ﻦﻳﺮﻘﻤﺑ ﺎﻴﺟﻮﻟﻮﻨﻜﺘﻟا و فﺮﺼﺘﻟا مﻮﻠﻌﻟ … · etude...

مقرينب التكنولوجيا و التصرف لعلوم الخاصة الكلية

Faculté Privée des Sciences de Gestion et de Technologie de Mégrine

RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES

Présenté en vue de l’obtention du diplôme national d’ingénieur

(Génie informatique)

Spécialité : Informatique Industrielle

Réalisé par : Encadré par :

JOMAA Salwa CPC : M. BOUWAZRA Rachid

UPES : M. Ben Sassi Hammadi

Société d’accueil

Carthage Power Company

Année Universitaire 2011/2012

Etude d’un système de gestion des protections incendie d’une turbine à gaz à base de l’automate Siemens S7300

Remerciements

Au terme de ce travail je tiens à exprimer mes vifs remerciements spécialement à mes

encadreurs Mr BOUWAZRA Rachid et Mr BEN SASSI Hamadi pour leur encadrement et

leurs conseils judicieux tout aux long du projet.

Je tiens à remercier tous ceux qui m ont aidé à réaliser ce projet : Mr ELAID Faouzi chef de

département exploitation dans la centrale CPC, Mr SIFI Ali facility operator,

Mr LAKHOUA Mehdi Coordinateur control commande au sein de la centrale CPC,, Mr

BEL HADJ Maroune Shift coordinateur dans la centrale CPC, Mr GAHAR Sofien Shift

coordinateur dans la centrale CPC, Mr BEN AMOR Mourad technicien en électricité, Mr

ABROUG Wassim technicien en instrumentation, pour leur collaboration dans la

réalisation de ce travail.

Nous remercions particulièrement les membres de jury pour avoir accepté d’examiner et de

juger ce travail.

A tous ceux qui ont participé de prés ou de loin à la réalisation de ce travail qu’ils trouvent

tous ici la témoignage de notre profonde gratitude

JOMAA Salwa

Dédicace

A mes parents

Que nulle dédicace ne puisse exprimer ce que je leur dois, pour leur bienveillance,

leur affectation et leur soutien dont ils ont toujours fait preuve. Trésors de

bonté, de générosité et de tendresse, en témoignage de mon profond amour et ma

grande reconnaissance « Que Dieu vous garde »

A mes frères

Je leur dédie ce modeste travail en témoignage de mon grand amour et ma

gratitude infinie.

A mes cousins

Je leur dédie ce projet de fin d’étude et je les prie d’agréer l’assurance de mes

meilleurs sentiments les plus sincères.

Liste des figures CPC/UPES

JOMAA Salwa

Sommaire

Introduction générale………………………………………………………….………….. 1

Cahier de charge…………………………………………………………………………... 3

Chapitre 1 : Contexte du projet …………………………………………………………. 4

I.1. Introduction………………………………………………………………………… 5

I.2.1. Organigramme de la centrale…………………………………………………. 6

I.2.2. Données technique de la centrale………………………………………………. 6

I.2.3. Cycle de production de la CPC ………………………………………………... 7

I.2.4. Description d’une turbine à gaz………………………………………………... 8

I.3. Description du système de protection incendie de la turbine à gaz………………... 9

I.3.1. Description de l’armoire de la protection incendie MINIMAX FMZ4100…… 10

I.3.2. Principe de fonctionnement du système de protection incendie………………. 16

I.3.3. Principe de fonctionnement de détecteur thermostatique……………………… 17

I.3.3.1. Seuil de déclenchement des détecteurs thermostatique…………………... 18

I.3.4. Points faible du système de protection incendie……………………………….. 18

I.3.5. Solution proposées……………………………………………………………... 19

I.3.5.1. Principe de fonctionnement du thermocouple……………………………. 20

I.3.5.2. Alarmes déclenchés……………………………………………………….. 23

Conclusion…………………………………………………………………………………… 23

Chapitre II : Chaine d’acquisition………………………………………………………… 24

II.1. Introduction………………………………………………………………………… 25

II.2. Automate Siemens Simatic S7300…………………………………………………. 25

II.2. 1. Avantages S7300……………………………………………………………...... 25


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II.2.2. Compositions de l’automate S7300……………………………………………. 26

II.2.3. Caractéristiques du CPU 312C………………………………………………… 27

II.2.4. Interface de communication PC-API………………………………………….. 28

II.2.5. Choix des modules……………………………………………………………... 28

II.2.5.1. Caractéristiques des modules d’entrées/sorties…………………………… 29

II.3. Programmation de l’automate S7300………………………………………………. 33

II.4. Le logiciel de programmation STEP 7……………………………………………... 34

II.5. Programmation du système de protection incendie de la turbine à gaz……………. 35

II.5.1. Paramétrages des modules analogiques……………………………………….. 36

II.5.2. Gestion des mnémoniques……………………………………………………... 39

II.5.3. Description di programme utilisateur………………………………………….. 43

II.5.4. Acquisition des données………………………………………………………... 44

II.5.4.1. Acquisition des paramètres de la température…………………………….. 44

III.5.4.2. Acquisition des paramètres de la pression……………………………….. 48

II.5.5. Configuration des alarmes……………………………………………………... 49

II.5.5.1. Alarmes défaut système CO2……………………………………………... 49

II.5.5.2. Alarme défaut mesure température……………………………………….. 50

II.5.5.3. Température haute………………………………………………………… 51

II.5.5.4. Pré-alarme feu……………………………………………………………. 52

I.2.5.5. Alarme activation des électrovannes……………………………………… 52

Conclusion…………………………………………………………………………………… 53

Chapitre III : Etapes de mise en service des solutions proposée………………………... 54

III.1. Introduction……………………………………………………………………….. 55

III.2. Interface de supervision avec WINCC…………………………………………….. 55


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III.2.1. Description du logiciel de supervision WINCC………………………………. 55

III.2.2. Supervision sous WINCC……………………………………………………... 55

III.2.2.1. Intégration du projet Step7……………………………………………….. 55

III.2.2.2. Création des vues………………………………………………………… 57

III.2.2.3. Création de la table de variable…………………………………………... 57

III.2.2.4. Navigation entre les vues………………………………………………… 58

III.2.2.5. Réalisation de l’interface de supervision du système de protection 58

III.3. Réalisation d’un simulateur du système de protection incendie (bac d’essaie)…… 64

III.3.1. Choix des matériels……………………………………………………………. 64

III.3.2. Câblage des matériels dans l’automate S7300………………………………… 67

Conclusion…………………………………………………………………………………….. 67


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Liste des abréviations :

CPC Carthage Power Company

MPI Multi Point Interface

PEW Périphérique Entrée Word

AI Analog input

S7-PLCSIM Simulateur

FC105 Bloc de mise en échelle

M Memory (Zone de mémoire)

OB Organisation bloc

MW Mot (16 BITS)

MD Double mot (32 BITS)

CPU Central Processing Unit

TOR Tout ou rien

HMI Human machine interface


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Liste des figures :

Figure I.1 : Cycle de production de la centrale 8

Figure I.2 : Schéma d’une turbine 9

Figure I.3 : Vue de face de l’armoire incendie 10

Figure I.4 : Architecture de l’armoire de détection incendie 14

Figure I.5 : Emplacement des détecteurs thermostatiques dans la turbine à gaz 17

Figure I.6 : Schéma de détecteur thermostatique 17

Figure I.7 : Schéma d’un thermocouple 21

Figure I.8 : Forces électromotrices en fonction de la température d’un 22

Figure II.1 : Automate S7300 26

Figure II.2 : Composition du CPU 312C 27

Figure II.3 : CPU 312C 27

Figure II.4 : Interface de communication API 28

Figure II.5 : Schéma de branchement et de principe des thermocouples 30

Figure II.6 : Exemple du câblage des thermocouples dans un module SM331 31

Figure II.7 : Schéma de branchement et de principe d’un transducteur de mesure à

2 et 4 fils

32

Figure II.8 : Schéma de branchement et de principe du SM323 33

Figure II.9 : Création du projet sur STEP7 35

Figure II.10 : Choix des modules 36

Figure II.11 : Adresses du premier module AI8X12 bit 37

Figure II.12 : Adresses du deuxième module AI8X12 bit 37

Figure II.13 : Configuration des entrées du module 38


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Figure II.14 : Adresses des modules AI8X13 bit 38

Figure II.15 : Configuration des types de mesures 39

Figure II.16 : Gestion des mnémoniques 40

Figure II.17 : Schéma de bloc de mise à l’échelle de fonction FC105 45

Figure II.18 : Acquisition des valeurs du thermocouple avec la fonction FC105 46

Figure II.19 : Chargement de la fonction FC105 46

Figure II.20 : Courbe de température en fonction de la valeur numérique du FC105 47

