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COLE MAROCAINE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR Année Universitaire Soutenu par : Kaina Youssef El Yanboui Med Amine Option : Automatismes et Informatique Industrielle Encadrant EMSI : Mr. A. JILBAB RAPPORT DE STAGE Les analyseurs de gaz SO 2 /O 2
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ECOLE MAROCAINE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR
Année Universitaire
2009-2010
Soutenu par :
Kaina Youssef
El Yanboui Med Amine
Option : Automatismes
et
InformatiqueIndustrielle
Encadrant EMSI :
Mr. A. JILBAB
RAPPORT DE STAGE
Les analyseurs de gaz
SO2/O2
Stage d’été
Remerciements
Avant d’entamer notre rapport, nous tenons à adresser notre
profonde reconnaissance et notre gratitude à M. Adil BENZIDIYA,
responsable du service Matériel Régulation de la division Produits
Intermédiaires de Maroc Phosphore Jorf Lasfar et M. ZAIMI, chef
d’atelier pour leurs encadrements et leurs instructions qui nous ont été
très utiles pour réussir ce travail.
Nous tenons aussi à exprimer nos sincères remerciements à
notre encadrant M.JILBAB, qui suivait continûment la progression de
notre travail et qui n’hésitait en aucun cas à nous apporter conseils et
recommandations.
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Stage d’été
Sommaire
Remerciement……………………………………………………………………2Résumé…....................................................................................................................................6Cahier de charge……………………………………………………………….…7Introduction générale…………………………………………………………....8
Chapitre I : Présentation de l’organisme d'accueil………….....91. Présentation du groupe Office Chérifien des Phosphate………………........ 10 1.1 Historique …………………………………………...……………. 10 1.2 Statut juridique du groupe………………………………………….. 11 1.3 fiche technique…………………………..………………………………..…... 11 1.4 Organigramme de l’OCP……………………………………………. 12 1.5 Sites miniers………………………………………………………... 12 1.6 Les filiales…………………………...……………………………... 122. Présentation du complexe Maroc phosphore ….…………………………... 12 2.1 Atelier sulfurique………………………………….…………………14 2.2 Atelier des utilités……...……………………………………...…… 14 2.3 Atelier phosphorique………………………………..……………… 14 2.4 Atelier engrais……………………………………….………………14 2.5 Infrastructures……………………………………………………….14 2.6 Atelier fertilisant……………………………………………..
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Stage d’été
……....143. Présentation du service CIJ/PI/MR…………………………………………14 3.1 Le rôle du service……………………………………………………....14 3.2 Organigramme du service CIJ/PI/MR ………………………………….…14 3.3 Répartition…………………………………………...……………... 14
Chapitre II: Production de l’acide sulfurique…………………….171. Description des unités sulfurique……………………………………………18 1.1 Unité 11 ………………………………………………………………18 1.2 Unité 01……………………………………………………….............18 1.3 Unité 12……………………………………….………………............192. Production de l’acide sulfurique …………………………………….………20 2.1 schéma global ……………………………………………...…….…….20 2.2 Combustion du soufre…………………………….………………….….20 2.3 Conversion de SO2 et l’absorption de SO3………………………..….……..21 2.4 Absorption de SO3 et sa transformation en H2SO4 ………………….......... .23 2.5 Circuit de vapeur …………………………………………….................25 2.6 Circuit d’air…………………………………………………….………272.7 Circuit d’eau…………………………………………………..…………..... .28
Chapitre III : Etude de l’analyseur de gaz………………………..…291. Introduction……………………………………………………………...……302. Description de système d’analyse de gaz SO2 & O2……………………..…....30
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Stage d’été
2.1 Présentation…………………………………………………………..…30 2.2 Préparation de gaz ……………………………….…………...………….31 2.2.1 Sonde de prélèvement……………………………………………... 31 2.2.2 Ligne de prélèvement …………………………………………….... 31 2.2.3 Traitement de l’échantillon…………………………………………...32 2.3 Analyseurs SO2 & O2………………………………………….…………...33 2.3.1 Analyseur de gaz SO2 : ULTRAMAT 23……………………………..……33 2.3.2 Analyseur d’O2 : OXYMAT 61…………………………………..……...37 2.4 Armoire de l’analyseur……………………………………………………………………………………….403.Conclusion………………………………………………………………………40
Chapitre IV : Politique de maintenance pour les analyseurs….41 1. Définition de la maintenance…...…………………………………………..….422. Les types de travaux maintenance…………………………………………...…42 2.1 Maintenance curative …………………………………………………..…42 2.2 Maintenance préventive………………………………………………..….423. La politique de maintenance à suivre pour assurer la disponibilité et la fiabilité soutenue de l’analyseur………………………………………………………..…43 3.1 Demandes de maintenance…………………………………………..…….43 3.2 Signalisations de défaut………………………………………………..…..444. Liste de pièces de rechanges……………………………………………..…….455. Conclusion……………………………………………………………………47
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Stage d’été
Chapitre V : Etude du système de supervision……… ………......481. Introduction ……………………………………….......................................... 492. Description de système de supervision……………………….………………. 49 2.1 L’architecture du système de supervision……………………………………49 2.2 Interface homme machine HIS …………………………………………..…50 2.3 Répéteur………………………………………………………………..50 2.4 Automate Programmable industriel…………………………..…………….50 2.5 Le bus de communication: PROFIBUS……………...…………………….… 50 2.6 Les logiciels de système de supervision……………………..……………... 523. Problématique……………………………………………..…………………. 53
Chapitre VI : Intégration de l’analyseur de gaz dans le Système numérique de contrôle et de commande CENTUM CS 3000 de Yodogawa …………………………………………………………………..…54
1. Etude de SNCC de YOKOGAWA……………………………………………55 1.1 Introduction…………………………………………………………...55 1.2 Composantes du système CENTUM CS 3000 …………………………….. .55 1.3 Spécifications du système ……………………………………………….58 1.4 Stations de contrôles ………………………………………………..….59 1.5 Redondance et fiabilité ………………………………………………....602. La communication entre l’automate SIEMENS S7-300 et CS3000 de
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Stage d’été
YOKOGAWA…………………………………………………………………………....622.1 Interface de comunication de S7-300 : Le CP 341………………………………….....622.2 Configuration et paramétrisation de CP 341…………………………….................. 662.3 La liaison de communication : RS-232 ……………………………………………. 662.4 Principes de transmission de données…………………………………... ………...672.5 Interface de communication de CS3000 : F3RS22-0N RS-232-C…………..................... 692.6 Le cout d’installation …………………………………………………………... 702.7 L’architecture ………………………………………………………................ .712.8 Le schéma synoptique ………………………………………………...................71Conclusion………………………………………………………………………..72Bibliographie & Webographie ……………………………………………………..73Annexe …………………………………………………………...……………...74
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Stage d’été
Résumé
Ce stage a été effectué à OCP Jorf Lasfar durant la période allant
du 05 Juillet au 06 aout 2010.Il constitue pour nous une occasion
de mettre en pratique nos connaissances théoriques acquises
durant les années d’études à l’EMSI et d’élargir nos
compétences dans le domaine des automatismes.
L’OCP a installé des analyseurs de gaz SO2 et O2 sur les 06
lignes de production d’acide sulfurique pour effectuer des
mesures du taux de SO2 et O2 dégagés par les cheminées . Ces
analyseurs jouent un rôle prépondérant dans la préservation de
l’environnement et l’amélioration de la qualité de vie de la
population avoisinante du fait qu’ils permettent la détection
d’une part des pertes de soufre consommé et d’autre part le
niveau de gaz SO2 non converti qui présente un niveau de
toxicité élevé.
C’est pour quoi , nous nous sommes intéressés dans une
première partie, à l’étude de l’analyseur de gaz afin de définir
une méthode de maintenance pour assurer la disponibilité de
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Stage d’été
ces analyseurs , ensuite nous proposons de faire une étude de
son système de supervision dans le but de l’intégrer dans le
système numérique de contrôle commande : CENTUM CS 3000
de yokogawa.
Cahier des charges
Vu l’importance des analyses en général et en particulier les
analyses des gaz pour la préservation de l’environnement et
l’amélioration de la vie de la collectivité qui constituent un enjeu
majeur pour la direction, des analyseurs de gaz de marque
SIEMENS ont été installés au niveau des unités de l’atelier
sulfurique pour le contrôle des gaz émets à travers les
cheminées dans l’atmosphère. Ces analyseurs contrôlent le taux
des gaz SO2 suivant les normes en vigueur.
Dans ce cadre, Il nous a été demandé de :
Faire une étude détaillée des différents blocs constituantl’analyseur de gaz.
Etudier le système de supervision (automate, réseaux etposte opérateur).
Définir une méthode de maintenance à suivre pour assurer
la disponibilité et la fiabilité soutenue de ces analyseurs.
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Stage d’été
Intégrer l’analyseur de gaz dans le Système numérique de
contrôle commande: CENTUM CS 3000 de yokogawa.
Introduction generale
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Stage d’été
La préservation de l’environnement reste un souci majeur pour
toute entreprise. Dans cette perspective, l’OCP a décidé d’installer Les
analyseurs de gaz SO2 et O2 sur les 06 lignes de production d’acide
sulfurique .Ces analyseurs permettent l’analyse et la mesure en
continu du taux de SO2 non converti en SO3 et du taux d’O2 dégagés
par les cheminées des unités Sulfuriques. Ils sont indispensables pour
la surveillance permanente de la performance de l’installation. Pour
cela, ces analyseurs nécessitent une maintenance et un contrôle
permanent pour garantir leurs qualités, fiabilités et leurs précisions
de mesure.
C’est dans ce cadre que s’inscrit notre sujet de stage effectué au
sein de l’atelier sulfurique, notre travail consiste à définir une méthode
de maintenance à suivre pour assurer la disponibilité et la fiabilité
soutenue de ces analyseurs, en suite mettre en œuvre une solution
pour l’intégration de l’analyseur de gaz dans le système numérique de
contrôle commande CS 3000 de Yokogawa.
Le présent rapport est scindé en six chapitres :
Une présentation de l’organisme d’accueil
La description du processus de production de l’acide sulfurique.
l’étude détaillée des différents blocs constituant l’analyseur de
gaz.
La définition de la méthode de maintenance à suivre pour assurer
la disponibilité et la fiabilité soutenue des analyseurs.
Etude du système de supervision des analyseurs dans le
chapitre V.
Intégration de l’analyseur de gaz dans le Système numérique de
contrôle commande: CENTUM CS 3000 de yokogawa dans le
dernier chapitre.
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Stage d’été
Chapitre I: Présentation de l'organisme D’accueil
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1. Présentation du groupe Office Chérifien des Phosphates
1.1 Historique :
L'Office Chérifien des Phosphates fut crée au 7 août 1920 par dahir, le dahir
réservera à l'état tous les droits de recherche et d'exploitation du phosphate, ainsi que le
monopole des ventes de ce minerai sur le marché. L'exploitation effective du minerai ne
fut entreprise qu'en 1921 dans la région d’Oued Zem. Dés cette période, l'OCP a connu
une très vive expansion sans relâche grâce à la qualité du minerai extrait et à la
présentation des pays demandeurs.
Malheureusement, cette expansion fut interrompue brusquement à cause de la
chute des prix sur le marché mondial, ce qui conduira l'état ainsi que l'OCP à revoir leur
qualité jusqu'à ce temps basé sur les entrées en devises issues en vue d'éviter d’autres
crises.
L'OCP a commencé une très large industrialisation avec son activité et a crée des
usines pour les dérivées du phosphates (acide phosphorique, fertilisants, etc.…), ce qui
constituera le noyau du groupe OCP.
Cependant, en ces dernières années, l'activité a repris grâce au dynamisme que
connaît le groupe actuellement, et en développement du partenariat avec les pays
importateurs manifestes en créant des entreprises mixtes, et comme cité avant, grâce à la
diversification de l'activité pour passer de l'extraction pure et simple du pays et au faible
coût d'exploitation.
Le groupe OCP livre aux cinq continents de la planète; ses exportations
représentent 25 à 30% du commerce international du phosphate et de ses dérivés présent
dans cinq zones géographiques du pays, trois sites d'exportations minières: Khouribga
Youssoufia, Boucraa-Laayoun et deux sites de transformation chimique: Jorf Lasfar et Safi
qui constituent un vecteur de développement régional et national important.
1920: Début de l'extraction du phosphate boujniba(Khouribga).
1930: Ouverture d'un nouveau centre de production de phosphate (Youssoufia).
