Koufi Djamel
Koufi Djamel
Koufi Djamel
d’Etudes
Dirigé par :
Soutenu le : /07/2011
Promotion 2011
A ma sœur NAIMA.
DJAMEL
A mon fiancé qui a toujours était présent pour moi, à l’importe quel
moment et qui ma toujours encourager surtout en réalisant ce projet.
KAHINA
SOMMAIRE
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………....1
III.2.2ArmoireE/S…………………………………………………...…………...........15
III.3.1 définition……………………………………………………………………..…15
VI.3.1FSRSU…………………………………………………………….……….......57
VI.3.2 FSRACC……………………………………………………………………....61
VI.3.3 FSRN……………………………………………………………………….....64
VI.4 Visualisation des variations des FSRSU, FSRACC, FSRN et FSRMIN durant la séquence de
démarrage en fonction du temps………………………………………………...67
Conclusion générale……………………………..………………………………………….76
ANNEXE ………………………………………………………………………………....…79
Bibliographie…………………………………………………………………………….
Introduction générale
Sonatrach bénéficie, aujourd’hui, d’une longue expérience dans l’exercice de tous les métiers de
l’industrie du pétrole et du gaz, d’une forte capacité à intégrer les nouvelles technologies, d’une
présence prouvée et fiable sur les marchés internationaux des hydrocarbures liquides et gazeux, ainsi que
d’une riche expérience de partenariat avec des compagnies internationales leaders.
Sonatrach a fait, de cette notoriété acquise, le choix d’aller conquérir des positions dans le monde et de
chercher à créer de la valeur aussi bien en Algérie qu’à l’étranger (Afrique, Asie, Europe…).
Dans cette même perspective, le groupe poursuit ses efforts de recrutement, au sein des universités
notamment, dans le but de développer le champ de compétence de son capital humain.
Sonatrach consacre d’importants moyens à la formation de ses 120 000 employés dans le but d’adapter
en permanence leur formation et leur maitrise des nouvelles techniques de contrôle des systèmes, telle que
les dernières versions des automates programmables comme le MARCK VI qui est la sixième version du
système de contrôle et de protection des turbines SPEEDTRONIC . [2]
Le turbocompresseur fait partie de l’équipement des stations de Sonatrach, c’est une turbine bi-
arbre accouplé à un compresseur de gaz, il est contrôlé par l’automate programmable MARCK VI à
travers sa Boite à outils Toolbox qui est un logiciel basé sur microprocesseur, l’inconvénient de ce logiciel
est l’absence d’un simulateur qui permet de simuler des solutions programmable proposé par les ingénieurs
pour modifier ou améliorer le déroulement des différentes séquences, pour cela on a modélisé la séquence
de démarrage par GRAFCET qu’on a validé en la simulons en STEP7 et on concevons des interfaces
homme/machine à l’aide du WINCC.
Notre travail est répartit en 6 chapitres, le premier décrit et localise d’une manière générale le champ de
Hassi R’mel et la station de compression de gaz Boosting, le deuxième chapitre consiste l’étude et la
description du turbocompresseur, le troisième chapitre la Présentation du système de contrôle MARCK VI,
le quatrième chapitre fait l’étude de la Séquence de lancement de la turbine, le cinquième chapitre présente
une Modélisation de processus par Grafcet et dans le dernier chapitre on fait l’étude et l’explication de la
séquence de lancement du turbocompresseur programmé en Toolbox.
CHAPITRE I localisation et description de la station SBC
-Entre 1957 et 1960 sept autres puits ont été forés (HR2, HR3, HR4, HR5, HR6, HR7,
HR8)
-Le gisement de Hassi R’mel est classé 4eme au monde et 1er en Algérie, il est d’une
superficie de 3500 km2. Il s’étend sur 70 Km du nord au sud et de 50 Km d’est en ouest, avec
une énorme réserve de gaz estimée de 2415 billions m3. Ce gaz se trouve entre 2110 et 2280
m de profondeur.
2
CHAPITRE I localisation et description de la station SBC
-Les principaux champs sont : Hassi R’mel, Djebel Bissa, Oued Noumer, Ait Kheir, Sidi
Mezghiche et Makouda.
Le module 3.
Une station de compression.
a) Secteur centre : qui comprend :
3 modules 0, 1 ET 4.
CSTF (Centre Stock age and Transfers Facility).
CTH (Centre de Traitement d’Huile).
L’unité de phase B.
Sbc.
b) Secteur sud : qui comprend :
Le module 2.
Une station de compression.
Djebel Bissa.
HR sud.
Les quatre unités 1, 2, 3 et 4 de traitement du gaz ont une capacité de 80 millions m3/ jour
chacune. Cependant le module 0 a une capacité de 30 millions m3/ jour et Djebel Bissa de 6
millions m3/ jour.
Les deux centres de compression Nord et sud sont conçus pour la réinjections du gaz sec
dans des puits injecteurs pour faire entraîner
Les lourds (la richesse) et réinjections du gaz de vente, gaz pour les GNL en cas de
problème ou révision des unités.
Un autre poste de compression qui est appelé Boosting est actuellement en service, il est
conçu pour augmenter la pression d’entrée du gaz des modules de traitement du gaz afin
d’assurer l’exploitation continue du champ du gaz.
