PFE

République Tunisienne Ministère de l'Enseignement Supérieur de la Recherche Scientifique et de la Technologie Université du 7 Novembre à Carthage

MEMOIRE

DE PROJET DE FIN D’ÉTUDES POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAITRISE

Filière : Génie Electrique

Titre Réalisation d’une GTC dédiée au pilotage et à la supervision des équipements d’une chaufferie de la Clinique ENNASSER II

Organisme d’accueil : Société Tunisienne d’Electricité et de Régulation(STER)

Encadré par : Mr EL ARFAOUI Ahmed

(STER)

Elaboré par : ALIBI Hassen

Mme ELLOUMI OUESLATI Afef (ESTI)

Année Universitaire 2007-2008

BACCARI Samir

Dédicaces Je dédie ce modeste travail à celui qui m'a appris les sens du travail et de la responsabilité, mon très cher frère Jounaidi Grâce à qui j'ai pu atteindre ce jour qu'il a longtemps attendu. Il a suivi et encouragé mes études avec autant d'affection que de fermeté. Que dieu lui réserve santé, bonheur et longue vie. A celle qui n'a cessé de m'offrir joie et bonheur, ma très cher mère Zina A la plus tendre des mères pour ses sacrifices qui sont inoubliables et pour tout ce qu'elle a fait pour mon éducation, je lui dédie ce travail en témoignage de ma grande affection e t de mon amour filial. Que dieu lui procure santé, bonheur et longue vie. A mes très chères frères Belgassem, Mokhtar, Anwar et Kais pour leurs encouragements et leur soutien moral Je leur souhaite un avenir radieux avec beaucoup de succès et de bonheur. A mes très chères soeurs Najeh et Kalthoum pour leurs encouragements et leur soutien moral. Je leur souhaite un avenir radieux avec beaucoup de succès et de bonheur. A toute la famille ALIBI. A mes adorables amis. En souvenir des meilleurs moments passés ensemble. Je leur souhaite une vie pleine de bonheur, de joie et de succès. ALIBI

Dédicaces Je profite de cette occasion pour remercier les personnes qui me sont les plus chères ; une dédicace ne pourrait exprimer la profondeur des sentiments que j’éprouve pour vous. A ma mère ; Tu es ma source d’amour et de succès ; Tu m’as tout donné d’abord la vie, ensuite tu m’as consacré la tienne ; Tu as attendu ce beau jour et maintenant ma réussite t’est dédiée ; A mon père ; Tu as toujours été pour moi le vrai père, je t’adore ; A ma famille ; Merci pour votre soutien et votre amour. Une dédicace spéciale à toute la famille BACCARI. A tous mes amis et à tous ceux qui m’aiment. Qu’ils trouvent dans ce travail le témoignage de ma grande affection.

BACCARI

Tout d’abord, nous tenons à remercier Mr HASSEN Mansour le gérant de l’entreprise de nous avoir donné l’opportunité d’effectuer notre projet de fin d’études au sein de la STER. Nous remercions Mr ARFAOUI Ahmed, le directeur technique de l’entreprise et notre encadreur qui nous a donné l’opportunité de bénéficier de sa large expérience. Un remerciement spécial à Madame ELLOUMI OUESLATI afef, notre encadreur à l’ESTI pour ses conseils, ses rigoureuses directives et son sens professionnel. Un remerciement amical et spécial à Mohamed Ali, Neila et Enaser. A tous les membres de l’atelier de l’entreprise et spécialement à Mongi. Nous adressons nos sincères remerciements aux membres du jury pour nous avoir honorés en acceptant de juger notre travail. Finalement, nous adressons nos remerciements à l’Ecole Supérieure de Technologie et d’Informatique(E.S.T.I), particulièrement aux enseignants du département Génie Electrique.

HASSEN & SAMIR

Sommaire  Glossaires INTRODUCTION GÉNÉRALE CHAPITRE-I-: ETUDE DE L’EXISTANT LA GESTION TECHNIQUE CENTRALISÉE (G.T.C) .........................................................4 CAHIER DES CHARGES .......................................................................................................7 PRESENTATION DE LA STER ............................................................................................8 CHAPITRE-II-: CONCEPTION ET RÉALISATION DE L’ARMOIRE ELECTRIQUE ASSOCIE À LA GTC DE LA CHAUFFERIE I. Introduction : .................................................................................................................. - 11 II. Le matériel de protection : ........................................................................................... - 11 II.1. La protection par disjoncteur: ............................................................................... - 11 II.1.1. Le disjoncteur différentiel : ............................................................................ - 11 II.1.2. Le disjoncteur moteur : .................................................................................. - 11 II.1.3. Caractéristiques et propriétés : ....................................................................... - 11 II.2. La protection par fusibles :..................................................................................... - 11 II.2.1. Définition: ...................................................................................................... - 11 II.2.2. Fonctionnement:............................................................................................. - 12 II.3. Sélectivité entre disjoncteur et fusible : ................................................................ - 12 III. La protection contre les courts-circuits : .................................................................... - 12 III.1. Valeur de courant de court-circuit : ...................................................................... - 12 III.2.1. Formule générale : ........................................................................................ - 13 III.2.2. Calcul de l’impédance totale de la boucle de défaut Zcc : ........................... - 13 IV. Conception de l’armoire : ........................................................................................... - 14 IV.1. Schéma électrique :............................................................................................... - 14 IV.2. Choix du matériel électrique : .............................................................................. - 14 IV.2.1 Disjoncteur général :....................................................................................... - 14 -

IV.2.2 Disjoncteurs des départs : .............................................................................. - 16 V. Conception de la Gestion Technique Centralisée de la chaufferie : ............................ - 18 V.1. Le système «DESIGO» :...................................................................................... - 18 V.1.1. Introduction :................................................................................................. - 18 V.1.2. Les composantes du système «DESIGO» : ................................................... - 18 V.2. Matériels de régulation disponibles: ..................................................................... - 22 V.2.1. Les sondes de températures : ......................................................................... - 22 V.2.2. les vannes trois voies : ................................................................................... - 23 V.2.3. les servo vannes : ........................................................................................... - 23 VI. Choix du matériel nécessaire pour la chaufferie : ...................................................... - 23 VI.1. Description de la chaufferie : .............................................................................. - 23 VI.2. Les commandes générales : ................................................................................. - 24 VI.3. Les outils nécessaires : ........................................................................................ - 25 VI.4. Choix du matériel de régulation : ........................................................................ - 25 VI.5. Choix de l’automate : ......................................................................................... - 26 VI.6. Choix des accessoires de l’automate: .................................................................. - 26 VII. Réalisation de l’armoire associée à la GTC de la chaufferie : .................................. - 29 VII.1. Le Circuit de puissance : .................................................................................... - 30 VII.2. Circuit de commande : ....................................................................................... - 30 VII.3. Circuit de signalisation :...................................................................................... - 30 VII.3.1. Le voyant lumineux : .................................................................................. - 30 VII.3.2. L’arrêt d’urgence :...................................................................................... - 30 VIII. Conclusion : .............................................................................................................. - 32 CHAPITRE-II-: PROGRAMMATION ET SUPERVISION I. Introduction :…………………………………….. ............................................................ - 34 II. Les logiciels de programmation : ................................................................................. - 34 II.1. Outils de programmation des automates « XWORKS » : .................................... - 34 II.1.1. Introduction : .................................................................................................. - 34 II.1.2. Programmation avec D-Map : ........................................................................ - 34 -

II.2. Outil de supervision «DESIGO INSIGHT» : ....................................................... - 36 II.2.1. Généralités : ................................................................................................... - 36 II.2.2. Présentation du «DESIGO INSIGHT» : ........................................................ - 36 II.2.3. Applications : ................................................................................................ - 37 III. Programmation de la chaufferie : ............................................................................... - 38 III.1. Gestion des alarmes : ........................................................................................... - 38 III.2. La production d’eau chaude: ............................................................................... - 39 III.2.1. Commande de deux chaudières: ................................................................... - 40 III.3. La production d’eau glacée :................................................................................ - 42 III.3.1. Commande des groupes d’eau glacée :......................................................... - 44 III.3.2. Commande des pompes primaires de retour d’eau glacée : ......................... - 44 III.3.3. Commande des pompes de départ d’eau chaud et d’eau glacée: .................. - 45 III.4. Commande de la vanne 3 voies échangeur VC/CTA: ......................................... - 46 III.5. La production d’eau chaude sanitaire : ................................................................ - 47 III.5.1. La Régulation de circuit primaire : ............................................................... - 47 III.5.2. Commande de la vanne 3 voies de circuit ECS et capteur solaire : ............. - 48 IV. Simulation : validation des différentes fonctions : .................................................... - 49 V. Supervision : ................................................................................................................ - 50 V.1. Réalisation des interfaces de supervision : ........................................................... - 50 V.2. Description de différentes fonctionnalités: ........................................................... - 54 V.2.1 Les commandes : .......................................................................................... - 54 V.2.1.1. Le choix de commande : ....................................................................... - 54 V.2.1.2. Les alarmes: ........................................................................................... - 55 V.2.2. Les consignes : .............................................................................................. - 56 VI. Conclusion : ................................................................................................................ - 56 CONCLUSION GÉNÉRALE……………………… ............................................................ - 57 BIBLIOGRAPHIE / WEBOGRAPHIE…….. ....................................................................... - 58 ANNEXES……………………………………...................................................................... - 59 - 

Liste des figures Fig.1 : Hiérarchie du personnel de la STER ……………………….……….………………..- 9Fig.2 : Courbe de sélectivité entre disjoncteur et fusible…………………………………….-12Fig.3 : schéma unifilaire de l’installation électrique………………………………………...-13Fig.4 : les composantes du système « DESIGO »……………………………….................-19Fig.5 : UTL de la série compacte…….…………………………............................................-19Fig.6: UTL de la série modulaire ……….……………………..............................................-20Fig.7: Environnement de DESIGO INSIGHT ……………………………………….…….-21Fig.8: Exemples des sondes de température………………………………………………….-22Fig.9: Exemples des vannes trois voies………………………………………………………-23Fig.10: Exemples des servos vannes……….…………….………………............................-23Fig.11:Modules d’alimentation TXB1.PBUS et module de ConnexionTXS1.EF10………...-29Fig.12:Armoire électrique de la chaufferie….……………………………………………….-30Fig.13: Exemples de câblage de l’automate et ses accessoires………………………………-31Fig.14 : L’établissement de plan avec l’éditeur CFC…………………...……………………-35Fig.15: les applications de DESIGO INSI……………………………..................................-37Fig.16: Bloc Common Alarm………………………………………………………….…….-38Fig.17 : Nombre de chaudières en fonction de la température de retour………..…………..-39Fig.18 : GRAFCET du fonctionnement des chaudières………………………………….….-39Fig.19: GRAFCET du fonctionnement alterné entre les chaudières…………..…………….-40Fig.20 : Programme cascade chaudières……………………………………………………..-41Fig.21: paramétrage du bloc CONT_4ST ……………………………………….…………..-41Fig.22: paramétrage du bloc ROT_8…….………...................................................................-42Fig.23: Nombre de GEG en fonction de la température de retour……………………….….-42Fig.24: GRAFCET du fonctionnement des GEG……………………………………………-43Fig.25: GRAFCET de la permutation entre les GEG……….................................................-43Fig.26: Commande des GEG………......................................................................................-44Fig.27: Commande des pompes primaires de retour d’eau glacée……..................................-45-