1950: Mise en œuvre de la méthode d'extraction en découverte à Khouribga.
1960: Développement de la mécanisation du souterrain à Youssoufia.
1965: Démarrage de Maroc phosphore I-II à Safi.
1970: Création de la structure organisationnelle intégrant l'OCP et cesentreprises filiales.
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Stage d’été
1980: Partenariat industriel en Belgique: Démarrage du site de Jorf Lasfar avecMaroc phosphore III-IV.
1990: Exportation des nouveaux projets de partenariat industriels derenforcements des capacités.
2000: Démarrage d'une unité de flottation de phosphate à Khouribga.
2002: Prise de participation dans la société indienne PPL en joint-venture avec leGroupe Birla.
2003: L’OCP est devenu le seul actionnaire de Phosboucraâ. 2004: Création de la Société "Pakistan Maroc Phosphore" S.A en Joint venture
entre l’OCP et Fauji Fertiliser Bin Qasim Limited (Pakistan).
1.2 Statut juridique du groupe
L’office chérifien des phosphates a été constitué sous forme d’un organisme semi
publique sous contrôle de l’Etat. Il fonctionne ainsi comme une société dont le seul
actionnaire est l’Etat marocaine, appliquant les méthodes de gestion privé, dynamique,
souple et efficace ; vu le caractère de ses activités industrielles et commerciales, il est
dirigé par un Directeur Général nommé par Dahir, le contrôle est exercé par un conseil
d’administration présidé par le premier ministre.
Sur le plan fiscal, elle est inscrite sur le registre de commerce soumis à la même
obligation que d’autres entreprises privées. Cependant sur le plan financier, le groupe est
entièrement indépendant de celle de l’Etat .Toutes les années, l’Office Chérifien des
Phosphates établit son bilan, son compte d’exploitation et ses prix de revient.
Chaque année le groupe OCP participe au budget de l’Etat par le versement des
dividendes. la gestion du personnel est régie par le statut de mineur du 1er janvier
1973;ce statut a été élaboré en conformité avec le dahir n°16007 du 24 décembre 1960
sur le statut des entreprises minières au Maroc.
Les structures actuelles ont été modifiées par le document 716 du 1er janvier 1971
signé par le Directeur Général du groupe OCP est d’environ 22677 dont 725 ingénieurs.
1.3 fiche technique
Raison sociale Office Chérifien des Phosphates(OCP)
Directeur Général Mr Mustafa TERRAB
Numéro du registre de commerce
Casablanca 40.327
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Stage d’été
Siège social Immb. OCP N°2 Rue Al Abtal Hay Erraha Casablanca
Statut juridique Entreprise d’Etat avec une gestion financière autonome
Date de création Dahir du 17/08/1920
La mise en place de la structuredu groupe
Juillet 1975
Les ports d’embarquement Casablanca, Jorf Lasfar, Safi, Laayoun.
Activités Extraction valorisation et commercialisation des phosphates.
Tableau N°1 : fiche technique de OCP
1.4 Organigramme de l’OCP :
Voir annexe I : Organigramme de l’OCP
1.5 Sites miniers
Le groupe OCP est présenté dans cinq zones géographiques du pays dont trois sites
d’exploitation minière : Khouribga, Benguérir-Youssoufia, Boucraa –Laayoune et deux sites
de transformation chimique : Safi et Jorf lasfar.
1.6 les filiales
En 1975, le groupe OCP a été institué et comprend des sociétés connexes :
CERPHOS : centre d’études et de recherche des phosphates minéraux, sa mission
est d’organiser et exécuter toute activité d’analyse, d’étude et de recherche
scientifique et technique.
FERTIMA : société marocaine des fertilisants, son but est de commercialiser les
engrais à l’intérieur du Maroc en provenance des chimiques du groupe OCP.
MARPHOCEAN : spécialisé dans le transport maritime de l’acide phosphorique, les
engrais et d’autres produits chimiques.
SMSI : société marocaine d’étude spéciales et industrielles, ses activités principales
sont l’étude et la réalisation des installations industrielles (ex : stockage,
manutention).
SOTREG : société de transport régional, est chargé du transport du personnel.
STAR : société de transport et de location réunis des navires et service annexes.
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Stage d’été
2. Présentation du complexe Maroc phosphore
Le complexe industriel Maroc phosphore du groupe OCP est implanté à Jorf
Lasfar pour les raisons suivantes:
Proximité des zones minières permet son alimentation en phosphate (Khouribga) ;
Existence d'un port tirant d'eau important ;
Disponibilité de terrains pour les extensions futures.
Ce complexe qui se situe dans une enceinte s'étendant sur 1700ha environ,
permet de produire actuellement:
Deux millions de tonnes de P2O5 sous forme d'acide phosphorique et fertilisants,
nécessitant la transformation d'environ ;
7,7 millions de tonnes de phosphate extrait des gisements de Khouribga ;
2 millions de tonnes de soufre ;
0,5 millions de tonnes d'ammoniac.
Il a démarré en 1986, il permet de produire annuellement:
1,7 millions de tonnes de P2O5 d'acide phosphorique ;
1,6 millions de tonnes de phosphate ;
0,5 millions de tonnes d'ammoniac.
Maroc phosphore dispose de 5 principaux ateliers de production :
2.1 Atelier sulfurique
L'atelier de production d'acide sulfurique de MAROC PHOSPHORE Jorf Lasfar est
composé de six unités de production identiques, de capacité unitaire 2650TMH/j, de 2
bacs de stockage de soufre liquide, de 6 bacs de stockage d'acide sulfurique, de 3 stations
de chargement de camions citernes.
L'acide sulfurique produit est destiné aux clients internes (PCJ/PA pour la production
de l'acide phosphorique, PCJ/ PE pour la production des engrais, EMAPHOS, IMACID) et aux
clients externes au pôle chimie Jorf Lasfar.
L'alimentation des clients internes (PCJ/PA, EMAPHOS, IMACID) se fait par des
tuyauteries. Les clients externes sont desservis par des camions citernes.
2.2 Atelier des utilités
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Stage d’été
Cet atelier alimente les unités de production précitées en énergie électrique, vapeur,
eau alimentaire, eau de mer et air comprimé...nécessaires à leur marche.
Il comprend :
Un centrale thermoélectrique avec 3 groupes turboalternateurs de 37MW
chacun. Un réservoir d'eau douce et une station de traitement de 2000 m3/h. Une station de filtration et de pompage d'eau de mer. Une station de reprise d'eau de mer 60000 m3/h. Une station de compression d'air.
2.3 Atelier phosphorique
Il comprend:
8 lignes de broyage de phosphate. 8 lignes d'acide phosphorique dont 3 fonctionnant selon le procédé Rhône
Poulenc et 5 selon le procédé Jorf (OCP). 20 échelons de concentration.
2.4 Atelier engrais
Il se compose de quatre unités de production de DAP dont deux peuvent produire duTSP7, MAP8 et NPK9.
Capacité pour chaque unité en DAP 1400 tonnes /jour. Capacité pour chaque unité en TSP 1100 tonnes /jour.
2.5 atelier fertilisant
Il comprend 4 unités de production de MAP et DAP dont deux peuvent produire duTSP.
capacité en MAP : 1200 tonnes / jour/ unité.
capacité en DAP : 1400 tonnes / jour/ unité.
capacité en TSP : 1200 tonnes / jour/ unité.
3. Présentation du service CIJ/PI/MR
3.1 Le rôle du service
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Stage d’été
le service CIJ/PI/MR (Complexe Industriel Jorf Lasfar / Produits Intermédiaires /
Matériel Régulation) a pour rôle principal la maintenance des instruments de régulation
des ateliers sulfuriques et utilités de la division produit intermédiaires, il est chargé de
l’exécution de prestations demandées par les services de production des ateliers suscités
et veille au maintien au bon état de fonctionnement de tous les instruments de
régulation… Il est composé de deux responsables de service et de 35 agents.
3.2 Organigramme du service CIJ/PI/MR
Voir Annexe II: Organigramme du service CIJ/PI/MR
3.3 Répartition
Le service CIJ/PI/MR est divisé en plusieurs sections, chacune s’occupe d’unetâche bien définie :
Préparation : Constituée de 06 agents qui assurent :
L’approvisionnement des pièces de rechanges
La réception des demandes d’intervention des services deb production et leur
diffusion aux sections concernées
Suivi des dossiers d’approvisionnement
La réception du matériel
Etude des offres et établissements des choix techniques
Elaboration des budgets de fonctionnement ;
Etablissement des descriptifs techniques et les notes justificatives concernant les
DIB (demande d’investissement budgétaire), BREX (bon de répartition à l’extérieur
et des BSP (bon de sous traitante prestation) ;
Relevé de l’état de prestation des rapports journaliers ;
Saisi des unités d’oeuvres, terminer les opérations et clôturer les OT (ordre de
travail) dont les travaux demandés sont achevés ;
Classement et suivi de la documentation ;
Préparation du rapport mensuel : travaux importants du mois, Etat de prestation,
Etat des DI reçues et des OT réalisés.
Magasin : Constitué de deux agents qui assurent :
Arrangement du matériel. Suivi de la gestion du matériel : matériel entrant et matériel sortant. Faire sortir les pièces de rechange du magasin général. Distribution des produits sanitaires. Suivi du matériel mobilisable.
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Stage d’été
Secrétariat : Constitué d’un seul agent qui assure :
L’établissement du rapport journalier mentionnant : l’effectif prévu, l’effectif
présent, l’effectif absent et effectif encadrant présent, heures supplémentaires
réalisées, nombre d’heures compensées, travaux importants réalisés de la journée
N-1 et travaux prévus pour la journée N, heures travaillées, nombres d’incidents et
d’accidents, nombre de réunion du comité d’hygiène et de sécurité et le nombre
d’effectif ayant passé les formations de sécurité ; Suivi de pointage des agents ; Etablissement du rapport mensuel qui comprend : le congé annuel, détachement,
mission et déplacement, séminaire et action de sensibilisation, congé exceptionnels
avec ou sans solde ; Réponse aux écrits concernant le secrétariat ; Etablissement des documents de contrôle d’astreinte ; Organisation et classement des dossiers du personnel ; Gestion du courrier : arrivée et départ ; Gestion de la fourniture bureau (établissement des bons de sortie et distribution) ; Gestion des stages : suivi et établissement des documents nécessaires à leur
arrivée et leur départ avec classement de leur rapport de stage.
Atelier utilités : constitué de 13 agents qui assurent la maintenance prédictive et corrective des instruments de régulation de :
De trois groupes turbo-alternateurs qui produisent l’énergie électrique nécessaire
au fonctionnement du complexe Des stations de reprise d’eau de mer qui alimente les unités de production en eau
de mer De la station pompage d’eau de mer : c’est à partir de cette station qu’on
alimente les stations de reprise d’eau de mer De l’unité 24 qui permet l’alimentation en air service et air instrument des unités
de production du complexe ; De l’unité 25 (station de traitement des eaux) : c’est au niveau de cette unité
qu’on produit l’eau potable et l’eau desiliciée nécessaires au fonctionnement des
unités de production du complexe ; De l’unité 21 constituée de chaudières qui permettent le démarrage du complexe
en cas d’arrêt général. Atelier sulfurique : Constitué de 13 agents qui assurent la maintenance
prédictive et corrective des instruments de régulation de :
Six unités de production de l’acide sulfurique concentré à 98,5% D’une unité de stockage de soufre liquide D’une unité de stockage de l’acide produit.
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Stage d’été
Chapitre II: Production de l’acide Sulfurique
20
Unité11Stockage du souffre liquide
Unité01Six lignes de production
A,B,C,X,Y,Z
Unité12Stockage acide produit
Stage d’été
1. Description des unités sulfurique
L’acide sulfurique est un composé chimique toxique, minéral fort, il peut se
mélanger avec l’eau en toute proposition.
Pour produire l’acide sulfurique H2SO4 à 98.5% à partir du soufre, cet atelier se compose
de trois unités : l’unité 11, l’unité 12 et l’unité 01 qui contient six lignes de production :
A ; B ; C ; X ; Y ; Z.
Schéma synoptique :
1.1 Unité 11
C’est l’unité de stockage du souffre liquide venant de l’unité 51 elle contient 2 bacs de
stockage du souffre, 2 fosses, 9 pompes de forage et 2 vannes régulatrices au niveau des
fosses, cette unité sert à alimenter les fours des 6 lignes sulfuriques en soufre liquide à
une température légèrement supérieur à 1000 °C.
