Soutenance mémoire
Nouvelle structure du système d’automatisation
Cahier des charges de la commande
Après avoir identifié les points critiques et trouvé une solution pour les éliminer, le cahier des charges peut désormais être rempli. Ce cahier des charges est établi sur la base des différentes configurations possibles, des impératifs techniques, des règlements, des normes et conjointement avec les désirs de L’Office National de l’Electricité et de l’Eau potable – Branche électricité.
La commande
La commande doit être constituée d’un automate programmable API, qui comporte une mémoire programmable par un utilisateur automaticien à l’aide d’un langage adapté, pour le stockage interne des instructions composant les fonctions d’automatisme suivantes :
• Logique séquentielle de démarrage et d’arrêt du groupe
• Traitement combinatoire de gestion des défauts
• Temporisation, comptage, décomptage, comparaison
• Calcul arithmétique (calcul de débit, de position…)
• Réglage, asservissement, régulation, etc., pour commander,
mesurer et contrôler (régulation de niveau, de vitesse, d’excitation, de positionnement du cercle de vannage,…).
Principe de fonctionnement de la commande
L’automate doit assurer le démarrage, l’arrêt et la protection des machines, le couplage au réseau et le réglage de la charge. Si le groupe est à l’arrêt et qu’il reçoit l’ordre de démarrage, l’automate doit vérifier que les conditions le permettent, en particulier l’absence de défaut, les conditions préliminaires. Il donne les ordres nécessaires à chaque phase de démarrage, phases qui sont déterminées par la position des organes manœuvrés :
• Mise en service des auxiliaires du groupe, mise en pression de l’huile de commande, des réfrigérations
• Mise en service de la régulation de vitesse et ouverture de la vanne de pied puis du distributeur pour amener le groupe à la vitesse nominale
• Mise en service de la régulation de tension et excitation jusqu’à
égaliser la tension de l’alternateur et la tension du réseau
• Mise en service du synchro-coupleur et couplage quand les conditions de fréquence, de tension et de phase en sont remplies
• Prise de charge et réglage de celle-ci Si un ordre d’arrêt normal est donné, l’automate procède aux actions suivantes :
• Fermeture de la vanne de pied et du cercle de vannage à la vitesse normale de manœuvre calculée pour éviter les surpressions dans la conduite forcée
• Désexcitation de l’alternateur et ouverture du disjoncteur quand le courant du stator est nul
• Arrêt des services auxiliaires du groupe quand l’arrêt est effectif En marche, l’automate reçoit les valeurs des mesures des capteurs nécessaires à la protection du groupe. Ce sont :
• Les températures des organes mécaniques (pivot, paliers) et électriques (air et bobinage de l’alternateur, huile du transformateur)
• Les valeurs électriques (intensité, tension, puissance active et réactive)
• Les mesures de vibrations, des détecteurs de gaz du transformateur En cas de dépassement d’un seuil, l’automate donne un ordre d’arrêt normal ou d’urgence et une signalisation. En cas d’arrêt d’urgence, l’automate arrête le groupe par :
• Ouverture du disjoncteur et simultanément fermeture rapide du cercle de vannage, de vanne de pied et de la vanne de tête
• Désexcitation rapide de l’alternateur puis mise en arrêt bloqué
de la machine
• Arrêt des auxiliaires du groupe quand l’arrêt est effectif. La machine ne pourra redémarrer que lorsque la situation bloquante aura disparu ou lorsque le défaut sera éliminé.
