Remerciement

Ce rapport est le labeur non seulement d’effort personnel, mais il est surtout le fruit d’unevaste contribution et, ce serait injuste de ma part de l’entamer sans rendre aux personnes, grâceauxquelles ce document a été élaboré, ce dont ils ont droit.

C’est pour cette occasion que je dois toute la gratitude à : M. OUBERNI Chef de ServiceElectronique, qui a bien voulu confier le déroulement de mon stage à une équipe compétente enla matière. M. BOUBKER pour ses fructueuses recommandations, son soutien et l’aide qu’il m’aprodiguée durant toute la période du stage.

Enfin, Je ne peux laisser cette opportunité sans exprimer mes remerciements et mes sincèresgratitudes à ma famille, mes professeurs dont principalement le chef de notre filière G. Electriqueà l’ENSA Khouribga M.Massour El aoud, à tout le Groupe OCP et tous ceux qui m’ont aidé àbénéficier de cette période de stage au sein des bureaux de cette Entreprise.

Merci.

1

Résumé

Assurer la disponibilité de ses équipements, n’est plus un luxe, mais plutôt une priorité, unecondition sine qua non pour une bonne productivité. L’OCP Benguerir en est conscient et y focaliseson attention.

Ce rapport est le résultat d’un travail s’inscrivant dans ce cadre, et portant sur l’améliorationde la disponibilité électronique de la sondeuse PV 275, plus précisément de sa chaine de régulationde l’air, dont le système électronique tombe fréquemment en pannes difficilement repérées, et ce àcause des modules avec lesquels ce système fonctionne. Pour remédier à ce problème, un recourt àun API s’impose, d’où la nécessité de faire un grafcet pour le système.

Le présent rapport s’axe sur 4 chapitres :

Chapitre 1 : où est donnée une brève présentation de l’entreprise d’accueil, l’OCP Benguerir.

Chapitre 2 : ce chapitre porte sur la description du fonctionnement général de la sondeuse en

question, les caractéristiques de ses composantes principales, et la localisation des capteurs

et actionneurs.

Chapitre 3 : où est abordée la chaine de régulation de l’air, ses composantes, et le système

de commande par module avec lequel elle fonctionne. Ainsi que l’aspect défaillant de ce

système, et la proposition d’une solution pour y remédier.

Chapitre 4 : où la solution proposée est détaillée davantage, à savoir l’automation de la chainede régulation de l’air, en cas d’utilisation d’un API.

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Table des matières

I Présentation du Groupe OCP 70.1 Le Groupe OCP : Fiche Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80.2 Environnement de l’OCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80.3 Principaux services fonctionnels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90.4 L’OPS : L’OCP Production Système . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

II L’Etude de la Sondeuse PV 275 110.5 Introduction générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120.6 La Sondeuse PIT VIPER 275 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

III L’analyse De l’Existant 220.7 La chaine de régulation de l’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230.8 Système électronique de régulation d’air (SERA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250.9 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290.10 Solution proposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

IV Automatisation du SERA 300.11 Grafcet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310.12 Traduction Ladder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

3

Table des figures

1 Pole Miniére Benguerir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 les 5 piliers de l’OPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 La Sondeuse PV Sur Le Chantier De Ben guérir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 vue de la foreuse PV 275 avec tour retirée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 La Tour De La PV 275 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 systeme de propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 pompe principale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Moteur De Propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Ecran De Contrôle de la PV 275 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1810 Emplacement de la valve de non-retour . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2311 Valve de purge montée sur le réservoir de réception . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2412 Schéma du réservoir de réception . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2513 Schéma du SERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2614 Emplacement du capteur de vide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2615 contrôleur électrique MC2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2716 Emplacement de la valve à papillon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2717 Emplacement valve d’aeration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2818 Emplacement du capteur de pression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2919 Grafcet du SERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3220 Adressage des entrée/sorties du SERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

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Liste des tableaux

1 Specificité du systeme d’avance de La PV 275 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Spécificités de la Tête de rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Caractéristique du compresseur d’air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Spécificités du moteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 Caractéristiques des Pompes principales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Caractéristiques de la pompe auxiliaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Caractéristiques du moteur de propulsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 Tableau des entrées/sorties du SERA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

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Introduction

Pour une entreprise de renommée, l’indisponibilité électronique d’une machine dans l’un de seschantiers se traduit directement par un manque d’efficacité, un non-respect des délais, et des coutsde maintenance élevés, ce qui fait lui perdre non seulement de l’argent mais pis encore, sa placedans le marché mondial.