Figure II.21 : Chargement de la fonction FC105 48

Figure II.22 : Courbe de pression en fonction de la valeur numérique du FC105 48

Figure II.23 : Programmation alarme défaut système CO2 zone 2 50

Figure II.24 : Alarme défaut mesure température palier 4 zone 2 51

Figure II.25 : Alarme température haute palier 4 zone 2 51

Figure II.26 : Pré-alarme feu zone 2 52

Figure II.27 : Activation des électrovannes CO2 zone 3 53

Figure III.1 : Intégration du projet Step7 dans WINCC 56

Figure III.2 : Liaison avec l’automate S7300 56

Figure III.3 : Exemple des variables utilisés dans WINCC 58

Figure III.4 : Architecture des vues de supervision 59

Figure III.5 : Vue initiale avant de connaitre l’identité d’utilisateur 59

Figure III.6 : Vue initiale 60

Figure III.7 : Vue de supervision principale de système de protection incendie 61

Figure III.8 : Vue de supervision principale de systéme de protection incendie 61

Figure III.9 : Vue de forçages des variables 62

Figure III.10 : Exemple des courbes de température des 4 thermocouples de la zone3 63


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Figure III.11 : Exemple des courbes de pression dans les 3 zones CO2 64

Figure III.12 : Potentiomètres 2.5 KΩ 65

Figure III.13 : Schéma de branchement et de principe de sonde thermique 65

Figure III.14 : Schéma de câblage de potentiomètre dans le module SM331 67

Introduction générale CPC/UPES

JOMAA Salwa Page 1

Introduction générale

Chaque année, des dizaines des personnes sont directement ou indirectement victimes d'un

incendie. Les brûlures peuvent être considérées comme étant les lésions les plus graves

susceptibles de marquer un être humain. Un grand nombre des personnes sont également

victimes d'intoxication par la fumée lors d'un incendie. De plus, du point de vue émotionnel,

un incendie laisse aussi des séquelles chez les personnes concernées, lesquelles ont souvent

besoin de beaucoup de temps pour les assimiler.

Pour une entreprise, un incendie peut avoir des conséquences catastrophiques. Parfois, un

redémarrage des activités de l'entreprise n'est financièrement pas possible en raison de la perte

de sa position sur le marché, provoquée par un arrêt forcé de ses activités. Un incendie porte

également toujours préjudice à l'environnement. Chaque incendie a en effet une incidence sur

l'environnement suite au dégagement de produits de combustion toxiques et à la propagation

de résidus de l'incendie dans l'environnement.

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

beaucoup d'entreprises frappées d'un incendie.

Le préjudice économique suite à un incendie est considérable. Les montants concernent

uniquement les dommages directs estimés résultant d'un incendie. Le préjudice économique

indirect est souvent plus élevé. Pensez par exemple au préjudice économique suite à la perte

des outils de production et des stocks, aux coûts salariaux, aux coûts d'intervention des

services d'incendie, aux coûts de déblaiement, aux coûts de réorganisation et de

reconstruction, etc. L'ampleur du préjudice économique indirect est inconnue, mais peut être

un multiple des dommages directs.

Une bonne sécurité incendie est dans l'intérêt de tous. Incontestablement dans le cas de

grands projets où certains aspects financiers peuvent être intéressants, étant donné que la

sécurité incendie peut contribuer à réduire le montant des primes réclamées par les

assurances. Mieux vaut prévenir que de devoir éteindre un incendie!

La sécurité des systèmes est devenue un point essentiel lors de leur conception et de leur

exploitation tant pour des questions de sureté de fonctionnement, que de question de


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rentabilité. Un plan de sécurité mal adapté à un système peut également conduire à une

situation critique, dangereuse aussi bien pour les personnes que pour les matériels et

l’environnement. Les systèmes ne représentant pas de risques physiques en cas de

dysfonctionnement entrainent un surcout d’exploitation non négligeable pour l’entreprise.

C’est la raison pour laquelle la CPC (Carthage Power Company) a proposé la réalisation

d’une étude de gestion de système de protection incendie de la turbine à gaz pour extraire les

défaillances du système existant. Et mettre en place des solutions pour minimiser

l’apparition de tous les risques.

Pour la présentation de notre travail, nous avons articulé notre rapport en trois chapitres

génériques :

♦ Le premier chapitre, est consacré au contexte de projet dans lequel nous avons fait

une présentation de la société d’accueil, une description du système de protection incendie

dans la turbine à gaz avec tous ces points faibles et finalement une proposition des solutions

de tous ces différents problèmes.

♦ Le second chapitre est dédié à la programmation de notre système sur STEP7.

Nous y présentons les différentes étapes pour la réalisation de notre programme.

♦ Le dernier chapitre évoque les trois parties nécessaires pour la mise en œuvre

pratique de notre travail qui sont les suivantes : le développement d’une interface pour la

supervision de notre application, la simulation, et la validation.

Une conclusion générale et des perspectives marqueront la fin de notre manuscrit.


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Cahier de charges

Notre projet intitulé «Modernisation du système de protection et de contrôle commande

d’une cellule de départ moteur moyenne tension» consiste à élaborer une application qui a

pour objectif de faire la supervision et le contrôle en temps réel des paramètres de système de

la protection incendie.

Notre travail est subdivisé en deux parties : partie programmation sur STEP7 et partie

supervision sur WINCC.

La première partie consiste à concevoir un programme répondant aux fonctions

principales du système de la protection incendie installé dans une turbine à gaz en utilisant

STEP7. Le programme ainsi développée doit permettre la :

- Suivie en temps réel des paramètres de température dans les différntes zones de laturbine

à gaz.

- Suivie en temps réel des paramètres de pression dans les différents racks CO2 de trois

zones de protection incendie.

- Gestion des alarmes du système.

Dans la deuxième partie, on utilisera WINCC qui consiste à superviser et à surveiller

notre système.

Contexte de projet CPC/UPES

JOMAA Salwa Page 4

Chapitre 1 :

Contexte du projet


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I- Contexte du projet I.1. Introduction :

Afin de mettre le projet dans son contexte, il est indispensable tout d’abord de donner un petit

aperçu sur l’entreprise d’accueil. Ainsi, une description du système de protection incendie

dans la turbine à gaz avec ses différentes problématiques.

I.2. Présentation de la centrale :

Carthage Power Campany (CPC) est une société à responsabilité limitée (SARL), elle a été

fondée en 1996 suite d’un appel d’offre lancé par le ministère de l’industrie. Elle a été

construite par ALSTOM, dont le capital est partagé en 2 actionnaires :

- 60% détenus par BTU (BRITH THERMAL UNIT Power Company)

- 40% restant par MARUBENI (Maison de commerce Japonaise)

CPC est le premier producteur privé d’énergie électrique en Tunisie qui assure 23% de la

production nationale d’électricité (la STEG est considéré son unique client en électricité et

son unique fournisseur de gaz).

CPC s’est fixé une mission d’envergure à savoir être à la hauteur des attentes de la Tunisie en

termes de fiabilité dans le domaine de la production efficace et non polluante suite à sa

conscience de son rôle majeur au sein de la société et de la responsabilité environnementale.


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I.2.1. Organigramme de la centrale :

I.2.2. Données techniques de la centrale :

La centrale Carthage Power Company est une centrale à cycle combiné : 1VEGA 209 E 2P AF

1 Nombre de tranche identique

VEGA Vapeur et gaz

2 Nombre de turbine à gaz

9 E Type de la turbine à gaz

2P Cycle eau / vapeur

AF Feux additionnels

Plant Manager

EC&I Manager Chemical Manager

Mechanical Maintenance

Operation Manager

Shift Coordinator

Facility Operator

Field Operator

Technical Office Manager

TO Mechanical Coordinator

TO Instrum. Coordinator

TO Electrical Coordinator


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I.2.3. Cycle de production de la CPC :

La CPC est une centrale électrique thermique à cycle combiné comprend deux turbines à gaz

(TG1A et TG1B) de puissance 115 MW chacune, construites par General Electric-Energy

GE, deux chaudières de récupération (Heat Recovery Steam Generator : HRSG) construites

par Aalborg et une turbine à vapeur de puissance 240 MW construite par ALSTOM, CPC a

une production d’énergie électrique totale environ 471MW.

La cycle de production est débutée par un compresseur d’air, son rôle est d’emmener l’air

filtré puis le compresser dans des chambres de combustion (14 chambres de combustion)

dans lesquelles des injecteurs introduisent le combustible principal (gaz ou gas-oil) et grâce à

la présence de deux bougies l’allumage s’effectue pour nous donne un gaz très chauds permet

la rotation de l’arbre de la turbine à gaz. Cette dernière est couplée avec un générateur

électrique (alternateur) qui produit finalement de l’électricité.