Contrôle commande
L’installation peut fonctionner en mode automatique, manuel ou télécommandé. Les réglages de tous les paramètres peuvent être réalisés sur place et au centre de télégestion grâce à une interface homme-machine réunissant toutes les informations sur une interface illustrée. Cette interface contient au minimum les informations suivantes:
• Tension, intensité, Puissance active et réactive, fréquence, déphasage
• Indicateur d’ouverture du distributeur
• Indication du niveau amont
• Indication de charge de la batterie du groupe
• Compteur d’heures de marche, compteur de démarrages
• Températures des paliers et du bobinage de l’alternateur
• Commande manuelle des consignes de charge, vitesse et tension
• Arrêt d’urgence (sur SDC) et salle turbines
Nouvelle structure du système d’automatisation
Solutions proposées
Nouvelle technologie d’automatisation
La solution retenue pour le remplacement du système de commande existant est l’utilisation d’automates programmables industriels de la marque SIEMENS beaucoup plus performant, avec un très haut niveau de disponibilité et des vitesses de communication plus rapides. Le système SIMATIC PCS 7, issu du leader mondial en matière d’automatisation SIEMENS, dépasse de loin les performances des systèmes d’automatisation classiques. Le choix d’un tel système n’est pas aléatoire, car, hormis ses prestations techniques modernes et performantes, il permet l’interchangeabilité de données avec des API d’autres marques. Plus encore, toutes les centrales de l’ONEE – Branche électricité avec un système de commande de dernière génération utilisent des API SIEMENS ; cela grâce à la coopération entre l’office et SIEMENS, et le contrat de maintenance signé avec cette dernière qui plus est l’unique opérateur en matière d’automatisation implémenté au Maroc.
Périphérie décentralisée
Lors de la mise en place d’une installation, les Entrées/Sorties assurant la liaison avec le processeur sont souvent regroupés dans l’automate,lorsque les distances entre les E/S et l’Automate sont grandes. Le câblage peut devenir très compliqué et peu clair, et la perturbation électromagnétique peut affecter la fiabilité, donc pour ce type d’installation des stations de périphérie seraient favorables. Une station ET200M peut accueillir jusqu’à 8 modules E/S avec au plus deux modules de communication type IM153.2 qui permettent la communication avec la CPU de l’automate et lemodule d’alimentation. La vitesse de transmission peut aller jusqu’à 12 Mbit/s sur PROFIBUS.
Haut niveau de disponibilité
Les contrôleurs à haute disponibilité sont utilisés dans le but de supprimer les risques d’arrêt de production. Le supplément d’investissement à consentir est souvent négligeable comparé aux coûts et risques engendrés par des arrêts de production éventuels. Plus un arrêt de production est coûteux, plus l’utilisation d’un système à haute disponibilité est rentable. Afin d’assurer la garantie et la fiabilité du niveau d’automatisation, des automates redondants sont une solution efficace, c’est-à-dire que les automates seront équipés de deux modules d’alimentation, deux CPU et deux
interfaces de communication. Les deux CPU sont doté de sous modules de synchronisation permettant leur synchronisation via des filtres optiques.
Les programmes d’utilisateurs chargés sur les CPU sont parfaitement identiques et sont exécutés de manière synchrone. En cas de défaillance de la CPU active, l’AP bascule automatiquement sur la CPU redondante, la commutation s’effectue sans conséquence pour le processus.
Télé-gestion via le World Wide Web
Le serveur Web PCS 7 basé sur le système d’exploitation Microsoft Windows Server 2003 offre la
possibilité d’effectuer la conduite et la supervision de l’installation via Intranet/Internet.
Le serveur Web PCS 7 utilise les mécanismes d’un multi-client afin d’accéder aux serveurs asservis, rendant ainsi les données du projet disponibles partout dans le monde via Internet.
Pour la télégestion via le World Wide Web, l’opérateur peut accéder aux données du projet mises à disposition par le serveur Web PCS 7 via un client Web. Le client Web utilise à cet effet Internet Explorer et des plug-ins pouvant être installés via le World Wide Web. La conduite de l’installation via un client Web s’effectue de la même manière que via un client OS. L’utilisateur doit se connecter sur le client Web comme sur un client OS et les règles d’attribution des droits sont également les mêmes.
