A ma très chère maman, de m’avoir guidé vers le chemin du bonheur. A mon très cher papa, pour sa confiance en moi, et son vœu ardent de me voir… [600060]

Page 1

Dédicace
je dédie ce travail à :
A mes parents :
A ma très chère maman, de m’avoir guidé vers le chemin du bonheur.
A mon très cher papa, pour sa confiance en moi, et son vœu ardent de me voir réussir.
Merci pour les sacrifices consentis pour mon éducation et la bienveillance avec laquelle vous
m’avez toujours entourée.
A ma source de bonheur, Mountassir
Pour les instants inoubliables que nous avons vécu ensemble, merci d’être toujours là pour
moi en me comblant de joie et de bonheur …. Merci mon cher frèr e.

A mon cher ami Taoufik
Pour tous les conseils et les directives que tu m’as prodigué, Je vous serais très reconnaissante
durant toute ma vie.

A toute ma famille.
A tous
A mes tr ès chers ami s.

OBEIDI SOUFIA NE .

Page 2

Remerciements

Nous sommes extrêmement reconnaissants, à Mm e Soumiya EL HANI notre
responsable de la filière d’ingénieur génie électrique département électrique et Mr. ZMIRI
responsable technique au sein Lafarge -Holcim Meknès .Ainsi à Mr BOUHASSANE, pour
l’aide précieux qu’il nous apporte et les conseils fructueux qui ont apportés un grand
enrichissement à ce travail. Merci surtout pour son engagement et disponibilité malgré
ses préoccupations.

Nos remerciements vont aussi à Mr le directeur de Lafarge Meknès qui nous a octroyé
cette occasion d’effectuer notre stage de fin d’étude au sein de LAFARGE.
Nos fortes gratitudes vont à tout le personnel de LAFARGE pour leur aide efficace et
les facilités qu’ils nous ont offertes .
Enfin, nous remercions tous ceux qui ont participé de près ou de loin pour la
réalisation de ce travail.

Page 3

Sommaire
Dédicace ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .1
Remerciements ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 2
Introduction générale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 6
Partie1: ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …7
Présenta tion d'environnement d'accueil ………………………….. ………………………….. ……………. 7
I. LAFARGE MAROC ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 8
II. Lafarge Ciments usine Meknès ………………………….. ………………………….. …………………… 8
1. Présentation de l’usine ………………………….. ………………………….. ………………………….. .8
2. Fiche signalétique ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 9
3. Effectif du personnel. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .10
4. Les événements de Lafarge ………………………….. ………………………….. …………………… 10
5. Organigramme de Lafarge Meknès ………………………….. ………………………….. ………… 11
6. Politique de L’en vironnement ………………………….. ………………………….. ……………….. 11
III. Architecture de L’usine ………………………….. ………………………….. ………………………… 12
IV. Présentation des Services ………………………….. ………………………….. ……………………… 13
1. Le Service Carrière ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….13
2. Service Fabrication ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….13
3. Service Electrique et Régulation ………………………….. ………………………….. ……………. 13
Partie 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .14
Description du flux de production ………………………….. ………………………….. ……………………. 14
Introduction ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………….. 15
I. Procédé de fabrication du ciment ………………………….. ………………………….. ………………. 15
1. Définition du ciment ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..15
2. Constitution du ciment ………………………….. ………………………….. …………………………. 15
II. Etapes de fabrication de Ciments ………………………….. ………………………….. ………………. 16
1. L’extraction et la préparation des matières premières ………………………….. …………….. 17
1.1 Carrière ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 17
1.2 Concassage ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 18
1.3 Echantillonnage ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..18
1.4 Pré-homogénéisation ………………………….. ………………………….. ……………………… 18
2. Préparation Cru ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 19

Page 4

2.1 Broyage cru ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 19
2.2 Homogénéisation ………………………….. ………………………….. ………………………….. 20
3. Cuisson de la farine ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….20
3.1 Le refroidissement ………………………….. ………………………….. ………………………… 21
4. Clinker ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 22
5. Stockage et Ensachage ………………………….. ………………………….. …………………………. 23
III. Distribution électriques de LAFARGE ………………………….. ………………………….. ……. 23
Partie 3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .25
Etude et régulation du doseur ………………………….. ………………………….. ………………………… 25
II. Analyse fonctionnelle ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….26
1) Objectif et finalité du système : ………………………….. ………………………….. ………………… 26
2) Diagramme de bête à corne : ………………………….. ………………………….. …………………… 27
3) Diagramme des inters -acteurs (pieuvre): ………………………….. ………………………….. ……. 27
4) Tableau des différentes fonctions ………………………….. ………………………….. ……………… 27
5) Diagr amme FAST : ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 28
6) Schéma synoptique du système : ………………………….. ………………………….. ………………. 29
III. Principe de fonctionnement : ………………………….. ………………………….. ………………… 29
IV. Régulation du système : ………………………….. ………………………….. ……………………….. 30
 Principe de régulation PID : ………………………….. ………………………….. ……………………… 31
V. Description des éléments du système : ………………………….. ………………………….. ………. 34
1) Moteur asynchrone triphasé: ………………………….. ………………………….. …………………. 34
2) Réducteur de vitesse : ………………………….. ………………………….. ………………………….. 34
3) Tachymètre (génératrice tachymétrique) : ………………………….. ………………………….. ..34
4) Capteur de poids (peson) : ………………………….. ………………………….. …………………….. 35
5) Le variateur de vitesse :………………………….. ………………………….. ………………………… 35
6) Automate programmable indusriel (API) :………………………….. ………………………….. ..36
VI. Programmation sur step7 :………………………….. ………………………….. …………………….. 38
Conclusion ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 49
ANNEXE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. 50