Fig.28: GRAFCET du fonctionnement des pompes de départ d’eau chaude et d’eau glacée.-45Fg.29: commande des pompes de départ………....................................................................-46Fig.30: paramètres de bloc PID_CTR…………………………………………………….....-46Fig.31:commande de la vanne 3 voies échangeur VC\CTA………………………………....-47Fig.32: Schéma du circuit primaire de l’installation solaire ………………………………...-47Fig.33: variation de l’ouverture de la vanne en fonction de la T° du ballon ……………....-48Fig.34: commande de la vanne 3 voies de circuit ECS et capteur solaire…………………....-49Fig.35: Résultat de compilation du programme……..............................................................-49Fig.36: Maquette d’essai……………………………………………………………………..-50Fig.37: page top………..........................................................................................................-51Fig.38: page bus…………......................................................................................................-52Fig.39: Interface du production d’eau chaude…...................................................................-52Fig.40: Interface du production d’eau glacée........................................................................-53Fig.41: Interface du production d’eau chaude sanitaire……..................................................-53Fig.42: Commande…...............................................................................................................-54Fig.43: Bouton de commande…….…....................................................................................-54Fig.44: réglage d’une valeur logique …...................................................................................-54Fig.45: réglage d’une valeur analogique……..........................................................................-55Fig.46: la signalisation des alarmes….…................................................................................-55Fig.47: la reset des alarmes…..................................................................................................-56Fig.48: champ des consignes…................................................................................................-56-

Liste des tableaux

Tableau 1 : Caractéristiques des transformateurs ……………………..……….……….….-15Tableau 2 : Caractéristiques électriques des équipements .…………………….……………-17Tableau 3 : Matériel de commande et de protection pour la chaufferie……..……….………-17Tableau 4 : Les UTL Compactes..............................................................................................-20Tableau 5 : Choix du matériel de régulation…………………………………………………-25Tableau 6 : Adressage du module TXM1.16D…………..………………………………..…-26Tableau 7 : Adressage du module TXM1.16D……………………..…………………..……-27Tableau 8 : Adressage du module TXM1.6R……………………………………..…………-27Tableau 9 : Adressage du module TXM1.6R…………………………………..……………-27Tableau 10 : Adressage du module TXM1.6R………..…………………………..…………-28Tableau 11 : Adressage du module TXM1.6R…………………..……………..……………-28Tableau 12 : Adressage du module TXM1.8U………………..………………………..……-28Tableau 13 : Adressage du module TXM1.8U………..……………………………..………-29Tableau 14 : Bordeaux de prix ………………………………………….…………………...-31-

Glossaires STER : Société Tunisienne d’Electricité et de Régulation GTB : Gestion Technique des Bâtiments GTC : Gestion Technique Centralisée CVC : Chauffage/Ventilation/Climatisation HVAC : Chauffage Ventilation Air Conditionné UTL : Unité de Traitement Local EC : Eau Chaude EG : Eau Glacée CTA : Centrale de Traitement d’Air GEC : Groupe Eau Chaude GEG : Groupe eau glacéeE/S : Entrée/Sortie AI : Analogic Input : entrée analogique BI : Binary Input : entrée binaire AO : Analogic Output : sortie analogique BO: Binary Output: sortie binaire CC: Court Circuit T°:Température

Introduction générale

ESTI

INTRODUCTION GÉNÉRALE Les techniques de régulation, d'automatisation et de gestion technique de bâtiment (GTB) évoluent grâce aux progrès réalisés en microélectronique et en automatique. Elles permettent de réaliser des fonctions et d’assurer des communications de plus en plus intelligentes. Le fonctionnement du bâtiment devient plus économique, les installations plus sûres, et l'utilisateur bénéficie d'un plus grand confort. Ces caractéristiques ne sont cependant efficaces que si l'installation est correctement exploitée par l'utilisateur. L'exploitation des installations techniques du bâtiment est effectuée par des utilisateurs très différents de par leur qualification et leurs activités. Il s'agit alors de concevoir un système de gestion technique centralisée (GTC) interactif pouvant satisfaire chacun des utilisateurs. C’est dans ce cadre, que ce projet de fin d’études s’inscrit. Il consiste à élaborer un système de gestion technique centralisée permettant la commande et la supervision d’une installation de chauffage, pour la clinique ENNASSER II de Tunis. L’objectif de notre projet consiste à préciser les conditions de fonctionnement, choisir le matériel adéquat et réaliser l’armoire et la GTC de la chaufferie dans un but d’optimisation et d’amélioration de la qualité du service. Ce rapport est organisé de la manière suivante : Dans le premier chapitre, nous présentons en premier lieu la GTC en général, ensuite nous nous intéressons à la GTC associée à la chaufferie, sujet de notre projet. En second lieu, nous décrivons les conditions de travail à savoir la société d’électricité et de régulation (STER) pour finir par le cahier des charges établi pour notre projet. Le second chapitre s’intéresse à la conception et la réalisation de l’armoire électrique de la GTC de la chaufferie. Le premier volet de ce chapitre s’intéresse au dimensionnement des équipements électrique de l’armoire particulièrement les disjoncteurs et les contacteurs. Le second volet s’intéresse à la conception de la GTC. L’étude des différentes fonctionnalités à réaliser au niveau de la GTC associée à la chaufferie permet de bien choisir l’automate et ses

Projet de Fin d’Etudes

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Introduction générale

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accessoires. Et le dernier volet est consacré à la réalisation pratique de l’armoire électrique associée à la GTC de la chaufferie. La troisième et dernier chapitre présente la modélisation des différentes fonctions et la programmation de l’automate. Finalement, nous terminerons par la partie supervision de toutes les fonctions conçues et réalisée dans notre projet pour la chaufferie de la clinique ENNASSERII.

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CHAPITRE­I­:   

    ETUDE DE L’EXISTANT

Etude de l’existant

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LA GESTION TECHNIQUE CENTRALISÉE (G.T.C) 1) Introduction : Le développement de nouvelles technologies dans le domaine de l’informatique, des télés-transmissions et de l’automatique a permis l’essor des systèmes de télésurveillance et de télégestion. On parle alors de gestion technique centralisée (GTC) et de gestion technique de bâtiments (GTB). L’objectif final étant le même ; la centralisation de l’information dans un poste de contrôle. [1] Un système de gestion technique centralisée surveille, commande et optimise les installations techniques des bâtiments qui peuvent être étudiées en fonction de leurs configurations. Il permet un traitement précis des processus et s’adapte à l’évolution des nouvelles technologies de manière à répondre à toutes les exigences demandées. 2) Différence entre GTC et GTB : Ce qui diffère la GTC de la GTB c’est l’étendue de l’application ; la GTB permet de « connecter » les équipements techniques des bâtiments dans un but général de sécuriser, maîtriser, économiser et exploiter tous les asservissements des bâtiments. La GTC, quant à elle permet de gérer les installations techniques d’un bâtiment ou d’un ensemble de bâtiments. Elle représente aujourd’hui un outil essentiel pour les gestionnaires immobilières (Chaufferie, Centrale de Traitement d’Air, Eclairage, ..) qui peuvent ainsi optimiser le fonctionnement des installations techniques à tendance énergétiques. 3) Présentation de la G .T.C : Plus les installations sont complexes, plus étendus et plus puissants doivent être les systèmes qui assurent la commande et le contrôle. Pour ce type d’installation, la régulation numérique s’avère le meilleur choix. a) Rôle de la G.T.C : La Gestion Technique Centralisée (GTC) permet de visualiser l'état complet d'une installation (marche/arrêt, température, défaut, alarme,...), ainsi que d'interagir avec le système. Une GTC peut piloter tous les systèmes électroniques d'un bâtiment (éclairage, contrôle d'accès, chauffage, climatisation, locaux techniques...). Au-delà de son rôle d'enregistrement et de contrôle, elle assure sa part dans les économies d'énergie en permettant le pilotage au plus juste des équipements : programmation horaire par zone, de la température, de l'éclairage et de la ventilation. Cette fonction est particulièrement intuitive et offre une souplesse quasiment

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illimitée en affectant les modes de fonctionnement aux plages horaires dans le calendrier de programmation. Elle permet aussi la surveillance des courbes de température et des consommations. Dès lors, elle permet de vérifier si le comportement énergétique du bâtiment est conforme aux prévisions, et de corriger les anomalies de fond. Le système de gestion, utilise le concept d’intelligence répartie .Il est structuré en modules et divisé en différents niveaux .Ce dernier est défini par des performances et des fonctions déterminées et hiérarchisées. Il assure entre autre : La surveillance : surveiller d’un seul point l’état d’un équipement. Le contrôle : contrôler d’un seul point la réponse des boucles de régulation. L’optimisation des installations : l’optimisation des coûts d’exploitation par analyse de résultat de la surveillance et de contrôle. b) Les niveaux de la G.T.C : il existe trois niveaux : la gestion des systèmes, la coordination des systèmes et le traitement des processus. 5) Les avantages de la G.T.C : Les bâtiments modernes sont animés du dynamisme de la technique de bâtiment (l’éclairage, la ventilation, la climatisation, les systèmes d’alarmes, les réseaux de communication). D’où les avantages de la GTC. a) Economie : Economiser les frais de gestion et d’exploitation, les coûts d’énergie et les frais d’entretien. Privilégier le confort et baisser ses consommations d’énergie. b) Contrôle et sécurité : Avec la diffusion de l’utilisation des microprocesseurs, de nombreux équipements moins importants bénéficie, à leur tour des possibilités d’intégrer une intelligence locale et des moyens de communication. Les fonctions de contrôle et de sécurité du bâtiment répondent à des besoins de gestion, de sécurité, de confort et de communication. On parle alors de systèmes de contrôle et de sécurité du bâtiment qui permettent de protéger les personnes et les biens à travers les alarmes, d’assurer une fonction de diagnostic et de protéger l’environnement par l’économie d’énergie. 6) Moyens nécessaires pour la mise en œuvre de la G.T.C : Pour la G.T.C, on a besoin d’outils matériels et d’outils informatiques : Outils matériels : appareils électrique (disjoncteurs, contacteurs, transformateurs ...), ordinateur, activateur et régulateur numérique.