Composants du système
Système opérateur
Le système opérateur du système de contrôle de procédés SIMATIC PCS 7 permet une conduite sûre et conviviale du processus par le personnel d’exploitation. L’opérateur peut surveiller le déroulement des procédés à l’aide de différentes vues et intervenir si nécessaire. L’architecture du système opérateur pourra afficher l’intégrité des informations issues de toutes les installations de la centrale. Dans notre cas, un système opérateur multiposte sera nécessaire pour la gestion de la centrale aussi bien localement et qu’à distance (télégestion). Un système multiposte se compose de postes de conduite (clients) qui reçoivent des données (données de projets, valeurs de procédé, archives, alarmes et messages) d’un ou plusieurs serveurs via un réseau de terminaux. Lorsqu’une disponibilité importante est exigée, les serveurs peuvent également être utilisés en mode redondant. Les serveurs redondants sont synchronisés automatiquement à grande
vitesse.
Contrôleurs
Le système de contrôle de procédés SIMATIC PCS 7 offre une gamme diversifiée de contrôleurs aux performances parfaitement harmonisées sur une large gamme de puissance or pour commander le système proposé, l’utilisation d’automates redondants est une exigence. L’automate SIMATIC S7-400 est la solution ultime pour la haute disponibilité parmi tous les contrôleurs de la série SIMATIC PCS 7, les propriétés suivantes rendent le SIMATIC S7-400 idéal pour une utilisation en tant que contrôleur :
• structure modulaire et sans ventilateur
• grande évolutivité et robustesse
• structure simple ou redondante
• nombreuses possibilités de communication
• fonctions intégrées au système
• connexion facile de la périphérie E/S centralisée ou décentralisée
Système multiposte à architecture client/serveur
Communication
Module de sécurité SCALANCE S612
Le module de sécurité d’accès SCALANCE S612 est au cœur du nouveau concept industriel de sécurité d’accès réseau de Siemens, basé sur la protection des cellules d’automatisation et des segments de réseau. Il permet une plus grande protection du réseau d’automatisation contre les
dangers internes, comme les accès non autorisés volontaires ou involontaires par des employés ainsi que les charges excessives ou inutiles de la communication. Dans le cas de l’accès distant via des réseaux non-sécurisés, comme Internet ou le WAN, le cryptage peut être utilisé pour préserver la communication contre l’espionnage et la falsification des données.
Routeur SCALANCE M875
Un routeur est un élément intermédiaire dans un réseau informatique assurant le routage des paquets. Son rôle est de faire transiter des paquets d’une interface réseau vers une autre, au mieux, selon un ensemble de règles. Le routage est le mécanisme par lequel des chemins sont sélectionnés dans un réseau pour acheminer les données d’un expéditeur jusqu’à un ou plusieurs destinataires. Afin de transmettre un message d’une machine à une autre sur un réseau,celui-ci est découpé en plusieurs paquets transmis séparément. Un paquet inclut un « en-tête », comprenant les informations utiles pour acheminer et reconstituer le message, et encapsule une partie des données. Le routeur utilisé est un routeur UMTS, EGPRS (GPRS avec Edge) et GPRS pour la communication IP sans fil d’automates basés sur Industrial Ethernet via des réseaux de téléphonie mobile UMTS/GSM. La vitesse de transmission est élevée grâce à l’UMTS (jusqu’à 14,4 Mb/s). Le routeur SCALANCE M875 a des fonctions de sécurité intégrées avec parefeu.Il peut être utilisé aussi bien comme serveur VPN ou comme client.