Page 5

Figure 1:Organigramme ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 11
Figure 2:LAFARGE Meknès ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….12
Figure 3:Constitution de Ciments ………………………….. ………………………….. …………………….. 15
Figure 4:Les étapes de production du ciment. ………………………….. ………………………….. ……16
Figure 5:Extraction et Préparation des matières premières ………………………….. ……………… 17
Figure 6:Carrière ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 17
Figure 7:Pré -homogénéisation ………………………….. ………………………….. ………………………… 19
Figure 8:préparation cru ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 19
Figure 9:Broyeur Vertical ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……20
Figure 10: les étapes de cuisson de la farine ………………………….. ………………………….. ……… 20
Figure 11: Four rotatif ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 21
Figure 12: Les étapes de clinkérisation ………………………….. ………………………….. …………….. 22
Figure 13: Broyeur à boulets ………………………….. ………………………….. ………………………….. .22
Figure 14: Livraison du ciment ………………………….. ………………………….. ………………………… 23
Figure 15:Poste électrique ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….24
Figure 16: Bête à corne ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 27
Figure 17: Diagramme Pieuvre ………………………….. ………………………….. ………………………… 27
Figure 18:Diagramme FAST ………………………….. ………………………….. ………………………….. …28
Figure 19: l'architecture du systeme globa le ………………………….. ………………………….. ……… 29
Figure 20: boucle de régulation ………………………….. ………………………….. ………………………. 31
Figure 21:fonction PID ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 31
Figure 22: Les modes de régulation ………………………….. ………………………….. …………………. 33
Figure 23:mode AUTO/MANU ………………………….. ………………………….. ………………………… 37
Figure 24:Mode manuel ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 38

Tableau 1: fiche signalétique ………………………….. ………………………….. ………………………….. ..9
Tableau 2: Effectif du personnel ………………………….. ………………………….. ……………………… 10
Tableau 3: différents types de ciments selon les pourcentages des ajouts au clinker ………… 16
Tableau 4: Caractéristiques des deux fours ………………………….. ………………………….. ……….. 21
Tableau 5:Les fonctions FP et FC ………………………….. ………………………….. ……………………… 28

Page 6

Introduction générale

Dans la conjoncture économique actuelle où la compétitivité est accrue, les entreprises
adoptent une démarche d'amélioration continue en termes de qualité, de délai et de coût. Ce
qui est le cas aussi pour le secteur production du ciment.
C'est dans ce cadre que j'ai effectué mon stage de fin d'études au sein de Lafarge
Meknès, qui est une multinationale qui produit des différents types de ciment.
Adoptant une démarche d'automatisation continue, Lafarge effectue continuellement
des améliorations de ses processus. Ainsi, mon sujet s'inscrit dans cette optique et consiste à
réaliser une automatisation dans la carrière.
J'ai structuré alors mon sta ge technique en trois parties qui sont les suivants: après
avoir, dans une première partie, présentée groupe Lafarge -Holcim et Lafarge Meknès, j'ai
ensuite décrit le processus de fabrication, puis j'ai décrit les équipements utilisés dans
Lafarge.
Enfin , une présentation générale de l’étude d'automatisation proposée.

Page 7

Partie1:
Présentation d'environnement
d'accueil

Page 8

Cette partie est consacrée pour la présentation du lieu de stage et comporte une
présentation générale de l’usine LAFA RGE Meknès.
I. LAFARGE MAROC

Depuis plus de 160 ans, le groupe LAFARGE s’est développé en France, puis en
Amérique du nord, du sud et progressivement sur tous les continents. L’histoire de
LAFARGE a été marquée par une forte expansion et élargissement de se s activités.
Aujourd’hui elle occupe la position de leader par excellence à travers ses cinq produits:
Ciment, Granulat, Bétons, Toiture et Plâtre. Le groupe est présent dans 76 pays avec 90000
collaborateurs et 2000 sites industriels dans le monde. En 193 0, LAFARGE s’est implanté au
MAROC en créant la première cimenterie du pays à Casablanca. Quelques années plus tard,
le groupe se développe et crée une deuxième cimenterie à Meknès pour qu’elle fasse
acquisition de deux autres cimenteries dans le nord du p ays (Tétouan et Tanger), une usine de
plâtre à Safi et neuf centrales à béton entre les années 1982 et 1984. En 1995, le groupe
LAFARGE MAROC a signé une convention de partenariat avec la SNI (Société National
d’Investissement) qui a aboutit à la mise en œ uvre d’un holding (50% LAFARGE et 50%
SNI). La conséquence immédiate de cet accord est de pouvoir doter le groupe d’une structure
financière forte avec une augmentation du capital qui s’est élevée à 1.5 milliards de dirhams.
Actuellement, LAFARGE MAROC emp loie 1300 collaborateurs répartis dans 12 sites et
occupe la place de leader sur le marché marocain des matériaux de construction avec un
chiffre d’affaire d’environ 2 milliards de dirhams et une part de marché évaluée à 42%.
Néanmoins, l’essentiel de l’ac tivité du groupe est issu de la production de ciment avec 4
usines réparties dans tout le royaume et 85% des ventes du groupe.
II. Lafarge Ciments usine Meknès
1. Présentation de l’usine