Pour parer à tout cela, la mise en oeuvre du vieil adage « mieux vaut prévenir que guérir »s’avère utile, voire cruciale : vaut mieux alors améliorer la disponibilité de ses équipements, et dontla sondeuse PV 275, au sein des chantiers de l’OCP Benguerir, fait un des plus important. C’estdans cette optique alors, que s’inscrit mon stage de fin d’année, sous le thème « Amélioration dela disponibilité électronique de la sondeuse PV 275 », et à partir duquel il m’est demandé de :

• Etudier le fonctionnement de la sondeuse PV 275.

• Localiser les organes de contrôle et de commande de la machine.

• Localiser les capteurs et les actionneurs de la machine.

• Etudier la chaine de régulation de lair.

• Etablir un programme pour automatisation de la chaine de régulation de l’air.

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Première partie

Présentation du Groupe OCP

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0.1 Le Groupe OCP : Fiche TechniqueRaison sociale : Groupe Office Chérifien des Phosphates (OCP).

Forme juridique : Établissement public.

Date de création : Le 7 août 1920.

Location et siège : Angle route d’El-Jadida et Bd de la grande ceinture CASA.

Conseil d’administration : Le premier ministre.

Correspondant à l’étranger : Bureau OCP-PARIS.

Activités principales : Extraction, Traitement et transformation des phosphates.

Directeur générale : M. Moustapha TERRAB.

Sur le plan humain le groupe OCP compte 21 953 agents dont près de 722 ingénieurs et assi-milés en Janvier 2002.

Les réserves importantes du phosphate que contient le sol marocain, contraignent l’état à accor-der à l’industrie phosphatée une importance particulière afin de profiter au maximum de ce minéralet optimiser les recettes qui proviennent de ces ventes en état brut, ainsi qu’après traitement etcela pour contribuer à l’équilibre du déficit budgétaire.

Dans ce sens et après plusieurs études minières et minéralogiques, le groupe a jugé nécessaired’inaugurer une nouvelle unité d’extraction à Ben guérir, car la terre de cette dernière comprend23.5% de l’ensemble du phosphate.

0.2 Environnement de l’OCPConcurrence : le groupe OCP se trouve dans une situation monopoliste de l’exploitation et

de la commercialisation du phosphate au Maroc, mais cela n’exclut pas la concurrenceinternationale.

Clients : à l’échelle nationale c’est Maroc phosphore et à l’échelle internationale c’est l’exportvers les différents pays.

Fournisseurs : au niveau national c’est CAPLAM à Casablanca et ALCAYDE à Rabat etPENVEN, BUCYRUS au niveau international.

Extraction à ciel ouvert - Ben guérir-Pole mine GANTOR

Le centre minière de Ben guérir est situé à :

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Figure 1 – Pole Miniére Benguerir

0.3 Principaux services fonctionnelsService méthode et planning (DEG/BG/P)

Il a pour mission essentielle l’élaboration des méthodes et planning pour l’extraction du phos-phate ainsi que celle des projets d’exploitation et d’épuisement.

Il s’occupe aussi des études (Géologie, plans, redressement des machines), il s’occupe de lasécurité, de l’hygiène et de la gestion des laboratoires (analyse des teneurs).

Service contrôle de gestion (DEG/BG/C)

En liaison avec le service exploitation, le service contrôle de gestion contrôle toutes les opérationsayant impact sur la production, notamment les dépenses au niveau du prix de revient, analyse descoûts et la gestion financière.