Commutateur SCALANCE X308-2LH
Un commutateur réseau, ou Switch, est un équipement qui relie plusieurs segments (câbles ou fibres) dans un réseau informatique et de télécommunication et qui permet de créer des circuits virtuels. Le commutateur établit et met à jour une table, dans le cas du commutateur pour réseau Ethernet il s’agit de la table d’adresses MAC, qui lui indique sur quels ports diriger les trames destinées à une adresse MAC donnée, en fonction des adresses MAC sources des trames reçues sur chaque port. Le commutateur construit donc dynamiquement une table qui associe des
adresses MAC avec les ports correspondants. La connexion des abonnés au bus fait appel à des commutateurs Industrial Ethernet. Les commutateurs Industrial Ethernet de la gamme de produits
SCALANCE X sont particulièrement recommandés, car ils offrent des performances élevées et supportent diverses possibilités de configuration. Le commutateur SCALANCE X308-2LH comporte 2 ports Ethernet Gigabit optiques pour des distances allant jusqu’à 40 km, 1 port Ethernet Gigabit
cuivre et 7 ports FastEthernet cuivre.
Serveur industriel IBM Power 730
express Un serveur est un dispositif informatique matériel ou logiciel qui offre des services, à différents clients. Les services les plus courants sont le partage d’informations, l’accès au World Wide Web, le partage d’imprimantes et bien d’autres. Un serveur fonctionne en permanence, répondant automatiquement à des requêtes provenant d’autres dispositifs informatiques (les clients), selon le principe dit client-serveur. Le format des requêtes et des résultats est normalisé, se conforme à des protocoles réseauxet chaque service peut être exploité par tout client qui met en œuvre le protocole propre à ce service. Le serveur industriel IBM Power 730 express est un serveur à hautes performances, dense et à faible consommation d’énergie, idéal pour exécuter de multiples charges de travail d’applications et d’infrastructure dans un environnement industriel.
Caractéristiques
• Modules de processeurs : 16 cœurs à 4,2 GHz
• Mémoire cache 10 mégaoctets (Mo) par cœur
• Capacité disque Jusqu’à 5,4 téraoctets (To)
• Ethernet : 4 ports Ethernet 10/100/1000 Mbits/s
Modem téléphonique SIEMENS MD3
Le modem (modulateur/démodulateur) est un dispositif électronique, en boîtier indépendant ou en carte à insérer dans un ordinateur, qui permet de faire circuler (réception et envoi) des données numériques sur un canal analogique. Il effectue la modulation : codage des données numériques, synthèse d’un signal analogique qui est en général une fréquence porteuse modulée. L’opération de démodulation effectue l’opération inverse et permet au récepteur d’obtenir l’information numérique.
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Table des matières
Sommaire
Introduction
Chapitre 1 Présentation de l’ONEE et du complexe Allal Al Fassi
I-Présentation de l’ONEE – Branche électricité
1.Introduction
2.Activités
2.1.Production
2.2.Transport
2.3.Distribution
3.Organisation
II-Présentation du complexe Allal Al Fassi
1.Introduction
2.Ouvrages du complexe
2.1.Barrage Allal Al Fassi
2.2.Galerie d’amenée
2.3.Bassin de
2.4.Cheminée d’équilibre
3.Disposition des ouvrages
Chapitre II ·Fonctionnement de la centrale Allal Al Fassi
1.Introduction
2.Composants de l’aménagement
2.1.Conduites
2.2.Turbo-alternateur
2.3.Excitation
2.4.Services auxiliaires
2.5.Transformateurs
2.6.Système d’automatisation
2.7.Régulation de vitesse
3.Principe de fonctionnement de la centrale
Chapitre 3 ·Analyse du problème et définition du cahier des charges
I-Analyse du problème
1.Introduction
2.QQOQCP
II-Cahier des charges de la commande
1.Introduction
2.La commande
3.Principe de fonctionnement de la commande
4.Contrôle commande
Chapitre 4 ·Nouvelle structure du système d’automatisation
1.Solutions proposées
1.1.Nouvelle technologie d’automatisation
1.2.Périphérie décentralisée
1.3.Haut niveau de disponibilité
1.4.Télé-gestion via le World Wide
2.Composants du système
2.1.Système opérateur
2.2.Contrôleurs
2.3.Communication
3.Schémas de connexions des automates
Conclusion
Annexes
La commande du groupe
Les automates programmables industriels
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