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ESTI Outils informatiques : la programmation des fonctions s’effectue à l’aide

du logiciel DESIGO XWORKS (pour la programmation des automates) et DESIGO INSIGHT (pour la réalisation de supervision graphique). 5) Utilisation de la GTC : La GTC agit sur l’environnement et le fonctionnement des installations, elle nous permet la supervision des installations dans leurs différentes étapes avec une fiabilité et en un temps réel, la poste de contrôle donne au personnel d’exploitation, une vue générale complice guidée par une représentation graphique, le terminal d’exploitation permet au personnel d’avoir d’une manière rapide des informations sur l’installation et permette à l’occupant des locaux de choisir les paramètres du milieu à contrôler. L’évolution des techniques rend plus facile la gestion du contrôle et de la sécurité du bâtiment. Il existe deux techniques : L’intelligence centrale : Les premières GTC ont été mises en place dans les bâtiments. La structure des installations mises en place dépendait alors essentiellement d’une intelligence centrale unique, un automate programmable ou un ordinateur où on concentrait toute l’information. Cette configuration, à l’intelligence centrale, a permis des réalisations très performantes, où l’on gère des milliers de points de contrôle et de commande dans un bâtiment. Ces systèmes, à intelligence centrale, très complets et très spectaculaires utilisent les technologies classiques de l’informatique. L’intelligence répartie : L’évolution technologique récente, en particulier le développement rapide des possibilités des microprocesseurs et des communications par bus, permet de répartir l’intelligence dans le réseau au lieu de la concentrer dans une centrale de traitement unique. Cette architecture est possible maintenant avec les terminaux intelligents intégrés dans les récepteurs. Elle permet même, en cas de défaillance de la centrale, un fonctionnement local. [8] Dans notre projet, nous nous intéressons à la GTC de la chaufferie et à la réalisation de l’armoire qui lui est associée.

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CAHIER DES CHARGES Ce projet consiste à élaborer un système de gestion technique permettant la commande et la supervision d’une installation de chauffage, de la Clinique ENNASSAR II. Nous devons obéir au cahier des charges qui : Concevoir et réaliser l’armoire de commande, de puissance et de régulation numérique la chaufferie. Sélectionner et programmation de l’automate. Réaliser une interface graphique.

Données de problème : 1. Schéma de principe de la chaufferie (différent composant : pompes, brûleurs, groupes d’eau glacée, sondes, vannes...) 2. Analyse fonctionnelle pour la programmation des automates : La commande : La commande est divisée en trois modes de fonctionnement : • Mode auto asservi à un programme horaire. • Mode manuel Marche. • Mode manuel Arrêt. La régulation : on doit régler la température de l’eau de départ vers la CTA

(Centrale de Traitement d’Air) et vers les V/C (Ventilo/Convecteur).

Analyse du cahier des charges : Afin de concevoir l’armoire de commande, de puissance et de régulation numérique, une première étape consiste à dimensionner l’équipement électrique, particulièrement les disjoncteurs et les contacteurs. Une seconde étape consiste à concevoir la GTC associée en identifiant les E/S qui permettent de choisir l’automate et ces accessoires. La partie conception fere l’objet du deuxième chapitre. L’identification des différentes fonctions du système et leurs modélisations permettront de programmer l’automate. Une interface graphique permettra aux utilisateurs d’accéder à la GTC de la Chaufferie. Les parties programmation et supervision constituent le chapitre trois.

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PRESENTATION DE LA STER Notre projet de fin d’étude a été effectué au sein de la Société Tunisienne d’Electricité et de Régulation (STER). Nous présentons la société, ses domaines d’activité, ses ressources humaines et ses ressources matérielles. Domaine d’activité : La Société Tunisienne d’Electricité et de Régulation est une société privée à responsabilité limitée qui a été fondée en Avril 1991. La STER est en partenariat avec LANDIS & STEAFA (partenaire suisse). Elle est spécialisée dans la gestion technique centralisée dédiée à la régulation et l’automatisation des systèmes de chauffage, de climatisation, de ventilation (CVC), et d’éclairage. L’activité de cette société comporte également la conception, la réalisation et l’installation sur site des armoires électriques résidentielles et commerciales. La partie sécurité étant assurée par des détecteurs d’incendie, des systèmes anti-intrusion ainsi qu’une vidéosurveillance. Tous les systèmes conçus et réalisés par la STER sont en surveillance permanente grâce à un système de supervision. La STER est le représentant de SIEMENS Building Technologies 1. La Gestion technique centralisée : Elle est spécialisée en engineering, l'installation et le service après-vente des équipements de régulation analogiques et numériques permettant de remplir les fonctions de : Surveillance: automatisation et contrôle des équipements techniques. Gestion : optimisation de la consommation d'énergie et analyse des coûts d'exploitation Maintenance : édition d'ordres de maintenance facilitant l'intervention de l'exploitant Régulation : traitement de l'air, production et distribution de l'énergie par système économiseur. 2. La Conception et la réalisation des armoires électriques : Elle assure la conception et réalisation des armoires électriques adaptées à la ventilation, au chauffage et au conditionnement d'air : l'installation, la mise en route et le service après-vente (S.A.V) et conception et réalisation de T.G.B.T (Tableau Générale Basse Tension) et armoires électriques d’éclairage : l’installation, la mise en route et le S.A.V 3. Détection d'incendie et de gaz : La conception, l'installation et le service après-vente des systèmes de détection d'incendie et de gaz. Ces systèmes comprennent les centrales comme ensembles SSI (SDI et

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CMSI) selon les normes AFNOR, les détecteurs de tous types, les alarmes visuelles et sonores, les reports d'alarmes ou de signalisation, les interfaces avec d'autres réseaux, tels que la GTC, les systèmes de sécurité contre l'intrusion, la vidéosurveillance etc. . . . 4. Anti-intrusion, Contrôle d’Accès et Vidéosurveillance : La STER est le représentant de SIEMENS Building Technologies pour la conception, la vente, l’installation et le service après-vente de systèmes de sécurité contre l’intrusion, adressables ou non, intégrés ou autonomes, des systèmes de contrôle d’accès et la biométrie et des systèmes de surveillance par caméras. 5. Extinction automatique : Pour la conception, l'installation et le service après-vente des systèmes d'extinction automatique associés à la détection d'incendie ou à commande manuelle. Les gaz utilisés et leur mise en œuvre sont conformes aux règles CNPP/APSAD. Ces gaz sont : Le dioxyde de carbone C02, Le FM200 (HFC 227), L'azote N2 (IG100)... 6. Froid et Climatisation : La STER est le représentant de LENNOX (France) pour la distribution, la mise en service et le service après-vente d'équipements pour le froid et la climatisation. Ressources humaines : La STER est dotée d’un bureau d’études regroupant une équipe d ingénieurs hautement qualifiés en électricité, automatisme et informatique industrielle. Un groupe de techniciens expérimentés et un chef d’atelier assurent le câblage, l’installation sur chantier, la mise en route et la maintenance des armoires électriques. La hiérarchie du personnel de la STER est représentée par cet organigramme :

Direction

Bureau d’étude

Département Climatisation

Bureau technique

Département Régulation

Atelier de confection

Département Protection

Magasin de fournitures

Fig.1 : Hiérarchie du personnel de la STER

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Les ressources matérielles : Spécialisée dans la régulation, la STER conçoit et réalise des armoires électriques adaptées à la ventilation, au chauffage et au conditionnement d’air. Elle se charge également de l’installation, de la mise en route et des services après vente. Utilisant une technologie de pointe, ces armoires sont dotées d’équipements capables d’assurer l’automatisation, la surveillance et la protection des installations raccordées. La STER et son partenaire S.B.T (Siemens Building Technologies) proposent une gamme de matériels de régulation analogique et numérique de surveillance et de gestion technique centralisée permettant de remplir les fonctions de : • Régulation: traitement de l’air, production et distribution de l’énergie par système économiseur. • Supervision : surveillance et contrôle de tous les équipements techniques. • Gestion : optimisation de la consommation d’énergie et analyse des coûts d’exploitation. • Maintenance: édition d’ordres de maintenance facilitant l’intervention de l’exploitant. Les avantages : Le système de régulation adopté par la STER : présente les avantages de la réduction du coût d’exploitation, d’économie d’énergie, de la facilité d’installation et d’exploitation et du le confort thermique et électronique. Les locaux: sont constitués par des bureaux de direction et bureau d'études au 1er étage sur environ 500 m², un atelier et un magasin au RDC sur environ 500m² et un dépôt de matériel lourd au sous-sol de 1 000m².

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CHAPITRE‐II‐:    

CONCEPTION ET RÉALISATION DE L’ARMOIRE ELECTRIQUE ASSOCIE À LA GTC DE LA CHAUFFERIE

Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

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I. Introduction : L’aboutissement à la commande d’une installation de Chauffage/Ventilation/ Climatisation (CVC) passe par plusieurs étapes. En effet, on va commencer par le dimensionnement des disjoncteurs de protection et les contacteurs de chaque équipement. Ensuite, on procédera au choix du matériel de régulation adéquat pour l’installation pour aboutir finalement au choix de l’automate nécessaire qui va commander toute l’installation.

II. Le matériel de protection : dimensionnement des disjoncteurs et des contacteurs. Une installation industrielle doit être protégée contre les défauts pouvant mettre en danger la vie des hommes et le matériel. II.1. La protection par disjoncteur: II.1.1. Le disjoncteur différentiel : a. Définition : C’est l’assemblage d’un disjoncteur magnétothermique et d’un bloc différentiel. Cette association donne conséquence à une protection combinée ; une pour les personnes et l’autre pour la machine. [2] b. Fonctionnement: Le disjoncteur ayant deux fonctions, une fonction de différentiel assure la protection des personnes contre le défaut d’isolement et une fonction magnétothermique réservée à la protection de la machine contre les surcharges et les courts-circuits. II.1.2. Le disjoncteur moteur : C’est un déclencheur magnétothermique, il assure la protection du moteur contre les courts-circuits par un déclencheur magnétique et les surcharges prolongées par un déclencheur thermique. II.1.3. Caractéristiques et propriétés : Un disjoncteur est caractérisé par son intensité nominale (In), tension nominale (Un), nombre de pôles et son pouvoir de coupure (Pdc). II.2. La protection par fusibles : II.2.1. Définition: C’est un filament qui se fond à l’apparition du court -circuit. Il existe deux types : aM, gL.

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ESTI

*aM : accompagnement moteur, il protégé contre les fortes surcharges et les courtscircuits. *gL : assurer la protection des appareils qui n’ont pas la propriété d’absorber un courant très grand au démarrage. . [2] II.2.2. Fonctionnement: Un fusible assure la protection contre les courts-circuits et les surcharge, lorsque le circuit qu’il protège présente un défaut il interromp le passage du courant. II.3. Sélectivité entre disjoncteur et fusible : La partie thermique du disjoncteur agit pour des surcharges moins importantes que celles supportées par le fusible. En effet, le fusible agit plus rapidement que la partie magnétique de disjoncteur en cas de court-circuit.