Service du Personnel (DEG / BG/A)

Il est en liaison directe avec tous les autres services de la division, il assure la gestion dupersonnel par un suivi de la carrière des agents dès leur embauche jusqu’à leur départ tout enrespectant la réglementation en vigueur prévue par le statut du personnel et le manuel de gestionainsi que les notes diffusées.

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Service d’exploitation (DEG /BG/E)

C’est un service chargé de l’extraction du phosphate : foration, sautage, décapage, défruitageet transport.

0.4 L’OPS : L’OCP Production SystèmeL’OCP n’étonne pas quand il opte pour tout ce qui est innovant dans les méthodes managériales,

car toujours Soucieux de la qualité des conditions de travail, et de l’ergonomie. L’OPS en est lapreuve.

Qu’est-ce que l’OPS ?

OCP Production System, est un projet adopté par le groupe OCP depuis 2012, un systèmecomplet destiné à améliorer la productivité et les performances de l’entreprise par :

• L’identification des pertes : ce qui consomme des ressources sans apporter de valeur auclient,

• La concentration des moyens sur les pertes principales : pannes, déchets, ... en appliquantdes méthodes avec rigueur.

Comme tout projet ambitieux, l’OPS nécessite l’implication de l’ensemble des employés pour at-teindre des résultats de classe mondiale.

L’OPS est constituée principalement de 6 blocs :

Figure 2 – les 5 piliers de l’OPS

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Deuxième partie

L’Etude de la Sondeuse PV 275

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0.5 Introduction généraleLe domaine de travail

L’exploitation des carrières passe par plusieurs étapes dont principalement le forage. La duretédes conditions de travail dans ce domaine, exige l’utilisation d’un matériel et machines aussi solideset résistantes, pour qu’elles puissent faire face à tout obstacle de lié l’exploitation. La sondeuse PV275 en est meilleur exemple.

Le forage avec la PV 275 s’effectue suivant les étapes :

1ère : Mise à niveau de la foreuse.

2éme : Elévation de la tour et sa mise à la position verticale.

3éme : avancement de la tête de rotation vers le bas contre les arrêts inférieurs de la tour.

4éme : Augmentation lente de la pression d’enfoncement jusqu’à la pression de chute maximale.

5éme : Soulèvement lent du vérin de nivelage côté cabine au-dessus du sol.

6éme : Répétition des étapes 4 et 5, tout en élevant légèrement le vérin côté capteur de Pous-sières.

0.6 La Sondeuse PIT VIPER 275La PV-275 est une foreuse rotative multi-passe ( à 4 tiges) montée sur chenille, à entraînement

par tête supérieure hydraulique spécialement conçue pour le forage par rotation ou percussion destrous de mine , avec une capacité de charge de taillant de 34 tonnes (75 000 livres), elle permetd’ajouter une productivité exceptionnelle à aux opérations minières. Performante et robuste, laPV-275 possède une colonne de 12,2 m (40 pieds) et permet le forage mono passe propre d’un troude 11,3 m (37 pieds) ou le forage multi passe jusqu’à une profondeur totale de 59,4 m (195 pieds)à l’aide d’un carrousel de 4 tiges avec des tiges de 12,2 m (40 pieds).

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Figure 3 – La Sondeuse PV Sur Le Chantier De Ben guérir

Le fonctionnement de la sondeuse PV

Vue de la foreuse La PV-275 utilise un moteur électrique pour actionner le compresseur d’air

Figure 4 – vue de la foreuse PV 275 avec tour retirée

et le système hydraulique. Le fonctionnement de la foreuse prévoit l’utilisation des contrôleurs élec-triques, de préférence aux contrôleurs hydrauliques, placés conformément à l’ergonomie de sorteà permettre à l’opérateur de faire face au centreur de la foreuse lors du forage. La PV-275 vient

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équipée d’un compresseur d’air rotatif à vis asymétrique.

La tour

Les fonctions de forage des foreuses de série PV-275 sont à commande hydrau-lique. L’air com-primé est utilisé pour nettoyer le trou. Les pompes hydrauliques et le compresseur sont entraînéspar un moteur électrique. Les systèmes qui prennent en charge les fonctions de forage et de propul-sion de la foreuse sont actionnés par des composants pneumatiques, hydrauliques et électriques.