3
CHAPITRE I localisation et description de la station SBC
Puits
producteurs
SBN Module 3
Nord
CSTF
Vers utilisateurs
Module 4
SBC
Module 1
Module 0 Dispatching
Puits
producteurs SBS Module 2 Vers
CNDG
Sud
Utilisateurs
Puits de
réinjection SCN
CTH SRGA nord Légende :
Gaz brut
H2O Puits de
réinjection SCS GPL
Eau usée sud
Condensât
Gaz humide
Gaz sec
4
CHAPITRE I localisation et description de la station SBC
I.2.1. Définition
C’est une unité de refoulement de gaz. Elle fait augmenter la pression et garde le débit du
gisement d’alimentation des modules (0,1 et 4).
Boosting vient d’un mot anglais (booster) qui signifie amplifier en langue française. Alors
Boosting est associé comme amplificateur (amplification).
Avant la création de l’unité, les modules (0, 1 et 4) sont alimentés par des puits
indépendants avec une pression de gisement des modules qui est supérieure à 100 kg/cm2.
L’usage abusif des puits, la pression diminue alors qu’elle a atteint la contrainte minimale, qui
est devenue un problème pour la production.
Et pour cela, après des études, ils ont suggéré deux solutions :
La production joue un grand rôle sur les finances, alors pas question d’opter pour la
première solution. Donc la création de l’unité est prioritaire afin de maintenir la production.
Section réseau torche : c’est une section qui collecte toutes les sorties de sécurité dans un
ballon qui à son tour séparera le condensat et l’eau du gaz. Le condensat est renvoyé aux
5
CHAPITRE I localisation et description de la station SBC
modules, l’eau sera traitée avant d’être relâché dans la nature, les huiles et le condensat
soutirés dans le traitement des eaux sont envoyés dans les bourbons pour être brûlé et le gaz
sera orienté dans les torches afin d’être brulé.
Section turbo compresseur : c’est un ensemble de dispositif qui fait augmenter la pression,
composé de trois parties essentielles :
Partie auxiliaire
Partie turbine
Partie charge.
Section Supervision : tous les systèmes de contrôle disponibles à SHDP HRM sont
numériques. Parmi ces systèmes, on trouve :
1- DCS : c’est un système de contrôle des procédé, dans lequel les éléments régulateurs ne
sont pas centralisés mais distribués, avec chaque système sous le contrôle d’un ou plusieurs
régulateurs, les éléments du système peuvent être connectés au réseau pour assurer les
fonctions de communication, de conduite, de surveillance et de contrôle des équipements
distribués avec ou sans l’intervention d’un opérateur humain à distance .[3]
Conclusion
Notre présence sur le terrain nous a permet de collecter toutes les informations concernant
l’organisation de la société et le fonctionnement du processus, ce dernier possède une
machine dynamique indispensable dans la production, appelé Turbocompresseur qui fait
l’objet de notre travail.
6
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
II Introduction
Afin de pouvoir modéliser notre système et le commander, il est nécessaire de connaitre ses
différentes parties, ses organes de mesure et de contrôle et son principe de fonctionnement.
Avant de pouvoir allumer et démarrer la turbine à gaz, il faut la faire tourner ou lancer à l’aide
d’un équipement auxiliaire : Moteur asynchrone qui fonctionne au travers d’un convertisseur
de couple pour assurer le couple de démarrage nécessaire pour la turbine. Les composants du
système de démarrage assurent aussi une vitesse lente de rotation de la turbine pour les
besoins de refroidissement de la turbine après sa mise à l’arrêt.
b) L’installation d’huile
La turbine à gaz est équipée d’un système d’alimentation en huile à circulation forcée. Lequel
inclut un réservoir d’huile, des pompes (QA, HQ, et QV), des refroidisseurs d‘huile, des
filtres, des vannes et les divers dispositifs qui assurent la commande et la protection du
système. Ce système d’alimentation en huile est polyvalent, constituant la source de :
Système de lubrification
Le système de lubrification est un circuit fermé à circulation forcé par pompage à
partir du réservoir d’huiles.
Les dispositifs de protection sont incorporés dans ce système, ou cela est nécessaire, pour
protéger l’équipement contre un faible débit, une basse pression et une température élevée du
lubrifiant.les dispositifs de protection (mark VI) font retentir un avertissement ou mettent
l’unité à l’arrêt selon le cas.
Système d’étanchéité :
Il est conçu pour empêcher la fuite du gaz au niveau du corps de compresseur.
L’étanchéité se fait à l’aide de l’huile d’étanchéité, et pour éviter la contamination entre cette
huile et le gaz brute, on les sépare par le gaz sec.
7
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
a) Compresseur axiale : il sert a comprimé l’aire ambiant afin de l’amener aux conditions
favorable à une combustion.
Le compresseur est de type axial pour permettre une admission d’un débit plus important, il se
compose d’une partie tournante (rotor) et d’une partie stable (stator).
Le rotor comporte 17étages, quant au stator il comporte en plus de ses 16 étages des IGV
(Inlet Guide Valve : valve de guidage d’admission) et des EGV (Exhaust Guide Valve : valve
de guidage de refoulement).
8
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
Les 12 chambres sont reliées entre elle par des tubes d’interconnexion qui assurent la
propagation de la flamme.
Les produits de combustions sont dirigés vers l’étage à haute pression (HP) a travers les
pièces de transition.