Lafarge Ciments Usine Meknès a démarré en 1952 avec un seul linge de produ ction à
voie humide d’une capacité de 400 tonnes par jours.
Située au nord -est de Meknès, 4ème ville marocaine sur l’échelle économique grâce à
la présence d’un secteur industriel que Lafarge -Ciments fait partie avait comme ancien titre

Page 9

CADEM (ciment a rtificiel de Meknès), connaît aujourd’hui un potentiel et un dynamisme qui
assure sa bonne continuité et depuis sa création, plusieurs améliorations techniques ont été
mises en place.
2. Fiche signalétique
Tableau 1: fiche signalétique
Située au nord de Meknès

Nature juridique société anonyme
Code usine MKS
Standard 52-26-44/45/46
Fax 54-92-94
N° CNSS 1098343
N° Patente 17045015
N° RC 40779
Capacité social 476 430 500 DH
Chiffre d’affaires en 1999 577 363 704 DH
Capacité de production 1 400 000 tonnes /an
Répartition du capital SNI 43%.
Produits fabriqués Ciment portland avec ajouts CPJ45 en sac et
en vrac.
Ciment portland avec ajouts CPJ35 en sac.

Page 10

3. Effectif du personnel.
L’effectif du pers onnel à l’usine de Meknès environ 271 personnes qui sont réparties :

Cadres 19
Agents de maîtrise supérieures 13
Agents de maîtrise moyens 14
Agents de maîtrise simples 29
Employés 23
Chefs d’équipe 37
Ouvriers qualifiés 119
Manœuvres 17
Tableau 2: Effectif du personnel
Cette pilote des usines Lafarge Maroc, elle emploie 271 personnes et réalisé des ventes
représentant environ 30% des ventes de Lafarge Maroc et 11.8% du marché national.
4. Les événements de Lafarge

Année Evénement
1971 Extension des capacités productives avec l’installation d’un nouveau four
de 650 T/J.

1985 Conversion du procédé voie humide en voie sèche, tout en augmentant la
capacité de production qui atteint 1 500 tonnes par jours .

1989 installation d’un broyeur à ciment BK4.

1990 la capacité de production passe 1550 à 1800 tonnes par jour, grâce à des
modifications au niveau de précalcinateur et refroidisseur.

1993 démarrage d’une nouvelle ligne de cuisso n : contrat clé CADEM four avec
un préchauffeur simple. D’une capacité de 1200 tonnes par jour.

1997 la CADEM est devenue Lafarge Meknès et faisait partie du groupe
Lafarge.

2014 la rénovation du système automatisation du broyeur ciment BK3 de la
nouve lle génération d’automate siemens.

Page 11

5. Organigramme de Lafarge Meknès

6. Politique de L’environnement

Le respect de l’environnement est un facteur déterminant pour le développement
durant de notre activité. C’est pour cela LAFARGE a pris une gestion de l’environnement
pour certification ISO 14001 (norme internationale qui prescrit les exigences essentielles
relatives à un système de management environnemental (SME), qui est indispensable pour
assure l’avenir de la cimenterie et la carrière, cette politi que environnementale ainsi sa
traduction opérationnelle est un des principaux leviers de gestion de cimenterie.

Figure 1:Organigramme

Page 12

Cette politique couvre les champs d’action suivants :
o Economiser les ressources naturelles par une consommation rationnelle.
o Minimiser les impa cts de notre activité sur l’air, l’eau, la faune et la flore en
choisissant les meilleures technologies, procédés et modes de fonctionnements à un
coût économiquement supportable.
o Intégrer la cimenterie dans son contexte paysager et réhabiliter les carri ères
exploitées.
o Organiser des actions de formations et de sensibilisations s’adressant aux
collaborateurs afin de développer des comportements et des pratiques favorisant le
respect de l’environnement.
III. Architecture de L’usine

L’usine est divisée en plusieurs secteurs, et chaque secteur sous responsabilité d’un agent
de maîtrise.
 Secteur 1 : carrière, concassage, liaison, pré homo 1 et 2, échantillonnage, poste 60
KV, poste 5.5KV, centrale d’énergie.
 Secteur 2 : reprise pré homo 1 et 2, ateliers, bro yeur cru 1et 2.
 Secteur 3 : homo 1, amont four 2, aval four 2, atelier charbon 2, fuel.
 Secteur 4 : homo 2, amont four 1, aval four 1, atelier charbon 1.
 Secteur 5 : ateliers cuit 2,3 et 4, ponts roulant, ensachage, sécheur calcaire.
 Auxiliaires : circuit s eaux (usine et potable), éclairage usine, éclairage cites, coffrets
de prises de courant, laboratoire, garage usine et ateliers

Figure 2:LAFARGE Meknès

Page 13

IV. Présentation des Services
En partant de l’extraction des matières premières jusqu’à l’obtention du ciment, ce
process us de fabrication nécessite l’existence de plusieurs service s’occupant chacun d’une ou
plusieurs tache s.
1. Le Service Carrière
Il permet l’approvisionnement des matières premières :Calcaire, argile de la
carrière. Celles -ci sont extraites sur un sit e à 5km de l’usine et sont concassées sur un
concasseur appelé l’HAZMAG. Les matières sont ensuite acheminées par transporteur de
5kM appelé curvoduc.
2. Service Fabrication
Les ateliers composant la fabrication du ciment (concassage de la matièr e première,
pré homogénéisation, broyage cru, cuisson, broyage cuit…) fonctionnant automatiquement,
leur suivi se fait à partir d’une salle de contrôle. Le service fabrication est donc composé de
chefs de postes, d’opérateurs et de rondiers qui assurent la production 24h/24h.
3. Service Electrique et Régulation