Fig.2 : Courbes de sélectivité entre disjoncteur et fusible [2]

III. La protection contre les courts-circuits : Pour se prémunir des risques des courants de court-circuit, tout dispositif de protection doit répondre aux deux règles suivantes : - le pouvoir de coupure (Pdc) de l’appareil doit être au moins égal au courant de courtcircuit maximum présumé en son point d’installation. - le temps de coupure, pour un court-circuit se produisant en n’importe quel point de l’installation, ne doit pas être supérieur au temps portant la température des conducteurs à la valeur maximale admissible. III.1. Valeur de courant de court-circuit : La norme NFC 15-100 préconise plusieurs méthodes de calcul du courant de courtcircuit, on va utiliser la «méthode des impédances», qui permet de déterminer la valeur d’un court-circuit en un point quelconque de l’installation avec une bonne précision. [2]

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III.2. Méthode des impédances : III.2.1. Formule générale : Les valeurs de court-circuit sont alors calculées par application de la loi d’Ohm [2]. Icc =

c × m ×U = Zcc

c × m ×U

∑R

2

+

∑

X

2

(1.1)

Avec : c : facteur de tension pris égal à 0,95 pour les courts-circuits minimaux et 1,05 pour les courts-circuits maximaux m : facteur de charge pris égal à 1,05 U0 : tension de l’installation entre phase et neutre en V (230V). ZCC : impédance totale de la boucle de défaut au point considéré. C’est la somme vectorielle des résistances et des réactances composant la boucle. III.2.2. Calcul de l’impédance totale de la boucle de défaut Zcc : D’après l’épreuve d’avent projet du Base Tension de Sécurité (BTS) Electrotechnique 2000, l’installation comprend un transformateur d’alimentation TR, un disjoncteur principal Qp, câble C, un disjoncteur départ moteur. Il s’agit de déterminer le pouvoir de coupure du disjoncteur Qg. Un court-circuit triphasé en aval de Qg (disjoncteur général) est limité par l’impédance du réseau en amont du transformateur ZA, l’impédance du transformateur ZTR et l’impédance du câble Zc. On obtient pour une phase, le schéma unifilaire équivalent suivant :

Fig.3 : Schéma unifilaire de l’installation électrique Il s’agit de déterminer les éléments RA, RTR, RC, XA, XTR, XC, de façon à calculer le courant de court-circuit. L’impédance totale n’est pas égale à la somme algébrique des impédances, ces impédances étant des grandeurs complexes. Il faut donc calculer séparément les résistances et les réactances jusqu’au point de court-circuit, puis déterminer l’impédance totale Zcc.

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IV. Conception de l’armoire : IV.1. Schéma électrique : Lorsque la société accepte une affaire, elle va schématiser selon les besoins du client à l’aide d’un schéma électrique en se basant sur un logiciel de graphique «IGE XAO See 2000» qui nous dessine les circuits : Circuit de commande Circuit de puissance Circuit de signalisation Voir Annexe 2 : schémas électriques IV.2. Choix du matériel électrique : D’après les puissances données dans le cahier de charge, on peut choisir le matériel nécessaire à savoir les disjoncteurs, les contacteurs, le répartiteur et le transformateur. IV.2.1 Disjoncteur général : Pour dimensionner le disjoncteur, il faut connaître le courant de court-circuit qu’il devra supporter en utilisant la méthode des impédances. Données ; Réseau amont : Valeurs ramenées au secondaire du transformateur : RA=0Ω ; XA=0.7 mΩ Transformateur : Puissance : S = 400KVA. Perte cuivre : Pcu = 4600 W. Tension réduite de court-circuit : Ucc (%) = 4(%). Tension secondaire à vide U20 = 410 V. Câble de cuivre : Longueur : L =25 m. Section : S=240 mm2 Résistivité du cuivre : r =2.5 mΩ .mm2.m-1 Calcul : Transformateur : Il s’agit de déterminer les valeurs ramenées au secondaire de la résistance R T R et de la réactance XT R du transformateur. La puissance plaquée sur le transformateur est donné par la formule (2.1):

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Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie S =

3 ×U

I

Donc :

AN :

I

=

n

20

×I

(2.1)

n

S 3×U

=

n

ESTI

(2.2) 20

400 × 10 3 = 563 A 3 × 410

Les pertes cuivre elle est donnée par la formule (2.3) : Pcu

= 3 × R TR

2

× I N

[2]

(2.3)

A partir de l’équation (2.3) on peut calculé la résistance RT: R

AN :

R

=

TR

TR

Pcu

=

3 × In 2

4600 3 × 563

2

=

4 , 83 m Ω

La tension réduite de court-circuit Ucc est la valeur de U20 qui donne le courant nominal In lorsque la sortie est en court-circuit. Elle s’exprime en % de U20. Réactance : X TR

=

=

AN :

X

TR

=

Ucc 3 × In U

4 100

100

[2]

20 3 × In

4 × 410 × 3 × 563

(2.3) (2.3.1)

= 16 ,82 m Ω

Ces valeurs calculées (XTR, RTR) sont vérifiées par le Tableau 1. [2]

Tableau 1 : Caractéristiques des transformateurs Câble : Résistance : Rc = ρ × L

[2]

S

(2.4)

AN : Rc = 22 , 5 × 25 = 2 , 34 m Ω 240

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Réactance : Xc = 0 . 13 × 25 = 3 , 25 m Ω *Calcule de Zcc : ( R A + RTR + Rc) 2 + ( X A + X TR + Xc ) 2

Zcc =

(2.5)

AN : Zcc =

( 4 , 84 + 2 , 34 ) 2 + ( 0 , 7 + 16 ,11 + 3 , 25 ) 2

Zcc = 21 , 3 m Ω

*Calcule de courant de court-circuit : a partir de l’équation (1.1) Icc =

m × c ×U Zcc

AN :

Icc =

1, 05 × 1, 05 × 400 = 20 , 70 KA 21 ,3 × 10 − 3

Le pouvoir de coupure (Pdc) du disjoncteur général doit être supérieur à 20,70KA. Donc on choisit un disjoncteur 40 KA. IV.2.2 Disjoncteurs des départs : À partir de l’équation (2.6) en déterminer notre choix des disjoncteurs. 3 × U × Ι × Cos( ϕ ) n

P(W) =

[2]

(2.6)

donc ; I ( A) = n

P 3 × U × Cos( ϕ )

(2.6.1)

Avec : U : Tension d’alimentation en triphasé en Volts 220/380 V ; 50 Hz ; Cos (φ) = 0.8 ; Pn : puissance nominale absorbée par le récepteur en K Watts. In : Courant nominal en Ampère.

AN :

In =

1 × 10 3 × P = 0 . 001899 × 10 3 × P 3 × 380 × 0 . 8

donc : In ≈ 2 × P

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(2.6.2)

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Par cette approximation ( In ≈ 2 × P ) on peut calculer In apporter par chaque départ de l’installation électrique. Donc on obtient le Tableau 2 : Désignations des appareils

Nombre

Puissances nominales Pn(KW)

Courant nominal In (A)

Brûleur Pompe recyclage brûleur Pompe départ EC Ventilos Pompe départ EC CTA Pompe recyclage ECS Pompe départ ECS Pompe retour ECS Pompe primaire GEG Pompe départ EG Ventilos Pompe départ EG CTA

2 2 2 2 2 2 2 3 2 2

0.5 0.25 1.1 0.55 0.37 0.55 0.55 0.75 3 2.2

1 0.5 2.2 1.1 0.74 1.1 1.1 1.5 6 4.4

Tableau 2 : Caractéristiques électriques des équipements D’après les puissances et les courants nominaux (In), on peut déterminer le choix du disjoncteur et du contacteur de chaque départ dans le tableau 3. Désignations des Puissances plage de courant appareils Nombre normalisées déclencheurs (KW) thermiques (A) Brûleur Pompe recyclage brûleur Pompe départ EC CTA Pompe départ EC Ventilos Pompe recyclage ECS Pompe départ ECS Pompe retour ECS Pompe Primaire GEG Pompe départ EG Ventilos Pompe départ EG CTA

2

0.5

2*10

2

0.25

0.7 - 1

2

0.55

1.1 - 1.6

2

1.1

2.2 - 3.2

2

0.37

0.9 - 1.25

2

0.55

1.1 - 1.6

2

0.55

1.1 - 1.6

3

0.75

1.4 - 2

2

3

5.5 - 8

2

2.2

4.5 - 6.3

plage de Références courant disjoncteur déclencheurs et contacteur magnétique (A) --------------3RV1011-0JA10 12 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1AA10 19 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1DA10 38 3 RT1016-1AB01 3RV1011-0KA10 15 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1AA10 19 3 RT1016-1AB01 3RV1011-0AA1 19 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1BA10 24 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1HA10 96 3 RT1016-1AB01 3RV1011-1GA10 76 3 RT1016-1AB01

Tableau 3 : Matériel de commande et de protection pour la chaufferie

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c) Câbles de raccordement : on choisit le câble de cuivre de section 2 .5 mm2 qui peut être utilisé sous une tension égale à 400 Volts. Il supporte une intensité maximale de 22 Ampères à une température maximale de 70°C. Le conducteur de protection est pris de section 16 mm2. d) Les borniers : ce sont des petits appareils fixés dans l’armoire

sur un barreau

(support), utilisés pour assurer la connexion entre les câbles sortant des appareils de l’armoire et les câbles arrivant à l’installation. Ils sont placés en bas. e) Transformateur : pour alimenter le circuit de commande et de régulation sous une tension 24V, on a besoin d’un transformateur monophasé abaisseur de tension (220V à 24V). L’installation de la chaufferie, ayant 21 départs, consomme une puissance de 210 VA, alors on choisit un transformateur avec une puissance supérieure à 210 VA. On choisit alors un transformateur de puissance égale à 300VA. f) Coupure d’urgence : la coupure d'urgence est normalement requise pour toutes les installations où des défaillances ou des risques de chocs électriques sont à craindre : laboratoires, chaufferies, cuisines, enseignes lumineuses, pompage de liquides inflammables,...

V. Conception de la Gestion Technique Centralisée de la chaufferie : V.1. Le système «DESIGO» : V.1.1. Introduction : DESIGOTM est une marque déposée de Siemens Building Technologies. Grâce à sa structure modulaire, le système de gestion technique des bâtiments DESIGO offre des possibilités pratiquement illimitées pour la commande, la surveillance et la régulation des bâtiments. Son domaine d'application va des petits immeubles autonomes aux grands ensembles en réseau. DESIGO n'est pas seulement utilisé dans des installations de chauffage, ventilation, climatisation (CVC) et des installations sanitaires, mais il convient également pour les autres installations techniques des bâtiments (éclairage, électricité …). [2] V.1.2. Les composantes du système «DESIGO» : Le système DESIGO est composé de trois niveaux pouvant fonctionner aussi bien en interconnexion que de façon autonome. [3] Les principaux composants du Système DESIGO sont : DESIGO PX : niveau automation. DESIGO INSIGHT : niveau gestion. DESIGO RXC : niveau terrain.

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Fig.4 : Les composantes du système «DESIGO» b. DESIGO PX : Le système de gestion DESIGO PX est destiné à la commande, à la régulation des installations de chauffage, ventilation, climatisation et aux installations techniques des bâtiments. Il utilise un ensemble d'automates programmables industriels ou Unités de Traitement Local (UTL). Une Unité de Traitement Local, hormis les fonctions de régulation et de commande qu’elle assure, permet l’acquisition des données et propose des fonctions de gestion conviviales : la gestion d’alarmes, la programmation horaires, le suivi de tendance et la fonction de télégestion. Ces UTL existent en deux séries : compactes et modulaires. UTL de la série compacte : La série modulaire convient pour des taches de régulation, de

commande et de

surveillance dans des installations CVC complexes et de grosses installations techniques de bâtiment.

Fig.5: UTL de la série compacte [5] Toutes les UTL compactes sont programmables et bénéficient de l'ensemble des fonctionnalités du système.