9
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
d) La directrice variable(Les nozzles) : elle se compose d’aubes rotatives qui forment une
tuyère à angle variable, elle est insérée dans la voie des gaz avant leur entrée dans la roue BP,
elle sert à varier la vitesse de la roue BP et à freiner la roue HP en cas de survitesse.
10
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
Puissance. 18500KW
Vitesse turbine HP. 5100Tr/min
Vitesse turbine BP. 4600Tr/min
Température de combustion. 927°c
Température d’échappement. 450°C
Type. flux axial
Compresseur d’aire Nombre d’étage. 16
Taux de compression. 7
Vitesse minimale. 3500tr/min
Vitesse de déclanchement. 5600tr/min
Nombre de chambre de combustion. 12.
02 Gammes de vitesse. 106%max et 75%mini
11
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
-un diffuseur (corps interne fixe qui oriente le gaz d’une roue vers l’autre).
-une volute (tuyauterie) de sortie.
Le taux de compression est définit par le rapport de la pression de refoulement par la pression
d’aspiration P2/P1, il est d’ordre de 1,3 à 1,5.
L’énergie mécanique fournit par la roue du compresseur est communiqué au gaz sous la
forme d’une mise en vitesse transformée en suite en pression qui est augmentée lors de la
collusion de l’atome du gaz avec le diffuseur après la sortie de chaque roue.
12
CHAPITRE II Description du turbocompresseur.
Conclusion :
Après l’étude et la description du turbocompresseur, il faut définir et maitriser l’automate
programmable qui gère et contrôle son fonctionnement, cette automate est le Marck VI qui
fera sujet du chapitre suivant.
13
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
III Introduction
Le système de contrôle SPEEDTRONIC est prévu pour assurer la commande et la protection
de turbine à gaz et à vapeur construites par GE, en raison de diversité dans les applications, et
des différences dans les exigences de la charge imposée à la turbine, un système de
commande convenable à été mis en point. Le système de commande speedtronic emploi des
capteurs pour surveiller les paramètres, toujours variable en cours de fonctionnement, de cette
façon le système de control speedtronic réalise la souplesse nécessaire pour que la turbine à
gaz puisse répandre aux différents type de charge qui lui son imposée. Il est actuellement
employé pour la commande de plusieurs turbines à gaz pour augmenter la fiabilité et la
sécurité pour service intensif.
Le système MARK VI contient un processeur qui est constitué de quatre modules de contrôle
R, S, T et P.
Les trois modules R, S, T sont identique et gèrent le fonctionnement des turbine à gaz, le
module P est spécifié pour la protection du système, il provoque un arrêt immédiat de la
machine en cas de problème, chaque module R, S et T à sa propre carte de protection dans le
module P.
Ces modules sont connectés entre eux à travers les IO-NET pour assurer l’échange
d’information et avec la HMI à travers l’UDH pour permettre la communication
humain/machine. [7]
14
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
15
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
III.3.1définition
La boite à outil Toolbox du système de régulation est un produit de « GE Control system
solutions », c’est un logiciel basé sur microprocesseur utiliser pour configuré et entretenir
l’équipement de régulation.
16
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
Les mots de passes peuvent être établis pour les différant niveaux de privilège de sort que
chaque utilisateur peut accéder a un dispositif au niveau nécessaire pour le travail qui est
affecté a la personne, un mot de passe peut être attribué a chaque niveau d’accès de
l’application Toolbox (chaque niveau suivant permet toutes les fonctions des niveaux
précédentes).
Cette hiérarchie montre la manière dans les divers niveaux du groupe de bloc d’un
contrôleur sont affichés dans l’espace de travail.
Blocs : sont des éléments de programmation les plus élémentaires, ils peuvent
exécuter des fonctions telles que la mathématique, ils peuvent résoudre un
18
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
19
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
-Cliquer sur le bouton Windows Start, Programme, GE Control System Solutions, et Control
System Toolbox.
-cliquer sur (File) puis sur (Open), après on cherche le dossier Local HMI dans lequelle sont
inclues les différentes Unités.
20
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
-on clique sur l’une des unités puis sur site puis sur Unit7 et on aura l’icône suivante :
-on clique sur le fichier G7.dl, une page qui nous demande de bien vouloir continuer s’affiche
et on clique sur (Oui), l’icône suivante s’affiche :
21
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
22
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
-dans la zone (Texte), on tape la séquence qu’on veut visualiser, on coche (Exclude Libraries),
on clique sur Fin, l’icône suivante
s’affiche.
Goto the selected item
-on clique sur (Goto the selected item), notre séquence s’affiche dans la partie Vue sommaire.
23
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
-Cliquer sur le bouton Windows Start, Programme, GE Control System Solutions, et Control
System Toolbox.
Si on veut limiter le nombre des signaux qu’on visualisera, on clique sur Edit, suis sur
SHOW SIGNALS, l’icône suivante s’affiche.
24
CHAPITRE III Présentation du système de contrôle MARCK VI.
Dans la fenêtre Select Visible signals, on sélectionne les signaux qui nous intéresse, en
cochons la case correspondante, et on valide notre choix en cliquant sur OK.
Conclusion
Dans ce chapitre, on a présenté le système de contrôle Marck VI avec son architecture interne,
sa boite à outils TOOLBOX, son espace de travail ainsi que les étapes à suivre pour pouvoir
accéder au programme des séquences ou pour visualiser les différents signaux en fonction du
temps en ligne.