Le souffre est maintenu liquide dans les deux bacs de stockage et les deux fosses
de pompage par l’intermédiaire de vapeur basse pression.
1.2 Unité 01
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Stage d’été
Cette unité est composée de 6 lignes identiques au point de vue matériel et
production :
A, B, C, X, Y, Z ; chaque ligne produit 2300 à 2650t/j d’acide sulfurique, ces six
lignes sont identiques en équipement et en production, et comprennent chacune :
Une turbine. Une soufflante. Un four à souffre. Une chaudière de récupération. Un ballon de purge. Un filtre à air. Un filtre à gaz chaud. Une tour de séchage. Une tour d’absorption intermédiaire. Une tour d’absorption finale. Des pompes : 3pompes circuit d’huile, 3 pompes dans les réservoirs. Cinq refroidisseurs d’acide. Un échangeur. Un économiseur surchauffeur. Deux bacs d’acide. Un convertisseur.
Les trois principaux circuits d’une même ligne sont :
Circuit gaz. Circuit acide. Circuit vapeur.
1.3 Unité 12
C’est une unité qui sert à stocker l’acide sulfurique et à alimenter les ateliers de
production d’acide phosphorique et d’engrais en acide sulfurique.
Elle se compose de :
06 bacs de stockage d’acide sulfurique. 07 pompes. 06 vannes régulatrices des niveaux des bacs de reprise. 01 fosse de vidange d’acide sulfurique.
Le stockage d’acide sulfurique se fait dans six bacs ayant une capacité utile
unitaire de 13500 tonnes de monohydrates. Tous les bacs de stockage reçoivent
l’acide en provenance de toutes les lignes de production. Au sommet de chaque bac
est installé un système pour la déshumidification de l’air, dans le but d’éviter que
l’humidité entre dans les bacs.
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Stage d’été
Les six bacs de reprises correspondant aux bacs de stockage sont équipés d’une
pompe verticale.
Quatre pompes, travaillent en continu, sont connectées à quatre tuyauteries de
transfert qui sont destinés à l’usage de l’atelier phosphorique/engrais. Chacune des
deux pompes restantes (pompes secours) est connectée à deux des quatre
tuyauteries de transfert.
2. Production de l’acide sulfurique
L’acide sulfurique est fabriqué dans cette usine en partant du soufre
comme matière première. Les principales phases du procédé consistent d’abord à brûler le
soufre pour former de l’anhydride sulfureux SO2, ensuite le convertir en SO3.et par la
suite combiner de l’anhydride sulfurique SO3 avec l’eau de procédé pour former une
solution contenant 98-99% d’acide sulfurique H2SO4.
Les réactions chimiques s’écrivent :
S + O2 SO2
SO2 + ½ O2 SO3
SO3 + H2O H2SO4
Ces équations restent théoriques mais dans la pratique il ya un ensemble d’
étapes à suivre mis en place par le concepteur du processus de production de l’acide
sulfurique.
2.1 Schéma global
Voir annexe III : production de l’acide sulfurique
2.2 Combustion du soufre
Le soufre liquide est pompé de la fosse à soufre liquide vers le four à travers cinq
brûleurs permettant sa pulvérisation et donc une combustion totale pour produire de
l’anhydride sulfureux (SO2) .Avant d’entrer dans le four, l’air est nettoyé dans un filtre à
air et séché par l’acide (H2SO4) dans une tour de séchage pour en éliminer la vapeur
d’eau. Si elle n’est pas éliminée, l’humidité de l’air forme un condensa d’acide qui
provoque la corrosion la détérioration du catalyseur et d’autres problèmes liés au procédé.
L’air est aspiré par la tour de séchage et propulsé vers le four par la turbo-
soufflante.
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Stage d’été
La température de combustion varie de 950 à 1150 °C, le mélange gazeux après
combustion a une teneur de 8 à 12% en volume de SO2. La réaction chimique du soufre
avec de l’air est une réaction exothermique qui produit une grande quantité de chaleur.
La température du gaz SO2 à la sortie du four est plus élevée que la
température admissible pour l’étape de conversion, pour cela le gaz est refroidi via la
chaudière de récupération.
L’échange thermique entre l’eau alimentaire dans le ballon et l’acide SO2 dans
la chaudière va produire une vapeur haute pression qui sera utilisé par la centrale
thermoélectrique dans le but de produire de l’énergie électrique et la vapeur moyen et
basse pression.
Avant d’arriver au convertisseur, le gaz sortant de la chaudière passe par un
filtre afin d’éliminer les impuretés du soufre et les poussières contenues dedans pour
empêcher l’encrassement des couches du catalyseur.
Figure 2.1 : combustion du souffre
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Stage d’été
2.3 Conversion de SO2 et l’absorption de SO3
Le convertisseur permet d’effectuer la réaction entre l’anhydride sulfureux (SO2)
et l’oxygène (O2) afin de former l’anhydride sulfurique (SO3).
Le convertisseur comprend quatre couches d’un catalyseur, le pentoxyde de
vanadium (V2O5), dont la fonction est d’accélérer cette réaction qui est exothermique et
également réversible. La température d’entrée du gaz vers chaque couche du
convertisseur doit être correctement maintenue afin d’obtenir la conversion requise.
La conversion de SO2 en SO3 s’effectue en phases successives, dans les trois
premières couches 95% de la conversion à lieu. Le SO3 formé est tiré du gaz (absorption
intermédiaire) avant qu’il ne soit envoyé vers la quatrième couche. La plus grande partie
de SO2 restant est converti en SO3 dans la quatrième couche avant d’aller vers la tour
d’absorption finale.
Il convient de faire attention que les températures des gaz entrants et sortants de
chaque couche doivent être respectées pour donner terme à cette réaction réversible :
les masses T° entrée (°C) T°sortie (°C)
1ère masse Entre 400 et 420 Entre 600 et 620
2ème masse Entre 440 et 460 Entre 540 et 555
3ème masse Entre 440 et 455 Entre 475et 490
4ème masse Entre 420 et 440 Entre 450 et 480
Tableau N°2 : Température d’entrée/Sortie de chaque couche deconvertisseur
Après la première couche, le gaz est refroidi dans le surchauffeur de vapeur E01 où
la vapeur est surchauffé par exposition au gaz chaud. La température de gaz à l’entrée de
la deuxième masse catalytique est contrôlée et maintenu.
Après la sortie de la 2ème masse, le gaz est refroidi à l’intérieur des tubes d’un
échangeur gaz-gaz E02 afin d’augmenter le rendement de conversion de la troisième
couche catalytique dont la température est contrôlée et maintenue.
Après la sortie de la 3ème masse, le gaz est également refroidi dans un échangeur
gaz-gaz et dans un économiseur E04 traversé coté tube par eau alimentaire.la
température du gaz est contrôlée.
25
Stage d’été
Figure 2.2 : conversion so2 en so3
2.4 Absorption de SO3 et sa transformation en H2SO4
Le SO3 ne se combine pas directement avec l’eau mais se combine indirectement
par absorption (ou dissolution) dans l’acide sulfurique à 98-99%, cette opération a lieu
dans deux tours d’absorption, la première phase ayant lieu avant la conversion totale de
SO2 en SO3, cette phase est nommée absorption intermédiaire. Le fait de retirer le SO3 du
gaz avant d’atteindre la quatrième couche active la réaction de conversion et permet
d’obtenir un rendement global meilleur.
Le reste de SO3 est absorbé dans la tour d’absorption finale après conversion dans
la quatrième couche du convertisseur.
L’acide fort fourni à la tour de séchage est affaibli par les vapeurs d’eau qu’il
élimine de l’air. Dans les tours d’absorption, l’acide est renforcé par l’absorption du gaz
SO3. L’acide de la tour de séchage est maintenu à la concentration correcte au moyen de
mélange direct d’acide plus fort venant du système intermédiaire d’absorption d’acide.
26
Stage d’été
L’acide dans les réservoirs de pompage est maintenu à la concentration désirée pour
l’absorption du gaz SO3 par addition d’eau pure et le mélange avec l’acide du système de
séchage.
La tour de séchage et la tour d’absorption intermédiaire sont alimentées en acide
sulfurique par un réservoir commun et la tour d’absorption finale par un autre réservoir
différent.
L’absorption de la vapeur d’eau dans la tour de séchage élève la température de
l’acide. Des refroidisseurs permettent la diminution de sa température avant sa
réutilisation. L’acide frais assèche mieux l’air que l’acide chaud. Un acide fort (de 98-99%)
à une température d’environ 800°C est le plus favorable à l’absorption de SO3.
L’absorption de SO3 et de la vapeur d’eau par l’acide augmente constamment le
volume de H2SO4 dans les réservoirs de pompage. C’est pourquoi l’acide produit venant
des systèmes d’absorption et de séchage est refroidi et continuellement pompé vers
l’unité 12 afin de maintenir un niveau constant dans les réservoirs de pompage.
Concentration de l’acide:
La concentration de l’acide vers les systèmes de circulation intermédiaire, de séchage
final doit être maintenue approximativement à 98.5%.
Température de l’acide:
La température optimale de l’acide peut être déterminée au mieux par des essais
répétés. La meilleure émission de la cheminée s’obtient normalement lorsque l’acide qui
pénètre dans la tour se trouve à une température entre 71 et 82 °C, mais pas au-delà de
85 °C.
Réservoir de pompage de l’acide:
Le niveau minimum de fonctionnement dans le réservoir de pompage R02 et R01 est
d’environ 820 mm. Ce niveau évite les problèmes de cavitation des pompes.
Débit d’acide dans les tours:
Le débit d’acide dans chaque tour doit rester essentiellement constant, même
lorsque la cadence de marche varie. L’augmentation de température dans le circuit
d’acide dans les deux tours d’absorption constitue une bonne référence du débit d’acide
dans ces tours. Les distributeurs d’acide dans les tours sont de type à virole. L’acide est
pompé vers les viroles et s’écoule par gravité à travers un déversoir trop-plein vers le bas.
27
Stage d’été
Chaque tour a un indicateur de débit équipé d’une alarme de débit d’acide « bas » et «
très bas ». Lorsque le débit d’acide diminue jusqu’à un point très bas, la soufflante s’arrête
automatiquement afin de prévenir la pollution de l’atmosphère par la cheminée.
Refroidisseurs d’acide :
Les refroidisseurs sont conçus pour refroidir l’acide sulfurique fort à un niveau de
température acceptable pour réduire la corrosion de l’équipement et produire le maximum
de séchage et d’absorption. Les refroidisseurs d’acide sont des échangeurs tubulaires
horizontaux à tubes d’eau de mer.
Figure 2.3 : circuit acide
2.5 Circuit de vapeur
Vapeur haute pression
28
Stage d’été
La chaleur extraite des gaz à la sortie du four et de chaque couche du convertisseur
est récupérée comme vapeur par l’intermédiaire des échangeurs de chaleur énumérés ci-
dessous :
Chaudière de récupération
Surchauffeur E16
Surchauffeur E01
Economiseur E04
Economiseur/Surchauffeur E05.
L’eau alimentaire de la chaudière est chauffée par le gaz dans l’Economiseur-
surchauffeur avant d’être chargée dans la chaudière de récupération et se transforme en
vapeur, sa pression est d’environ 58 bars. La vapeur passe ensuite par
l’Economiseur/Surchauffeur et les Surchauffeurs qui sont réchauffés. La température de la
vapeur est amenée à environ 499°C à la sortie du surchauffeur E01, Celle-ci est appelée
vapeur surchauffée. Une partie de la vapeur surchauffée est utilisée pour l’entraînement
de la turbosoufflante. La vapeur d’échappement de la turbine est récupérée sous forme de
vapeur de moyenne pression.
Il est nécessaire d’ajuster la qualité de l’eau dans la chaudière afin de prévenir la corrosion
des équipements (l’entartrage), et pour obtenir une vapeur de bonne qualité. Les
concentrations solides diverses de l’eau de la chaudière sont réglées par le débit de
purges de l’eau. L’eau de purge continue se détend dans le ballon de détente. Une partie
de l’eau de purge se transforme en vapeur et récupérée sous forme de vapeur basse
pression.
Vapeur moyenne pression :
La vapeur moyenne pression légèrement surchauffée est récupérée à la sortie de la
turbosoufflante à
plus de 300°C qui est la température spécifique aux limites de batterie.