Figure 5 – La Tour De La PV 275

La tour est principalement composées de :

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Tête de rotationLa tête de rotation (aussi appelée tête mécanique ou tête supérieure) sert à tour-ner le trépan età ajouter et retirer la tige de forage de la rame.Le train de tiges de forage est directement relié à la tête de rotation et toute la pression de rotationet d’avance est exercée à travers la tête de rotation.Deux moteurs hydrauliques déclenchent la rotation de la tête. Le manomètre de rotation placé surla console de commande, indique le volume de pression hy-draulique appliqué aux moteurs de latête de rotation sous forme de vitesse de rotation. Les vitesses variant de 0-150 tr/min peuventêtre obtenues à l’aide de cette tête de rotation. Les câbles d’enfoncement (avance) et de retrait(rétraction) sont reliés aux plaques de montage fixées au boîtier de la tête de rotation.

Système d’avanceLe système d’avance hydrostatique en boucle fermée est alimenté à travers des vérins d’avancehydrauliques à deux tiges et deux pistons qui élèvent et abais-sent la tête de rotation en douceuret complètement au moyen de câbles d’acier à haute résistance pour l’enfoncement (avance) et leretrait (rétraction). Ce sys-tème est plus efficace que d’autres systèmes de différente conception enraison de faibles débits et de la chute de pression détendue qui en résulte. Cela permet aux pompeshydrauliques de fonctionner au module optimal de leurs courbes de débit. Lorsque la structure duchariot monte et descend de la tour, la tête de rota-tion va dans le même sens, mais à une vitessedeux fois égale à celle du chariot. L’utilisation d’un câble d’avance présente plus d’avantages qu’uneavance mé-canique, comme la réduction du poids total maximum au niveau de la tour et du systèmed’avance. Cela facilite également la détection d’usure dans le système de câbles.la PV-275 utilise un système d’avance par câble plus léger et moins couteux que les systèmesclassique d’avance à chaîne. Le câble favorise également un forage souple.

Conception : Système d’avance par cable entriné par des vérins hydrauliquesProfondeur maximaledu trou :

La foreuse de série PV-275 (multipasse) est conçue pour forer à uneprofonduer maximale de 59.4 m. un carrousel standard maintient quatretiges de 12.19 m.

Train de tiges de fo-rage :

le train de tiges de forage se compose de la broche de la tete de ro-tation, d(une réduction des chocs/réduction de croiseent ou réductionde la broche, d’une réduction de la tige, d’une réduction du trépan oustabiliseur et d’un outil de forage.

Vérins d’vance : Deux (2) vérins hydrauliques à deux tiges et deux pistons ( conceptionbrevetée)

Charge sur le trépan : 0 à 34 019 kg (0 to 75,000 lbs.)Alésage : 127 mm (5.0 in.)Diamètre de la tige : 95,25 mm (3.75 in.)

Table 1 – Specificité du systeme d’avance de La PV 275

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Conception : Réduction à deux étages de l’engrenage cyclindrique droit dans le boitieren fonte.

Moteurs de rotation : Deux (2) ùoyeurs hydrauliques à cylindrée variable et à pistons axiux (6 po3/tr.)

Force de rotation : 136 kw (efficacité maximale)Couple de rotation : 1203 kg/m de cynlindrée maximale brute(0-105 tr/min)Vitesse de rotation : 150 tr/min en cylindrée minimale(couple de serrage, 6 500 pied-livre)Réglage de la vitesse : Réglage à l’infini pour la plage entière ; vitesse maximale définie par le

réglage manuel de la cylindrée du mmoteurGuide des tetes : Remplaçables, NylatronFonction : Faire tourner le trépan

Table 2 – Spécificités de la Tête de rotation

Système de propulsion

La foreuse de série PV270 est montée sur deux chenilles, chacune propulsée par un moteurhydraulique à cylindrée constante, fonctionnant par un train planétaire fixé sur un entraînementfinal qui tourne le pignon d’entraînement. Les moteurs hydrauliques sont de type axe plié, chacunentraîné par une pompe principale utilisant un circuit à boucle fermée.