La maitrise de tous cela est nécessaire pour étudier, comprendre et interpréter le programme
de la séquence de démarrage qu’on détaillera dans les chapitres qui suit.
25
CHAPITRE IV Séquence de lancement de la turbine.
IV Introduction
La séquence de lancement de la turbine se fait en quatre étapes importantes avant cette turbine
devient prête à la mise en charge, ces étapes sont : démarrage, allumage, accélération et en fin
sa mise en charge.
Mais avant d’entamer ces étapes, il faut s’assurer que les conditions de contrôles sont vérifier
et que la turbine est prête pour le lancement.
26
CHAPITRE IV Séquence de lancement de la turbine.
IV.3.1.Phase de démarrage
Les étapes à suivre dans cette phase sont :
La purge est un bailliage ou un nettoyage à l’aide du gaz ou d’air pour faire sortir le reste des
gaz et cela pour éviter des problèmes de collision dans le turbocompresseur.
La première purge est celle du compresseur centrifuge vers torche et elle dure 90sec.
Le but de la pressurisation est de donner plus de sécurité pour tout le système et d’éviter les
couts brusques sur les vannes.
Quand les 20% de vitesse de HP sont atteintes (14HM=1), la purge des chambres de
combustions se fait à l’aide d’air aspiré par le compresseur axial, la durée de cette
purge est 2min.
27
CHAPITRE IV Séquence de lancement de la turbine.
Et c’est ici que la phase de démarrage s’achève, et la turbine passe à une autre étape qui est la
phase d’allumage.
-A la fin de purge des chambres de combustion, le système de commande ouvre les vannes de
gaz (SRV et GCV) pour fournir un débit suffisant du combustible et met le courant dans les
bougies d’allumage pour fournir l’étincelle aux chambres de combustion pendant 60sec, cette
phase sera accompagnée par le déclanchement des aeros pour le refroidissement de l’huile de
la caisse.
Quand la flamme est détectée par les détecteurs de flamme à ultraviolet, qui sont situés du
coté opposé de la turbine par rapport aux bougies, l’allumage et le transfère de la flamme sont
achevés, une période de chauffage qui dure 1min est prévus pour éviter les contraintes
mécanique sur les composants de la turbine, cette phase de chauffage sera accompagné par
une baisse du débit du combustible (diminutions de l’ouverture de la vanne de gaz GCV).
28
CHAPITRE IV Séquence de lancement de la turbine.
-Quant la vitesse de HP appartient à [40%-50%], elle entre dans une phase ou elle a besoin
d’accélérer plus pour pouvoir faire tourner l’arbre BP et la charge en même temps, c’est ici
que le FSRACC intervient pour prendre le contrôle de la turbine afin que l’accélération suive
une rampe avec une pente de 0,11%/sec.
-Quand le régime permanant de la machine est atteint, (92% de HP et 75% de BP), s’il est
maintenu pendant 20sec, la pente de la rampe d’accélération est de 1%/sec, mais si la vitesse
dépasse ces 92%, la pente sera calculée par le système de commande qui nous donne une
constante qui appartient à [0,1%/sec – 0,31%/sec] pour éviter les problèmes de survitesse.
Dans ces conditions on peut dire que la machine est prête à la mis en charge.
Remarque :
Le mode de calcule de ces différentes pentes d’accélération sera détaillé dans le chapitre
suivant.
29
CHAPITRE IV Séquence de lancement de la turbine.
Quand la turbine sera prête à être charger, c'est-à-dire que la vitesse de HP=100% et
celle de BP=75%, la charge ( le compresseur centrifuge) commence à fonctionner en
tournant à la même vitesse que BP pour augmenter la pression du gaz venant des 92
puits pour l’envoyer vers les différents modules ou il sera traiter.
Pour assurer le bon fonctionnement du turbocompresseur, le système prend des
mesures pour garder les conditions de fonctionnement établis qui sont :
Fermeture des nozzles pour maintenir la vitesse de HP à 100 %.
L’arrêt de la partie auxiliaire électrique et démarrage de la partie mécanique pour
économiser l’électricité, ces pompes mécaniques sont reliées à l’arbre HP a travers un
réducteur de vitesse qui réduit la vitesse de 5100tr/min à 1800tr /min pour assurer le
bon fonctionnement de ces pompes. [2]
Conclusion
Le vieillissement du panneau de control des turbocompresseurs (grand fréquence
d’intervention sur ces panneaux) et le démarrage semi-automatique en collaboration entre la
salle de contrôle et les opérateurs de surface, à poussé les responsables de la société
SONATRACH a procédé à une ré-instrumentation des panneaux de control et ce afin
d’assurer la sécurité et la continuité de la production. Le besoin et la nécessité de faire appel à
la nouvelle technologie, l’utilisation des Automates programmables, et pour cela la
modélisation permet de construire des modèles ayant une structure graphique a laquelle on
associe une interprétation des systèmes à commander. On utilise la modélisation par l’outil
GRAFCET pour facilité l’adoption d’une solution programmable qu’on va transcrire en
LADDER pour la simuler en STEP7 et développer des plates formes de supervision en
WINCC.
30
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
V. Introduction
Pour comprendre plus précisément le fonctionnement du processus c’est-a-dire
l’interaction entre la partie commande et la partie opérative et pour développer une solution
de conduite programmable, la modélisation de ce cycle en Grafcet s’avère nécessaire.