Il intervient à la demande du service fabrication. Il occupe de tout ce qui est moteurs
électriques, transformateurs, automates, variateurs de vitesses, instrument, régulation
permettant de contrôle et d’observer les différents paramètres rentrant en jeu dans la
supervision tels que la température, les pressions, les débits…

Page 14

Partie 2
Description du flux de production

Page 15

Introduction
La fabrication du ciment est u n procédé complexe qui exige un savoir -faire, une
maîtrise des outils et des techniques de production, des contrôles rigoureux et continus de la
qualité. LAFARGE a fait face devant toute cette complexité, et s’est implanté au MAROC
pour donner une autre fa çon de s’exprimer. Dans cette partie, nous allons présenter la société
LAFARGE MAROC et son évolution depuis la naissance.
I. Procédé de fabrication du ciment
1. Définition du ciment

Le ciment est un lien hydraulique constitué d’une poudre minérale, d’aspect grisâtre, obtenue
par broyage et cuisson jusqu’à 1450° C d’un mélange de calcaire et d’argile. Le produit de la
cuisson, appelé clinker, forme une combinaison de chaux, de silice, d’alumine et d’oxyde
ferrique.
Le ciment résulte du broyage de clinker et de sulfate de calcium ajouté généralement sous
forme de gypse. Il forme avec l’eau une pâte plastique faisant prise et durcissant
progressivement, même à l’abri de l’air, notamment sous l’eau.
Il existe diverses variétés de ciment aux propriétés chimiques et physiques différentes : le
CPJ45, le CPJ35, CPA55…etc.
2. Constitution du ciment

Figure 3:Constitution de Ciments

Page 16

Tableau 3: différents types de ciments selon les pourcentages des ajouts au clinker
II. Etapes de fabrication de Ciments
Les principa les étapes par lesquelles passe la production du ciment sont distinctement :
o L’extraction et la préparation des matières premières.
o Préparation Cru.
o Cuisson de la farine.
o Broyage clinker.
o Stockage et ensachage.

Figure 4:Les étape s de production du ciment.

Page 17

1. L’extraction et la préparation des matières premières

1.1 Carrière

Lafarge -Ciments dispose de carrières fournissant deux matières premières : la calcaire riche
en CaCO3 et le Schiste qui donne SiO2 et Al2O3.
Les matiè res premières sont extraites des parois rocheuses d’une carrière à ciel ouvert par
abattage à l’explosif ou à la pelle mécanique ou encore par ripage au bulldozer. La roche est
reprise par des dumpers vers un atelier de concassage. Pour produire des cimen ts de qualités
constantes, les matières premières doivent être très soigneusement échantillonnées, dosées et
mélangées de façon à obtenir une composition parfaitement régulière dans le temps.

Figure 5:Extraction et Préparation des matières prem ières
Figure 6:Carrière

Page 18

1.2 Concassage

L’opération de concassage a pour bu t de réduire la granulométrie des blocs de pierre en
fragments de faibles dimensions (25 à 40 mm). Elle assure également un certain mélange des
matières premières arrivant de la carrière et contenant de fortes proportions des éléments
suivants :
La matière passe par deux étages de concassage, dont le premier est un concasseur à deux
mâchoires, l’une fixe et l’autre mobile montée sur un support articulé et mis en mouvement
par un mécanisme de bielle et de double volet. Et le deuxième un concasseur à martea ux. Les
deux concasseurs traitent jusqu’à 1100 t/h. Les matières concassées sont ensuite stockées par
qualités dans le hall de stockage de l’usine.
1.3 Echantillonnage

C’est une étape essentielle entre le concassage et l’opération de broyage. Elle a pour but de
déterminer et de réaliser un pré -dosage des quatre constituants de base de cru : chaux, silice,
alumine et le fer, qui assurera la composition correcte et donc la qualité du produit fini.
1.4 Pré-homogénéisation

Chimiquement, les matières de carri ère sont souvent variables et il s’avère nécessaire de les
mélanger pour éviter les variations brusques qui ont un impact néfaste sur la cuisson.
C’est en fait le rôle de la pré -homogénéisation : un tas se confectionne en superposant les
calcaires et le s argiles afin d’obtenir une répartition quasi -uniforme.
L’extraction de la matière est faite par un gratteur (transporteur à godets), la matière est
raclée par des herses au niveau de toute la surface d’attaque du tas. Ce raclage permet d’avoir
un mélang e homogène, appelé cru -dosé, de l’ensemble des cordons réalisés lors de la
constitution du tas. La matière est envoyée par un ensemble de transporteurs jusqu’à la trémie
cru-dosé du broyeur cru.

Page 19

Figure 7:Pré-homogénéisation

2. Préparation Cru

Figure 8:préparation cru
2.1 Broyage cru

L’opération de broyage est assurée par des galets qui sont actionnés par des vérins
hydrauliques, montée et descente. Ils viennent écraser la matière sur une piste munie d’un
mouvement de rotation moyennant un réducteur vertical. Le séchage et le transport de la
matière broyée se fait à l’aide des gaz chauds provenant du four. La séparation des particules,
suffisamment broyées, de celles nécessitant encore du broyage, se fait mo yennant un
séparateur placé au -dessus des galets. Ainsi, le cru provenant de pré -homo généisation est
alors réduit en poudre (farine).

