouvrer, le rpertoire Controller, faire un double

clic sur configuration et puis double- clic sur la Hardware Allocation

La bote de dialogue Proprits de l'lment pour le chssis apparat.

1

2

Chssis HD_MAIN



83/152

p p p g

FBD (function Blcok Diagram) : Fonction bloc diagramme (FBD) est une langue

graphique qui correspond des schmas de circuit. Les lments utiliss dans cette

langue s'affichent sous forme de blocs relis aux circuits de la forme. Les fils peuvent

communiquer binaires et autres types de donnes entre les lments FBD. En FBD,

un groupe d'lments visiblement relis entre eux par des fils est connu comme un

rseau. Un diagramme FBD peut contenir un ou plusieurs rseaux.

LD (Ladder Diagram) : Est une langue graphique qui utilise un ensemble de

symboles standards pour reprsenter la logique de relais. Les lments de base sont

des bobines et des contacts qui sont relis par des liens. Liens se distinguent par les

fils utiliss en FBD car ils transfrent uniquement les donnes binaires entre les

Figure 3.12 : Exemple Function Block Diagram



84/152

p p p g

ST (Structured text) :Structured Text (ST) langue est un gnraliste, un langage de

programmation haut niveau, similaire PASCAL ou C. texte structur est

particulirement utile pour les calculs arithmtiques complexes et peut tre utilis pour

mettre en uvre des procdures complexes qui nesont pas facilement exprims dans des

langages graphiques tels que FBD ou LD

Figure 3.13 : Exemple Ladder Diagram



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CEMPLE (Cause and Effect Matrix Programming Language Editor) : Est un

langage de Triconex bas sur la mthodologie matrice cause et effet, qui est couramment

utilis dans l'industrie de contrle de processus. Une matrice de la cause et l'effet est

frquemment utilise pour

Contrôle de Protection Feu Et Gaz d’Une Station De

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