Figure 6 – systeme de propulsion

Principales pompes hydrauliques

Les principales pompes sont des pompes à boucle fermée (l’huile entrant dans le principal

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élément de pompage retourne directement au système sans préalablement passer par le réservoir dusystème. L’huile est utilisée à plusieurs reprises dans une boucle infinie.), à groupe de transmissionhydrostatique (la pompe est conçue pour être utilisée dans un système dans lequel l’énergie esttransmise par la pression d’un fluide.), de type piston. Le symbole de la pompe principale estprésenté à la page suivante. La pompe entière est considérée comme un groupe.

Figure 7 – pompe principale

Moteurs de propulsion

Les moteurs de propulsion font tourner le mécanisme d’entraînement final du système de trainde roulement pour faire avancer ou reculer les chenilles. Plus le flux fourni à un moteur est impor-tant, plus son fonctionnement est rapide.

Figure 8 – Moteur De Propulsion

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Localisation des organes de commande et de contrôle

Toutes les fonctions opérationnelles peuvent être commandées à partir de la console de com-mande placée à l’intérieur de la cabine de la foreuse, à l’aide d’un système de commande RCS.

Système de commande de l’appareil de forage (RCS)

Le RCS (Rig Control System) est un système informatisé de commande de l’appareil de foragequi permet de manoeuvrer et de contrôler la foreuse.

Le Système de commande de l’appareil de forage comprend des contrôleurs-opérateurs (assissur le siège) et un certain nombre de modules électroniques, qui sont dans l’ensemble des ordina-teurs individuels qui communiquent à l’aide de la technologie CAN (Controller Area Network) quiapplique le protocole SAE J1939.

Le contrôle s’effectue par un affichage écran à l’aide d’une représentation par Interface graphique(GUI) de toutes les pressions hydrauliques et pneumatiques.

Figure 9 – Ecran De Contrôle de la PV 275

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Localisation des capteurs et des actionneurs

Les Actionneurs

Compresseur d’airLes compresseurs d’air standard utilisés sur la foreuse de série 270 sont fabri-qués par Ingersoll-Rand et sont du type rotatif à vis asymétrique noyée d’huile. Des roulements à rouleaux fuseléspermettent de manipuler la force de poussée et les charges radiales. Le réservoir a une capacité de144 litres.

Type : Basse pression, mono-étagé, rotatifà vis asymétrique noyée d’huileVolume : 53,8 m3/min. à 758kPa,(1900, 2600 CFM @ 110 psi)Lubrificationde lachambre de compres-sion :

Supérieure, pompe à huile pour engrenages

Capacité du réservoir : 143 litres (38 gallon)Filtres à air : Trois étages avec 1 principal et 1 élément de sécuritéIndicateur d’alarmede déchets :

Les indicteurs de restriction indiquent qu’il est nécessaire de nettoyer lesfiltres.

Type d’huile : PROTEC (basse pression uniquement)TR/MIN opération-nel :

1 800 tr/min

Source d’alimenta-tion :

Moteur électrique Weg

Table 3 – Caractéristique du compresseur d’air

Le compresseur est directement entraîné par moteur électrique.

Moteur :

Moteur électrique Weg 6 808-6 000 V CA//700 hp (522 KW) à 50 Hz pour 1488 tr/minWeg 6 808-6 000 V CA//700 hp (522 KW) à 60 Hz pour 1785 tr/min

Roulements Paliers à cousinet -douille lubrifié à huileRoulements à billes ou à rouleaux lubrifiés à huile ou à la graisse

Refroidissment Refroidissement intégré

Table 4 – Spécificités du moteur

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Pompes principales

Nombre : Deux(2)Emplacement : Montées sur la boite d’engrenages principale d’entrainement hydrauliqueType : Pompes à cylindrée variable, piston axiaux, bidirectionnelles pour avance,

rotationet propuslionCylindrée : 180.3 cc, (11.0 cu.in/rev) 1800 x 1,27=2286 tr/min, 71.7 G.P.M.