Page 20

2.2 Homogénéisation

Après broyage, le cru est expédié, à l’aide de deux élévateurs, vers deux silos
d’homogénéisation de capacité 7500 tonnes et 5000 tonnes.
L’opération d’homogénéisation complète le processus de pré -homogénéisation préalable, elle
permet d’obtenir un produit de caractéristiques chimiques uniformes qui permettent la
fabrication d’un clinker de qualité cons tante. La préparation de la matière première est
maintenant achevée.
3. Cuisson de la farine

Il s’agit d’un procédé par voie sèche. Les combustibles utilisés à la tuyère sont principalement
du coke et du pétrole, en marche normale des fours, et du fuel haut e viscosité (FHV) lors de
l’allumage.

Figure 10: les étapes de cuisson de la farine
A la sortie du silo d’homogénéisation, la farine est introduite par la voie pneumatique en tête
d’une tour de préchauffage à cinq étages et de 70 m de hauteur. Elle circule le long de cinq
Figure 9:Broyeur Vertical

Page 21

cyclones, à contre – courant des gaz chauds ascendants du four, l’évacuation de ces gaz étant
assurée par le ventilateur de tirage évoqué précédemment. Il s’effectue alors un échange
thermique le long de la tour q ui s’accompagne des phénomènes suivants :
o Entre 250 et 750 C : déshydratation.
o Au-delà de 750 C : décarbonatation partielle de la farine.
L’usine dispose de deux fours rotatifs légèrement inclinés. La réaction qui se produit dans le
four est la clinkérisat ion. Elle a lieu entre 1200et 1500 C et elle donne naissance à une phase
liquide formée de C3A et C4AF (Alumino -Ferrite tétra -calcique ou Ferrite), et à des phases
solides formées de C2S (Silicate bi -calcique ou Bénite) et C3S (Silicate tricalcique ou Ali te).

Tableau 4: Caractéristiques des deux fours
3.1 Le refroidissement

Cette décomposition qui nuit aux propriétés hydraulique du clinker est évitée par un
refroidissement rapide du clinker.
A la sortie du four, le clink er progresse lentement le long de la grille, soit par
translation de celle -ci, soit grâce au mouvement alternative des plaques de grille.
Figure 11: Four rotatif

Page 22

Sous la grille, des ventilateurs propulsent l’air travers la couche de clinker, assurent un
refroidissement progress if.
L’air réchauffé qui sort du four. Tandis que l’air exhaure ou l’air sortie par la cheminée, enfin,
les poussières issues du processus sont réintroduites dans le circuit de fabrication du ciment.

4. Clinker

Une fois refroidi, le clinker est st ocké dans un h all d’une capacité de 20000 t, équipé de deux
ponts roulants, Le clinker est broyé dans un broyeur à boulet BK3, BK4 et BK5 avec des
matières d’ajouts, qui sont le calcaire et le gypse.

Figure 12: Les étapes de clinkérisation
Figure 13: Broyeur à boulets

Page 23

5. Stockage et Ensachage

A l’aide des pompes pneum atiques, le ciment ainsi produit est envoyé vers les silos de
stockage final, ils sont au nombre de sept.
Lafarge dispose de 2 silos d’environ 5000 tonnes, et 4 silos de 2000 tonnes chacun, et un silo
récemment ajouté. L’ensachage du ciment est assuré par trois ensacheuses rotatives Haver à
huit becs.
La livraison du ciment se fait par camion ou par voie ferrée. Le CPJ 45 est livrable soit en
vrac soit en sacs. Le CPJ 35 est livré en sacs par contre le CPJ 55 est livrable en vrac
seulement.

III. Distribution électriques de LAFARGE

Quand j’ai visité le poste 60KV, j’ai constaté que l’usine de MEKNES reçoit de l’électricité à
partir de deux lignes séparées l’un de l’autre, car la première ligne de haute tension arrive de
TOULAL et l’autre d’OUARZIRA avec une tension de 60KV.
Puis l’usine transforme cette tension de 60KV à 5.5KV, et cela avec des grands
transformateurs abaisseurs qui ont une puissance nominale de très grande valeur qui arrive
jusqu’à 25 000 000 VA et une fréquence de 50HZ.

Figure 14: Livraison du ciment

Page 24

Figure 15:Poste électrique

Page 25

Partie 3
Etude et régu lation du doseur
gravimétrique

Page 26

I. Présentation de sujet :

La clinkérisation qui se fait dans le four est caractérisé par une consommation très
élevée d’énergie, porté à haute température, donc Pour rédu ire la consommation d’énergie la
FARGE ciment Meknès utilise les combustibles de substitutions (grenions d’olive –pneu
déchiqueter …) pour remplacer le charbon et le fuel. Un système doseur à bande peseuse est
utilisé pour garantir une bonne précision de d osage et une surveillance efficace de la
température.
Il existe plusieurs types de doseur dans le marché industriel (Coperion K -Tron …) .mais dans
notre projet on était censé de programmer un système doseur par un automate siemens et
d’utiliser une régula tion PID (proportionnelle, intégrale, dériver) pour l’asservissement et la
surveillance du système.

II. Analyse fonctionnelle
1) Objectif et finalité du système :
La fonction de dosage consiste à maintenir un débit de matière constant et égal à une consigne
demandée. On utilisera donc l’information du débit mesuré par le système de pesage et en l’a
comparant à la consign e.

Page 27

2) Diagramme de bête à corne :

Figure 16: Bête à corne
3) Diagramme des inters -acteurs (pieuvre):

Figure 17: Diagramme Pieuvre
4) Tableau des différentes fonctions

Page 28

Fonction : Commentaire :
FP – Maintenir un débit de matière constant dosée et égal à une consigne
demandée .