Le modèle de conduite que nous allons développer doit reprendre aussi fidèlement
que possible le fonctionnement de la machine, de plus des contraintes matérielles par la
société viennent s’ajouter a la modélisation.
1 Etape initiale.
Transition.
2 Action
Etapes.
3 Action
31
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
Chaque transition est associée aux informations permettant le franchissement sous forme
d’une condition logique appelée réceptivité.
Remarque
L’étape est la situation du cycle de fonctionnement pendant laquelle le comportement de
l’automatisme de commande demeure constant.
Tout changement de comportement provoque le passage d’une étape à l’autre.
Une étape peut êtres soit active ou inactive.
Les actions associées à une étape ne sont effectives que lorsque cette étape est activée.
32
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
La mise en équation sera introduite avec la séquence suivante :
X n-1
T1
Xn
T2
X n+1
X n = (X n-1 T1 + X n) X n+1
X n-1 T1
X n+1 Xn
Xn
33
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
=1
31
Prêt au démarrage.
REMOTE.
RESET
Démarrage de la pompe Démarrage de la pompe
de lubrification 88QA. d’huile hydraulique 88HQ.
36 Démarrage de la pompe
d’étanchéité 88QV.
36
=1
37
34
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
E
=1
41 Ouverture de la vanne
bipasse d’aspiration.
47 Ouverture de la vanne de
refoulement.
=1
49
S
35
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
=1
91
vitesse HP<40%.
vitesse HP>40%.
vitesse HP>50%.
vitesse HP=92%.
Arrêt des systèmes d’huile de lubrification et hydraulique.
96
Temporisation 20sec.
Vitesse HP=100%
100
S
36
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
Démarrer
La phase de chauffage ou Exécuter la phase d’essai de la partie
14
d’allumage a échouée.
2 auxiliaire de secourt.
Arbres HP et BP à l’arrêt 40
Entamer la phase de préparation du
M4
16 Turbine prête pour le
redémarrage. 49
procès/charge.
Temporisation de 2min.
5 sa vitesse.
Temporisation de 1min.
Mode CRANK ou perte de flamme et des 20%HP
37
X2 X1
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
X1
X2
10 Vérifier le générateur.
=1
12
La turbine est en Charge.
Décharger
Vitesse BP=75%
13 Décélération de la turbine
(décharge).
38
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
La transition d’une étape vers l’autre sera effectuer grâce à la fin de la temporisation qui
valide la transition réelle provoqué par le capteur (la réponse du transmetteur).
Apres conversion des différentes étapes du modèle de Grafcet proposé en fonction Ladder on
a obtient les équations suivantes :
Xi : La i éme étape.
Ti : La i éme transition.
X13 = (T12 X12 + X13) X12 X15 X14 = (T72 X7 + T82 X8 + X14) X6 X15
X15 = (TMIN X14+ T92 X9 + T13 X13+ X15) X16 X 16 = (T15 X15 + X16) X1
39
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
T13 Recharger
T14 T/2min/14
40
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
En appuyant sur le bouton démarrer E0.0 (simulateur) ou sur Start (Wincc) la séquence
marche automatiquement jusqu’à la fin de séquence en observant l’activation des transitions
sur la table de M2 ou sur l’écran Wincc.
Remarque
41
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
Notre projet contient quatre vues qui montrent l’évolution des paramètres qui intervienne
durant la séquence de lancement du turbocompresseur en temps réelle, et chacune de ces
vues contient des boutons de navigation qui offrent le choix d’accès aux autres vues et
représentent deux états des éléments (avant et après activation).
Pour une bonne illustration de l’état réel des objets de ces vues tel le moteur de lancement, les
vannes, les pompes, le compresseur centrifuge…ex, on a fait en sorte que ces objets aient des
couleurs différentes aux états marche et arrêt.
Figure V.2
42
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
compresseur axial (VAP1 et VAP2), les roues (HP et BP) et en fin le compresseur
centrifuge.
La vue contient aussi des indicateurs qui indiquent dans qu’elle phase le turbocompresseur
fonctionne, la position du commutateur 43 qui nous indique l’état ou le mode de
fonctionnement de la turbine, un bouton START pour lancer la séquence, un bouton charger
pour mettre la turbine en charge avec un autre bouton pour là décharger et un arrêt d’urgence
qui arrête tous le système en cas de défaillance.
FIGURE V.3
43
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
FIGURE V.4
FIGURE V.5
44
CHAPITRE V Modélisation de processus par Grafcet.
Conclusion
45
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Introduction
Pour bien maitriser la partie commande et comprendre les différentes séquences de
fonctionnement du turbocompresseur, il faut connaitre tous les signaux avec les quelle le
logicielle Toolbox fait ses programmes.
Le tableau suivant donne les différents signaux qu’on va rencontrer dans la séquence de
lancement, ainsi que leurs significations.
46
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
B : Position REMOTE.
C : La confirmation de la position REMOTE par le
DCS.
D : Près pour le START (Ready To Start).
TRIP Bool / Facteurs de déclanchement.
TRIP=A+B+C+D+E ou :
A : Déclanchement de l’une des alarmes.
B : Défaut dans la partie auxiliaire.
C : Défaut d’allumage.
D : Chute de vitesse de BP.
E : Arrêt d’urgence.
STOP Bool / L’arrêt normal de la machine.
STOP=A+B+C+D+EF ou :
A : Bouton poussoir d’arrêt.
