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  • Dpartement MC - Service A2E

    Rapport de stage de fin d'tudes

    Numrisation Industrielle

    LOMBART Thierry

    Master Electronique, Systme et Tlcommunication

    Universit de Nice Sophia-Antipolis

    2014-2016

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    Dpartement MC - Service A2E

    Sommaire

    Prsentation d'ArcelorMittal 3 -Le site de Fos-Sur-Mer 3

    -Service d'accueil 3

    Prsentation du projet 5 -Prsentation des cartes tudies 5

    -Informations complmentaire sur le train bande 5

    -Fonctionnements des cartes 6

    -Ralisation de la nouvelle carte 10

    -Les PIC: Tests et rsultats 11 -Microcontrleur SAM4S 13

    -Cortex-M4 15

    -Carte Xplained Pro 17

    -Programmation 18 -Buffer 20

    -Configuration d'ADC 20

    -Fonction Zero Crossing detector 20

    -Utilisation des Timer 21

    -Fonction dphasage 23

    -Interruption 25

    -Carte d'adaptation 26 -Adaptation en aval du microcontrleur 26 -Adaptation en amont du microcontrleur 28

    -Travail restant faire 30

    Industrialisation futur 31 -Aspect consommation 32

    -Aspect scurit 35

    Conclusion 39

    Abrviations 40

    Bibliographie 42

    Annexe 43

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    Prsentation d'ArcelorMittal

    ArcelorMittal est un groupe sidrurgique mondial, il est le plus important producteur d'acier au

    monde, il produit acier, aciers plats, aciers longs, acier inoxydable, cbles et tle forte, servant

    la construction (stade de Geoffroy Guichard Saint-tienne), emballage alimentaire destin la

    ralisation des cannettes et des conserves, automobile (caisse en blanc, carrosserie,

    essuie-glaces...) et diffrents appareils lectromnagers. Avec 98,088 millions de tonnes

    produites en 2014. Le groupe est prsent dans 60 pays et regroupe 230 000 salaris dans le

    monde.

    Le site de Fos-sur-Mer :

    Lusine de Fos-sur-Mer a t cre en 1971. Lusine est btie sur une surface de 1600 hectares (4

    km par 4 km) dont seuls 600 sont occups par les installations industrielles

    Le site emploie 2500 salaris et 1500 sous-traitants, ce qui en fait le deuxime employeur

    industriel du dpartement. L'usine a une capacit de production annuelle de plus de 4 millions de

    tonnes d'acier, dont 120 nuances sont ralisables suivant les additions chimiques, les traitements

    thermiques, les procds industriels et les modes opratoires choisis pour parvenir au produit fini,

    destines aux marchs de l'automobile, de la construction et des aciers pour tubes (pipelines,

    gazoducs).

    Prsentation du service d'accueil A2E :

    Le service A2E, automatisme lectronique et lectrotechnique compos de 21 personnes dont (12

    techniciens et 7 cadres), il fait partie du dpartement Maintenance Centrale.

    Le service a pour but l'amlioration de la fiabilit des installations : radication des pannes,

    laboration des plans de maintenance (400 quipements), dfinition des standards dinstallation,

    de maintenance et dintervention ainsi que l'internalisation de projets de rnovation

    dautomatismes et dlectronique de puissance.

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    Prsentation du projet

    L'objectif de mon stage est de concevoir une carte numrique interface plus robuste et fiable dans

    le temps que les cartes analogiques prsentent tout en conservant les paramtres.

    Prsentation des cartes tudies

    -Informations complmentaire sur le train bande

    Le train bande permet la transformation des brames dacier de plusieurs centimtres dpaisseur

    et atteignant un poids maximum de 38T en bobines de tles de quelques millimtres dpaisseur.

    Pour obtenir ce rsultat, trois fours rchauffent les brames 1200C puis celles-ci passent entre

    une srie de cylindres o elles sont lamines jusqu lobtention de lpaisseur dsire (1.2 16

    millimtres). Elles sont ensuite enroules en bobine. La vitesse maximale de laminage est de 97

    Km/h. Chaque anne 4 millions de tonnes dacier sont lamines. Lensemble de linstallation

    occupe 71000 m dans un btiment de 900 m de long.

    Caractristiques : - Capacit : 5 millions de tonnes par an.

    -Largeur des bobines : 650 < 2150 mm

    -Poids maxi brame : 38 T

    -Epaisseur : 1.2 > 16 mm

    Figure 1 : Schmatisation du train bande

    Une succession de cages dgrossisseuses et finisseuses permet datteindre lpaisseur souhaite

    en appliquant un effort de compression sur la brame.