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Ce type d'appareil présente un nombre d'entrées et de sorties fixe (10,12, 22, 36 ou 52 points de données physiques) détaillées dans le tableau 3, accepte des signaux standard et permet une gestion optimisée des équipements techniques de bâtiment. Elles sont équipées de convertisseurs d'entrée et de sortie intégrés et peuvent être utilisées facilement. On liste les différentes UTL compactes dans le tableau 4.

Tableau 4 : Les UTL compactes UI : entrées universelles qui peuvent être reliées à des éléments de mesure passifs (sonde LG-Ni 1000) et actifs (signal 0 à 10V), ainsi qu'à des contacts binaires libres de potentiel pour des fonctions de signalisation. DI : Digital Inputs (entrées numériques) pour fonctions de signalisation et de comptage. AO : Analogic Outputs (sorties analogiques) pour raccordement d'actionneurs 0 à 10 V ou pour les commandes binaires. Par l'intermédiaire de la structure du programme, les AO peuvent aussi être programmées en tant que fonctions de commande binaires et être reliées à des charges de 24V/20 mA. DO : Digital outputs (sorties numérique) de type TOR pour l’alimentation de relais 230V~/2A. UTL de la série modulaire : L’UTL (Fig.6) de la série modulaire convient essentiellement pour des tâches de régulation, commande et surveillance dans des installations CVC complexes et de grosses installations techniques de bâtiment [5]. Les différents niveaux de fonctionnalité des UTL modulaires permettent une grande souplesse d'utilisation. Chaque point de donnée peut être adapté au périphérique grâce à une gamme étendue de modules E/S.

Fig.6 : UTL de la série modulaire [5]

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Les Unités de Traitement Local de type modulaire sont librement programmables pour les installations CVC et autres lots techniques de bâtiment. Le P-Bus permet le raccordement via les modules d'entrée/ sortie de tous les types de points répondant aux exigences des techniques du bâtiment. Ils sont caractérisés par : 64 ou 128 unités de charge par UTL. Choix important de modules E/S. P-Bus (protocole de communication) pour le raccordement de modules E/S externes. Fonctions de gestion (gestion d'alarmes, programmes de commutation, télégestion, protection d'accès, etc.). Les UTL alimentent les modules E/S raccordés via le P-Bus en 24 V. L'échange des informations entre les UTL et les modules E/S passe par le P-bus. Chaque module sur le même P-Bus reçoit son adresse individuelle entre 1 et 255 à l'aide de cavaliers. Applications autonomes ou en réseaux d'appareils et/ou de systèmes. Communication standard BACnet (protocole de communication liant les automates via Internet). a. DESIGO INSIGHT : Le système de gestion DESIGO INSIGHT est destiné à la visualisation (vue graphique des processus), à la commande, au pilotage et à l’analyse de données.

Fig.7 : Environnement de DISEGO INSIGHT

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V.2. Matériels de régulation disponibles: V.2.1. Les sondes de températures : Une sonde est une résistance qui varie en fonction de la température ; elle est installe dans le milieu où on veut mesurere sa température. On distingue deux types de résistances : • CTN : C’est une résistance à coefficient de température négatif ; sa variation est inversement proportionnelle à la température. • CTP : C’est une résistance à coefficient de température positif ; sa variation est proportionnelle à la température. On distingue quatre sondes: • Sondes d’ambiance : ces sondes sont utilisées dans des installations de CVC quand un niveau élevé de confort est demandé. Elles ont pour application principale la mesure et le réglage de la consigne de la température ambiante. • Sondes extérieures : ce sont des sondes passives pour la mesure de la température extérieure en tenant compte des influences climatiques telles que rayonnement solaire, vent et température du mur. • Sondes de température à plongeur : ce sont des sondes passives pour la mesure de la température de l'eau dans les canalisations et les réservoirs. Ces sondes sont utilisées dans des installations de ventilation et climatisation pour la régulation et la limitation de la température de départ et de l'eau chaude sanitaire et la limitation de la température de retour. • Sondes de gaine : ce sont des sondes passives pour la mesure de la température de l'air dans les gaines d'air. Elles sont utilisées dans des installations de ventilation et climatisation comme sondes de température d'air soufflé ou d'air extrait et sondes de limitation, par ex. limitation minimale de la température de soufflage.

Fig. 8 : Exemples des sondes de températures

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V.2.2. les vannes trois voies : Il existe trois types d'organes de réglage hydrauliques pour la régulation d'installations techniques du bâtiment dont le choix dépend du domaine d’application, de la gamme, du diamètre, du débit, de la pression admissible qui sont les vannes papillons, les vannes à secteur et les vannes à siège.

Fig.9 : Exemples des vannes trois voies V.2.3. les servo vannes : Ils servent pour la commande de débit des vannes à deux voies ou de débit et mélange pour les vannes à trois voies. En fonction du signal de positionnement, la variation du débit peut être soit de type linéaire ou exponentiel (selon le choix de l’opérateur).

Fig.10: Exemples des servo vannes

VI. Choix du matériel nécessaire pour la chaufferie : VI.1. Description de la chaufferie : La chaufferie est l’unité servant à la production et la distribution d’eau chaude et froide. Elle est constituée de trois unités schématisées selon la figure (Annexe 1). a) Unité de production et du distribution d’eau chaude (EC): elle est composée de : Deux chaudières pour la production d’EC. Deux pompes simples assurant le recyclage d’EC vers les chaudières.

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Trois pompes de distribution d’EC, chacune vers une destination donnée : Deux pompes jumelées de départ EC vers centrale de traitement d’air (CTA). Deux pompes jumelées de départ EC vers l’échangeur

eau chaude

sanitaire(ECS). Deux pompes jumelées de départ EC vers la CTA/VC b) Unité de production et du distribution d’eau chaude sanitaire (ECS): elle est composée de : Deux ballons d’eau sanitaire pour la production d’ECS (eau chaude sanitaire). Deux pompes jumelées assurant le recyclage d’ECS. Deux pompes jumelées pour le retour d’ECS. c) Unité de production et du distribution d’eau glacée (EG): elle est composée de : Deux GEG (groupes d’eau glacée) pour la production d’EG. Deux pompes de distribution d’EG, chacune vers une destination donnée : Deux pompes jumelées de départ EG vers la CTA/VC. Deux pompes jumelées de départ EG vers la CTA. Trois pompes simples assurant le retour d’EG. VI.2. Les commandes générales : La commande est identique pour tous les équipements de l’installation de la chaufferie, elle est donnée par trois modes : automatique (Auto), marche (On) ou arrêt (Off), pour la: •

Commande du deux GEC.

•

Commande du deux GEG.

•

Commande du GES.

•

Commande des pompes de départ EC.

•

Commande des pompes de départ EG.

•

Commande des pompes de retour EC.

•

Commande des pompes de retour EG.

•

Commande des vannes trois voies.

Ce choix est dû à des raisons économiques afin de mieux contrôler le fonctionnement et la consommation de la chaufferie. Par exemple en été, l’opérateur peut arrêter l’alimentation de la CTA et les ventilo-convecteurs (VC) en eau chaude en arrêtant les pompes de départ EC

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vers la CTA et VC, et ne commander qu’une seule chaudière pour la production d’eau chaude vers le groupe eau sanitaire. VI.3. Les outils nécessaires : • Cascade de deux chaudières : on a besoin de deux sondes à plongeur, une pour mesurer la température de départ et l’autre pour mesurer la température de retour d’eau chaude. • Cascade de deux groupes eau glacée : on a besoin de deux sondes à plongeur, une pour mesurer la température de départ et l’autre pour mesurer la température de retour d’eau glacée. • Echangeur Ventilo Convecteurs et CTA : on a besoin d’une vanne à trois voies de diamètre nominal de 50 mm (V3VDN50) et une sonde à plongeur. • Circuit d’eau chaude sanitaire + capteur solaire : dans ce circuit, on utilise une sonde solaire, trois sondes à plongeurs, une vanne de trois voies (V3VDN 20) et un Thermostat de sécurité(Annexe6).. VI.4. Choix du matériel de régulation : Le choix de ces différents outils est réalisé selon le besoin et dépend du domaine d’application de notre chaufferie. Le choix de vannes se fait selon le domaine d’application et le diamètre nominal DN : - Si DN < 50 mm, alors on choisit la vanne ayant une référence VXP45.20. - Si DN > 50 mm, alors on choisit la vanne ayant une référence VXP45.50 Le choix des sondes et des thermostats se fait selon le mode d’utilisation et la plage de température mesurée. On peut résumer ce choix dans le tableau 5 : Groupe

Matériels

Références

Cascade chaudière

2 sondes à plonger

QAE 2120.010

Cascade groupe eau glacée

2 sondes à plonger

QAE 2120.010

Vanne trois voies V3V DN50

VXF45.50

Sonde à plonger Thermostat.

QAE 2120.010 RAKTW-10008

Vanne trois voies V3V DN20

VXP45.20

Circuit ECS+Capteur

3 sondes à plonger

QAE 2120.010

solaire

Sonde solaire

QLS

Echangeur VC et CTA

Tableau 5 : Choix du matériel de régulation

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VI.5. Choix de l’automate : Pour contrôler et commander les différentes unités de la chaufferie, il faut associer à chaque élément (pompe, brûleur, GEG, GEC, vanne…) une commande et une alarme. Toutes les commandes sont des sorties (Outputs) de type Digital, sauf les vannes qui sont des sorties (Outputs) Analogiques et les alarmes sont des entrées (Inputs) de type Digital. Pour la régulation de température d’eau selon le besoin, il faut installer à chaque départ et retour d’eau une sonde de mesure de la température. Toutes les sondes sont des entrées (Inputs) de type Analogique. D’après le nombre d’entrées et de sorties (61 I/O) et la complexité de la commande de notre installation, notre choix s’oriente vers l’UTL modulaire PXC64-U. VI.6. Choix des accessoires de l’automate: Après l’identification de chaque entrée/sortie (I/O), on peut choisir les accessoires de l’automate suivant : Module 1 : c’est un module à 16 entrées Binaires (BI) pour les alarmes. N°

Nom

Type

1

*

2

AL.PPE 1 DEP.EC VENTILOS

BI

3

AL.BRULEUR N°1

BI

4

AL.PPE RECYCLAGE BRULEUR N°2

BI

5

AL.BRULEUR N°2

BI

6

AL.PPE 2 DEP.EC VENTILOS

BI

7

AL.PPE 1 DEPART.EC CTA

BI

8

AL.PPE 2 DEPART.EC CTA

BI

9

AL.PPE 1 DEPART.ECS

BI

10

AL.PPE 2 DEPART.ECS

BI

11

AL.PPE 1 RECYCLAGE ECS

BI

12

AL.PPE 2 RECYCLAGE ECS

BI

13

AL.PPE 1 RETOUR ECS

BI

14

AL.PPE 2 RETOUR ECS

BI

15

AL.PPE 1 DEP EG VENTIOLOS

BI

16

AL.PPE 2 DEP EG VENTIOLOS

BI

AL.PPE RECYCLAGE BRULEUR N°1

Modules I/O

BI

TXM1. 16D

Tableau 6 : Adressage du module TXM1.16D *

AL.PPE DEP: Alarme pompe départ.