Vapeur basse pression
Elle également produite dans l’unité 01 comme vapeur récupérée de l’extraction
journalière de la chaudière de récupération dans le ballon de détente. La vapeur basse
pression est utilisée pour maintenir à chaud la tuyauterie de soufre et pour le
refroidissement de ses canaux. La vapeur en excès est exportée au collecteur principal
aux limites de batterie.
29
Stage d’été
Figure 2.3 : production vapeur
2.6 Circuit d’air
Air instrument
Il est d’une utilité essentielle pour le fonctionnement des instruments de régulation
qui utilisent cet air comme fluide de commande ou de puissance.
Air de service
L’air de service est utilisé principalement pour les travaux d’entretien, le nettoyage
par soufflage des poussières et le séchage des équipements et tuyauteries. L’air est fourni
pour purger la ligne de vidange de la cheminée.
N.B : la production de ces airs est assurée par l’unité 24 (salle des compresseurs à
la station de traitement des eaux douces).
2.7 Circuit d’eau
30
Stage d’été
L’eau alimentaire de chaudière
Elle est destinée à l’usage exclusif de la production de la vapeur à haute pression.
L’eau de mer
Elle est destinée à l’usage exclusif des refroidisseurs d’acide. L’eau de mer passe
tout d’abord par un filtre équipé d’un tamis puis entre dans les refroidisseurs avant de
s’écouler dans la fosse de mise à l’égout d’une tuyauterie souterraine.
L’eau d’incendie
Elle est utilisée dans les douches d’incendie installées aux alentours des unités
31
Stage d’été
Chapitre III : Etude de l’analyseur degaz
Objectif :
32
Stage d’été
Le but de cette partie est de faire une étude détaillée de différents éléments de
l’analyseur de gaz ainsi que son principe de fonctionnement dans la mesure d’adopter
une politique de maintenance à suivre pour assurer la disponibilité et la fiabilité soutenue
de cet analyseur.
1. Introduction
Dans le cadre du protocole de KYOTO qui vise à réduire l’émission des gaz dans
l’atmosphère et la préservation de l’environnement, l’OCP a décidé d’installer des
analyseurs de gaz de marque SIEMENS, qui sont réputés pour leurs qualités, leur fiabilités
et leurs précisions de mesure, au niveau des unités de l’atelier sulfurique pour le contrôle
des gaz émets à travers les cheminées dans l’atmosphère. Ces analyseurs contrôlent le
taux des gaz SO2 suivant les normes en vigueur.
2. Description de système d’analyse de gaz SO2 & O2 :
2.1. Présentation :
La procédure de mesure de gaz (figure N°3.1) se caractérise par un prélèvement de
l’échantillon à analyser à partir de la cheminée de la tour finale, cet échantillon est amené
à l’analyseur à travers une sonde de prélèvement, une conduite d’échantillon (ligne
chauffée) et un dispositif de préparation de l’échantillon. Les gaz à mesurer doivent arriver
à l’analyseur exempt de poussières. La formation de condensât doit être évitée dans les
cellules de mesure. C’est pourquoi les mesures requièrent une préparation de gaz
appropriée
33
Stage d’été
Figure N°3. 1: Schéma du principe de l’analyseur de gaz
2.2. Préparation de gaz :
La préparation des échantillons permet d’ajuster par exemple la pression, la
température et le débit et, si nécessaire, de débarrasser le gaz de mesure de la
poussière et de l’humidité. On est ainsi assuré que la mesure est effectuée dans des
conditions bien définies.
2.2.1 Sonde de prélèvement :C’est un dispositif de prélèvement d’un échantillon de gaz émet vers l’atmosphère
pour le transmettre vers l’analyseur de gaz. La sonde de prélèvement de gaz possède un
boîtier de protection contre les intempéries. Le degré de protection de la sonde est IP54
(voir l’annexe IV).
Figure N°3.2 : Sonde de prélèvement
34
Stage d’été
2.2.2 Ligne de prélèvement :C’est une conduite chauffé véhicule le gaz vers l’analyseur, elle est équipé d’une
résistance chauffante qui permet de maintenir la température de l’échantillon (les
environs de 145 °C) à la même température de gaz dans la cheminée pour que le gaz SO2
garde les même caractéristiques physiques. La température de cette conduite est
contrôlée par un régulateur dont le seuil haut est de 150°C et 144°C pour le seuil bas et
elle possède un système de nettoyage automatique par l’azote.
Figure N°3.3 : Ligne de prélèvement
2.2.3 Traitement de l’échantillon:Le traitement de l’échantillon est basé sur plusieurs dispositifs (voir annexe VI
(schéma descriptif de l’analyseur de gaz)) reliés entre eux pour assurer les bonnes
conditions de mesure ; Il contient :
a. Réfrigérant de gaz :
Il sert à refroidir le gaz chaud en provenance de la gaine pour ne pas détruire la
cellule de mesure de l’ULRAMAT 23. La température de gaz est baissée de 150 °C à
50°C.
b. Filtre universel :
Il est utilisé pour filtrer le gaz de mesure afin d’éliminer les impuretés qui constitue
un poison pour l’analyseur.
c. Filtre pour l’air ambiant :
Il sert à éliminer les poussières contenues dans l’air pour empêcher l’encrassement
de l’analyseur.
d. Electrovannes :
Il y a trois électrovannes qui jouent un rôle important dans la procédure de l’analyse
de l’échantillon, Deux électrovanne sont utilisés pour cheminer le gaz N2 pour le
35
Stage d’été
rétrobalayage et l’air de calibration et la troisième permet de bipasser l’oxymat pour ne
pas analyser le taux de l’oxygène dans l’échantillon.
e. Détecteur d’humidité :
Le principe de ce capteur est basé sur la variation de capacité aux bornes de deux
films polyamides métallisés. Le diélectrique large de quelques microns permet de piéger
les molécules d'eau suspendues dans l'air modifiant de la sorte la capacité résiduelle du
capteur.
Ce détecteur alors détecte le taux d’humidité dans le gaz de mesure, ce taux ne
doit pas dépasser un seuil, si non il aura lieu un signal de défaut.
f. Pompe péristaltique :
C’est la pompe qui se charge de tirage du goutes d’eau condensées dans le réfrigérant
et les émettre vers la sortie condensation.
g. Régulateur de température :
C’est un régulateur (thermostat) qui sert à contrôler la température de la gaine par la
commande de la résistance chauffante.
2.3. Analyseurs SO2 & O2 :
2.3.1 Analyseur de gaz SO2 : ULTRAMAT 23 :
a. Définition :
L’ULTRAMAT 23 est type 7MB2335-2NH00-3AA2-ZA13, marque Siemens .C’est un
analyseur de gaz multi-composants économique pour la mesure de un, deux à trois gaz, il
utilise le principe de l'absorption des rayonnements infrarouges. Les versions de base de
l’ULTRAMAT 23 sont:
1 composant gazeux infrarouge avec/sans mesure d’oxygène. 2 composants gazeux infrarouges avec/sans mesure d’oxygène. 3 composants gazeux infrarouges avec/sans mesure d’oxygène
L’ULTRAMAT 23 était installé aux unités sulfuriques pour avoir la possibilité de
contrôler la concentration de gaz SO2 dégagé par la cheminé de la tour finale afin de
déterminer le taux de conversion dans le convertisseur et d’assurer la protection
d’environnement.
36
Stage d’été
Figure N°3. 4: ULTRAMAT 23
b. Caractéristiques technique :
Caractéristique d’entrée du gaz :
• Pression du gaz de mesure : 0,5 à 1,5 bar
• Débit du gaz de mesure : 66 à 120 l/h (1,2 à 2 l/min)
• Température du gaz de mesure : 0 à 50 °C
• Humidité du gaz de mesure : < 90 % RH4)
Constitution :
Constitution et circuit gaz
• Rack 19" à 4 unités de hauteur ;
• Débitmètre pour gaz de mesure ;
• Raccords gaz pour entrée et sortie du gaz de mesure et du gaz de zéro ; tubes dediamètre 6 mm
• Raccords gaz et connexions électriques à l’arrière de l’appareil.
37
Stage d’été
Figure N°3. 5: Constitution générale de l’ULTRAMAT 23
Affichage et panneau de commande
• Paramétrage et mise en service de l’appareil
• Affichage LCD rétroéclairé des valeurs de mesure
• Commandes par menus pour paramétrage, fonctions de test et ajustage
• Clavier à membrane lavable
• Textes d’aide
• Logiciel d’exploitation en 6 langues
38
Stage d’été
Figure N°3. 6: Clavier à membrane et afficheur graphique
Entrées/sorties
• Trois entrées binaires pour marche/arrêt de la pompe de prélèvement, démarrage
de l’AUTOCAL et synchronisation de plusieurs appareils ;
• Huit sorties à relais librement configurables pour défaut, demande de
maintenance, commutateur de maintenance, valeurs limites, identification des
étendues de mesure, électrovannes externes ;
• Sorties analogiques séparées galvaniquement (4 à 20 mA).
Communication
• RS 485 incluse dans la version de base (raccordement par l’arrière) : c’est une
interface série en standard avec bus de communication interne permettant
également la communication sans PC via l’interface série entre les analyseurs.
• Intégration dans les réseaux via l’interface PROFIBUS DP : C’est le bus de terraindominant le marché.
Les analyseurs sont compatibles avec le PROFIBUS DP grâce à une carteoptionnelle.
39
Stage d’été
L’OCP adopte le PROFIBUS comme moyen de communication vu les avantages qu’il
présente et sa domination sur le marché.c. Fonctionnement :
L’ULTRAMAT 23 dispose de deux principes de mesures sélectifs totalement
indépendants : Mesure infrarouge et mesure d’oxygène.
Dans les unités sulfuriques, Ils utilisent l’ULTRAMAT 23 avec 1 composant gazeux
infrarouge sans mesure d’oxygène.
Mesure infrarouge :
Figure N°3. 7: ULTRAMAT 23, fonctionnement d’un canal infrarouge(exemple avec
Détecteur à trois couches)
Le principe de mesure de l’ULTRAMAT 23 repose sur l’absorption spécifique des
molécules de bandes du rayonnement infrarouge sur la base du procédé mono faisceau
.Un émetteur (voir schéma ci-haut (3.7)) à 600 °C émet une radiation infrarouge modulée
par un chopper (5) à 81/3 Hz. Après passage de la radiation par la cellule de mesure (4),
l’intensité de la radiation est mesurée par le détecteur (2, 11, 12). Le détecteur représenté
est composé de couches contenant le composant à mesurer. La première couche du
détecteur absorbe essentiellement l’énergie des centres des bandes infrarouges des gaz
de mesure. La deuxième couche absorbe l’énergie des flancs et se trouve couplée dans la40
Stage d’été
troisième couche pour une sélectivité maximale. Lors du passage par les différentes
couches, l’absorption de la radiation provoque diverses augmentations de pression, donc
un courant dans le capillaire. Ainsi un signal est généré dans le micro détecteur de débit;
ce signal ne subit pratiquement pas d’influences perturbatrices des flancs des bandes.
Remarque :
Les gaz à mesurer doivent arriver dans l’analyseur exempt de poussières. Du
condensateur dans les cellules de mesure est à éviter. C’est pourquoi la plupart des
applications requièrent une préparation de gaz appropriée.
De plus, l’air ambiant de l’analyseur ne doit pas, dans une large mesure, avoir une
concentration élevée du composant à mesurer.
2.3.2 Analyseur d’O2 : OXYMAT 61 :
a. Définition :
L'analyseur de gaz OXYMAT 61 est type 7MB2001-0FA00-1DF2, marque Siemens
fonctionne d'après le principe paramagnétique et permet, à partir d'une valeur de
pression différentielle, de déterminer la concentration d'oxygène dans le gaz à mesurer
b. Caractéristiques technique :
Condition d’admission du gaz de mesure :
• Pression admissible : 700 à 1200 hPa
• Débit : 18 à 60 l/h (0,3 à 1 l/min)
• Température : 0 à 50 °C
• Humidité : < 90 % RH1
Constitution :
Constitution et circuit gaz
• Rack 19" à 4 unités de hauteur.
• Face avant pivotant vers le bas pour l’entretien (raccordement d’ordinateurportable).
• Circuits internes de gaz : tuyaux flexibles en FKM (Viton).
• Raccords de gaz de mesure, entrée et sortie et gaz de référence: tubes de diamètre6 mm.
• Cellule de mesure en acier inoxydable
41
Stage d’été
Affichage et panneau d’exploitation
• Ecran LCD pour un affichage simultané.
• Contraste de l'écran LCD réglable par menu.
• Rétroéclairage permanent par LED.