B : Arrêt de la partie auxiliaire.
C : Demande d’arrêt pendant la séquence de
démarrage.
D : Défaut dans les vannes de gaz.
E : Demande d’arrêt par le DCS.
F : Position REMOTE active.
EMRAUXOK Bool / Teste positif de la partie auxiliaire.
K_EMRTST Flaot 0.5min Temps max pour le teste de partie auxiliaire.
AUXACTIVEOK Bool / La partie auxiliaire est prête pour la phase suivante.
PROCESSOK Bool / Le procès est prêt pour entamer la phase CRANK
(L3RC=1) (Unit Ready To CRANK)
GGATCRANK Bool / Les 20% de vitesse de HP est atteint, entamer la
phase de purge.
K_ACC2CRANK Flaot 2min Temps max nécessaire pour accélérer la roue HP
jusqu’à 20%.
GTPURGEOK Bool / Fin de la phase de purge et prêt pour l’allumage.
K_PURGE Flaot 2min Le temps max nécessaire pour la purge.
K_INGLITE Flaot 1min Le temps max nécessaire pour la détection de
flamme.
FLT2IGNX Bool / Défaut dans la partie auxiliaire pendant l’allumage.
WARMUPOK Bool / Fin de chauffage.
K_WARMUP Flaot 1min Le temps max nécessaire pour le chauffage.
REGWARMUPOK Bool / Le compresseur centrifuge (charge) est prêt.
LOADOK Bool / Partie auxiliaire prête pour la mise en charge du
compresseur centrifuge.
Le régulateur de FSRN de charge est actif.
47
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
de HP>92%.
RELOAD= (A+CD). (BE)
A : bouton start actif.
B : bouton stop actif.
C : sélecteur sur Remote.
D : position Remote accepté par le DCS.
E : la vitesse de HP>92%.
UNLOADED Bool / Ne pas charger la machine.
(L33CDMIN=1) Si la vitesse de BP est <75% (UNLOADED=1).
L43A Bool / Le sélecteur est sur la position « AUTO ».
L43C Bool / Le sélecteur est sur la position « CRANK ».
L43F Bool / Le sélecteur est sur la position « FIRE ».
L43M Bool / Le sélecteur est sur la position « MANUAL ».
L43R Bool / Le sélecteur est sur la position « REMOTE ».
L14HR Bool / La roue HP est à 0.31% de sa vitesse.
L14HT Bool / La roue HP atteint 8.4% de sa vitesse.
L14HM Bool / La roue HP atteint 20% de sa vitesse.
L14HA Bool / La roue HP atteint 50% de sa vitesse.
L14HC Bool / La roue HP atteint 60% de sa vitesse.
L14HS Bool / La roue HP atteint 92% de sa vitesse.
L14LR Bool / La roue BP est à 0.31% de sa vitesse.
L14LS Bool / La roue BP atteint 45% de sa vitesse.
L3ARS Bool / Partie auxiliaire prête au démarrage.
L3RS Bool / prêt au démarrage.
JUMP2CRANK Bool / Saut vers la position crank.
JUMP2CRANK= A B
A : sélecteur sur position ‘OFF’.
B : sélecteur sur position ‘REMOTE’.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
BIFILT : c’est un bloc qui détecte les fronts montant/descendant des signaux carrés
(logique).
MENG_F :c’est un bloc de calcul mathématique qui traite différentes équation mathématique
(addition, multiplication, valeur absolue, . . .).
SWICH_R : c’est un bloc de sélection. La sélection de l’entrée se fait suivant l’état du signal
SEL_T.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
INTERP : Ce bloc produit d'une fonction d'ENTRÉE dans la sortie par interpolation linéaire.
Le x[n]de table d'argument est recherché en utilisant l'entrée comme clef. La sortie est alors
calculé à partir du y[n] de table de fonction employant l'index de recherche de la table
d'argument et l'interpolant entre les valeurs. La pente de sortie (m) est calculée.
Y (i+1) - y(i)
M=
x (i+1) - x(i)
Autrement m est défini pour être la pente d'une ligne entre l'élément de point final de table de
fonction le plus proche et l'élément à côté de lui.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
BENG : c’est un bloc de résolution des équations logiques booléennes de jusqu'à 16 entrées
booléennes, plaçant le résultat dans la variable de rendement. Les opérateurs suivants sont
soutenus :
NOT ~
AND *
OR +
LATCH : c’est une bascule qui fonctionne suivant la table de vérité suivante.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
TIMER : il permet l’exécution d’une opération après une temporisation bien définit.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
LAG : C’est un bloc qui filtre les entrées à l’aide d’une fonction de transfert du 1ér ordre.
Les entrées :
PG : gain du régulateur.
TD : constante de dérivation.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
La sortie de ce bloc représente le feed-back commun des différents régulateurs qui calculent
l’écart entre chaque valeur mesurée (PV) du FSR et son point de consigne (SP).
L’écart=SP-PV
SP : point de consigne.
PG : gain de régulation
C’est le régulateur qui possède un écart négatif à qui on affecte la valeur minimum de FSR
pour prendre la main sur le contrôle de la machine. [7]
54
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Les types FSR d’entrées et leurs significations sont détaillé dans le tableau suivant :
VI.3.1) FSRSU
C’est le signal fournit au début de la séquence de démarrage et qui passe par plusieurs
niveaux durant sa progression, mais il peut a tous moment perdre la main quand l’un des autre
FSR atteint la valeur minimum.