Ces gaz chauds deviennent des gaz d’échappement après leur passage par la turbine où ils

permettent de chauffer l’eau déminée provenant de la station de traitement d’eau à l’aide d’un

feu additionnel au niveau d’une chaudière pour qu’elle le transforme en vapeur. Ce dernier

permet d’actionner une turbine à vapeur couplée avec son alternateur qui produit l’électricité.

La vapeur sortant de la turbine à vapeur, passe dans un condenseur qui est refroidie par le

circuit eau de mer (CRF) pour être de nouveau réinjectée dans la chaudière.

Le schéma ci-dessous représente le cycle de production de l’énergi électrique dans le central.


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I.2.4. Description d’une turbine à gaz :

Le groupe thermique tel qu’il est conçu pour la plupart des installations, se compose d’une

turbine à gaz à un seul arbre en cycle simple prévu pour un fonctionnement continu et destiné à

entrainer un alternateur. La combustion d’un mélange air-combustible sert à produire la

puissance nécessaire à entrainer l’arbre du compresseur et principalement l’alternateur.

La turbine de compose d’un dispositif de démarrage (moteur de lancement), des auxiliaires

(pompes à huile, convertisseur de couple,…), d’un compresseur axial, d’un système de

combustion et d’une turbine à trois étages. Comme le montre le schéma ci-dessous, le

compresseur et la turbine sont reliés par un arbre unique, supporté par trois paliers.

Figure I.1 Cycle de production


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I.3. Description du système de protection incendie de la turbine à gaz :

Le système de la protection incendie dans la turbine à gaz est basée sur l’injection du CO2 en

cas d’un incendie. Ce système est conçu pour éteindre l’incendie en réduisant rapidement la

teneur en oxygène de l’air dans le compartiment à moins du 15%.Quelques seconde après le

signal en provenance de détecteurs, une injection massive de CO2 est fournie par le système de

décharge initiale dans les compartiments de la machine afin d’atteindre rapidement la

concentration nécessaire à l’extinction. Cette concentration est maintenue pendant une période

plus ou moins longue par le système de décharge prolongée qui apporte graduellement une

quantité supplémentaire de CO2.

Le système de protection incendie dans la turbine à gaz est contrôlé et commandé à l’aide

d’une armoire de détection incendie FMZ 4100. Cette armoire regroupe un ensemble des

équipements de détection et d’extinction incendie qui est constitué de :

- Des détecteurs thermostatiques situés dans les différentes zones de la turbine.

- Des brises de glace

- Des sirènes

- Un rack CO2 constitué par : des bouteilles CO2 (forment deux circuits : circuit

d’émission initiale et circuit d’émission de maintien, chaque circuit est isolé

par une vanne équipé par un contact de fin de course surveillé par l’armoire

Figure II.2 Schéma d’une turbine


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incendie), Pressostat, des électrovannes pilotes qui ouvrent les bouteilles CO2

et commandent la décharge, sont situés sur des têtes de décharge au niveau du

groupe des bouteilles, elles sont automatiquement commandées par un signal

électrique.

Chaque perturbation au niveau du systéme, un message est affiché sur l’armoire qui indique

la nature de défaut ou d’alarme avec une signalisation lumineux dans la zone de défaut.

(Voir figure I.3)

I.3.1. Description de l’armoire de la protection incendie MINMAX

FMZ 4100 :

La centrale de détection d’incendie FMZ 4100 est une centrale programmable, commandée

par microprocesseur, permettant l’analyse et le contrôle de groupes de détecteurs et de

boucles de commande, ainsi que l’activation d’installations d’extinction et d’un système de

transmission. Les groupes sont concentrés sur de cartes linéaires. Le type de base d’une carte

linéaire comprend :

Signalisation lumineux

Affichage du message d’alarme

Figure III.3 Vue de face de l’armoire incendie


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• 4 groupes pour raccorder des détecteurs automatiques.

• 4 groupes pour raccorder des détecteurs transmettant des contacts.

• 4 groupes pour raccorder des lignes primaires à surveiller avec possibilité d’activer des dispositifs d’alarme et des dispositifs de déclenchement électromécaniques.

D’où la possibilité d’analyser et de surveiller jusqu’à 12 lignes primaires avec une carte linéaire intégralement occupée.

La totalité des cartes enfichables du système FMZ4100 sont en format DIN. Un connecteur standardisé 64 broches les relie au circuit principal, qui renferme toutes les lignes d’alimentation.

Chaque carte comporte 8 boucles de détection (pour la détection d’incendie et le contrôle). Ces boucles sont subdivisées en boucles de détecteurs automatiques et de détecteurs à contact (boucle zener). Ilya 4 sorties de commande pour le contrôle et le déclenchement du systéme d’extinction. Pour que les blocs soient fonctionnels, nous avons :

• 4 boucles de détecteurs automatiques

• 1 boucle de déclencheurs manuels

• 2 boucles de contrôle du système d’extinction

• 4 sorties de déclenchements et de contrôle des composants du systéme d’extinction

Et pour la transmission des événements et des états est possible par la connexion de 8 relais. Ses fonctions sont comme suit :

• 4 relais « feu »pour les bouucles de détecteurs automatiques

• 1 relais « commande manuelle » pour la boucle de déclencheurs manuels

• 1 relais « emission »

• 1 relais de dérangement général de la zone d’extinction

Le contact de porte intervient dans la commande par les cartes de connexion des sorties de

commande (MVA4). Aucune extinction n’est activée si la porte de la centrale est ouverte, en

revanche, l’ouverture de cette porte pendant une extinction déjà commencée reste sans effet.

Pour que le central de détection surveille du bon fonctionnement du système, une tension


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constante régulée de 9V est envoyé aux groupes. Donc l’alarme, la rupture de fil et le court

circuit sont détectés via les modifications de la tension à l’intérieur du groupe. La tension de

celui-ci est envoyée à un convertisseur analogique numérique, puis le comparée par le

microprocesseur avec les paramètres programmée pour l’alarme, la rupture fil et le court

circuit de chaque groupe. Et pour la surveillance des groupes, il existe deux types de câblage

de circuit des groupes, soit un circuit avec résistance ou un circuit avec diode zener. Nous

avons traités un exemple de calcul de tension pour chaque circuit.

Pour le circuit avec résistance qui se trouve dans le câblage des détecteurs

thermostatiques et des sirènes :

Pour le fonctionnement normal, la tension au niveau du central est 9V.

U = R*I

I = U/R

→ I = 9/ (1,8 * 10^3)

I = 5.10^-3 A

En cas du contact fermé :

U = Req * I → Req = R1 * R2/ (R1 + R2)

I = U/ Req

I = 24 10^-3 A

En cas du court circuit :

U=0

9V

470 Ω 1,8 Ω


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Pour le circuit avec diode zener qui se trouve dans le câblage des brises de glace, des

pressostat et des électrovannes :

Pour le fonctionnement normal , la tension envoyée à l’armoire est:

U = 4,3 V

En cas d’alarme :

U = 2,7 V

En cas du court circuit :

U = 0V

En cas du rupture de fil :

U = 5,5 V

Le schéma ci-dessous décrit l’architecture de l’armoire de detection incendie.

U

2,7 VDC 4,3 VDC


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LAK8 : c’est une carte d’entrée, elle représente la liaison entre l’armoire et l’installation. Elle

comporte un bornier pour raccorder 8 boucles de détection (boucles aves résistances) et un

bornier pour raccorder 8 boucles de contacts secs (boucle avec diodes zener).

LK : c’est une carte de ligne.

ZKR : c’est la carte centrale comporte également les fonctions suivantes :

- Convertisseur analogique/numérique pour contrôler le courant.

- Horlôge secourue par pile incorporée en cas de défaut d’alimentation ou

lorsque la carte est retirée du tableau.*

- Génération des tensions de référence 5 V et 9 V.

MVA4 : Carte sortie 24 V pour alimenter les sirénes et les électrovannes.

SPEVR : c’est une carte de distribution de l’alimentation.

Electrovanne

LA

K 8

/1 :

16 e

ntré

es

IF2 : Carte interface

1,8

KΩ

470 Ω

LK

: ca

rte

de g

estio

n lig

ne

ZK

R U

nité

cen

tral

e

RK1 : Relais

MVA4 RK8/Z : carte relais

SPEVR : carte d’alimentation

Speed Tronic

Relais ventilateurs

MVA4

RK8/Z

LAK 8

Siréne

Figure IV.4 Architecture de l’armoire de détection incendie


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RK8 : c’est une carte relais comporte 8 relais, reliée à la carte d’extinction.