• Clavier à membrane lavable à 5 touches de fonction.
• Guide-opérateur par menus pour le paramétrage, le test, I'ajustage
• Textes d'aide
•Affichage graphique de l'évolution de la concentration ; intervalles de tempsparamétrables.
Figure N°3. 8: Clavier à membrane et écran graphique
Entrées/sorties
• Six entrées binaires librement configurables (p. ex. commutation d’étendue de
mesure, traitement de signaux externes provenant de l’échantillonnage)
42
Stage d’été
• Six sorties à relais librement paramétrables (défaut, demande de maintenance,
commutateur de maintenance, seuils, électrovannes externes)
• Deux entrées analogiques librement configurables (p. ex. correction des gaz
perturbateurs, capteur de pression externe)
• Extension possible avec huit entrées binaires et sorties supplémentaires par relais
pour ajustage
automatique avec jusqu’à quatre gaz étalons.
Communication
• RS 485 inclue dans la version de base (raccordement sur la face arrière).
• Intégration dans les réseaux via l’interface PROFIBUS-DP/-PA.
c. Fonctionnement :
Contrairement à presque tous les autres gaz, l'oxygène est paramagnétique. Cette
propriété est utilisée dans les analyseurs de gaz OXYMAT 61 comme principe de mesure.
Dans un champ magnétique inhomogène, les molécules d'oxygène sont attirées, du fait
de leur paramagnétisme, vers la zone de champ la plus élevée. Si deux gaz de
concentrations différentes en oxygène se rencontrent dans un champ magnétique, il se
produit entre eux une différence de pression.
Figure N°3. 9: OXYMAT 61, fonctionnement 43
Stage d’été
Pour l'OXYMAT 61 l'un des gaz ((1) voir schéma au dessus) est un gaz de référence (N2,
O2 ou air), l'autre le gaz de mesure (5). Le gaz de référence est amené à la cellule de
mesure (6) par deux canaux (3). L'un des deux flux de gaz de référence rencontre le gaz
de mesure dans le champ magnétique (7). La pression, proportionnelle à la teneur en
oxygène du gaz de mesure, provoque un écoulement forcé du gaz de référence par le
canal de jonction, à travers un micro détecteur de débit (4), qui convertit ce débit en un
signal électrique. Le micro détecteur de débit se compose de deux grilles de nickel
chauffées à env. 120 °C qui forment, avec deux résistances complémentaires, un pont de
Wheatstone. Le débit pulsé fait varier les résistances des grilles de nickel, d'où un
déséquilibre du pont en fonction de la concentration d'oxygène contenue dans le gaz de
mesure. Comme le micro détecteur de débit est placé dans le flux du gaz de référence, la
mesure n'est pas influencée par la conductibilité thermique, la chaleur spécifique et le
frottement interne du gaz de mesure. Indépendamment de cela, le détecteur est protégé
contre la corrosion puisqu'il n'est jamais en contact avec le gaz de mesure. Grâce à
l'utilisation d'un champ magnétique alternatif (8), l'écoulement initial du gaz de référence
n'est pas pris en compte par le détecteur, de sorte que la mesure est indépendante de la
position de la cellule et de ce fait de l'inclinaison de l'analyseur lui même. Le volume de la
cellule de mesure traversée directement par le gaz de mesure est faible ; le micro
détecteur de débit comporte un temps de réaction presque instantané. Ceci confère à
l'analyseur de gaz OXYMAT 61 un temps de réponse très court.
2.4. Armoire de l’analyseur :
L’analyseur et la préparation de gaz sont montés dans une armoire en polyester
équipée d’un climatiseur, d’un chauffage anti réfrigérante et d’une lampe.
Le degré de protection du climatiseur est : IP 34 (voir l’annexe IV) Le degré de protection de l‘armoire sans climatiseur est : IP 65 (voir l’annexe
IV) Le degré de protection de l‘armoire avec climatiseur est : IP 54(voir l’annexe
IV) L’armoire d’analyse est prévue pour une température ambiante maximale de :-
10 à 55°C Dimension de l’armoire : 1000X1200X450 mm.
3. Conclusion :
44
Stage d’été
L’étude de l’analyseur de gaz montre sa performance et sa complémentarité qui
permet l’analyse et la mesure en continu du taux de SO2 non converti en SO3 et du taux
d’O2 dégagés par les cheminées des unités Sulfuriques. Il est indispensable pour la
surveillance permanente de la performance de l’installation.
Chapitre IV : La maintenance des analyseurs De Gaz.
45
Stage d’été
1. Définition de la maintenance
Définition de la maintenance selon l'AFNOR: "La maintenance est l'ensemble des activités destinées à maintenir ou rétablir un
bien dans un état ou dans des conditions données de sureté de fonctionnement pour
assurer une fonction requise." Dans une entreprise, maintenir, c’est donc effectuer des opérations (Dépannage,
réparation, graissage, contrôle), qui permettent de conserver le potentiel du matériel pour
assurer la production avec efficacité et qualité.Donc l'importance de la maintenance a grandi au cours des années avec
l'automatisation des équipements. Elle joue aujourd'hui un rôle important dans
l'amélioration industrielle et la diminution des gaspillages.Dans ce chapitre On va étudier la stratégie de maintenance adoptée pour les
analyseurs de gaz, et proposer la méthode de maintenance à suivre pour assurer la
disponibilité et la fiabilité soutenue de ces analyseurs.
2. Les types de travaux maintenance:
Le service sulfurique assure la disponibilité et la fiabilité soutenue des
analyseurs par deux types de maintenances.
2.1 Maintenance curative :
La maintenance curative est synonyme de maintenance corrective (ou
correctrice) et s'oppose à la maintenance préventive , dans ce cas les interventions
de maintenance sont exécutées après détection d'une panne et elles sont destinées à
remettre un bien dans un état dans lequel il peut accomplir une fonction requise.
2.2 Maintenance préventive :
L'expression maintenance préventive désigne le remplacement, la révision, ou
la réfection d'un élément matériel avant que celui-ci n'entraîne une avarie.
La définition donnée par l'AFNOR est la suivante : « Maintenance exécutée à des
intervalles prédéterminés ou selon des critères prescrits et destinée à réduire la
probabilité de défaillance ou la dégradation du fonctionnement d'un bien »
On peut subdiviser la maintenance préventive en trois types :
46
Stage d’été
la maintenance systématique : Pour ce type de maintenance, les
interventions sont exécutées à des intervalles de temps préétablis ou
selon un nombre défini d'unités d'usage mais sans contrôle préalable de
l'état du bien.
La maintenance conditionnelle : maintenance subordonnée à
l'apparition d'indices révélateurs de l'état d'un élément matériel.
la maintenance prévisionnelle : maintenance partant de la surveillance
de l'état du matériel et de la conduite d'analyses périodiques pour
déterminer l'évolution de la dégradation du matériel et la période
d'intervention.
3. La méthode de maintenance à suivre pour assurer la disponibilité et la fiabilité soutenue de l’analyseur.
L’analyseur de gaz est capable de reconnaître différents états de défaut et de les
visualiser. Les états de défaut sont classés en demandes de maintenance et signalisations
de défaut.
3.1 Demandes de maintenance :
Les demandes de maintenance sont des signalisations de certains changements au
niveau de l’appareil, qui, au moment de la signalisation, n’ont pas encore d’influence sur
la capacité de mesure de l’appareil. Toutefois, pour continuer à garantir cette capacité, il
est nécessaire de prendre des mesures appropriées. Lorsque l’appareil se trouve en mode
mesure, l’apparition d’une demande de maintenance est signalée par un ”D” sur le bord
droit de l’afficheur.
L’appareil signale une demande de maintenance dans les trois cas suivants :
Ecart AUTOCAL trop grand :
La dérive du point zéro est devenue trop grande lors d’un étalonnage AUTOCAL.
L’écart AUTOCAL donne l’écart réel par rapport à l’écart maximal admissible. Dans ce cas,
il peut être utile de régler un intervalle de temps plus court entre deux AUTOCAL
Détecteur O2 : Signalisation ”Détecteur O2”
La tension de mesure du détecteur O2 a baissé du fait du vieillissement, mais se
trouve encore dans le domaine admissible. Par conséquent, une intervention immédiate
47
Stage d’été
n’est pas nécessaire, mais le détecteur O2 sera bientôt consommé. Le cas échéant,
commandez un nouveau détecteur O2.
Température LCD hors tolérance : Signalisation ”Température LCD hors tolérance”
Lorsque la température LCD est en dehors de la tolérance admissible, le réglage du
contraste n’est plus assuré. L’affichage peut devenir difficilement lisible.
3.2 Signalisations de défaut
Les signalisations de défaut sont des signalisations de certains changements au
niveau de l’appareil, qui influent sur la capacité de mesure de l’appareil. Il est impératif de
prendre des mesures pour y remédier.
Lorsque l’appareil se trouve en mode mesure, l’apparition d’un défaut est signalée
par un ”F” sur le bord droit de l’afficheur. Les signalisations correspondantes sont
consignées dans le journal en texte clair. En appuyant sur la touche ENTER vous pouvez
effacer les signalisations. Cependant, elles réapparaissent tant qu’il n’a pas été remédié à
leur origine.
Le tableau suivant donne un aperçu des signalisations de défaut, de leur origine et
des mesures à prendre pour y remédier.
Signalisation de défaut Origine possible RemèdeValeur mesuré canal 1 hors toléranceAffichage valeur mesuré
Cellule de mesure du premier composant défectueuse
Changement de la
cellule
Valeur mesuré. canal 2 hors toléranceAffichage valeur mesuré:
Cellule de mesure du deuxièmecomposant défectueuse
Changement de la
cellule
valeur mesuré de canal 3 hors toléranceAffichage valeur mesuré:
Cellule de mesure du troisièmecomposant défectueuse
Changement de la
cellule
Valeur mesuré de O2 hors toléranceAffichage valeur mesuré
Détecteur O2 défectueux ouinutilisable du fait du
vieillissement
Remplacez le détecteur
O2
Tension secteur hors
tolérance
La tension du secteur
fluctue
Prenez les mesures appropriéespour que la tension de secteurreste dans les limites de
48
Stage d’été
tolérances admissibles pourl’appareil.
Température appareil horsTolérance
Température ambiante trop élevéeou trop basse
Assurez une ventilation ouclimatisation suffisante
Pas de débit de gaz pendant laMesure
Circuit interne de gaz bouché ou non étanche
Nettoyez les parties bouchées(tuyau, filtre, etc.) ouremplacez-les. Si le problèmeperdure:
La pompe n’est pas en marche
Mettez la pompe en marche
valeur mesuré O2 troppetiteAffichage valeur mesuré
Débit de la pompe trop faible
Augmentez le débit de la pompe
Détecteur O2 défectueux ouinutilisable du fait duvieillissement
Remplacez le détecteur O2
Zéro du détecteur O2 non ajusté
Ajustez le zéro du détecteur O2
Erreur d’équipement decanal
Le cavalier sur le détecteurpour lareconnaissance descomposantsn’est pas correct
Remettre le cava sur laposition correcte
Le câble de raccordementdudétecteur n’a pas decontact
Vérifiez si le connecteurest bienenfiché sur le détecteur(il doits’enclencher deux fois).
Pression atmosphérique Hors tolérance
Le câble de raccordementdudétecteur est défectueux
Changement de câble
Capteur de pressiondéfectueux
Changement ducapteur
Fausse indication demesure de SO2 ou O2
Disfonctionnement del’ultramatEt oxymat
Etalonnage (la
procédure voir
l’Annexe V)Tableau N°3 : Les signalisations de défauts de l’analyseur de gaz, leurs
origines et remèdes
4. Liste de pièces de rechanges :
49
Stage d’été
La disponibilité du matériel de rechange est indispensable pour combler les pannes
des installations. Les pièces de rechanges doivent être adaptées aux spécifications du
matériel pour maintenir sa qualité de fonctionnement et en préserver la fiabilité.