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Module 2 : c’est un module à 16 entrées Binaires(BI) pour les alarmes. N°

Nom

Type

1

AL.PPE 1 DEPART EG CTA

BI

2

AL.PPE 2 DEPART EG CTA

BI

3

AL.PPE PRIMAIRE 1 GEG

BI

4

AL.PPE PRIMAIRE 2 GEG

BI

5

AL.PPE PRIMAIRE 3 GEG

BI

6

AL.GEG 1

BI

7

AL.GEG 2

BI

8

RESET ALARME

BI

Modules I/O

TXM1. 16D

Tableau 7 : Adressage du module TXM1.16D

Module 3 : c’est un module à 6 sorties binaires (BO) pour les commandes. N°

Nom

Type

1

*

2

CDE PPE 1 DEP.EC VENTILOS

BO

3

CDE BRULEUR N°1

BO

4

CDE PPE RECYCLAGE BRULEUR N°2

BO

5

CDE BRULEUR N°2

BO

6

CDE PPE 2 DEP.EC VENTILOS

BO

CDE PPE RECYCLAGE BRULEUR N°1

Modules I/O

BO

TXM1.6R

Tableau 8 : Adressage du module TXM1. 6R Module 4 : c’est un module à 6 sorties binaires (BO) pour les commandes. N°

Nom

Type

1

CDE PPE RECYCLAGE BRULEUR N°1

BO

2

CDE PPE 1 DEP.EC VENTILOS

BO

3

CDE BRULEUR N°1

BO

4

CDE PPE RECYCLAGE BRULEUR N°2

BO

5

CDE BRULEUR N°2

BO

6

CDE PPE 2 DEP.EC VENTILOS

BO

Modules I/O

TXM1.6R

Tableau 9 : Adressage du module TXM1. 6R

Projet de Fin d’Etudes

- 27 -

Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

ESTI

Module 5 : c’est un module à 6 sorties binaires (BO) pour les commandes. N°

Nom

Type

1

CDE PPE 1 RETOUR ECS

BO

2

CDE PPE 2 RETOUR ECS

BO

3

CDE PPE 1 DEP EG VENTIOLOS

BO

4

CDE PPE 2 DEP EG VENTIOLOS

BO

5

CDE PPE 1 DEPART EG CTA

BO

6

CDE PPE 2 DEPART EG CTA

BO

Modules I/O

TXM1.6R

Tableau 10 : Adressage du module TXM1. 6R Module 6 : c’est un module à 6 sorties binaires (BO) pour les commandes. N°

Nom

Type

1

CDE PPE PRIMAIRE 1 GEG

BO

2

CDE PPE PRIMAIRE 2 GEG

BO

3

CDE PPE PRIMAIRE 3 GEG

BO

4

CDE GEG 1

BO

5

CDE GEG 2

BO

6

ALARME GENERALE

BO

Modules I/O

TXM1.6R

Tableau 11 : Adressage du module TXM1. 6R Module 7 : c’est un module à 8 entrées/sorties Universelles qui peuvent être configurées en entrée comme en sortie (AI/AO). N°

Nom

Type

1

SONDE T° EXTERIEURE

AI

2

SONDE T° SOLAIRE

AI

3

SONDE T° A PLONG.CASC.CHAUD.

AI

4

SONDE T° A PLONG.CASC.CHAUD.

AI

5

SONDE T° A PLONG.CASC.GROUPE

AI

6

SONDE T° A PLONG.CASC.GROUPE

AI

7

SONDE T° A PLONG.ECHANG.VC ET CTA

AI

8

SONDE T° A PLONG.DEP ECS

AI

Modules I/O

TXM1.8U

Tableau 12 : Adressage du module TXM1. 8U *

CDE PPE : Commande pompe.

Projet de Fin d’Etudes

- 28 -

Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

ESTI

Module 8 : c’est un module à 8 entrées/sorties Universelles qui peuvent être configurées en entrée comme en sortie. N°

Nom

Type

1

SONDE T° A PLONG.RET.ECS

AI

2

SONDE T° A PLONG.CAPT.T°SOLAIRE

AI

3

VANNE 3 VOIES ECS & CAPT.SOLAIRE

AO

4

ECHANGEUR V/C & CTA

AO

5

VANNE 3 VOIES ECS

AO

Modules I/O

TXM1.8U

Tableau 13 : Adressage du module TXM1. 8U Module 9 : Module TXB1 PBUS (BIM : Bit Interface Module) pour la connexion entre les convertisseurs et le régulateur (Automate). Module 10 : Module TXS1.12F10 est un module d’alimentation.

Fig.11 : Module d’alimentation TXB1.PBUS et module de Connexion TXS1.EF10 Remarques : Les modules sont mis en détail dans l’annexe 5. L’adressage des entrées/sorties est détaillée dans l’annexe 3.

VII. Réalisation de l’armoire associée à la GTC de la chaufferie : Après la conception de l’armoire électrique, un plan détaillé a été réalisé (voir annexe2, annexe3) avant de passer à l’exécution, une fois le plan acceptée, les ingénieurs passent à la réalisation du schéma par préparation de chassies et du câblage.

Projet de Fin d’Etudes

- 29 -

Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

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VII.1. Le Circuit de puissance : Contient les éléments suivants : un disjoncteur moteur (DM), un contacteur (KM).   VII.2. Circuit de commande : Le câblage du circuit de commande : en partant du transformateur puis par le fusible de protection du circuit de commande ensuite par la protection thermique du relais thermique ou du disjoncteur magnéto-thermique aussi par les commutateurs de commande passant par le régulateur ou les appareils de sécurité (tout ou rien) et finalement la bobine de contacteur.

VII.3. Circuit de signalisation : VII.3.1. Le voyant lumineux : «sous tension» : Le voyant lumineux «sous tension» indique la mise sous tension de l’installation qui s’effectue généralement par l’intermédiaire d’un disjoncteur général relié au porte fusible. VII.3.2. L’arrêt d’urgence : L’arrêt d’urgence est relié à la bobine mixte du disjoncteur général. L’action sur le bouton d’arrêt d’urgence va déclencher le disjoncteur général.

Fig.12 : Armoire électrique de la chaufferie

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Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

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Fig.13 : Exemple de câblage de l’automate et de ses accessoires Coût de l’installation : Le coût total du matériel de l’installation est détaillé dans le tableau suivant : Matériels

Nombre

Prix Unitaire (DT)

Régulateur PXC 64-U

1

2 598

Module TXM1.16D

2

310

Module TXM1.6R

4

341

Module TXM1.8U

2

446

Module TXB1 PBUS

1

434

Module TXS1 .12F10

1

269

Disjoncteur 3RV1011-0JA10

23

27

Contacteur 3RT1016-1AB01

22

19 ,500

Transformateur 30/24V/300VA/50Hz

1

35

Fusible Arrêt d’urgence Vanne trois voies V3V DN50 VXP45.20

5 1 1

0 ,600 13 ,500 93

Vanne trois voies V3V DN20 VXF45.50

2

440

Sonde à plonger QAE 2120.010 .

9

81

Thermostat RAKTW-10008

2

70

Sonde solaire QLS 60 Armoire et main d’œuvre TOTAL

1

631 700 10 341

Tableau 14 : Bordeaux de prix

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- 31 -

Conception et réalisation de l’armoire électrique associe à la GTC de la chaufferie

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VIII. Conclusion : Dans ce chapitre, nous nous sommes intéressés à la conception et à la réalisation de l’armoire électrique associée à la GTC. Nous avons étudié le choix du matériel de protection, les équipements de régulation pour la réalisation de l’armoire associée à la GTC de la chaufferie. La phase qui suit concerne la programmation et la supervision de toutes les boucles de régulation existantes dans les installations. Cette phase fait l’objet du prochain chapitre.

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- 32 -

CHAPITRE­II­:   

PROGRAMMATION ET SUPERVISION

Programmation et supervision

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I. Introduction : Après avoir sélectionné le matériel nécessaire à l’automatisation de la chaufferie, on va s’intéresser dans ce chapitre à la programmation du régulateur en utilisant le logiciel XWORKS. On décrit aussi la modélisation de la commande et de la régulation de l’installation ainsi que la démarche de la programmation. Concernant la partie supervision, nous présentons le logiciel DESIGHO INSIGHT utilisé pour la création de l’interface de supervision, ensuite nous décrivons notre application développée et ses différentes fonctions

II. Les logiciels de programmation : II.1. Outils de programmation des automates « XWORKS » : II.1.1. Introduction : Il existe quatre types de langages de programmation des automates qui sont normalisés au niveau mondial par la norme CEI 61131-3. [3] Chaque automate se programme soit via une console de programmation, soit par un ordinateur équipé du logiciel constructeur spécifique. Liste d'instructions (IL : Instruction list) : C’est un langage textuel de même nature que l'assembleur (programmation des Microcontrôleurs). Langage littéral structuré (ST : Structured Text) : Il s’agit d’un langage informatique de même nature que le Pascal, il utilise les fonctions comme : If ... then Else... Language a contacts (LD: Ladder diagram): C’est un langage graphique développé pour les électriciens. Il utilise les symboles tels que : contacts, relais et blocs fonctionnels et s'organise en réseaux (labels). Blocs Fonctionnels (FBD : Function Bloc Diagram) : C’est un langage graphique où des fonctions sont présentées par des rectangles avec les entrées à gauche et les sorties à droites. Les blocs sont programmés (bibliothèque) ou programmables. II.1.2. Programmation avec D-Map : Le langage de programmation D-MAP (DESIGO Modular Application Programming) supporté par le logiciel DESIGO XWORKS fait partie de la quatrième catégorie. Il permet une programmation et un paramétrage performants des installations techniques d'immeubles. Ce

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Programmation et supervision

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nouveau langage de programmation est optimisé pour les applications techniques des bâtiments et il est basé sur la norme CEI 1131. La programmation graphique du flux de données permet de mettre en œuvre les stratégies de commande et de régulation adaptées et nécessaires pour un fonctionnement optimal. La configuration, la programmation, la mise en service et la maintenance des applications de CVC spécifiques des projets sont réalisées avec l'éditeur CFC de PX Design. L'éditeur CFC (Continuous Function Chart) est un éditeur graphique basé sur des blocs de fonctions et la technique des flux de données. Les éléments de la programmation D-MAP sont des blocs de fonctions et des "Compounds" issus de bibliothèques. Pour la réalisation d'un programme D-MAP, les blocs de fonctions et "Compounds" qui fournissent les fonctionnalités nécessaires sont réunies dans l'éditeur CFC. Ceci se fait par les fonctions Glisser/déposer (blocs de fonction) ou Copier ("Compounds") à partir des bibliothèques. Les flux de données entre les modules sont validés en reliant entre eux les raccordements (sorties et entrées) de différents blocs de fonction.

Fig.14 : L’établissement de plan avec l’éditeur CFC • Blocs de fonction (firmware) : Cette bibliothèque contient plus de 100 blocs de fonctions spécifiques CVC, des objets BACnet standard et des objets de management, qui sont présents dans le firmware de l'UTL.