180.3 cc, (11.0 cu.in/rev) 1800 x 1,10=2310 tr/min, 72.5 G.P.M.Fonction Fournit de l’huile aux moteurs de la tete de rotation, aux vérins d’avance

et aux moteurs de propulsion (une pompe par chenille)

Table 5 – Caractéristiques des Pompes principales

Pompe auxiliaire

Nombre : une (1)Emplacement : Montée sur la boite d’enrgrenages principales d’entrainment hydrauliqueType : Pompe à palttes à deux (2) mouvements pour toutes les fonctions hy-

drauliques auxiliairesCapacité : Mouvement P1 : 28 G.P.M. pour 1 200 tr/min, 137.50 cc (8.39

cu.in./rev.)Mouvement P2 : 17 G.P.M. pour 1 200 tr/min, 99.96 cc (6.10 cu.in./rev.)

Fonction : Mouvement P1 : Moteur du ventilateur du groupe refroidisseur, vérinsde tension des cables

Table 6 – Caractéristiques de la pompe auxiliaire

Moteur de propulsion

Nombre : Deux (2)Type : Hydraulique, cylindrée constante, pistons axiaux, cylindrée de 160 cc (9.8

cu.in./rev.)Vitesse de propulsion : 0-1,77 km/h (0 to 1.1 mhp)Fonction : Enclencher l’entrainement de la chenille gauche et l’entrainement de la

chenille droite

Table 7 – Caractéristiques du moteur de propulsion

Les capteurs

Capteur de poussière : signale la présence de la poussière et donne à régler le débit de lair.

Capteur de vide (de flux) : informe sur lexistence ou non de la dépression à lentrée de la valve.

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Capteur de pression (placé sur le réservoir de réception) : Il existe deux types de capteur depression : les capteurs de pression absolue, et les capteurs de pres-sion différentiels. Ce typede composant est généralement construit autour d’une "puce" composée d’un élément peso-résistif au silicone, qui permet de délivrer une tension continue proportionnelle à la pressionmesurée, avec une très bonne linéarité.

Capteur fin de course (tour) pour sassurer que la tige soit en position voulue.

Capteur de température du palier de lextrémité non motrice /motrice/ du stator.

Capteur de mise à la terre .

Capteur de tension de phase (contrôleur de démarreur).

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Troisième partie

L’analyse De l’Existant

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0.7 La chaine de régulation de l’airLe système de régulation

Le système de régulation commande la pression et le volume d’air qui descend dans le trou versle trépan. La valve à papillon (également appelée valve d’entrée) s’ouvre et se ferme ma-nuellementpar une poignée de la console de commande de l’opérateur dans la cabine. Le forage normal s’effec-tue lorsque l’opérateur repousse la poignée pour ouvrir la valve d’entrée, le moteur étant en marche.

Ceci permet à l’air d’accéder à l’entrée du compresseur et de se comprimer au fur et à mesurequ’il circule à travers la chambre de compression. L’air compri-mé est forcé dans le réservoir deréception et aussi longtemps que la pression dépasse 20 psi, l’air s’écoulera vers le trépan à traversle tuyau de refoulement. Une valve de pression minimale est montée entre le réservoir de réceptionet le tuyau de refoulement pour s’assurer qu’il y a toujours une pression de 20 psi dans le réservoir.Cette pression force l’huile dans la pompe à huile pour assurer un flux positif vers le système delubrification à tout moment.

Une valve de non-retour de décharge (voir image ci-dessous) est placée à la dé-charge de lachambre de compression pour empêcher que la pression retourne à la chambre de compressionlorsque la foreuse est mise en arrêt.

Figure 10 – Emplacement de la valve de non-retour

Les composants du système de régulation

Robinet à papillon d’entrée Le robinet à papillon d’entrée est un robinet rond et sans bridesplacé au-dessus du compresseur. Il comporte un arbre connecté au centre du robinet. C’est à ce

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point qu’est rattachée la pièce de liaison du câble de commande et du vérin pneumatique.