Le niveau ‘ZERO’ du signal de commande de combustible est indiqué lorsque la machine est
à l’arrêt ce qui veut dire que la vitesse de HP est nulle (L14HR=1).
A 20% de la vitesse de HP (L14HM=1), la phase de purge des chambres de combustions
s’active et elle dure 90sec.
Le niveau ‘FEU’ est indiqué à la fin de la phase de purge (L2TVX) et quand la phase
d’allumage est effectuée (HP atteint les 25% de sa vitesse maximale).
Après la phase d’allumage, vient la phase de ‘CHAUFFAGE’ qui sera accompagnée par un
niveau de FSR inférieure a ce lui de la phase précédente pour éviter les contraintes
mécaniques.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Ce niveau est assuré par l’ouverture de vanne de gaz (GCV) à 15% alors qu’elle était ouverte
à 19%.
Cette consigne ne sera valide qu’après la fin de purge (L2TVX) et la confirmation
d’allumage (L28FD).
Remarque :
Le pourcentage d’ouverture de la GCV diffère d’une machine à une autre.
Figure VI.1
Après l’écoulement des 60sec de chauffage qui sera indiqué par le signale (L2WX), la phase
d’accélération s’active.
Au environ 38% de la vitesse de HP, la roue BP se met à tourner(L14LR).
Quand HP atteint 60% (L14HA activé) elle devient autonome et provoque le
désaccouplement du moteur de lancement.
56
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
57
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
SD_O WAR L2W L14H FSK FSKSU_ FSKS FSKD FSKS FSKS FSR
VRD MUPE X S SU_ FI U_AR ESEL U_IM U_IA
N WU
1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 25%
0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 19%
0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 33%
0 1 1 1 0 0 0 1 1 0 83%
VI.3.2) FSRACC
La régulation de l’accélération compare la valeur actuelle du signal de vitesse (PV) avec la
valeur au dernier moment d’échantillonnage (SP). La différence entre ces deux chiffres est
une mesure de l’accélération (SP-PV).
Si l’accélération actuelle (PV) est supérieure à la référence d’accélération (FSR-fbk),
FSRACC est réduit, ce qui réduit le FSR et, en conséquence, le combustible de la turbine
à gaz.
Pendant le démarrage, la référence de l’accélération est une fonction de la vitesse de la
turbine, la régulation de l’accélération reprend en général a partir de la régulation de vitesse
peu après la période de chauffage et amène l’unité en vitesse.
A la "Séquence terminé", qui est normalement l’excitation de 14HS, la référence
d’accélération est une Constante de régulation, normalement 1% vitesse/seconde.
Le régulateur spécifié pour la régulation et la surveillance du FSRACC est le régulateur 120 :
PID qui possède 7 entrées qu’on va développer ci –après.
1. TI : c’est la constante d’intégration, elle est égale à zéro.
2. Fbk : c’est la valeur du feedback.
3. MAXVal : c’est la valeur maximum du FSR feedback.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Remarque
Si la vitesse de HP appartient a l’intervalle [50%-75%], ce qui signifie que la turbine
traverse une phase critique qui est la phase du désaccouplement du moteur de
lancement, donc la turbine a besoin d’une accélération supérieur a celle assurée par le
FSRSU, c’est a ce moment là que le FSRACC prend la main.
La valeur de la nouvelle rampe d’accélération correspondante a cette vitesse sera calculé par
le bloc 50 :-INTER qui donne une constante qui appartiendra à l’intervalle [0,11-0,31].
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Si la vitesse varie au environ des 92%, l’accélération suit une rampe dont sa
pente est calculé par le bloc 50 :-INTER et qui appartiendra à l’intervalle [0,1-
0,31].
Si les 92% de vitesse de HP sont maintenues pendant 20sec, ce qui signifie que
le régime permanant est établit et que la phase d’accélération est fini, le point
de consigne d’accélération de l’arbre HP sera égale à 1%/sec pour avoir un
écart négatif pour que ce régulateur prend toujour la main sur le contrôle de la
machine.
La séquence qui nous donne le FSRACC est la suivante :
60
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
VI.3.3) FSRN
Après la fin de la phase d’accélération, la machine sera prête a la mise en charge, la vitesse
réelle (mesurée) de l’arbre BP sera supérieur à 75%, donc elle dépasse la consigne, de là on
aura un écart négative, ce qui implique que c’est le FSRN qui prend le contrôle de la
machine.
L’écart=SP-PV<0.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
La valeur du FSRN est obtenue à l’aide des deux régulateurs PID, l’un contrôle la vitesse de
HP et l’autre la vitesse de BP.
Si la machine n’est pas en teste, le SEL-T des deux blocs 80 : SWITCH-R et 90 : SWITCH-R
sera égal à zéro, alors c’est la valeur de F qui sont affectées en sortie.
Avec : TI=2,5sec.
PG=12,5.
SP=104%.
Ce régulateur est validé par la sortie du bloc 80 : SWITCH-R qui est la vitesse réelle (PV) de
la roue BP.
Avec : TI=2,5sec.
PG=12,5.
Les deux sorties de ces régulateurs sont affectées à l’entée du bloc 120 : -MIN-MAX, qui
donne en sortie le minimum de ces deux entrées (FSRrég).