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Programmation et supervision

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Ils constituent la base de la programmation des appareils. Ils assurent la sécurité et la gestion de l'installation.

• Compounds : Cette bibliothèque contient des solutions préprogrammées pour les équipements et les sous équipements. Les "Compounds" sont enregistrés sous forme de plans CFC et peuvent être édités par l'utilisateur. II.2. Outil de supervision «DESIGO INSIGHT» : II.2.1. Généralités : L’arriver des automates programmables en remplacement à la logique à relais a engendré la substitution des pupitres par des PC de supervision. Depuis les premières réalisations en 1995, la technologie de la supervision a évolué, notamment en termes de simplicité d’utilisation. Dans le domaine de la GTB, plusieurs logiciels ont été conçus parmi lesquels PCVue32, RSView, InTouch ainsi que le DESIGO INSIGHT que nous avons utilisé pour notre installation. II.2.2. Présentation du «DESIGO INSIGHT» : DESIGO INSIGHT est un logiciel orienté objet modulaire du poste de gestion et de supervision des installations techniques de bâtiment. Il est clairement structuré et basé sur la technologie 32 bits standard Windows. Il offre un suivi des processus, un analyse des données et un échange d’informations avec des systèmes tiers : ventilation, climatisation, chauffage, éclairage etc... Il permet le déplacement dans le système depuis la vue d’ensemble du bâtiment jusqu’ à un régulateur, une sonde en passant par un plan d’étage. La fonctionnalité et la convivialité de ce logiciel réduisent les frais d'exploitation et le temps d'adaptation tout en augmentant la sécurité de la commande. Il est construit autour d’une plate-forme robuste Citect explorer qui contient : - Des symboles passifs: qui sont juste des images statiques pour la présentation de la gaine, des filtres. - Des génies : ce sont des symboles actifs contenant des animations et qui reflètent l’état des systèmes techniques qu’ils représentent. Ils sont gérés de façon dynamique en temps réel ; - Des super génies : offrant la possibilité d’entrer les consignes et les commandes de fonctionnement.

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Programmation et supervision

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II.2.3. Applications : Les principales applications offertes par DESIGO INSIGHT (fig.15) sont: Plant Viewer: Cette application permet une exploitation graphique des installations techniques. Plant Viewer est basé sur une plate-forme industrielle robuste (Citect). Trend Viewer : C’est l outil de suivi pour optimiser la conduite des installations en fonction de la plage horaire. Il permet deux modes d exploitation : suivi de tendance en ligne et hors ligne. Alarm Viewer : Cet outil offre une vue d’ensemble détaillée des alarmes pour une localisation donnée et une élimination rapide des défauts. La traçabilité est également assurée. Alarm Router : L’Alarm Router assure la transmission des alarmes pour des opérateurs ciblés. Log Viewer : Avec Log Viewer les défauts, les alarmes et les interventions de l’opérateur sont enregistrés par ordre chronologique et peuvent être affichés au besoin pour une éventuelle analyse. Internet Log Viewer : cette application permet de consulter tous les évènements via Intranet /Internet par le biais d’un navigateur standard. Time Scheduler : Cette application permet une programmation centrale de toutes les fonctions techniques des bâtiments commandées en fonction du temps. Object Viewer : L’application Objet Viewer facilite la consultation des données grâce à une présentation arborescente.

Fig.15 : Les applications du Desigo Insight [3]

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III. Programmation de la chaufferie : L’outil de programmation utilisé est le logiciel DESIGO XWORKS permettant de mieux appréhender le fonctionnement de la chaufferie. Pour assurer le bon fonctionnement de la chaufferie, on peut diviser la programmation en cinq étapes indépendantes : Alarme Générale. Cascade chaudières (Production d’eau chaude). Groupe eau glacée (Production d’eau glacée). Échangeur VC/CTA. Groupe eau sanitaire (Production d’eau sanitaire). III.1. Gestion des alarmes : Dans le but de détecter les défauts pouvant affecter le bon fonctionnement de l’installation, nous avons placé des alarmes au niveau des équipements de l’installation. Le bloc susceptible de gérer la gestion des alarmes est le bloc CMN_ALM. Il existe deux types d’alarmes : • Urgent : elle permet l’arrêt de toute l’installation une fois qu’elle est enclenchée. • Normal : Visualiser tout autre type d’alarmes dans l’interface de supervision. Donc le bloc CMN_ALM va se charger de la détection de toutes les anomalies sur les équipements de l’installation en différentiant entre les deux types (Figure 17).

Fig.16 : Bloc Common Alarm Pour la reset des alarmes, la broche AlmFnct du bloc Common Alarm offre la possibilité de choisir entre trois modes : • Simple : pour enlever l’alarme, il suffit de corriger le défaut. • Basic : une fois que le défaut est corrigé, et qu’on a appuyé sur le bouton RESET, l’alarme est enlevée.

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Programmation et supervision •

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Extended : il est nécessaire également d’éliminer le défaut de la base de données. III.2. La production d’eau chaude: Elle est assurée par deux chaudières, chacune ayant une pompe de recyclage d’eau. Le

fonctionnement des deux groupes d’eau chaude est conditionné par la température de l’eau de retour. Selon cette température, on va choisir le nombre de GEC à actionner.

Nombres de Chaudière

2 1

0

C min

C max

T° retour

Fig.17 : Nombre de chaudières en fonction de la température de retour

Ce fonctionnement est détaillé par le GRAFCET suivant :

0

T°ret < C max

1

C min < T°ret < C max

Fonctionnement d’un GEC

T°ret < C min

2

T°ret > C max

Fonctionnement deuxième GEC T°ret > C min

Fig.18 : GRAFCET du fonctionnement des chaudières

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Programmation et supervision

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Avec : T°ret ; Température d’eau de retour exprimée en °C. C min ; Consigne de température minimale exprimée en °C. C max ; Consigne de température maximale exprimée en °C. En effet : Pour T° de retour < C min, on a deux chaudières à faire fonctionner. Pour T° de retour > C max, on arrêtera les chaudières. Pour C min < T° de retour < C max, on procède à la commande d’une seule chaudière en permutation avec l’autre comme le montre la GRAFCET de la figure (Fig.19).

0

Commande de fonctionnement = Marche+Auto

1

Fonctionnement chaudière 1 T= 24h + Alarme chaudière 1 + Alarme pompe1

2

Fonctionnement chaudière 2

Commande de fonctionnement = Arrêt

T= 24h + Alarme chaudière2+ Alarme pompe2

Fig.19 : GRAFCET du fonctionnement alterné entre les chaudières La programmation de ces données est représentée par la figure (Fig.20):

III.2.1. Commande de deux chaudières: Dans cette partie de programme, on utilise les blocs suivants : deux blocs AVAL_OP de type Analogique Input (AI) qui actionnent ou surveillent pour entrer les consignes (C min= 65°C, C max =70°C), un bloc associé à la sonde de mesure de température d’eau de retour à la chaudière (T°ret).

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Programmation et supervision

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Fig.20 : Programme cascade chaudières Le bloc CONT_4ST va déterminer le nombre de chaudières à actionner en le paramétrant comme indique la figure (Fig.21) :

Enable function T°de retour C mim

Vers ROT_8

C max

Fig.21: paramétrage du bloc CONT_4ST Ce paramétrage à permis d’avoir la caractéristique de la figure (Fig.17) : Après avoir déterminé le nombre de chaudières, cette donnée va passer au bloc ROT_8 qui donnera en fonction des défauts les commandes adéquates.

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Programmation et supervision

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Le bloc ROT_8 à permis la sélection de la commande des GEC tout en tenant compte des défauts pouvant se produire (alarme chaudière 1, alarme chaudière 2, alarme pompe recyclage 1, alarme pompe recyclage 2). Ce bloc est paramétré comme indique la figure (Fig. 22) :

-Vers commande chaudière 1

Commande de fonctionnement Nombre chaudières

-Vers commande chaudière 2

Défaut chaudière 1 OU défaut Pompe 1 Défaut chaudière 2 OU Défaut Pompe 2 Temps max de fonctionnement d’une seule chaudière

Fig. 22: Paramétrage du bloc ROT_8 III.3. La production d’eau glacée : La production d’eau glacée est assurée par deux groupes d’eau glacée (GEG). Le principe est le même que pour les groupes d’eau chaude (GEC). Le fonctionnement des deux groupes d’eau glacée (GEG) est conditionné par la température de l’eau au retour (T°retour). Selon cette température, on va choisir le nombre de GEG à actionner. Nombres GEG

2 1

0

C min

C max

T° retour

Fig.23 : Nombre de GEG en fonction de la température de retour

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Programmation et supervision

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Ce fonctionnement est détaillé par le GRAFCET représentée par la figure (Fig.25):

0

T°ret > C min

Fonctionnement d’un GEG

1

C min < T°ret < C max

T°ret C max

Fonctionnement deuxième GEG

2

T°ret < C max

Fig.24: GRAFCET du fonctionnement des GEG Avec : T°ret ; Température de retour, C min ; Consigne de température minimal et C max ; Consigne de température maximal. En effet ; Pour T° de retour > C max, on a deux GEG à faire fonctionner. Pour T° de retour < C min, on arrêtera les GEG. Pour C min < T° de retour < C max, on a un seul GEG à commander en permutation avec l’autre comme le montre la GRAFCT représentée par la figure (Fig.25) :

0

Commande de fonctionnement = Marche+Auto

1

GEG 1 T= 24h + Alarme GEG 1

2

GEG 2

Commande de fonctionnement = Arrêt

T= 24h + Alarme GEG2

Fig.25 : GRAFCET de la permutation entre les GEG

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Programmation et supervision

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La programmation de ces données se fait de même façon que les commandes des brûleurs, mais il faut changer les paramètres des blocs. III.3.1. Commande des groupes d’eau glacée : Dans la figure (Fig.26) on a représenté le programme de commande des deux groupes d’eau glacée. On utilise deux blocs AVAL _OP de type Analogique Input (AI) qui actionnent ou surveillent pour entrer les consignes (C min = 4 °C, C max = 8°C).

Fig.26 : Commande des GEG

III.3.2. Commande des pompes primaires de retour d’eau glacée : Une seule pompe va fonctionner à chaque fois qu’on donne la commande, l’autre pompe va rester en réserve et ne va fonctionner que s’il y a un défaut sur la pompe en état marche ou après une temporisation de 24 heures.