Remarque :
Le remplacement de pièces, en particulier au bloc d’analyse ne peut être effectué
que par un personnel qualifié. Une intervention inappropriée peut réduire la
précision de mesure ou entraver le bon fonctionnement de l’appareil. l’exactitude des mesures : Il peut s’avérer nécessaire après le remplacement
des pièces de procéder à une compensation de la température afin de conserver
l’exactitude des mesures de l’analyseur de gaz. Ceci est particulièrement le cas
si de courtes variations de température supérieures à 5 °C surgissent sur le lieu
d’implantation. Cette dépendance de la température n’apparaît pas grâce à un
réglage cyclique du point zéro ”AUTOCAL” de 3 heures par exemple. Le tableau ci-après présente la liste de pièce de rechange de l’analyseur de gaz :
50
Désignation N° de référence Interrupteur à
pression : pressostat
C79302--Z1210--A2
Electrovanne C79451--A3494--B33Filtre de sécurité pour gaz deMesure
C79127--Z400--A1
Filtre de sécurité pour gaz de zéro/balayage de
l’obturateur
A5E00059149
Capteur d’oxygène C79451--A3458--B55Débitmètre C79402--Z560--T1Pot de condensation C79451--A3008--B43Filtre C79451--A3008--B60Module LCD C79451--A3494--B16Panneau de touches C79451--A3492--B605Connecteur secteur
avec filtre
W75041--E5602--K2
Fusible W79054--L1010--T630Interrupteur de mise
sous tension
W75050--T1201--U101
Pompe de gaz de mesure
C79451--A3494--B11
Cellule d’analyse C79451--A3468--B235
Filtre de gaz C79451--A3458--B500
Cellule de détection C79451--A3468--B525
Stage d’été
Tableau N°4 : Pièces de rechange de l’analyseur de gaz
5- Conclusion :
Dans le souci de l’amélioration continue, et après qu’on a fait une étude de
l’analyse de gaz SO2 et O2 installé sur les six lignes de l’atelier sulfurique, on a pu
adopter une méthode de maintenance à suivre pour assurer la disponibilité et la fiabilité
soutenue de cet analyseur.
51
Stage d’été
Chapitre V : Etude du système de supervision
52
Stage d’été
Objectif :
L’objectif de cette partie est de faire une étude détaillée de différents
éléments de système de supervision (automate, réseaux et poste opérateur) des
analyseurs de gaz à fin de Proposer des solutions optimales d’amélioration du
système de supervision et procéder à leurs réalisation.
1. Introduction
La supervision est un système informatique permettant de contrôler et de surveiller
le process d’analyse des gaz SO2 et O2.
La surveillance des taux des gaz SO2 et O2 s’effectue par l’acquisition des mesures
réalisées par ULTRAMAT 23 et OXYMAT 61 et transmises vers la salle de contrôle où elles
seront visualisées par l’opérateur qui a la possibilité d’afficher différents types de vues
:Vue générale, vue d’enregistrement et vue d’alarme.
2. Description de système de supervision :
2.1 L’architecture du système de supervision :
53
Stage d’été
L’architecture du système actuel est la suivante :
Figure N°5. 10:L’architecture actuelle de système de supervision
L’architecture de système de supervision est composée d’un bus de communication
profibus qui relie les analyseurs avec le système de supervision à travers un répéteur qui
amplifie le signal qui a subit une atténuation à cause de la distance qui dépasse 100m, ce
système dispose d’un automate SIEMENS S7 300 relié avec une interface homme machine
sur laquelle sont installé les logiciels de supervision à savoir le WINCC et PDM.
2.2 Interface homme machine : HIS
Chaque processus industriel comporte une interface de communication Homme-
machine permettant de piloter les modes de marches (marche, arrêt, auto, manuel, pas à
pas...) et d'assurer la surveillance de l'état du processus.
Le système de supervision dispose d’une seule station qui joue le rôle de l’interface
Homme Machine reliée avec l’automate programmable et assure la communication entre
l’opérateur et les analyseurs par la possibilité d’affichage des différents types de vues :
vue d’ensemble et vue d’archivage. Cette communication est réalisée par le bus de
communication profibus DP série, qui assure le transfert des informations entre le
système de supervision et les analyseurs.
L'élément de base de l'interface Homme-machine est une station opérateur
comportant un écran graphique un clavier et une imprimante.
54
Stage d’été
2.3 Répéteur :
Un répéteur est un dispositif électronique combinant un récepteur et un émetteur, qui
compense les pertes de transmission d'un média (ligne, fibre, radio) en amplifiant et
traitant éventuellement le signal, sans modifier son contenu.
2.4 L’Automate programmable SIMATIC S7-300
2.4.1 Définition
Le S7-300 est l'automate 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 et décentralisées.
L'innovation est permanente et se manifeste par exemple dans le développement
continu de la gamme des CPU avec entre autres des nouveaux modèles orientés
sécurité.
Figure N° 11:Automate Siemens S7-300
2.4.2 Caractéristiques techniques
SIMATIC S7-300 est l’automate existant, il comprend :
Module d’alimentation PS 307 10A :
Unité centrale CPU 315-2.
Pile de sauvegarde
Connecteurs PROFIBUS
Module de communication série.
55
Stage d’été
CPUs de sécurité
CPU compactes avec fonctions technologiques et périphérie intégrées
CPUs technologiques pour la gestion des fonctions motion control
24 entrées/16 sorties
2.5 Le bus de communication: PROFIBUS
Profibus (Process Field Bus) est le nom d'un type de bus de terrain universel et
ouvert inventé par Siemens et devenu peu à peu une norme de communication dans le
monde de l'industrie, il assure :
une communication rapide avec les périphériques décentralisé et intelligents
(PROFIBUS à physique DP) la communication et l'alimentation des transmetteurs et actionneurs (PROFIBUS à
physique PA).
Il est simple, robuste et fiable, se prête à une extension en ligne et au déploiement
aussi bien dans des environnements standard que dans des zones à atmosphère
explosible.
Le PROFIBUS utilisé dans l’atelier sulfurique est de type DP car La majorité des
automates Siemens disposent d'une interface Profibus-DP pour le dialogue avec le PC de
programmation ainsi qu’il est conçu pour les grandes vitesses de transmission de données
(jusqu'à 12 Mbits/s) et des temps de réponse brefs (jusqu'à 1 ms). En plus il sert à lier les
analyseurs avec l’automate.
On reconnaît facilement un réseau Profibus-DP à la couleur de son câble : violet. En
l'ouvrant, on distingue 2 fils : un vert et un rouge, nommé "A" et "B". En général, les
connecteurs Profibus sont des connecteurs DB9 plus ou moins standards. Le fil "A" est
relié au pin n°3 du connecteur DB9, tandis que le fil "B" est relié au pin n°8.
Comme de nombreux bus de terrain, le Profibus-DP s'appuie sur une liaison RS485
Distances autorisées en fonction de la vitesse de transmission:
Débits (Kbits/s)
9.6 19.2 45.45 93.75 187.5 500 1500 3000 6000 12000
Longueur segment (m)
1200 1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100
Tableau N°5 : La distance autorisée de Profibus en fonction de la vitesse detransmission
2.6 Les logiciels de système de supervision:
56
Stage d’été
2.6.1 Le logiciel Simatic PDM
SIMATIC PDM est la partie logicielle de la gamme SIMATIC dédié à la gestion de
l'instrumentation de l'industrie des procédés. C'est l'outil universel, multi fournisseur, de
configuration, paramétrage, diagnostic et maintenance des appareils de terrain et
instruments intelligents disposant d'une interface HART, PROFIBUS DP ou PA.
Les fonctions de base de SIMATIC PDM sont :
Réglage et modification de paramètres d’appareil. Comparaison des paramétrages théorique et réel. Vérification de la plausibilité des entrées. Représentation des informations de diagnostic. Gestion des données de paramétrage. Fonction de mise en service des appareils de process tels que test de circuits de
mesure avec simulation des valeurs de mesure.
De plus, SIMATIC PDM permet de superviser le processus avec affichage àl’écran des valeurs sélectionnées, des alarmes et des signaux d’état des appareils, telspar exemple des courbes de tendances et d’écho.
2.6.2 Le logiciel de supervision WIN CC :
WinCC est un système de supervision doté de puissantes fonctions échelonnables,
pour la surveillance de processus automatisés. WinCC offre une fonctionnalité SCADA
complète sous Windows pour toutes les branches (industrie et tertiaires)
SIMATIC WinCC est un logiciel IHM innovant sous Windows, qui convient pour
toutes les applications au pied de la machine dans le domaine de la construction de
machines, de machines de série et d'installations. Il traite toutes les entrées/sorties sur
l‘écran pendant l‘exploitation (runtime),il permet aussi de configurer des interfaces
personnalisées pour tous les usages, en vue d‘un pilotage sûr du processus et de
l‘optimisation de toute la production. Toutes les commandes du processus, des archives de
WinCC sont verrouillables. WinCC est en mesure d‘enregistrer des modifications de valeurs
avec la date, l‘heure, le nom de l‘opérateur et une comparaison entre l‘ancienne valeur et
la nouvelle.
57
Stage d’été
3. Problématique :
La supervision des analyseurs de gaz est assurée par un automate Siemens
S7-300 relié avec une interface homme machine sur laquelle sont installés les
deux logiciels de supervision à savoir : le PDM et WinCC.
A cause d’une anomalie matériel, l’unité centrale de cette interface est hors
service, les agents de service informatique ont essayé à la remettre en marche,
sans résultat .Or son remplacement s’est avéré impossible puisque la réinstallation
des logiciels de supervision nécessite une configuration qui ne peut être faite que
par la société sous-traitante qui a installé ce système, Ainsi le contrôle des
analyseurs de gaz n’est plus assuré par ce système de supervision.
Pour cette raison, on a pensé d’intégrer le contrôle des analyseurs de gaz
dans le système numérique de contrôle et commande(SNCC) de yokogawa.
Pour cela, on adoptera une solution qui permettra la communication entre
l’automate S7-300 et le SNCC de yokogawa.
58
Stage d’été
Chapitre VI : Intégration de l’analyseur de gaz dansle Système numérique de contrôle et de commande CENTUM CS 3000 de Yokogawa
1. Etude du SNCC de Yokogawa :
1.1 Introduction
Les systèmes numériques de contrôle commande (SNCC) appelés aussi en anglais
DCS (distributed control system) présentent des avantages de souplesse, efficacité et
coût. Ces avantages ont permis à ces derniers, dès l’aube des années 1980, de remplacer
massivement et définitivement les systèmes analogiques. Ce système de supervision
installé au niveau des lignes d’acide sulfurique a permis la remise en état de la
salle de contrôle en présence de plusieurs fonctionnalités :
La supervision des différents paramètres de marche par la possibilité d’affichage
des différentes vues :
Vue générale de l’unité.
Vue de groupe
59
Stage d’été
Vue de boucle
Vue d’alarme
Etc.
La gestion des alarmes
L’affichage des synoptiques en dimension 3, animé en temps réel
L’enregistrement et la consultation d’historique
L’édition sur imprimante de plusieurs données :
Alarme
Evénement
Historique
Vues d’écrans
Rapport, bilan et journaux d’exploitation
La commande des différents paramètres de marche
1.2 Composantes du système CENTUM CS 3000 :
Le schéma suivant décrit les différents éléments qui constituent le système
YOKOGAWA :
Figure N°6.12: Configuration du système60
Stage d’été
1.2.1 Interface homme machine (HIS)
Cette station regroupe toutes les fonctions d’exploitation et de surveillance. Elle
affiche les variables procédés, les paramètres de contrôle, les alarmes, et donne à
l’opérateur une vision instantanée de l’ensemble de l’exploitation. Elle comporte des
interfaces ouvertes permettant aux ordinateurs de supervision et aux stations de
travail d’accéder aux messages, aux données historiques et aux données de procédé.
Elle dispose également d’une fonction ingénieur (génération de système et
maintenance) et de fonction de test.
HIS de type console :
Cette interface homme machine offre des fonctionnalités et d’une fiabilité identiques àcelle dont disposaient les stations de la famille CENTUM.
HIS de bureau
C’est un PC standard utilisant Windows NT.
La station de contrôle de l’atelier sulfurique dispose de :
Cinq HIS de bureau. Une station de configuration (ou station ingénieur).
1.2.2 Stations de contrôle (FSC)
Les stations de contrôle FCS (Field Control Stations) réalisent les fonctions de
contrôle (régulation ou séquentiel). Elle gère les entrées et les sorties de procédé et
peut être à un automate de sécurité (PLC).
Elles sont de deux types, afin de s’adapter à des besoins différents.
LFCS, station standard
Hautement fiable, c’est le cœur du système. Elle dispose de fonctions avancées et
accepte les entrées/sorties à distance.
SFCS, station compacte
Placée près du procédé, cette station rassemble toutes les fonctions de contrôle, les
entrées/sorties et les interfaces avec les sous-systèmes dans une unité compacte.