FC1 -Doser des matières (pneus ou grainons d’olives).
FC2 -Etre ada ptable à la maintenance.
FC3 -Alimenter avec l’énergie électrique.
FC4 -S’adapter au milieu ambiant.
Tableau 5:Les fonctions FP et FC
5) Diagramme FAST :

Figure 18:Diagramme FAST

Page 29

6) Schéma synoptique du système :

Figure 19: l'architecture du systeme globale
III. Principe de fonctionnement :

Dans un doseur à bande peseuse, le produit est approvisionné sur une bande continue
sur une courroie de transport. Un capteur de charge situé sous la bande mesure en continu le
poids du produit sur une longueur définie de la bande.
L’automate programmable industriel compare en continu, le poids réel avec le poids de
consigne, et ajuste automatiquement le régime du moteur, soit pour augmenter, soit pour
réduire la vitesse de la bande, afin de maintenir un débit constant. Toute variation de la
densité de la matière est reflétée comme un changement de la charge de la bande, qui est
compensé par un ajustement de la vitesse de la bande.
Pour ce faire, 2 types de régulation sont utilisés :
 La régulation dite volumétrique
 La régulation dite pondérale

Régulation volumétrique : On considère que le poids est fixe alors la régulation s’effectue
uniquement sur la vitesse, afin que celle -ci soit constante.

Page 30

Régulation pondérale : on établi la régu lation sur le poids et aussi sur la vitesse.

La mesure donnée par le capteur de poids (peson) en kg, est en réalité la représentation d’une
force exercée par une charge au mètre sur une longueur bien déterminée : la « longueur de
pesage ».Pour cela il fau dra que les rouleaux fixes qui encadrent les rouleaux peseurs
définissent un plan situé au dessus de tous les autres rouleaux du transporteur. Si ce point
n’est pas respecté, il y aura risque que la prise en compte de la tare (poids du tapis à vide) soit
erroné, et que, de ce fait, la mesure du débit soit affectée de la même erreur. En effet, lorsque
la bande sera vide , si un ou plusieurs rouleaux du transporteur sont dans un plan situé plus
haut que le plan de pesage, le système de pesage ne sera pas soll icité correctement ,voire pas
du tout, par la bande et le poids enregistré comme tare sera faux.
Dans le même esprit, il faudra respecter l’alignement de tous les rouleaux qui constituent la
zone de pesage de façon à ne pas introduire des forces parasites inconnues dues à des
variations de la tension de la bande.
Le débit en tonnes par heure est exprimé par le calcul suivant :
Débit (t/h) = Poids * Vitesse* (60 / 1000)
-Le poids est mesuré en kilogrammes/mètre.
-La vitesse est exprimée en mètres/minute.
IV. Régulation du système :

De nos jours la régulation s’avère importante, ses applications apparaissent de plus en plus
dans de nombreux domaines et plus particulièrement dans l’industrie. En effet pour avoir une
bonne marche de production, plusieur s paramètres doivent rester constants par exemple le
débit, la pression, la température… Le schéma suivant illustre le principe d’une boucle de
régulation du système doseur à bande.

Page 31

Figure 20: boucle de régulation
 Principe de régulation PID :
Lorsque le poids diminue, on augmente la vitesse pour assurer un débit constant.et vis vers ca
(Dans les limites hautes et basses fixées en fonction des matériaux).Pour assurer la stabilité de
notre système il est donc nécessaire d’établir une régulation PID.

Figure 21:fonction PID
 Correcteur proportionnelle :
Ce correcteur est sous forme d’un gain Kp , sa loi de commande est :
𝑢 𝑡 = 𝐾𝑝 𝜀 𝑡
Les effets de ce correcteur sont :

Page 32

 Modification du gain du système en boucle ouvert
 Réduire l’erreur statique du système.

 Correcteur intégral :
Ce correcteur a une loi de commande :
𝑢𝑟 𝑡 =1
𝑡𝑖× 𝜀 𝑡
Les effets de ce correcteur :
Amélioration précision et annulation de l'erreur statique.
Diminution de la rapidité du système.
Déstabilisation du système

 Correcteur dérivé :
Ce correcteur a une loi de commande :
𝑢 𝑡 =𝑇𝑑 𝑑 𝜀 𝑡
𝑑 𝑡
Les effets de ce correcteur :
 Il s’oppose aux grand es variations de l’erreur (donc aux oscillations).
 Il permet donc de stabiliser le système.
 Améliorer le temps de réponse.
 Correcteur proportionnel intégral :
PI est la combinaison d'un correcteur proportionnel et d'un autre intégral, sa loi de comma nde
est :

𝑢𝑟 𝑡 =𝑘𝑝× 𝜀 𝑡 +1
𝑡𝑖× 𝜀 𝑡
Les effets de ce correcteur :

 Amélioration de la rapidité du système
 Élimination de l’erreur statique.

Page 33

 Correcteur proportionnel dérivé :

il s’agit d’une combinaison d'un correcteur proportionnel et d'un autre dérivé sa loi de
commande est :
𝑢𝑟 𝑡 =𝑘𝑝 1+𝑇𝑑𝑑 𝜀 𝑡
𝑑 𝑡
Les effets de ce correcteur :
Amélioration de la stabilité
Amélioration de la rapidité
Diminution de l'erreur permanente
Élargissement de la BP du système

 Correcteur proportionnel intégral dérive :

Combinaison de trois correcteurs Proportionnel, intégral et dérivé en parallèle sa loi de
commande est :
𝑢𝑟 𝑡 = 𝑘𝑝 𝜀 𝑡 +1
𝑇𝑖×∫𝜀 𝑡 +𝑇𝑑 𝑑𝜀(𝑡)
𝑑𝑡
Les effets du correcteur :

 Stabilisation, précision, rapidité du système.