RK1 : c’est une carte relais prend le contact de porte et fournit deux contacts secs inverseurs.

Un contact donne 24V au module des zones et l’autre 0V aux sorties de commande

(électrovannes) qui ne doivent pas activées si la porte est ouverte.

Les schémas ci-dessous représente la disposition de ces différents carte au niveau l’armoire

incendie.

LLAAKK 88

RRKK11

SSPPEEVVRR

RRKK88

MMVVAA44

Cartes LK

Carte ZKR

Carte IF2


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I.3.2. Principe de fonctionnement du système de protection

incendie:

Le système de déclenchement CO2 est effectué par l’armoire incendie. Plusieurs cas peuvent

le déclenché :

1- Si un détecteur de chaque boucle de la même zone est activée c.à.d. un signal est

envoyé à l’armoire incendie lors de l’activation d’un détecteur de la première boucle,

une pré-alarme feu est affiché et la confirmation ne se fait que lors de l’activation d’un

deuxième détecteur de la deuxième boucle, dans ce cas une alarme feu est apparait au

niveau de l’armoire. La figure I.5 montre l’emplacement des détecteurs

thermostatiques dans les différentes zones de la turbine à gaz.

2- Si un brise de glace est activé, un signal est envoyé à l’armoire incendie qui indique

une feu est déclenché dans la zone.

3- Déclenchement d’un pressostat situé sur le circuit de l’émission de maintien de chaque

rack CO2 permet d’envoyé un signal aussi à l’armoire incendie qui indique le passage

du CO2.

Ces trois cas ont les mêmes conséquences, dés qu’une alarme feu apparait au niveau de

l’armoire incendie :

- les sirènes de la zone concernée seront activées

- Une alarme feu est envoyée au speedtronic (automate de la turbine à gaz) qui va triper

la turbine et fermer les vannes d’alimentation en combustible.

- Un signal est envoyé au CCM pour stopper les moteurs ventilateurs.

- Après 30 s, les deux électrovannes de chaque zone CO2 seront excitées. Ceci

provoque le déclenchement de système CO2 (Emission initiale et émission de

maintien).

- Le pressostat situé sur le collecteur de l’émission de maintien confirme le passage de

CO2 à l’armoire incendie.


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I.3.3. Principe de fonctionnement des détecteurs thermostatique :

Le détecteur thermostatique passe en alarme lorsqu’il détecte une température supérieure à un

seuil prédéterminer. Ces détecteurs fonctionnent sur le principe de bilame du fer à repasser

(deux lames s’échauffent différemment) et qui établissent un contact lorsque le seuil de la

température est atteint.

88 BT-1 88 BT-2 88 EF 88 VG

45 FA 45 FA 1B

45 FA 45 FA 2B

45 FT 1A 45 FT 1B

45 FT 2A 45 FT 2B

45 FT 3A45 FT 3B

45 FT 8A45 FT 8B

45 FT 9A45 FT 9B

45 FG 45 FT 9B

45 FG 2045 FG 21

Zone 1 Zone 2 Zone 3

Figure VI.6 Schéma d'un détecteur thermostatique

Figure V.5 Emplacement des détecteurs thermostatique dans la turbine à gaz


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I.3.3.1. Seuil de déclenchement des détecteurs thermostatique :

Lieu Seuil

Zone 1 Compartiment des auxiliaires 127 °F (52,77 °C)

Compartiment turbine 600 °F (315,55 °C)

Zone 2 Compartiment de puissance 600 °F (315,55 °C)

Tunnel 950 °F (510 °C)

Zone 3 Palier 4 127 °F (52,77 °C)

Palier 5 127 °F (52,77 °C)

I.3.4. Points faible du système de protection incendie :

Vu l’importance du système de protection incendie sur la disponibilité de la centrale et la

protection des personnels. Un incendie ou une fausse alarme peut avoir des conséquences

catastrophiques qui peuvent provoquer un arrêt forcé de la production ainsi qu’une grande

perte financière.

Il existe des défaillances au niveau du système de protection incendie installé dans la turbine à

gaz qui sont les suivants:

• Défaillance de détecteurs thermostatique : lors d’une élévation réelle de la température il

y a un risque que le détecteur thermostatique ne réagit pas vu qu’il est toujours au repos

donc il y a la possibilité que son contact ne se ferme pas.

• Aussi il y a coupure au niveau du fil de l’alimentation du détecteurs, il n’y a aucune

alarme ou message qui indique ce défaut.

• Il y a un risque sur la sécurité des exploitants puisqu’ils ne sont pas avertis de

l’augmentation de la température au niveau de la zone de déclenchement.

• Impossible de faire des actions correctives ou préventives puisqu’on ne peut pas

connaitre l’évolution de la température au cours du temps dans les différentes zones de

la turbine pour se protéger contre un incendie ou éviter un déclenchement.


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• En cas d’un incendie réel il y a un risque que les bouteilles CO2 ne sont pas pleines pour

pouvoir éteindre le feu puisqu’il n y a pas un système de vérification automatique de la

pression au niveau des bouteilles (un opérateur doit vérifier régulièrement l’indication

situé sur les bouteilles).

I.3.5. Solutions proposées :

Vu que les détecteurs thermostatiques installés dans la turbine à gaz fonctionnent comme des

interrupteurs donc on ne peut pas suivre l’évolution de la température au cours de temps pour

empêcher les conséquences graves suites au déclenchement d’une alarme qui peut être dans

plusieurs cas une fausse alarme. C’est pour cela la solution qu’on a choisi est de les

remplacer par des capteurs analogiques. Ces capteurs sont les thermocouples qu’ils vont

jouer le rôle des détecteurs thermostatiques et aussi nous permet de suivre l’évolution de la

température au cours du temps pour faire le nécessaire avant que le seuil d’alarme soit atteint.

Nous pouvons aussi faire une comparaison entre les valeurs de température des différents

thermocouples situés dans la même zone.

Aussi parmi les points faibles cités, on ne peut pas contrôler la pression au niveau des

bouteilles CO2 donc la solution s’était d’ajouter un transmetteur de pression au niveau des

collecteurs des bouteilles CO2 pour contrôler la pression des bouteilles en temps réel.


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Ces équipements et le reste des équipements du système de protection incendie seront liés à

une automate avec un système de supervision pour qu’on puisse voir les alarmes et contrôler

les paramètres du système en temps réel (température et pression).

I.3.5.1. Principe de fonctionnement du thermocouple :

Un thermocouple est constitué de deux jonctions reliant chacun de deux métaux ou alliage de

type différent.

Le principe de fonctionnement du thermocouple repose sur l’effet Seebek (une différence de

température entre les deux jonctions produit une force électromotrice de faible niveau mais

mesurable).

Les deux extrémités libres constituent un point de compensation, soit une jonction de

référence (jonction froid). Le thermocouple peut être étendu à l’aide d’un câble de

compensation ou un câble d’extension.

La tension thermoélectrique au niveau de la jonction de référence du matériau de fil du

thermocouple et de la différence de température entre la jonction chaud et la jonction froid.


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Pour les mesures de température, la température de la jonction froide doit être maintenue

constante ou connue avec précision

Jonction chaude (jonction de mesure) :

Jonction de l’ensemble thermocouple soumis à la température à mesurer. C’est le point où les

deux thermoélectriques sont soudés entre eux (dans notre cas on va utiliser un thermocouple

de type K donc les deux conducteurs sont Nickel chrome et Nickel aluminium)

Jonction froide (jonction de référence):

Jonction de l’ensemble thermocouple (à l’extrémité opposée à la jonction de mesure, une

connexion électrique entre le conducteur du thermocouple et un fil en cuivre) maintenu à une

température connue ou à 0°C.

Câble de compensation :

C’est un câble permettant de prolonger les fils de thermocouple à moindres frais constitué des

conducteurs différents en nature ou en qualité mais qui produisent dans une zone restreinte de

température la même f.e.m./°C que le thermocouple.

Câble d’extension :

C’est un câble permettant de prolonger les fils de thermocouple avec des conducteurs de

même nature.

Deux conducteurs différents

Jonction de mesure

Jonction de référence

Figure VII.7 Schéma d'un thermocouple


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Les avantages d’un thermocouple :

- Réponse rapide.

- Plages de température très étendues

- Conception compacte.

- Très haute résistance aux vibrations.

- Stabilité à long terme.

- Conception robuste

Choix de thermocouple :

Dans notre cas on va utiliser des thermocouples de type K (Chromel / Alumel ou nickel-

chrome / nickel-aluminium). Ces thermocouples sont les plus utilisé, sa gamme de

température d’emploi est très large (-200°C à 1300°C). Sa courbe f.é.m./température est

pratiquement une droite.