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    Les cartes que jai tudis, TPGE (Gate Pulse Generator Circuit) et TBAA (Buffer Amplifier

    Circuit) (Photo annexe 7) se situent au niveau de la zone du finisseur, constituant les cages des

    finisseuses. Elles gnrent des impulsions pour qui conduisent des thyristors, qui servent

    commander 2 moteurs courant continu en srie dune puissance de 5k Watt (annexe 8).

    Lannexe 1 reprsente le synoptique de la commande dune cage de finisseuse, o la partie

    encadre en rouge reprsente la carte TPGE et en vert la TBAA.

    -Fonctionnements des cartes

    La premire des deux cartes est donc la carte TPGE qui comme son nom l'indique a pour but la

    gnration d'impulsions. Elle produit un set complet d'impulsions tous les 360, ces impulsions,

    identiques et nommes d'une six sont appliques leurs thyristors respectifs prcdant les

    moteurs du finissage. Une grande prcision est donc de rigueur car une impulsion dcale

    simplement d'une centaine de microsecondes peut avoir de lourdes rpercussions sur le bon

    fonctionnement de la carte et de la zone du finissage lui-mme.

    Cette squence est obtenue partir de signaux sinusodaux d'un transformateur hexaphas et

    d'une tension continue de commande.

    Figure 2 : Schma lectrique d'un bloc TPGE

    La carte est compose de 3 blocs identiques chacun gnrant deux trames d'impulsions, compos

    de deux impulsions comme reprsent sur la figure 3. Il y'aura donc 6 trames d'impulsions en

    sorties de la carte TPGE.

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    Chaque bloc consiste en un intgrateur et un inverseur, deux dtecteurs de zro et deux

    amplificateurs d'impulsions

    Tensions d'entres d'un bloc:

    -Rfrence de phase, un signal sinusodal triphas (220 V, 50 Hz) appliqu aux trois

    blocs rduit une amplitude de 29 V

    -Tension limite, qui est aussi un signal sinusodal qui est utilis pour fournir une ligne de

    courant alternatif isol du neutre, s'incrmentant de 60, elles aussi ont une frquence de 50 Hz

    pour une amplitude de 21 V.

    Une trame d'impulsion est compose de 2 impulsions, la premire impulsion est gnre

    lors du "Zero Crossing Detector, ZCD" de la tension limite, ainsi qu'une impulsion dite de

    "rappel" espace de 3.3ms ce qui correspond un dphasage de 60, cette impulsion de rappel est

    gnre de la mme manire mais avec la tension limite n+1 donc dphase elle-mme de 60 par

    rapport la tension limite n. Cette impulsion de rappel est une condition pour lallumage des

    moteurs, car pour quun thyristor samorce il faut un ordre de gchette et que le courant

    traversant le thyristor reste suprieur un seuil pendant un certain temps. Lorsque lon veut

    dmarrer le moteur comme le courant est nul lorsque limpulsion sera prsente sur la gchette du

    thyristor celui-ci ne pourra pas conduire puisquil ny aura pas de circulation de courant.

    Pour pouvoir dmarrer il faut donc un thyristor oppos qui samorce galement, cest

    pourquoi limpulsion damorage dun thyristor est gnr par limpulsion qui lui est destin ou

    limpulsion du thyristor daprs.

    Figure 3 : Trames dimpulsion 1 et 2

    Ces trois circuits partagent la mme tension de commande Uc, tension continue oscillant entre

    -15V et +15V et entrainant un dphasage sur les impulsions en sortie jusqu' une demi-priode

    soit 10 ms voir, une suppression totale des impulsions pour une tension Uc infrieur -7.5V. Le

    schma de l'annexe 2 montre ce dphasage. Cette tension de commande est limage de langle de

    retard lamorage.

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    Figure 4 : Circuit de commande de gchette des thyristors

    En sortie de la carte, l'impulsion est d'une amplitude de 13 V pour une largeur de 200us, le but de

    la carte suivante TBAA, est la mise en forme des impulsions. En effet en sortie les impulsions

    seront directement envoyes vers les thyristors. Leurs amplitudes vont donc tre rduites 5 V, et

    une "extension" va tre ajoute aux impulsions qui est ddie au thyristor prsent sur la figure 6.

    La carte TBAA est donc une carte amplificatrice d'impulsion destine remettre en forme et

    amplifier les 6 trames provenant de la carte TPGE. Elle est donc elle aussi compose de 6 tages

    indpendants traitants chacun une trame diffrente qui sert commander un des six thyristors.

    Figure 5 : Schma lectrique d'un block TBAA

    Chaque tage est compos d'un monostable multivibrateur et de deux transistors. Cette carte est

    compose de trois fonction : d'un "Pulse Stretcher", "Pulse Amplifier" et d'u