Valve de non-retour de décharge

La valve de non-retour de décharge est placée à la sortie du compresseur et em-pêche l’huile oul’air, sous pression, de retourner au boîtier du compresseur. Lorsque le compresseur est en marche,l’huile et l’air sont expulsés du boîtier du compresseur, ce qui garde la valve de non-retour ouverte.Lorsque le compres-seur est mis en arrêt, rien ne s’écoule du côté du compresseur. Mais la pressionS’accumule dans le récepteur. Ceci mettra le boîtier du compresseur sous pres-sion en cas d’absencede la valve de non-retour de décharge.

Valve de purge

Lorsque la foreuse est arrêtée, de l’air sous pression est retenu dans le réservoir de réception.Cet air doit être évacué avant le redémarrage de la foreuse. Une valve de purge automatique estconnectée au réservoir de réception pour déchar-ger la pression du réservoir. Lorsque le compres-seur est en marche, la pression de pilotage de l’extrémité d’évacuation du compresseur empêche àla valve de s’ouvrir. Lorsque le compresseur est arrêté, aucune pression de pilotage n’est disponiblepour maintenir la valve ouverte, et la pression du ressort ouvre la valve pour laisser s’échapper lapression d’air du réservoir.Réservoir de réception

Figure 11 – Valve de purge montée sur le réservoir de réception

Le réservoir de réception sert à plusieurs fonctions. Il contient l’huile de lubrifi-cation utiliséepour refroidir et lubrifier le compresseur. Il sert de réservoir d’air comprimé. Par ailleurs, l’élémentdu séparateur permet de séparer l’huile de l’air.À la sortie du réservoir se trouve une valve de décharge de pression minimale de 65 psi. Pour

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Figure 12 – Schéma du réservoir de réception

maintenir une pression d’air minimale constante dans le réservoir, on fait recours à la Valve depression minimale.

La pression d’air a pour but de permettre à l’huile de s’écouler à travers le re-froidisseur et versla pompe par temps froid. La pression d’air est également uti-lisée pour faire fonctionner diverssystèmes à commande pneumatique tels que le capteur de poussières, le système de lubrificationLincoln et le lubrificateur de fil automatique.

Valve de décharge de sécurité

Toutes les foreuses sont dotées de valves de sécurité. La spécification de ces valves est de 25-50Psi supérieure à la pression d’utilisation maximale. L’unique fonction d’une valve de sécurité estd’empêcher l’endommagement du réservoir de réception en cas de toute autre défaillance.

0.8 Système électronique de régulation d’air (SERA)Schéma de principe

456212

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Figure 13 – Schéma du SERA

Composantes

Capteur de flux : (capteur de vide)

Figure 14 – Emplacement du capteur de vide

Le capteur de flux détecte le volume d’air que le compresseur produit et envoie cette informa-tion au contrôleur électronique MC2.

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Contrôleur électronique

Figure 15 – contrôleur électrique MC2

Le contrôleur électronique surveille le flux et les entrées de pression, les entrées de commandeet les données du moteur. Il commande les actionneurs afin que le compresseur produise le fluxou la pression requis. Il détecte également plusieurs défectuosités et alertes l’opérateur en faisantclignoter un code d’erreur avec l’éclairage de diagnostic.

Figure 16 – Emplacement de la valve à papillon

La valve à papillon proportionnelle et l’actionneur sont commandés par le contrôleur électro-nique et régule le flux d’air à l’intérieur du compresseur de complètement fermé (l’air n’entre pas

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dans le compresseur) à complètement ouvert.

Valve d’aération proportionnelle et actionneur

Figure 17 – Emplacement valve d’aeration

La valve d’aération est contrôlée par le contrôleur électronique et peuvent relâcher l’air duréservoir de réception. L’air est déchargé dans l’atmosphère par un silencieux. La valve d’aérationproportionnelle était auparavant appelée valve de purge.