Figure VIII.8 Forces Electromotrice en fonction de la température d’un thermocouple


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I.3.5.2. Alarmes déclenchés :

- Alarme vers speed tronic lorsque l’un des deux vannes CO2 fermée « Défaut système

CO2 ».

- Alarme vers speed tronic lorsque les deux vannes CO2 fermées « système CO2

verrouillé ».

- Pré alarme feu lorsque un thermocouple de chaque zone indique une température

supérieure au seuil « Pré alarme feu ».

- Alarme feu lorsque deux thermocouple indiquent une température supérieure au seuil.

« Alarme feu ».

- Ordre d’activation sirène lorsqu’il y a une alarme feu. « Sirène activée»

- Déclenchement brise de glace « brise de glace activé » + « Alarme feu ».

- Comparaison entre les deux valeurs des deux thermocouples situés dans la même zone

« Défaut mesure thermocouple ».

- « Thermocouple en défaut ».

Conclusion :

En plus de fait que la centrale CPC satisfait environ 23% du besoin de la Tunisie en énergie

électrique, elle a un rendement nettement meilleur que les centrales classiques (turbine à gaz

et centrale thermique). Les performances (sécurité, disponibilité et rendement) de la centrale

sont étroitement liées à la disponibilité des équipements critiques. C’est dans ce cadre, la

direction de la centrale a proposé la réalisation de ce projet qui vise à améliorer le système de

protection incendie déjà installé dans la turbine à gaz.

Le chapitre qui suit traitera la première étape dans la réalisation du projet qui est la partie

programmation sur STEP7.

Chaine d’acquisition CPC/UPES

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Chapitre 2 :

Chaine d’acquisition


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II Chaine d’acquisition : II.1. Introduction :

Ce chapitre décrit, dans une première partie, une description de l’automate S7300, les

étapes que nous avons effectuées pour programmer l’automate à recevoir les données,

ainsi que la programmation que nous avons faite sur STEP7 et qui dépend de chaque type

de capteurs utilisés. Dans la deuxième partie nous précédons à l’acquisition instantanée de

données.

II.2. Automate Siemens Simatic S7300 :

Le SIMATIC S7300 est l’automate le plus vendu au monde dans le contexte Totally

Integrated Automation et peut faire une multitude de référence dans les secteurs industriels les

plus variées fabrication manufacturière, industrie automobile, construction mécanique

générale,… L’automate S7300 supporte de multiples tâches technologiques et offre de vastes

possibilités de communication.

Le Simatic S7300 conçu pour des solutions dédiées au système manufacturier et constitue à

ce titre une plate forme d’automatisation universelle pour des applications avec des

architectures centralisées.

II.2.1. Avantages S7300 :

Le S7300 offre des nombreux avantages :

• Une construction compacte et modulaire, libre de contraintes de configuration.

• Une riche gamme des modules adaptés à tous les besoins du marché est utilisable

en architecture centralisée ou décentralisée,

• Une large gamme de CPU adaptée à toutes les demandes de performances pouvant

obtenir des temps de cycle machine courts.

• Une économie d’ingénierie en utilisant les outils orientés application et normalisés

IEC1131-3 (normes d écrit les fonctions standard qui peuvent âtre utilisées dans le

programme API) tels que les langages SCL ou des logiciels executifs orientés

technologie pour le contrôle des mouvements.


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• Le S7300 possède une microcarte mémoire (MMC) utilisé en tant que carte

mémoire de données et de programme rend superflue l’utilisation d’une pile de

sauvegarde et économise les coûts de maintenance. De plus, il est possible de

sauvegarder un projet complet sur la MMC, y compris la table de mnémoniques et

les commentaires pour simplifier les interventions de maintenance.

II.2.2. Compositions de l’automate S7300 :

Le S7300 possède une structure modulaire et compacte. Les modules sont simplement

accrochés et vissés pour former un ensemble robuste conforme aux exigences CEM. Il ne reste

qu’a enfiché le connecteur de bus car chaque module intègre un tronçon de bus de fond de

panier.

L’automate S7300 est composée d’un module d’alimentation, d’un CPU et des modules

d’entrées sorties.

Figure II.1 Automate S7300


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II.2.3. Caractéristiques du CPU 312C :

Pour la réalisation de ce projet, nous avons choisi d’utilisé l’automate S7300 avec CPU 312C.

Le CPU 312C contient un module d’E/S logiques (TOR) intégrées (DI10/DO6XDC24V).

Module d’alimentation

CPU 312C

Module d’E/S

Interface MPI

Signalisation d’état

Commutateur de mode

Figure II.3 CPU 312C

Figure II.2 Composition du CPU 312C


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II.2.4. Interface de communication PC-API :

Nous avons établi une communication via une interface MPI. En faite, l’interface MPI

(Multi Point Interface) est une interface de communication intégrée à chaque automate

programmable SIMATIC S7 (SIMATIC S7/M7 et C7). Elle est utilisable pour les niveaux

terrain et cellule. Elle permet de communiquer l’automate avec le PC via RS232 ou USB.

II.2.5. Choix des modules :

La vaste gamme de modules S7300 permet une adaptation modulaire aux tâches les plus divers.

Le tableau ci-dessous représente la liste des équipements que nous allons brancher à l’automate

S7300.

Désignation Couleur Description

SF Rouge Erreur matérielle ou logicielle

DC5V verte Alimentation 5V pour CPU et bus S7300 correcte

FRCE jaune LED s’allume : requête de forçage active

LED clignote à 2 Hz : fonction test de clignotement de

l’abonné

RUN verte CPU en marche

LED clignote au démarrage à 2 Hz et à l’arrêt à 0,5 Hz

STOP jaune CPU à l’état de fonctionnement « STOP »

Figure II.4 Interface de communication MPI


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Entrées Analogiques Entrées Logiques Sorties

Nbre Equipements Nbre Equipements Nbre Equipements

16 Thermocouple 3 Pressostat (0-24 V) 7 Sirène

3 Transmetteur de

pression (4-20 mA) 9 Brise de glace (0-24 V) 8 Arrêt Ventilateurs

6 Fin de course (0-24 V) 6 Electrovannes

Pour nous permettons de configurer et de câbler ces équipements à l’automate S7300, nous

avons choisi d’utiliser en se basant sur les caractéristiques des modules d’E/S cinq modules :

Deux modules analogiques de type SM331 AI 8X12bit (Rèf : 6ES7 331-7KF02-

0AB0) pour configurer les thermocouples.

Un module analogique de type SM331 AI 8X13bit (Rèf : 6ES7 331-1KF01-

0AB0) pour configurer les transmetteurs de pression.

Un module logique de type SM323 DI16/DO16X24V/0,5A (Réf : 6ES7 323-

1BL00-0AA0).

II.2.5.1. Caractéristiques des modules d’entrées/sorties :

∗ Module SM331 AI 8X12bit :

Le module peut traiter 8 entrées analogiques et déclencher des alarmes de diagnostic et des

alarmes de processus. Un même module peut être configuré pour plusieurs types de mesure

(tension, courant, thermocouple).


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Comme le montre le schéma ci-dessus, nous pouvons connecter 8 thermocouples dans ce

module et puisque nous avons besoin des 16 thermocouples dans les différents zones de la

turbine à gaz c’est pour cela nous avons choisi 2 modules SM331 AI8X12 bit.

Le câblage des thermocouples dans le module analogique SM331 se fait comme suit :

Raccordement de l’alimentation (24V) dans le bornier 1 (L+).

Raccordement des conducteurs de compensation des thermocouples (M+ , M-).

Puisqu’on n’a pas utilisé une boite de compensation externe, c’est pour cela nous

faisons le court-circuitage des bornes de soudure froide (COMP, bornier 10 et 11).

Court-circuitage des voies inutilisées et câblage à la masse dans la bornier 20 (M).

La figure II.6 représente un exemple de câblage des 4 thermocouples du bornier 2 jusqu’à

bornier 9, le bornier 1 contient l’alimentation 24V et les reste borniers sont court-circuité et liés

à la masse.

Figure II.5 Schéma de branchement et de principe des thermocouples.


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∗ SM331 AI 8X13bit :

Le module peut traiter 8 entrées analogiques et déclencher des alarmes de diagnostic et des

alarmes de processus. Un même module peut être configuré pour plusieurs types de mesure

(tension, courant, résistance et température). C’est pour cela, nous avons choisi ce module

pour le branchement des transmetteurs de pression puisqu’il fourni un signal 4-20 mA.

La figure II.6 représente un exemple de branchement d’un transducteur 2 ou 4 fils selon le

choix des matériels.