La figure ci -dessous représente les différents modes de régulation :

Figure 22: Les modes de régulation

Page 34

V. Description des éléments du système :
1) Moteur as ynchrone triphasé:
Il est constitué de deux parties :
– Le stator se compose de trois bobines qui sont alimentées par un réseau
triphasé équilibré ; de tension composée U, et de courant de ligne, I. Il
génère un champ magnétique tournant avec une fréqu ence de rotation :
ns = f
p (p est le nombre de pairs de pôles)
– Le rotor tourne avec une fréquence de rotation n qui est légèrement
inférieure à ns.
2) Réducteur de vitesse :
Le rôle d’un réducteur est de réduire la vitesse du moteur électrique, de
transmettre la puissance motrice vers une machine réceptrice en
absorbant le moins d’énergie. Il permet aussi d’augmenter le couple
moteur .
– Puissance motrice : Pm (kW)
– Vitesse motrice Nm (tr / min)
– Vitesse réceptrice Nr (tr / min)
– Rendement
-Rapport de réduction : 𝑘=𝑁𝑟
𝑁𝑚
3) Tachymètre (génératrice tachymétrique) :
Raccordé à un tambour mené, ce capteur est un capteur de vitesse de basse à haute résolution.
Il est utilisé avec des bascules à bandes. Il délivre un signal de
vitesse à une électronique de pesage, ou intégrateur pour le calcul
exacte de débit du produit transporté avec un poids, il représente un
choix idéal pour contrôler la vitesse des convoyeurs à bande, relié à
un tambour de pied /rouleau de retour, il contrôle la vitesse du
convoyeur il est aussi doté d’un capteur optoélectrique haute précision, il génère des
impulsions à chaque rotation de l’arbre d’entrée , cette rotation est convertie en signal de

Page 35

vitesse codé transmis à un intégrateur Siemens pour calculer la vitesse de la bande et ensuite
le débit .
4) Capteur de poids (peson ) :
Le capteur de poids est un capteur à appui central en inox,
pourvu d'une protection efficace contre l'humidité grâce à un
scellement en plastique injecté. Idéal pour les applications
industrielles. Ce type de capteur est utilisé pour les
Balances sur table, plateformes au sol ou convoyage. Ce capteur est équipé d'un câble à 4 fils
avec blindage. Revêtement du câble en polyuréthane. Longueur de câble: 3 mètres ,Diamètre
du câble: 5 mm Le blindage es t branché sur le côté du capteur. Ces particularités sont :
5) Le variateur de vitesse :
Le démarrage en direct sur le réseau de distribution des moteurs asynchrones est la solution la
plus répandue et est souvent convenable pour une grande variété de machin es. Cependant, elle
s’accompagne parfois de contraintes qui peuvent s’avérer gênantes pour certaines
applications. Les variateurs de vitesse suppriment ces inconvénients. Ils permettent de varier
la fréquence du stator afin de commander la vitesse du rotor d’un moteur asynchrone.
Ns = 𝑓×60
𝑝 ; ou
Ns : Vitesse de synchronisme en tr/min
F : Fréquence d’alimentation en hz
P : Nombre de paire de pôles.

Page 36

6) Automate programmable indusriel (API) :

Cet ensemble électronique gère et assure la commande d’un système automatise. Il se
compose de plusieurs parties et notamment d’une mémoire programmable dans laquelle
l’operateur écrit, dans un langage propre à l’automate, des directives concernant le
déroulement du processus à automatiser.
Son rôle consiste donc à fournir des ordres à la partie opérative en vue d’exécuter un travail
précis comme par exemple la sortie ou l’entrée d’une tige de vérin, l’ouverture ou la
fermeture d’une vanne. La partie opérat ive lui donnera en retour des informations relatives à
l’exécution du travail.

Les API comportent quatre parties principales :
– Une mémoire ;
– Un processeur ;
– Des interfaces d’Entrées/Sorties ;
– Une alimentation (240 Vac , 24 Vcc).

Page 37

Ces quatre parti es sont reliées entre elles par des bus (ensemble câble´e autorisant le passage
de l’information entre ces 4 secteurs de l’API). Ces quatre parties réunies forment un
ensemble compact appelé : automate
 Elaboration des GRAFCETs de fonctionnement :
-Grafcet mode Automatique/Manuel :
Ce grafcet décrit les étapes nécessaires pour le choix du fonctionnement du système en mode
automatique ou manuel.

Figure 23:mode AUTO/MANU

-GRAFCET mode manuel :
Le grafcet suivant permet à l’operateur de faire actionner le moteur du tapis manuellement en
appuyant sur le bouton Marche lors du mode Manu.

Page 38

Figure 24:Mode manuel

VI. Programmation sur step7 :
Configuration matériel :
L’utilisateur doit suivre les étapes suivantes p our la réalisation de la configuration matérielle
de l’automate, l’écriture du Programme S7, le réglage du régulateur PID ainsi que son
chargement et son exécution dans la CPU :
1) Ouvrir SIMATIC Manager :

2) Créer un nouveau Projet (Fichie r Nouveau)

Page 39

3) Insérer un objet de type ‘Station SIMATIC 300’ (Insertion Station Station
SIMATIC 300)

4) Ouvrir le programme de configuration matérielle (Edition Ouvrir un objet)

Page 40

5) Ouvrir le catalogue Hardware. Il se compo se des répertoires suivants : PROFIBUS –
DP, SIMATIC 300, SIMATIC 400 et SIMATIC PC Based Control, ainsi que tous
les supports et composants modules d’interface nécessaires à la configuration de
vos installations.
On choisi le support profilé (SIMATIC 300 RACK -300 Profilé Support).