Capteur de pression

Le capteur de pression détecte la pression du réservoir de réception et envoie cette informationau contrôleur électronique.

Les modules

La sondeuse PV 275 fonctionne avec le système RCS (Rig Control System). La communicationselon ce principe RCS se fait entre :

• le Panneau de commande vers les Modules et puis vers les actionneurs CAN (il y’a 25connections point de X1 à X25).

• les capteurs vers les modules vers le panneau de contrôle (interface de su-pervisons).

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Figure 18 – Emplacement du capteur de pression

0.9 ProblématiqueCes modules, malgré leurs nombreux avantages, tombent fréquemment en panne, des pannes

dont l’identification et la résolution ne sont pas toujours des plus évidentes. Ce qui augmente letemps d’arrêt, dans le poste de forage, un poste assez critique puisque c’est la première étaped’exploitation des carrières, et dont dépendent toutes les autres installations.

0.10 Solution proposéeAfin de minimiser les temps d’arrêt, causés par les pannes des modules à travers lesquels

fonctionne le système électronique de régulation de l’air, une solution est de recourir à un automateprogrammable, d’où la nécessité de mettre un graf-cet et sa traduction en langage ladder pour lesystème en question.

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Quatrième partie

Automatisation du SERA

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0.11 GrafcetLe Grafcet est un mode de représentation et d’analyse d’un automatisme, parti-culièrement

bien adapté aux systèmes à évolution séquentielle, c’est-à-dire dé-composable en étapes. Il estdérivé du modèle mathématique des réseaux de Petri1.Le Grafcet est donc un langage graphique représentant le fonctionnement d’un automatisme parun ensemble : d’étapes auxquelles sont associées des actions ;

• de transitions entre étapes auxquelles sont associées des conditions de transition (réceptivi-tés).

• des liaisons orientées entre les étapes et les transitions.Pour la chaine de régulation de l’air, en se basant sur le : Schéma du SERA (Figure 13), on peutmettre un Grafcet pour le système dont les entrées et sorties sont :

ENTREE SORTIEDCY Départ cycle CM Compresseur en

marcheAU Arrét d’urgence OVA Ouverture de valve

d’admissionCV Capteur de vide SEP Séparer Air/huile

dans le réservoirCPE(CP) Capteur de pression

au réservoirOS Ouverture sortie vers

conduitePN Pression Nominale OVR Ouverture valve de re-

tenuePos Position de la valve COMP Comparaision

consigne / sortieCPouss Capteur de poussiére REG Régulation de débitS Débit la sortie de la

conduiteCS Consigne de Débit

Table 8 – Tableau des entrées/sorties du SERA

Grafcet proposé :

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Figure 19 – Grafcet du SERA

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0.12 Traduction LadderLangage Ladder :

Ladder Diagram (LD) ou Langage Ladder ou schéma à contacts est un langage graphique trèspopulaire auprès des automaticiens pour programmer les Auto-mates. Il ressemble un peu auxschémas électriques, et est facilement compré-hensible

Traduction du Grafcet proposé :

Le tableau des mnémoniques

Figure 20 – Adressage des entrée/sorties du SERA

Les réseaux Ladder :

1er réseau :

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2eme réseau :

3eme réseau :

4eme réseau :

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5eme réseau :

6eme réseau :

7eme réseau :

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Conclusion

Ce travail vise à améliorer la disponibilité de la foreuse PV 275, et ce par le biais de l’étude deson mode de fonctionnement d’une part, en décortiquant ses composantes, et décrivant ses carac-téristiques, ce qui facilite aux techni-ciens l’intervention lors de leurs travaux de maintenance.

Et d’autre part, par le biais de la proposition d’un Grafcet et sa traduction ladder pour pro-grammer l’API si on en fait appel, ce qui permettra de remédier aux pannes des modules en relationavec la chaine de régulation de l’air.

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Bibliographie

• PV275E-RCS,EARS Atlas Copco Drillings Solutions.

• Maintenance manual for PV 275.

• Management industrielle OCP.

• www.ocpgroup.ma

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