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Programmation et supervision

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Le programme de la figure (Figure 27) satisfait ce fonctionnement :

Fig.27: Commande des pompes primaires de retour d’eau glacée III.3.3. Commande des pompes de départ d’eau chaud et d’eau glacée: Une seule pompe va fonctionner à chaque fois qu’on donne la commande, l’autre va rester en réserve et ne va fonctionner que s’il y a un défaut sur la pompe en état marche ou après une temporisation de 24 heures. 0

Commande de fonctionnement = Marche+Auto

1

Fonctionnement de pompe 1 T= 24h + Alarme pompe 1

2

Fonctionnement de pompe 2

Commande de fonctionnement = Arrêt

T= 24h + Alarme pompe 2

Fig.28: GRAFCET du fonctionnement des pompes de départ d’eau chaude et d’eau glacée

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Le programme de la figure (Fig.29) satisfait ce fonctionnement :

Fig.29 : Commande des pompes de départ Remarque : La programmation des commandes des pompes départ d’eau (départ EC vers CTA, départ EC vers CTA/VC, départ ECS, départ EG vers CTA, départ EG vers CTA/VC) est la même que la programme qui représenté par la figure précédente (Fig.29). III.4. Commande de la vanne 3 voies échangeur VC/CTA: Dans la figure (Fig.31) on a représenté le programme de commande de la vanne 3 voies échangeur VC /CTA. On utilise : - un bloc PID_CTR ; l’entrée Sp du bloc correspondant à la consigne, Xctr représente la mesure, Yctr la sortie du bloc de la commande de régulateur et Actg détermine le rapport entre la variable manœuvrée et la variable de commande comme le montre la figure (Fig.33):

Fig.30 : Paramètres de bloc PID_CTR

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Action directe: Si les augmentations réelles de valeur [Xctr], alors les augmentations de valeur de rendement de contrôleur [Yctr], par exemple refroidissement. Action indirecte: Si les augmentations réelles de valeur [Xctr], alors les diminutions de valeur de rendement de contrôleur [Yctr], par exemple chauffage. - un bloc AVAL _OP de type Analogique Input (AI) pour envoyer la consigne (60°C) au PID_CTR qui commandant l’ouverture de la vanne en fonction de la température de l’eau de retour d’eau chaude.

Fig.31 : Commande de la vanne 3 voies échangeur VC/CT III.5. La production d’eau chaude sanitaire :

 

III.5.1. La Régulation de circuit primaire :  

Le circuit primaire est un circuit fermé composé de tuyauteries, généralement en cuivre qui relient le capteur(1) à un échangeur de chaleur externe au ballon de stockage solaire(6).

Fig.32: Schéma du circuit primaire de l’installation solaire

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Programmation et supervision

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Le principe qui régit la régulation consiste à véhiculer l’énergie contenue dans les capteurs solaires (1) vers le ballon de stockage solaire (6) de façon à maximiser la production solaire. Le circulateur (5) mis en marche lorsqu’une différence de température supérieure à la consigne de démarrage programmée dans la régulation (3) est mesurée entre la sonde capteur (2) et la sonde en fond de ballon de stockage solaire (4). Cet écart de température est de l’ordre de 5°C à 10°C. La régulation met le circulateur à l’arrêt dans deux cas : Cas 1 : Lorsque la différence de température est inférieure à la consigne d’arrêt (typiquement 2°C et en tout cas toujours inférieure à la consigne de démarrage pour éviter des conflits de régulation c.à.d marche- arrêt intempestif). Cas 2 : Lorsque la température en pied de ballon de stockage solaire dépasse la température limite programmée dans la consigne. Cette température varie entre 60°C et 75°C selon le fournisseur. III.5.2. Commande de la vanne 3 voies de circuit ECS et capteur solaire : La mise en marche du groupe d’eau sanitaire active les pompes de retour de l'eau sanitaire et une vanne à trois voies qui sert au réglage de la température du ballon en contrôlant le débit d'eau chaude venant des chaudières. Si la consigne de température du ballon est atteinte, on ne va pas utiliser l’eau venant des chaudières. Cette description est illustrée par la figure (Fig.33) :

Fig.33: Variation de l’ouverture de la vanne en fonction de la T° du ballon

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La programmation de ces données est représentée par la figure (Fig.34). On utilise les blocs suivant : Bloc 1 : sonde capteur solaire. Bloc 2 : sonde de ballon. Bloc 3: consigne d’ECS + capteur solaire (60 °C) Bloc 4: SUB (Out = In1 – In2) Bloc 5: thermostat Bloc 6: comparateur (entre Out et 3) Bloc 7: comparateur (entre Out et 10) Bloc 8: PID_CTR Bloc 9: Porte Or logique. Bloc 10: commande vanne V3V.

Fig.34 : Commande de la vanne 3 voies de circuit ECS et capteur solaire

IV. Simulation : validation des différentes fonctions : Pour la simulation du programme, les étapes sont les suivantes : En premier étape on compile le programme (fig.35), ensuite on transférer le programme vers l’UTL à travers un câble PXA-C1 pour le télécharger en utilisant une carte PCC10 et un terminal d’exploitation graphique PXM20.

Fig. 35 : Résultat de compilation du programme

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Programmation et supervision

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Fig.36 : Maquette d’essai

V. Supervision : Après avoir étudié et testé la solution d’automatisation pour cette installation de chaufferie, une seconde étape complémentaire est l’élaboration d’une interface de supervision qui doit pouvoir communiquer avec toute cette installation automatisée. On présentera le générateur de supervision utilisé et le suivi des étapes de supervision. V.1. Réalisation des interfaces de supervision : La Citect Explorer plateforme sert à l’élaboration des interfaces graphiques ainsi que le lien entre le générateur de supervision (DESIGO INSIGHT) et le logiciel de programmation de l’installation (DESIGO XWORKS) en agissant sur la plateforme DATABASE IMPORT UTILITY.

L’interface de supervision que nous avons réalisé, comporte trois centrales : une centrale de production d’eau chaude, une centrale de production d’eau glacée et une centrale de production d’eau sanitaire. En plus de la supervision, elle offre à l’utilisateur la possibilité de choisir la commande et entrer les consignes pour chaque centrale.

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L’interface est composée de cinq pages (Fig.37, Fig.38, Fig.39, Fig. 40, Fig.41). • La première interface contient le nom de clinique. • La deuxième interface est la page bus à partir de laquelle on peut passer à l’une des interfaces de production (interface de la centrale de production d’eau chaude, interface de la centrale de production d’eau glacée et interface de la centrale de production d’eau chaude sanitaire). • La troisième interface représente la centrale de production d’eau chaude. • La quatrième interface représente la centrale de production d’eau glacée. • La cinquième interface représente la centrale de production d’eau chaude sanitaire.

Fig.37: Page top

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Fig 38 : Page bus

Fig.39:Interface du production d’eau chaude

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Fig.40 : Interface du production d’eau glacée

Fig.41 : Interface du production d’eau chaude sanitaire

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V.2. Description de différentes fonctionnalités: V.2.1 Les commandes : La figure (Fig. 42) présente le bloc qui s affiche dans l’interface et qui permet à l’utilisateur de commander l’installation.

Fig. 42: Commande V.2.1.1. Le choix de commande : L’appui sur la première commande

permet d’ouvrir une interface pour le choix

entre trois modes : On, Off ou Automatique.

Fig. 43: Bouton de commande Réglage de l'état d'une sortie logique : Par exemple pour forcer l'état de sortie d'un régulateur, en désactivant un bruleur. La procédure est décrite dans la figure (Fig.44).

Fig.44: Réglage d'une valeur logique

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Réglage de l'état d'une sortie analogique : La procédure décrite par la figure (Fig.45) présent les étapes suive par l’utilisateur pour forcer l’état de sortie analogique d'un régulateur, afin de modifier la position d'une vanne.

Fig.45: Réglage d'une valeur analogique [8] V.2.1.2. Les alarmes: Ils sont signalés par des cloches qui commencent à bouger dés qu’une anomalie est détectée.

Fig.46 : La signalisation des alarmes

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La reset des alarmes se fait par un bouton poussoir commandant deux états On ou Off comme indique la figure (Fig.47).

Fig.47 : La reset des alarmes V.2.2. Les consignes : Les consignes sont insérées dans des champs comme ceux de la figure(Fig.48).

Fig.48: Champ des consignes

VI. Conclusion : Ce chapitre a été consacré à l’élaboration du programme de régulation et de commande de la chaufferie. La démarche de la programmation a été présentée en détail. Nous avons utilisé le langage XWORKS afin d’accomplir cette tache. Nous avons présenté aussi les stratégies de régulation utilisées pour réguler et contrôler les températures de départ d’eau. Le programme a été transféré sur un automate PXC64-U et testé par un terminal graphique PXM20. Ensuite, on a élaboré une interface de supervision, afin de pouvoir surveiller et commander les composantes de la chaufferie. Pour ce qui est de la commande, il s’agit de créer des boîtes de commande qui permettent de permuter le mode de fonctionnement, programmer les heures de marche/arrêt de la chaufferie et modifier la valeur de la consigne. En ce qui concerne la surveillance, l’interface doit garantir la détection des anomalies et la signalisation des alarmes.

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Conclusion générale

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CONCLUSION GÉNÉRALE

Notre projet de fin d’étude réalisé au sein de l’entreprise est une élaboration d’un système de gestion technique permettant la commande et la supervision d’une installation de chauffage, de la Clinique ENNASSER II. Nous avons conçu et réalisé ce système ainsi que l’armoire électrique qui lui est associée. Nous avons dimensionné les équipements électriques de l’armoire et nous avons identifié les entrées /sorties du système afin de choisir l’automate et ses modules. Nous avons opté pour l’automate SIEMENS PXC 64_U et

nous avons utilisé le logiciel XWORKS pour sa

programmation. Nous avons réalisé une interface graphique de supervision, par l’intermédiaire du logiciel Desigo Insight. L’interface visualise tous les équipements installés pour la chaufferie et surveille en temps réel la variation de leur état. Tout le travail réalisé a été validé par le mode TEST qui a donné des résultats satisfaisants. Une implantation réelle des programmes réalisés est indispensable pour nous donner un paramétrage exact des blocs utilisés surtout les PID et nous permettre d’avoir une idée sur les contraintes fonctionnelles pouvant se produire après implantation.

Finalement, nous tenons à souligner que ce projet de fin d’études a représenté pour nous une opportunité pour exploiter notre potentiel en termes de connaissances en automatique et électricité et a enrichi notre expérience dans la vie professionnelle et sociale.

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Bibliographies /webographie

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BIBLIOGRAPHIE / WEBOGRAPHIE

[1] http://www.ascii.fr/altitem.php [2] Guide Distribution et Puissance de Legrand édition 2000: Calcul des courants de courtcircuit, [3] DESIGO Système de gestion technique des bâtiments, Description du système, SBT 2003. [4] DESIGO Système de gestion technique des bâtiments, SBT Allemagne 2003. [5] DESIGOTM PX Unités de traitement local de gestion de bâtiment, SBT Décembre 2003. [6] HVAC Products, SBT 26.09.2002. [7] http://www.siemens.fr/ [8] DESIGO

TM

Système de gestion technique des bâtiments, DESIGO INSIGHT prise en

main, CA1I9105F.

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ANNEXES

Annexe1

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Annexe 1:Schémas de la chaufferie

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Annexe2

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Annexe 2: Schémas électriques

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Annexe2

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Annexe2

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Annexe2

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Annexe3

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Annexe 3: Adressage des modules

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Annexe3

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Annexe3

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Annexe4

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Annexe 4 : Choix du matériel de protection

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Annexe4

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Annexe5

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Annexe 5 : Unités modulaires de traitement local

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Annexe5

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Les modules TX de la gamme modulaire des automates PXC

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Annexe5

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Annexe5

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Annexe5

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Annexe6

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Annexe 6 : Choix du matériel de régulation

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Annexe6

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Annexe6

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