Il apparaît alors automatiquement un tableau pour la configuration du Rack 0

6) Choisir les composants présents sur votre rack dans le catalogue Hardware et les
insérer dans le tableau de configuration. Pour se faire, il suffit de cliquer sur
l’élément voulu et de le faire glisser à la place souhaitée dans le tableau.
La place n°3 du rack est réservée pour certains composants et reste donc vide pour notre
exemple.

Page 41

7) Sélectionner le dossier Blocs dans SIMATIC Manager

Programmation du doseur :
A fin de ter miner la configuration matérielle, on commence la programmation par l’insertion
d’un bloc fonction sous le nom « Mode AUTO/MANU »

Lorsqu’on active le mode automatique, on fait en même temps la sélection de la consigne
analogique qui va se varier autom atiquement par le correcteur PID et alors commander le
variateur de vitesse.

Page 42

De même l orsqu’on active le mode manuel on fait en même temps la sélection de la consigne
analogique (potentiomètre) qui va varier manuellement la fréquence du variateur et d onc
varier la vitesse du moteur.
Dans le même bloque fonction o n a ajouté le GRAFCET mode manuel :

Dans un autre bloc fonction les calcules des paramètres et la mise en échelle des entrées
analogiques sont réalisées.

Page 43

La mise en échelle c’est une acti on sur les entrées analogiques qui permet tout simplement de
convertir une valeur analogique en une valeur numérique entière en tenant compte le type du
capteur analogique branché sur une entrée de l’API siemens.

Un capteur de poids (peson) calcule le p oids de la matière qui passe sur la bande du doseur , la
mise en échelle SCALE convertie directement la valeur analogique « tension » en une valeur
entière « poids » qui varie entre 0 et la charge maximale du capteur de poids.
Le bloc (DIV -R) calcule la division de la valeur du poids sur la longueur de la bande pesée
pour calculer le poids gravimétrique en Kg/m .

Page 44

De même la mise en échelle affichera directement la vitesse du moteur par un capteur de
vitesse tachymétrique.
La sortie MD18 affiche la v itesse du moteur en tour/min .

Pour calculer la vitesse du tapie en mètre/min on fait la multiplication entre la vitesse du
moteur, le coefficient de réduction du réducteur et le périmètre du tambour.

Page 45

La multiplication entre la charge gravimétrique e t la vitesse tapie donne le débit en Kg/min,
puis en fait la conversion vers le Tonne/heure .

Page 46

Dans Les réseaux (5,6,7) on calcule le débit maximale qui peut fournir le doseur

La consigne de commande doseur vient de la salle vers l’automate sous fo rme de tension.
Donc on réalise une mise en échelle de la consigne d’où sa valeur maximale est le débit max
qu’on doit préciser.
Après la mise en échelle et le calcules des paramètres, on établit le bloc de régulation PID.

Page 47

Programme d’affichage su r Win CC flexible :
Le pupitre est réalisé par le logiciel de supervision Win CC flexible permet à l’operateur de
suivre l’ état du système en affichant les paramètres réelles par la manipulation des boutons
ainsi de faire choisir une régulation adaptée po ur le comportement du système.
Pour l’obtention d’un résultat de régulation satisfaisant, le choix du type de régulateur est
déterminant. Le paramétrage de celui -ci n’en est pas moins important, il faut donc
judicieusement choisir les constantes Kp, Ti et Td. Un compromis va généralemen t devoir
être fait entre un système stable mais lent, et une régulation rapide avec des risques
d’oscillation et donc d’instabilité.

Page 48

S’il n’est pas possible de définir un point de fonctionnement, il faut trouver une régulation qui
soit suff isamment rapide et stable pour convenir à toute la plage de travail.
En pratique, les régulateurs sont généralement paramétrés avec des valeurs obtenues de façon
expérimentale.

Page 49

Conclusion

Au terme de ce travail et au regard des résultats obt enus ; le dispositif d e commande du
système doseur à bande est fonctionnelle. On peut en tirer une satisfaction, puisque l’objectif
fixé a été atteint. Même si sa finalité peut paraitre simple à réaliser, sa programmation m’ a
demandé beaucoup d’attention e t de soins. De plus, son étude utilise des composants que j’ai
manipulés comme les différents capteurs (de poids et de vitesse) . Concernant ma propre
formati on, je peux affirmer que par ce travail j’ai enrichi mes connaissance s théoriques telles
que les c alculs physiques utilisés ; Comme j’ai eu l’opportunité d’utiliser le logiciel de
simulation Step -7 SIMATIC, les démarches suivies m’ ont permis d’acquérir la rigueur
nécessaire à ce type de travaux afin d’arriver au résultat escompté. J’ai opté pour l’étud e et la
programmation d’un objet utile et dont le fo nctionnement est sur. Le système remplit sa
fonction : il peut être utilisé dans les différents domaines de l’industrie. Je souhaite par ce
modeste travail contribuer à asseoir une base pour d’éventuelle s utilisations.

Page 50

ANNEXE

 Schéma d’alimentation :

Page 51

 Schéma entrée sortie variateur :

Page 52

 Schéma entrée s logique s

Page 53

 Schéma sortie s logique s

Page 54

 Schéma entrée s sortie s analogique s