Figure II.6 Exemple du câblage des thermocouples dans un module SM331


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∗ SM323 DI16/DO16X24V/0,5A :

Comme le montre la schéma ci-dessous a :

16 entrées, séparation galvanique (permet de

supprimer tout lien électrique entre une partie de

circuit et une autre) par groupe de 16

16 sorties, séparation galvanique par groupe de 8

Tension d’entrée nominale : 24Vcc

Tension d’alimentation nominale 24 Vcc

Entrées convenant pour des commutateurs et des

détecteurs de proximité 2, 3 ou 4 fils

Sorties convenant aux électrovannes, aux conducteurs à courant continu et aux

lampes de signal

Figure II.7 Schéma de branchement et de principe d'un transducteur de mesure à 2 et 4 fils pour mesure de courant


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Puisque nous avons plusieurs entrés et sorties TOR comme nous avons cité précédemment.

C’est pour cela, nous avons choisi ce module avec le module TOR DI10/DO6XDC24V déjà

intégré dans le CPU. La figure représente le maniére et le principe de branchement des

entrées et sorties TOR.

II.3. Programmation de l’automate S7300 :

Dans tout automate programmable, deux programmes s’exécutent :

∗ Le programme relatif au système d’exploitation de l’automate.

∗ Le programme utilisateur développé sur STEP7 puis chargé dans la CPU de

l’automate.

Octets des sorties

Octets d’entrées

Figure II.8 Schéma de branchement et de principe du SM323


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Le système d’exploitation de l’automate organise toutes les fonctions qui assurent le bon

fonctionnement de l’API. Il permet:

∗ Le démarrage de la CPU.

∗ L’actualisation de la mémoire image des entrées et l’émission de la mémoire

image des sorties.

∗ L’appel du programme utilisateur.

∗ L’enregistrement des alarmes et l’appel des OB d’alarmes.

∗ La détection et le traitement d’erreurs.

∗ La gestion des zones de mémoires.

∗ La communication avec les autres partenaires.

Le programme utilisateur assure quant à lui les fonctions nécessaires au traitement des

tâches d’automatisation du processus. Il permet de :

∗ Traiter les données du processus (opérations booléennes sur des données

binaires, lire et exploiter des valeurs analogiques, définir des signaux binaires

pour les sorties, écrire des valeurs analogiques).

La programmation de l’automate S7300 se fait à l’aide du logiciel STEP 7.

II.4. Le logiciel de programmation STEP7:

Le logiciel STEP 7 est l’outil standard de programmation des automates programmables

S7300. Basé sur la norme CEI 1131, STEP 7 répond à la norme européenne et allemende DIN

EN 6.1131-3. Il offre toutes les fonctionnalités nécessaires pour :

- Configurer et paramétrer le matériel

- Configurer la communication

- Programmer, tester et mettre en service l’automate

- Rechercher les défauts.

Il met à disposition du programmeur des fonctions d’assistance pour résoudre efficacement

les problèmes d’automatisation (Exemple : fonction système (SFC)...). STEP 7 est constitué


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d’un logiciel de base et de logiciels optionnels s’exécutant sous Windows. Le logiciel de base

STEP 7 assiste son utilisateur dans toutes les phases du processus de création des solutions

d’automatisation, par exemple la configuration et le paramétrage des matériels et de la

communication.

II.5. Programmation du système de protection incendie de la turbine à

gaz :

La première étape pour faire la programmation du système est de faire la création du projet.

Figure II.9 Création du projet sur STEP 7


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La deuxième étape est de faire la configuration et le paramétrage des modules et de la

communication selon les besoins.

II.5.1. Paramétrage des modules analogiques :

La connaissance de la méthode d’adressage de chaque module analogique représente une

étape primordiale dans l’acquisition des données. Lors du raccordement des capteurs à

l’automate, nous sommes sensés de savoir et respecter un certain adressage. L’automate ne

peut recevoir ni traiter les données que si l’instrument de mesure est branché à la bonne voie

du module d’entrée analogique, avec l’adresse d’entrée correspondante sur STEP7.

∗ Module AI8X12 bit: Les figures suivantes montrent les adresses de début et fin des modules analogique SM331

AI8x12 bit que nous avons utilisé dans notre projet :

Figure II.10 Choix des modules


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Figure II.11 Adresses du premier module AI8X12 bit

Figure II.12 Adresses du deuxième module AI8X12 bit


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L’étape suivante est de faire l’identification de type des entrées analogiques dans notre cas

nous avons choisi les types des thermocouples et la configuration des limites inférieure et

supérieure des alarmes de processus.

∗ Module AI8X13 bit: La figure suivante montre l’adresse de début et de fin du module AI8X13bit

Figure II.13 configuration des entrées du module

Figure II.14 Adresses des modules AI8X13 bit


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Comme nous avons cités précédemment, le module AI8X13bit nous avons choisi pour faire la

programmation des transmetteurs de pression. (voir figure II.12)

II.5.2. Gestion des mnémoniques :

Cette étape consiste à faire la déclaration des entrées/sorties du programme selon le

type de chaque entrée ou sortie. Pour opérandes TOR, l’adresse est débuté par « I » et

la sortie par « Q » puis le numéro de l’octet de module ensuite le numéro de bit. Mais

ce n’est pas le même cas pour les entrées TOR. Par exemple pour faire l’adressage du

thermocouple, l’adresse est débuté par PIW pour indiquer que l’entrée est un mot puis

l’adresse de l’octet de module et pour la sortie l’adresse est débutée par MD. (Voir

figure II.13).

Figure II.15 configuration des types de mesures


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Le tableau suivant contient la déclaration des entrées/sorties utilisés dans la programmation

du système de programmation incendie.

Emplacement Mnémoniques Opérande Type de donné Description

Zone 1

PT 169 PIW 304

INT

Transmetteur de pression zone 1

TE_1A PIW 256 Thermocouple Compartiment

auxiliaire zone1

TE_2A PIW 272 Thermocouple Compartiment

auxiliaire zone1

TE_ 3A PIW 258 Thermocouple Compartiment

auxiliaire zone1

TE_ 4A PIW 274 Thermocouple Compartiment

auxiliaire zone1

TE_1T PIW 260 Thermocouple Compartiment

Turbine zone1

Figure II.16 Gestion des mnémoniques


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Turbine zone1


Turbine zone1


Turbine zone1

HS_051A I 8.0

BOOL

Brise de glace zone 1

HS_051B I 8.1 Brise de glace zone 1

HS_051C I 8.2 Brise de glace zone 1

HS_051D I 8.3 Brise de glace zone 1

PSH 169 I 9.1 Pressostat zone 1

ZSL 170 I 9.4 Fin de course HV 170 zone 1

ZSL 199 I 9.5 Fin de course HV 199 zone1

FY 271 Q 8.1 Electrovannes zone 1


XA 060 A Q 8.6 Sirène & flash zone 1

XA 060 C Q 8.7 Sirène & flash zone 1

XL 060 B Q 9.0 flash zone 1

XL 060 D Q 9.1 flash zone 1

Zone 2

TE_1P PIW 264

INT

Thermocouple Compartiment de

puissance zone 2

TE_2P PIW 280 Thermocouple Compartiment de

puissance zone 2


puissance zone 2


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puissance zone 2

PT 270 PIW 306 Transmetteur de pression zone 2

HS_052A I 8.4

BOOL








Zone 3

TE_1P4 PIW 268

INT

Thermocouple palier 4 zone 3

TE_2P4 PIW 284 Thermocouple palier 4 zone 3



PT 370 PIW 308 Transmetteur de pression zone 3

HS_053A I 8.5

BOOL


HS_053B I 8.6 Brise de glace zone 3

HS_053C I 8.7 Brise de glace zone 3

HS_053D I 9.0 Brise de glace zone 3






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XA 062 B Q 9.4 Sirène & flash zone 3

II.5.3. Description du programme utilisateur :

Le programme utilisateur que nous avons développé exécute les tâches décrites par le tableau

suivant :

Type d’appel Bloc

d’organisation

Tâche à programmer Bloc mémentos

utilisés

Appel

cyclique

OB1 Mémorisation des entrées

analogiques

MW

Conversion et mémorisation des

valeurs issues des thermocouples et

des transmetteurs de pression

MD

M

Les Blocs d’organisation déterminent la structure et l’ordre de traitement du programme

utilisateur. Ils sont directement appelés par le système d’exploitation, constituent donc

l’interface entre le programme utilisateur et le système d’exploitation de la CPU.

∗ OB1 : Il s’agit de l’interface avec le système d’exploitation de la CPU, il

contient le programme principal. Le système d’exploitation exécute l’OB1 de

manière cyclique : aussitôt son traitement achevé, il le démarre à nouveau.