1.2.3 Nœuds (avec station LFCS seulement)
61
Stage d’été
Les entrées/sorties à distance (ou nœuds) du bus RIO sont converties en signaux de
bus-allant vers FCS ou en venant des signaux d'entrées/sorties analogiques ou
numériques.
1.2.4 Modules d’entrées/sorties
Les modules d’entrées convertissent les signaux du procédé au format des
données numériques utilisé par la station LFCS.
Les modules de sorties convertissent les données numériques au format de la FCS
en signaux analogiques et signaux contact.
1.2.5 Convertisseurs de bus (BCV)
Il relie le bus V net à un autre domaine du CS 3000 ou à un autre système de
contrôle distribué CENTUM ou µXL.
1.2.6 Passerelle (CGW)
Cette passerelle de communication relie le bus V net à un bus Ethernet conduisant
vers un système de supervision ou vers un PC.
1.2.7 Bus RIO (pour station LFCS seulement)
Le bus d’entées/sorties RIO (Rimote Input Output bus) relie la station de contrôle
aux nœuds d’entées/sorties, Il peut être double redondant.
L’installation se fait à laide d’un câble à paire torsadée qui autorise des distances
jusqu’à 750m et des liaisons à fibre optique qui autorisent des distances jusqu’à 20Km.
1.2.8 Bus V net
V net est un bus temps réel qui relie la station FCS à d’autres stations, telles que HIS,
BCV ou CGW. Il assure des échanges à la vitesse de 10 Mbps et peut être double
redondant.
D’une longueur maximale de 500 m, il utilise un câble coaxial seul. Il peut atteindre
jusqu’à 20 Km grâce à des récepteurs de bus et/ou des liaisons à fibre optique.
Câble 10Base2 :
Pour la station HIS, distance de transmission=185m
Câble 10Base5:
Autre stations que la HIS (FCS, CGW etc.), distance de transmission=500m.
1.2.9 Ethernet 62
Stage d’été
Une liaison Ethernet relie les stations HIS, HIS configuration et systèmes de
supervision.
Les ordinateurs de supervision et les PC du réseau LAN accèdent aux messages et
aux données enregistrées du système CS 3000.
Grâce à Ethernet, l’opérateur envoie des fichiers de données enregistrées de la
station HIS vers les ordinateurs de supervision ou effectue une mise en cohérence des
données de deux stations HIS (plutôt que d’utiliser le bus V net).
1.3 Spécifications du système :
Le CENTUM CS 3000 est un système d’une grande souplesse qui s’adapte à toutes les
applications, quelle que soit leur taille.
1.3.1 Dimension du système
Capacités du système :
Nombre de repères possibles : 100,000
Nombre de stations raccordées : 256 stations (16 domaines maximum, 64stations
par domaine cependant un domaine n’admet pas plus de 16 stations HIS.
1.3.2 Domaine
Un domaine est constitué de stations reliées entre elles par un seul bus V net .Un
convertisseur de bus relie les domaines au système CENTUM CS 3000 ou à des
systèmes installés auparavant (CENTUM-CS, CENTUM-XL, CENTUM -V, CENTUM CS
1000, µXL etc.).
1.4 Stations de contrôles
1.4.1 Station de contrôle (FCU)
La station de contrôle comporte un processeur, des cartes et des unités raccordées.
Dans le cas d’une station redondante, la carte processeur, l’alimentation et la carte
d’interface du bus RIO sont double redondants.
63
Stage d’été
Figure N°6.13: La Station de contrôle FCU
1.4.2 FCS (LFCS)
Lorsque la FCU de la station FCS standard est reliée aux nœuds par un bus RIO, on
peut choisir les options de redondance suivantes :
CPU : unique ou double redondante
Montage : en armoire ou en rack
Bus RIO : unique ou double redondant.
1.4.3 Différences de matériels entre la LFCS standard et la SFCS compacte :
Station LFCS : la FCU est reliée aux nœuds et aux modules
d’entrées/sorties par le bus RIO.
Station SFCS : la FCU et les modules d’entrées/sorties sont à l’arrière
64
Stage d’été
FigureN°6.14: Configuration de la station de contrôle
1.5 Redondance et fiabilité :
1.5.1 Redondance et fiabilité de la station LFCS
Sur ce type de station, tous les composants sont double redondants : les cartes CPU,
le coupleur V net, la carte d’alimentation, l’interface du bus RIO, le coupleur de bus RIO
et le bus interne de nœud. La double redondance des cartes processeurs (une active,
l’autre en attente) permet le passage d’une carte à l’autre sans interruption.
Figure N°6.15: Carte processeur double redondance sur une LFCS 65
Stage d’été
1.5.2 Redondance du Bus RIO
La FCU peut recevoir des cartes d’interface de bus RIO double redondantes (RB301) ;
la carte CPU active vérifie quelle est la carte active (normalement, c’est la carte qui se
trouve du même côté que la CPU active). Le côté « en attente » n’effectue que les
communications nécessaires au diagnostic.
Les bus RIO double redondants sont utilisés alternativement ; en cas d’anomalie, sur
un bus, c’est l’autre qui est utilisé .Le bus sur lequel il y a une anomalie est testé
périodiquement pour vérifier si celle-ci a disparu.
1.5.3 Redondance des Nœuds
La carte d’interface de nœud et la carte d’alimentation peuvent être double
redondantes, il en est de même pour le bus de module d’entrées/sorties qui relie l’unité
d’interface de nœud à chaque unité d’entrées/sorties.
1.5.4 Redondance et fiabilité de la station SFCS
Sur la station SFCS, la carte processeur, le coupleur V net, la carte d’alimentation et
l’interface d’entrées/sorties processeur sont double redondants.
Les cartes processeur double redondantes (une active, l’autre en attente) passent d’un
état à l’autre sans interruption du contrôle.
Figure N°6.16: Configuration double redondance de la station SFCS
1.5.5 Redondance des alimentations
66
Stage d’été
Une station de contrôle FCS peut être alimentée à partir de deux sources
d’alimentation, une partie des cartes étant alimenté par une source et les cartes en
redondance par l’autre source.
2. La communication entre l’automate SIEMENS
S7-300 et CS 3000 de Yokogawa.Dans le but d’intégrer le contrôle de l’analyseur de gaz dans le système numérique
de contrôle commande, on propose une solution qui permettra la communication entre
L’automate S7-300 et CS3000 de Yokogawa, pour cela on a besoin de deux interfaces de
communications et un protocole de communication.
2.1 Interface de communication de S7-300 : Le CP 341 2.1.1 Introduction
CP 341 est un processeur de transmission qui permet l’échange de données entre
les contrôleurs programmables ou les ordinateurs au moyen d'un raccordement point à
point.
Le processeur de transmission CP 341 fournit les fonctionnalités suivantes :
Taux de transmission jusqu'au 76.8 kbps, semi-duplex. Intégration des protocoles de transmission :
3964 (R) procédé Raccordement d'ordinateur de RK 512 driver d'ASCII
Interface série intégré : Trois types de modules sont disponibles, chacun a un
type d'interface différent qui convient avec l’équipement associé. (Voir tableau
ci-apres)
Module Numéro de module Interface intégréCP 341-RS 232C 6ES7 341-1AH01-0AE0 RS 232C interfaceCP 341-20mA TTY 6ES7 341-1BH01-0AE0 20 mA TTY interfaceCP 341-RS 422/485 6ES7 341-1CH01-0AE0 X27 (RS 422/485) interface
Tableau N°6 : Interfaces Séries
2.1.2 Constitution :
Le CP 341 est constitué de :
Un support en plastique robuste LEDs, pour signalisation de « envoi », la « réception » et « erreur ». Interface de communication
67
Stage d’été
Figure N°6.17: Le CP 341
2.1.3 Composants requis pour un raccordement point à
point avec le CP 341
Pour établir un raccordement point à point entre le processeur de
transmission CP 341 et le système de supervision CS3000, on a besoin de certains
composants matériels et logiciels.
Composants Matériels :
Processeur de transmissions CP 341 : communique par l'intermédiaire
de l'interface avec le système de supervision. Dispositif ou PC de programmation : communique avec l'unité centrale
de traitement du S7-300.
Composants Logiciels : Logiciel Step 7 : configuration, paramétrage, des programmes et des
essais de S7-300. Logiciel de Paramétrage de l’interface CP 341 : paramétrage de
l’interface CP 341
2.2 Protocole de Communication : La liaison RS-232 2.2.1 Definition
RS signifie 'Recommanded Standard' soit en français standard recommandé.
Ce standard défini les niveaux de tensions correspondant aux 1 et aux 0, le
brochage des connecteurs, la fonction de chacun des signaux et un protocole d'échange
des informations. Il permet des communications bi−directionnelles synchrone (les 2
équipements peuvent émettre en même temps, full duplex) ou asynchrone (les
équipements émettent l'un après l'autre, half duplex). Il semble que l'utilisation la plus
courante soit asynchrone.
68
Stage d’été
Figure N°6.18: Connecteur DB-9 de RS 232
2.2.2 Caractéristique: L'interface de RS 232C est caractérisé par :
Type : interface de tension Connecteur : connecteur male de 9 bornes DB-9 avec un ajustage de
précision (compatible avec le port de COM de 9 bornes (PC/PG)) Les signaux RS-232 : TXD, RXD, RTS, CTS, DTR, DSR, RI, DCD, GND; sont
isolés par rapport à l'alimentation d'énergie interne de S7-300 Vitesse de transmission maximum : 76.8 kbps. La longueur du câble maximum : 15 m, cable de type LIYCY 7 _ 0.14
(référence : 6ES7 902-1Ax00-0AA0) Standard : DIN 66020, DIN 66259, EIA-RS 232C,CCITT V.24/V.28
2.2.3 Les signaux de la liaison RS-232:Le tableau ci-après présente les différents signaux de la liaison RS-232 et leurs
significations :
Signal Désignatio
n
Signification
TXD Transmitted
Data
La ligne de transmission est tenue par CP 341 sur
la logique » 1 » dans l'état inactif.RXD Received la ligne doit être tenu sur la logique » 1 » par
69
Stage d’été
Data l’équipement associéRTS Request To
Send
RTS ”ON”: CP 341 prêt à émettre RTS ”OFF”: CP 341 n’est pas prêt à émettre
CTS Clear To
Send
Equipement associé peut recevoir des données
de CP 341. Le CP 341 attend le signal comme
réponse à RTS "ON".DTR Data
Terminal
Ready
DTR ”ON”: CP 341 est activé et prêt pour l'envoiDTR ”OFF”: CP 341 n’est pas activé alors n’est pas prêt pour l'envoi
DSR Data Set
Ready
DSR ”ON”: équipement associé est activé et prêtpour la RéceptionDSR ”OFF”: équipement associé n’est pas activé alors n’est pas prêt pour la Réception
RI Ring
Indicator
Indique que l’équipement de destination reçoit unappel.
DCD Data Carrier
Detect
Indique que l’équipement associé reçoit une réponse.
Tableau N°8 : Les signaux de la liaison RS 232
2.3 Principes de transmission de données :
Pour l'échange des données entre deux équipements, La forme la plus simple est de
procéder par une transmission série où l’information est transmise bit après bit, en
utilisant la transmission série asynchrone via RS 232, Chaque caractère à envoyer est
précédé par une impulsion de synchronisation qui est le bit de départ. L'extrémité de la
transmission de caractère est signalée par le bit d'arrêt.
Figure N°6.19: La forme de la donnée en mode asynchrone
Le CP 341 manipule la transmission de données avec trois protocoles selon
l’interface utilisée, à savoir :
70
Stage d’été
ASCII driver : Ce protocole utilise un bit de parité comme précaution pour assurer
l’envoi de données sans erreur ce qui n’est pas bien sécurisé, car dans ce cas, si deux
bits ou plus d'un caractère sont inversés, cette erreur ne peut plus être détectée.
3964(R) procedure : 3964R procedure assure une intégrité élevée de transmission
de données sur la ligne. Ce haut niveau d'intégration est réalisé par l'utilisation d'un
caractère de contrôle par bloc (BCC).Le contrôle par bloc du 3964R (opération logique
d'EXOR) ne peut pas détecter des zéros absents parce qu'un zéro dans l'opération de
logique d'EXOR n'affecte pas le résultat du calcul. Or la perte d'un caractère entier (ce
caractère doit être un zéro !) est fortement peu probable, il pourrait probablement se
produire dans des états très mauvais de transmission.On peut protéger une transmission contre telles erreurs en envoyant la
longueur du message de données avec les données elle-même, et en vérifiant la
longueur à l'autre extrémité.