L’exécution cyclique de l’OB1 commence quand la mise en route est terminée.

Les blocs fonctionnels FB et SFB ou les fonctions FC et SFC peuvent être

appelé et leurs paramètres spécifiques pour la commande du processus sont

transmis dans l’OB1.


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∗ Fonction (FC) : une FC ne possède pas une zone de mémoire propre, mais elle

peut transmettre des paramètres. Les données locales d'une fonction sont

perdues après l'exécution de la fonction. Il est également possible d'appeler

d'autres FB et FC dans une fonction via des instructions d'appels de blocs.

Structure de programme :

II.5.4. Acquisition des données :

II.5.4.1. Acquisition des paramètres de la température :

Dans cette étape, nous avons traité un exemple de l’acquisition de la température du

thermocouple du compartiment turbine « TE_1T».

L’acquisition des valeurs de température se fait à partir la fonction FC105 « SCALE » qui

représente une fonction de mise à l’échelle installée dans la bibliothèque du STEP7.

• Description du bloc de fonction :

La fonction mise à l’échelle (FC 105 "SCALE") prend une valeur entière (IN) et la convertit

selon l’équation ci-après en une valeur réelle exprimée en unités physiques, comprises entre

une limite inférieure (LO_LIM) et une limite supérieure (HI_LIM). Le résultat est écrit dans

le paramètre OUT (voir figure II.14). Si la valeur entière d’entrée se situe en dehors de la

plage définie pour son type (bipolaire ou unipolaire), la sortie (OUT) est saturée à la valeur la

plus proche de la limite inférieure (LO_LIM) ou supérieure (HI_LIM) et une erreur est

signalée.

Séqu

ence

du

prog

ram

me

OB1

FC


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Plages de mesure :

• BIPOLAIRE: La valeur entière d’entrée est supposée être comprise entre -27648 et 27648

• UNIPOLAIRE: La valeur entière d’entrée est supposée être comprise entre 0 et 27648.

• Chargement du bloc FC105 :

Nous avons traité l’exemple du thermocouple TE_1T situé dans le compartiment turbine. Le

tableau ci-dessous décrit les entrées et sorties de la fonction FC105. (voir figure II.15)

Paramètres Déclaration Type de données

Variable DESCRIPTION

EN INPUT BOOL La boîte est activée par l'état "1" du signal à l'entrée de validation

ENO OUTPUT BOOL La sortie de validation est à l'état "1" lorsque la fonction est exécutée sans erreur.

IN INPUT INT TE_1T Valeur d'entrée devant être mise à l'échelle en une valeur de type REAL en unités physiques

HI_LIM INPUT REAL 1300.0 Seuil supérieur en unités physiques

LO_LIM INPUT REAL 0.0 Seuil inférieur en unités physiques

BIPOLAR INPUT BOOL L'état "1" caractérise une valeur d'entrée bipolaire. L'état "0" caractérise une valeur d'entrée unipolaire

OUT OUTPUT REAL MD130 Résultat de la mise à l'échelle

RET_VAL OUTPUT WORD MW0 Délivre la valeur W#16#0000 lorsque l'opération est exécutée sans erreur. Lorsqu'une autre valeur est délivrée, veuillez consulter les informations d'erreur correspondantes

Figure II.14 Schéma du bloc de mise à l’échelle de fonction FC105


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• Test de la fonction :

Nous avons testé la fonction FC105 et l’acquisition des valeurs de température du

thermocouple à l’aide du simulateur intégré dans STEP7 « S7-PLCSIM ». la figure ci-dessous

montre un exemple de chargement du fonction FC105.

Figure II.15 Acquisition des valeurs du thermocouple avec la fonction FC105

Figure II.16 Chargement de fonction FC105


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• Description de l’équation de conversation de la fonction FC105 :

Le module d'entrée analogique délivre une valeur numérique pour un signal analogique normalisé dans notre cas la température. Cette valeur numérique doit reproduire la grandeur à mesurer. Cette opération s'appelle normalisation ou mise à l'échelle mise à l'échelle de la valeur analogique.

La conversion de température se fait à l’aide fonction FC105. La figure ci-dessous représente la courbe de la température en fonction de la valeur numérique de la fonction FC105.

• Pour X0= 0 Y0 = 0 °C

• Pour X1 = 27648 Y1 = 1300 °C

La valeur convertie normalisée peut être obtenue par l’équation Y=aX+b

Avec a = Y1 - Y0 / (X1 - X0) alors a = 1300 – 0 / (27648 – 0)

a ≈ 47 ,019 * 10^-3

Et b = Y0 – a X0 donc b = 0

Y ≈ 47 ,019 * 10^-3 * X

Figure II.17 Courbe de température en fonction de la valeur numérique du FC105

Y ≈ 47 ,019 * 10^-3 *


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II.5.4.2. Acquisition des paramètres de la pression :

L’acquisition des paramètres de pression se fait aussi à l’aide de la fonction FC105, le même

principe que l’acquisition des paramètres de température de thermocouple sauf le plage de

mesure qui se change.

Figure II.18 Chargement de fonction FC105

Figure II.19 Courbe de pression en fonction de la valeur numérique du FC105

Y ≈ 72 ,337 * 10^-3*


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• Pour X0= 0 Y0 = 0 mbar

• Pour X1 = 27648 Y1 = 2000 mbar

La valeur convertie normalisée peut être obtenue par l’équation Y=aX+b

Avec a = Y1 - Y0 / (X1 - X0) alors a = 2000 – 0 / (27648 – 0)

a ≈ 72 ,337 * 10^-3

Et b = Y0 – a X0

donc b = 0

Et Y ≈ 72 ,337 * 10^-3* X

II.5.5. Configuration des alarmes :

Dans cette partie, nous avons programmée la liste des alarmes que nous avons citées

précédemment dans le chapitre 1.

II.5.5.1. Alarme défaut système CO2 :

L’alarme de défaut système comme nous avons vu est apparu lorsque l’un des deux vannes

CO2 est fermé dans les 3 zones C02.

« Défaut systéme CO2 zone 1 » ou

« Défaut systéme CO2 zone 2 » ou

« Défaut systéme CO2 zone 3 »

La figure ci-dessous représente l’alarme du défaut système CO2 zone 2.


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II.5.5.2. Alarme défaut mesure température :

Cette alarme est apparue lorsque les deux thermocouples situés dans la même boucle donnent

des valeurs différentes. La figure II.21 représente un exemple de défaut mesure de température

dans le palier 4 zone 2 :

Le premier détecteur donne 590,161 °C

Le deuxième thermocouple donne -14,79 °C

Ce qui nous indique que l’un de ces détecteurs est en défaut.

Figure II.20 Programmation alarme défaut système CO2 zone 2


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II.5.5.3. Température haute :

Cette alarme nous indique l’augmentation de la température dans telle zone de la turbine à gaz

avant qu’elle passe à la pré-alarme. La figure ci dessous montre un exemple d’élévation de

température dans la zone 2 indiqué par le thermocouple TE_1P4.

Figure II.21 Alarme défaut mesure température palier 4 zone 2

Figure II.22 Alarme température haute palier 4 zone 2


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II.5.5.4. Pré-alarme feu :

Cette alarme se déclenche lorsque la valeur de température atteint le seuil de pré-alarme feu.

II.5.5.5. Alarme activation des électrovannes :

Cette alarme se déclenche lorsqu’il y a alarme feu donc elle indique que les électrovannes de la

zone CO2 sont excitées. La figure III.24 montre un exemple d’activation des électrovannes dans

la zone CO2 numéro 3.

Figure II.23 pré-alarme feu zone 2


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Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons réalisé un outil de programmation qui assure l’acquisition en

temps réel des paramètres de température dans les différentes zones de la turbine à gaz ainsi

que les paramètres de pression et la configuration des alarmes du système de protection

incendie. Nous passons par la suite, à l’étape finale décrite par le cahier de charge. C’est la

conception et la réalisation d’une interface qui assure la supervision de ce systéme.

Figure II.24 Activation des électrovannes CO2 zone 3

Mise en service des solutions proposées CPC/UPES

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Chapitre 3 :

Etapes de mise en service

des solutions proposée


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II Etape de mise en service de la solution proposée :

III.1. Introduction :

Nous expliquerons dans ce chapitre les étapes de mise en service de la solution proposée à partir

deus méthodes. La première méthode, c’est l’utilisation de logiciel de supervision WINCC avec

lequel nous pouvons contrôler les paramètres de système de protection incendie dans la turbine

à gaz. La deuxième méthode, c’est la réalisation d’un simulateur (bac d’essaie) à parti duquel

nous pouvons tester le programme déjà réaliser avec STEP7.

III.2. Interface de supervision avec WINCC :

III.2.1. Description du logiciel de supervision WINCC :

WINCC est un système polyvalent qui permet de réaliser des projets de visualisation et de

contrôle commande dans le domaine de l’automatisation de la production et des processus. Il

offre des modules fonctionnels adaptés au monde industriel pour la représentation graphique,

la signalisation des alarmes, l’archivage et la journalisation. Avec couplage au processus

performent, le WINCC offre un rafraîchissement rapide des vues et un archivage de données

fiable, il assure une haute disponibilité du système.

Le logiciel WINCC même est une application 32 bits, développée avec une technique de

pointe orientée objet.

III.2.2. Supervision sous WINCC :

III.2.2.1. Intégration du projet STEP7 :

Avant de commencer la réalisation de l’interface de supervision, il est indispensable, de créer

une liaison directe entre WINCC et notre automate (le projet du Step7). Ceci dans le but que

WINCC puisse aller lire les données qui se trouvent dans la mémoire de l’automate


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Figure III.2 Liaison avec l’automate S7300

Figure III.1 Intégration du projet Step7 dans wincc


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III.2.2.2. Création des vues :

Dans WINNCC, les vues sont crées pour la supervision et le contrôle du paramètres du système

et c’est le but de notre projet de faire un contrôle en temps réel des paramètres de contrôle de

système de protection incendie dans la turbine à gaz.

Une vue peut être composée des éléments statique et des éléments dynamiques.

∗ Les éléments statiques se sont les objets qui ne changent pas au run-time.

∗ Les éléments dynamique varient en fonction de la procédure, ils permettent de

visualiser les paramètres du processus à partir de la mémoire de l’automate ou à partir

de la mémoire du pupitre de l’opérateur sous formes des courbes ou des champs

d’entrées / sorties par exemple.

III.2.2.3. Création de la table de variable :

Maintenant, la liaison entre le projet du wincc et l’automate est établie et les vues du

supervision du système sont crées. Donc il est possible d’accéder à toutes les zones mémoires

de l’automate (bloc de données, mémoire des entrées sorties). Ainsi, pour la configuration des

alarmes, il est indispensable de créer une table de variable sur wincc qui contient les différents

entrées / sorties nécessaire pour la visualisation et le contrôle des paramètres de système.

La figure ci-dessous représente un exemple des variables que nous avons utilisés dans notre

projet.


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III.2.2.4. Navigation entre les vues :

La navigation entre les vues de l’interface a été conçue pour permettre à l’opérateur de naviguer

entre les vues de manière simple et rapide

III.2.2.5. Réalisation de l’interface de supervision du système de

protection incendie :

Pour les contrôle et le supervision des paramètres de système de protection incendie, nous avons

réalisé cinq vues représenté comme suit :

Figure III.3 Exemple des variables utilisés dans WINCC


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Vue initiale :

Cette vue permet l’accès aux utilisateurs par la saisie de nom d’utilisateur et le mot de passe

pour qu’on puisse connaitre les droits d’accès de chacun. Il existe deux types d’utilisateur, le

premier c’est l’administrateur qu’il peut faire la commande, le contrôle et la gestion du

système et le deuxième c’est l’utilisateur simple qu’il peut faire seulement la commande du

système. Les figure ci-dessous représente la vue initiale du supervision.

Vue initiale

Système TPT

Forçage des variables

Alarmes Courbes de la température

zone 1

Courbes de la température

zone 2

Courbes de la température

zone 3

Courbes de la Pression

CO2

Figure III.4 Architecture des vues de supervision

Figure III.5 Vue initiale avant de connaitre l’identité d’utilisateur


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Vue de supervision du système de protection

incendie « TPT » :

C’est la vue principale du système puisqu’elle contient les différents équipements du système

de protection incendie ainsi que leur emplacement exactes comme dans l’installation réelle. A

partir de cette vue, nous pouvons contrôler les paramètres du système (température, pression)

dans les 3 zones de protection incendie. (Voir figure III.7)

Figure III.6 Vue initiale


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Vue des alarmes :

A partir de cette vue nous pouvons voir la liste des alarmes du système comme représenté

dans la figure III.8.

Figure III.7 Vue de supervision principale de système de protection incendie

Figure III.8 Vue de supervision principale de système de protection incendie


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Vue des forçages des variables :

A partir de cette vue, nous pouvons faire le forçage des différents variables du système. Mais

ce n’est pas n’importe qu’elle utilisateur peut le faire sauf l’administrateur.

Vue des courbes de température :

Si l’utilisateur veut surveiller l’évolution de la température dans n’importe qu’elle zone de la

turbine à gaz, il peut visualiser le courbe de température en temps réel à partir de cette vue.

(Voir figure III.10)

Figure III.9 Vue de forçages des variables


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Vue des courbes de pression :

Cette vue contient les courbes de pression du systéme CO2 dans les trois zone de la turbine à

gaz. A partir de cette vue l’exploitant peut contrôler s’il y a fuite au niveau du rack CO2 ou

non. (Voir figure III.11).

Figure III.10 Exemple des courbes de température des 4 thermocouples de la zone 3


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III.3. Réalisation d’un simulateur du système de protection incendie (bac

d’essaie) :

La vérification du bon fonctionnement d’un telle programme est très importent pour le marche

du système dans la bonne condition. C’est pour cela, la réalisation d’une bande d’essaie du

système de protection incendie nous facilite beaucoup le test de la solution ainsi elle nous

permet de maitriser leur fonctionnement.

III.3.1. Choix des matériels :

Comme nous avons indiqué dans le premier chapitre la liste des équipements nécessaires pour

l’exécution de la solution proposée. Mais, pour la réalisation de ce simulateur nous avons fait

une modification vu la disponibilité des matériels dans le central et nous allons faire la

programmation d’une seule zone (nous avons choisi de faire la programmation de la zone 2).

Par exemple pour le câblage de thermocouple nous avons choisi des potentiomètres 2,5 kΩ.

(Voir figure III.12).

Figure III.11 Exemple des courbes de pression dans les 3 zones CO2


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Le potentiomètre joue le même rôle d’un Pt 100. Puisqu’il donne comme le Pt100 des

résistances (par exemple le 0°C correspond à 100 Ω). Aussi ils ont le même câblage au niveau

de module analogique. Le schéma ci-dessous représente le câblage des Pt100 au niveau du

module analogique SM331 AI 8 X 13 bit.

Le tableau ci-dessous représente la liste des matériels que nous avons choisis pour la

réalisation du simulateur.

Figure III.12 Potentiomètres 2,5 KΩ

Figure III.13 Schéma de branchement et de principe de sonde thermique


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matériels Nombres Description

Automate S7300 1 Déjà installé dans le central, utilisé pour

programmer le simulateur.

Module analogique SM331

AI 8 X 13 bit

1 Utilisé pour le branchement des potentiométres


AI 8 X 16 bit

1 Utilisé pour le branchement des des signal 4-20

mA qui joue le rôle de transmetteur de pression

Module TOR DI10/DO6 1 Utilisé pour le branchement des entrées / sorties

TOR. (ce module déjà intégré dans le CPU 312C

de l’automate S7300

Potentiomètres 4 Pour mesurer la température

Interrupteurs 7 Joue le rôle des entrées TOR (fin de course,

pressostat, brise de glace,…)

lampes 6 Indique l’activation des sorties TOR (les

électrovannes, les sirènes,..)

Transformateur 220/24 V 1 Utilisé pour alimenter une lampe qui indique

l’état de fonctionnement des ventilateurs

(l’alimentation des ventilateurs est depuis un

source externe et n’est pas à partir de l’automate.


AI 8 X 13 bit

1 Utilisé pour le branchement des potentiomètres


AI 8 X 16 bit

1 Utilisé pour le branchement des des signal 4-20

mA qui joue le rôle de transmetteur de pression

Module TOR DI10/DO6 1 Utilisé pour le branchement des entrées / sorties

TOR. (ce module déjà intégré dans le CPU 312C

de l’automate S7300


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III.3.2. Câblage des matériels dans l’automate S7300 :

La figure ci-dessous montre la manière de branchements des potentiomètres dans le module de

l’automate.

Conclusion :

L’interface opérateur est nécessaire pour le suivi en temps réel des paramètres d’exploitation

du système de la protection incendie. Dés l’apparition d’une anomalie l’opérateur est avertie

via l’interface de supervision pour qu’il puisse mettre un plan de préventions pour éviter tous

risque de déclenchement turbine ou des dégâts des matériels.

Figure III.14 Schéma de câblage de potentiomètre dans le module SM331 AI8X13 bit

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