RK 512 computer connection : Le RK 512 garantit l'utilisation correcte du 3964R
procedure et l'analyse/addition des spécifications de longueur de la donnée transmise.
Remarque : RS 232 utilise le protocole RK 512 vu l’avantage qu’il présente à
savoir la sécurisation de transmission de données .
2.4 Interface de communication de CS3000 : F3RS22-
0N RS-232-C
Le système de supervision CS 3000 dispose d’un module de communication pour
communiquer avec des sous système non compatible avec les logiciels option de
Yokogawa, en utilisant la liaison série RS 232, ce module est : Le F3RS22-0N RS-232-C.
2.4.1 Le module de communication F3RS22-0N RS-232-C
Le module de communication F3RS22-0N RS-232-C a deux ports utilisant les
connecteurs DB-9 et permet une distance de transmission qui atteint 15m.
Figure N°6.20: Le module de communication F3RS22-0N
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Stage d’été
Caractéristique :
Paramètre F3RS22-0NInterface EIA RS-232C
Connexion Point à point Mode de transmission Full/half duplex
Mode de synchronisation Asynchrone Distance de transmission 15 m
Nombre de port 2 Vitesse de transmission 750/1200/2400/4800/9600/19200/38400/7
6800bpsProtocole de communication Néant
Tableau N°9 : Caractéristique de F3RS22-0N
Les contrôleurs programmable FA-M3
CS3000 de yokogawa dispose d’un contrôleur programmable logique FA-M3, ce
contrôleur est un dispositif qui a été inventé pour remplacer les circuits de relais
séquentiel pour la commande de machineLe FA-M3 comporte plusieurs CPU de traitements avec des langages de
programmations, chaque CPU est utilisé suivant le besoin de chaque application.
Or, Le module de communication F3RS22-0N RS-232-C utilise l'unité centrale
BASIC de traitement F3BP20-0N pour établir la communication avec RS-232-C. cette
unité centrale contient un programme en langage basic qui gère cette communication.
Figure N°6.21: Le CPU F3BP20-0N
LE CPU F3BP20-0N est caractérisé par: La possibilité d’ accéder directement au module d'entrée-sortie (F3RS22-0N). La propriété d’échanger des données avec les autres unités centrales de
traitement. Utile pour les tâches de communication ou les calculs à niveau élevé qui ne sont pas
facilement commandés par un programme d'échelle. Permet la programmation structurée utilisant des sous-programmes. Le PROGRAMMEUR port (port de raccordement pour l'outil de programmation) est
fourni avec le module d'unité centrale de traitement BASIC F3BP20 pour permettre
la possibilité de sa programmation. Les programmes peuvent être développés et mis au point sur un PC.
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Stage d’été
Logiciel de Programmation basique : Tool M3 (SF560-ECW)
Cet outil est utilisé pour la programmation de module basic tel que F3BP20-0N, avec
cet outil on peut créer, mettre et maintenir un programme, en fournissant un
environnement de développement efficace pour des programmes BASIC.
Composants requis : Matériels :
Le module de communication : F3RS22-0N Unité de traitement : F3BP20-0N
Logiciels : L’outil de programmation : Tool M3 (SF560-ECW).
Remarque importante : l’automate S7-300 se trouve dans la salle où il y a le système
de supervision de Yokogawa, alors le problème de la distance n’ aura pas lieu, puisse
qu’elle est inférieure à 15m.
2.5 Le cout d’installation :
Pour l’implantation de cette liaison, on aura besoin des équipements suivants :
Processeur de transmissions CP 341 Câble de liaison : RS 232 Dispositif ou PC de programmation Module de communication F3RS22-0N RS-232-C Unité de traitement F3BP20-0N :
Remarque :
Le Dispositif ou PC de programmation est déjà disponible dans le magasin de
l’atelier sulfurique, il est livré avec l’automate SIEMENS.
Alors le cout des équipements qu’il faut acheter est présenté sur le tableau suivant :
L’équipement Le cout
Processeur de transmissions CP
341
6277,68 DH
Câble de liaison : RS 232 552 DHModule de communication F3RS22- 4916 DH
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0NUnité de traitement F3BP20-0N 2151 DH
Total 13896,88 DHTableau N°10 : Le Cout des équipements requis
Alors le cout Total de l’implémentation de cette communication est :
2.6 L’architecture :En intégrant le contrôle de l’analyseur de gaz dans le système numérique de
contrôle et commande, l’architecture devient comme suit :
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13896,88DH
Stage d’été
Figure N°6.22: L’architecture du nouveau réseau de système de
supervision
2.7 Le schéma synoptique :Le schéma suivante présente le synoptique de l’analyseur installé sur site :
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Stage d’été
Figure N°6.23: schéma Synoptique de l’analyseur de gaz sur site
3. Conclusion Le système numérique de contrôle et commande YOKOGAWA est devenu la
nouvelle technologie qui s’impose dans l’automatisation des procédés industriels Grace
aux avantages qu’il présente à savoir: souplesse, performances élevées et hautement
sécurisé .Pour cela, il est apparait logique d’intégrer le contrôle de l’analyseur de
gaz dans ce système, en adoptant une communication entre l’automate Siemens
S7-300 et CS3000 de Yokogawa.
Conclusion
Au terme de ce rapport on aimerai bien exprimer nos
remerciements à tous les personnels du service Matériel Régulation de
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Stage d’été
la division Produits Intermédiaires de Maroc Phosphore Jorf Lasfar pour
leurs accompagnements et orientations.
Ce stage était une occasion pour découvrir le monde de
l’entreprise et ses enjeux, puisque on a pu rentrer dans des relations
humaines avec le personnel du service commençant par les agents et
en arrivant au chef du service. Grâce à cette intégration qui a été
rapide au sein de l’équipe, on a pu surmonter les différentes difficultés
qu’on a rencontrées et réussir notre travail, qui s’intitule la
maintenance et la supervision des l’analyseur de gaz.
Grace à une étude détaillée des analyseurs de gaz, on a pu mettre
en place une méthode de maintenance à suivre pour assurer la
disponibilité de ces analyseurs. On a également proposé une solution
du problème de système de supervision de ces analyseurs à savoir,
leurs Intégration dans le Système numérique de contrôle commande:
CENTUM CS 3000 de yokogawa.
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Bibliographie & Webographie
Documents internes du service CIJ/PI/MR :
Schéma Fluide Numéro de A&DPI2SE-G1016 2-S100.
Catalogue d’analyseur de gaz ULTRAMAT 23 : C79000-G5277-
01.
Manuel d’utilisation OXYMAT 61 : A5E001239068-01.
Les sites Web :
http:// www.automation.siemens.com
http:// www.siemens.com/simatic
http://www.yokogawa.com/
http://richpc1.ba.infn.it/htmldb/manuals/repository/SIEMENS/Cp
341_e.pdf
Autres sites Internet
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ANNEXE
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Annexe I : Organigramme de l’OCP
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Annexe II : Organigramme du service CIJ/PI/MR
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Annexe III : production de l’acidesulfurique
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Annexe IV : Indice de protection IP
L'indice de protection IP est caractérise par deux chiffres :
le degré de protection contre les corps solides - poussières (premier chiffre)
le degré de protection contre les liquides (deuxième chiffre)
Premier chiffre - Corps solides
Second chiffre – Liquides
0 Aucune protection Aucune protection
1
Protection contre les corps solides de taille supérieure à 50mm
Protection contre les chutes verticales de gouttes d'eau sur un appareil en position normale
2
Protection contre les corps solides de taille supérieure à 12mm
Protection contre les gouttes d'eau avec une inclinaison de 15° maximum par rapport à la position normale, pour une face
3
Protection contre les corps solides de taille supérieure à 2,5mm
Protection contre l'eau en pluie si celle-ci ne fait pas un angle de plus de 60° avec la verticale
4
Protection contre les corps solides de taille supérieure à 1mm
Protection contre les éclaboussements, les projections d'eau
5Protection contre les dépôts de poussière
Protection contre les jets d'eau à la lance
6Protection contre la pénétration de poussière (étanche)
Protection contre les paquets d'eau, les vagues, les jets puissants
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Premier chiffre - Corps solides
Second chiffre – Liquides
7 Protection contre l'immersion temporaire
8 Protection contre l'immersion prolongée
La norme IP est publiée par l'IEC (international Electrotechnical Commission) sous le numéro IEC 60529, voir le site www.iec.ch pour plus de précisions.
Annexe V : MODE OPERATOIRE POUR ETALONNER LES ANALYSEURS SO2/O2
Etape 1 : Balayage par N2 :
-Préparer la bouteille de N2 (la pression de N2 doit être à 3 bar) et la raccorder à
l’entrée spéciale ( balayage N2).
-Au niveau du logo, presser la touche « ESC » ; puis sélectionner « SET programme »
puis choisir le temps de balayage.
N.B : Le temps est déjà réglé à 5 mn.
-Mettre la vanne à 5 voies « UH1 » sur position N2.
-Au niveau de l’OXYMAT, sélectionner la fonction n°24.(Autocal check) et mettre la
fonction AUTOCAL sur position « HORS » puis presser la touche « MESURE » ; confirmer
par « OUI ».
-Sélectionner « ajustage », puis « ajustage de zéro » et ouvrir la bouteille de N2
l’électrovanne « Y3 » s’excite et le balayage commence.
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Stage d’été
Une fois le temps s’écoule (5mn), l’électrovanne Y3 s’excite à ce moment, fermer la
bouteille de l’azote (N2) et la débrancher puis passer à l’étape 2.
Etape 2 : Contrôle de zéro de l’OXYMAT :
-Après fin de balayage mettre la vanne à 5 voies « UH1 » sur position AIR
resélectionner sur l’OXYMAT la touche « ajustage », puis «ajustage de zéro », la valeur
théorique (20,95 vols %) et la valeur de mesure apparaissent.
-Attendre que la mesure se stabilise au niveau de (20,95 vols %), à ce moment
déclenche l'ajustage par la touche correspondante « Déclenche ajustage » puis
actionner la touche « MAES » et confirmer par « OUI ».
Etape 3 : Contrôle de zéro de l’ULTRAMAT :
- La vanne à 5 voies « UH1 » est maintenue sur position air.
- Presser la touche « CAL » de l’ULTRAMAT et attendre l’écoulement du temps
autocal puis le temps de balayage une terminer presser la touche « ENTRER ».
-
Etape 4: Etalonnage par SO2( échelle d’ULTRAMAT):
- Préparer la bouteille de SO2, la raccorder à l’entrée spéciale (SO2).
- Mettre la vanne à 5 voies « UH1 » sur position SO2.
- Presser la touche « Entrée » puis « ajustage » valider par le code 1 :11 puis
« ajustage ».
- Sélectionner « EM1+2 » et attendre que la mesure se stabilise avec la valeur
théorique (Voir NB) puis appuyer sur la touche « Entrer ».
NB : Introduire la valeur théorique de la concentration du gaz étalon indiquée sur la
bouteille ex : 1600 ppm.
Etape 5: Contrôle échelle OXYMAT:
La vanne à 5 voies sur position SO2, presser touche « ajustage » puis touche
« ajustage sensibilité » et attendre que la mesure se stabilise avec la valeur théorique (0
vol %) puis appuyer sur « déclencher l’ajustage » puis « MEAS » puis confirmer par
« OUI ».
Une fois l’ajustage et terminé fermer la bouteille de SO2 et la débrancher.
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TRES IMPORTANT: N’oublie pas de remettre la fonction AUTOCAL sur position EN au
niveau de la fonction n°24 et confirmer par OUI, puis MEAS.
LE CODE sur OXYMAT ou ULTRAMAT est 111.
Annexe VI: Le schéma descriptif de l’analyseur de gaz
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UH1 :C’est un robinet à 5 voies qui permet de sélectionner le passage du gaz à mesurer et les gaz de calibration.
Y1 : C’est une électrovanne commandée par l’analyseur de gaz SO2 pour faire passer l’airde calibration et couper le passage de l’échantillon vers l’analyseur, l’air de calibration passe par le filtre à air FF1.
Y2 : C’est une électrovanne commandée par l’analyseur d’oxygène ; elle est utilisée pourbipasser l’OXYMAT
E1 : Sonde de prélèvement
A11 : Réfrigérant de gaz :
M21 : Climatiseur
E2 : conduite chauffée (la gaine)
FF1, FF2 : Filtre universel
RV1 : Vanne d’isolement.
M11 : Pompe péristaltique
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