Cette sortie attaque le bloc 130 : MEDIAN qui donne une sortie qui varie comme suite :
Si :
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Le tableau et le schéma suivant résument, les différentes régulations des FSR et montre la
façon de sélectionné la valeur minimum de ces FSR qui prendra la main sur le contrôle de la
machine.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
FSR
PID
TNHR SP + + FSRACC
A
TNHA PV DEV - + FSRN
TD=0sec
PG Min
Feedback
INT
TI=2,5sec
PID
Sélecteur
TNR SP + +
A MIN-MAX
PID
SP + +
TNKRNR A
PV DEV - +
TNH
TD=0sec
PG=12,5
Feedback
INT
TI=2,5sec
Figure VI.7 : Variation des signaux du FSR durant la séquence de démarrage. [4]
La carte VSVO contient un régulateur numérique qui fait l’asservissement de la vanne de gaz
GCV et lui donne une position qui est mesurée par un transformateur-comparateur
différentielle variable (LVDT).
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
La VSVO convertit la sortie numérique mesurée en une grandeur physique pour pouvoir
attaquer la servo-vanne qui commande un vérin hydraulique simple effet retour à ressort qui
contrôle l’accès du fuel gaz vers les chambres de combustion.
Avant de lancer la séquence par le sélecteur START, les opérateurs doivent vérifier que le
pré au démarrage assuré et cela en ayant la figure suivante sur les écrans de la salle de
contrôle.
Coté programme
Interprétation du bloc
D : Roues BP et HP à l’arrêt.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Pour bien expliquer la séquence normale de lancement du début vers la fin, on suppose
l’absence de ces deux cas.
Bloc 1(20 : NODE_STATE) : ce bloc nous indique l’état de la machine a l’aide de la sortie
‘STATE’.
Si ‘IN1=1’ implique la sortie ‘STATE=1’ : machine a l’arrêt et le bloc est réinitialisé (prêt
pour le fonctionnement).
Lorsque ’tans1=1’ met le ‘STATE’ à 0 et valide la sortie ‘OUT1=1’ qui va activer le bloc
suivant.
Bloc2 (30 : NODE_STATE) : La sortie ‘STATE’ de ce bloc qui est activé par ‘IN1=1’ nous
indique qu’on est dans la phase de teste de la partie auxiliaire.
Lorsque ‘trans3=1’ (teste positif de la partie auxiliaire) la sortie ‘out3=1’ valide le bloc
suivant après l’écoulement de la temporisation qui assure la fin de teste.
Bloc 3(40 : NODE_STATE) : La sortie ‘STATE’ de ce bloc qui est activé par ‘out3’ du bloc
précédant qui signifie fin de validation du teste de la partie auxiliaire.
Lorsque‘trans3=1’ signifie que la partie auxiliaire est prête, possibilité d’entamer la phase
suivante en validant le bloc suivant.
Bloc 5(70 : NODE_STATE) : ‘STATE=1’ veut dire que le procès accélère jusqu’à la vitesse
de 20% de HP donc la phase de purge des chambres de combustion peut se dérouler.
Si ‘trans3=1’ indique que les 20% sont atteintes, le procès est près pour la purge et valide le
bloc suivant.
Bloc 6(80 : NODE_STATE) : ‘STATE=1’ la phase de purge des chambres est en cour.
‘trans3=1’ indique la fin de purge et le prêt pour l’excitation des bougies plus la validation du
bloc suivant.
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CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Si :
Si :
Bloc 10(150 : NODE_STATE) : ce bloc est utilisé dans le cas ou la charge est un générateur,
pour le cas d’un compresseur, il est toujours forcé a 1 et il valide le bloc suivant.
71
CHAPITRE VI ETUDE DE LA SEQUENCE DE LANCEMENT PROGRAMMEE EN TOOLBOX
Donc si ‘state=1’ indique que la machine est prête pour la mise en charge
Conclusion
Dans ce chapitre, on a essayé de développé le déroulement de la séquence de démarrage en
étudiant et en interprétant les différents blocs qui interviennent, en se basant sur l’explication
des signaux et de la façon de retourner à leurs origines.
72
Conclusion générale
Conclusion générale
Nous avons fait notre mise en situation professionnelle dans la station de compression qui
appartient au champ de Hassi R’mel, et qui est considéré comme le gisement du gaz le plus
important en Algérie.
Durant toute la période du stage nous avons eux la possibilité de découvrir le milieu
industrielles des hydrocarbures notamment celle du gaz, ses infrastructures et ses installations,
mais le plus important pour nous c’été de voir de plus près et de manipuler pratiquement toute
chose en relation avec notre domaine d’application.
Le travail que nous avons réalisé s’inscrit dans le cadre de l’étude de nouveau système de
commande (SPEEDTRONIC MARK VI), ainsi l’exploitation de l’algorithme de la séquence
de démarrage et des différents niveaux du FSR qui intervient dans cette séquence.
-un temps de réponse et de traitement de données, qui répond a tous besoins de contrôle, de
protection et de surveillance de la turbine a gaz.
-la protection par mot de passe qui permet de gérer les différents privilèges aux différentes
personnes (maintenance, exploitation et programmeurs).
73
Conclusion générale
Aux cours de notre stage nous avons exploité une partie du code d’application qui gère le
démarrage et la mise en charge de la turbine à gaz.
Bien que notre stage se soit déroulé dans les bonnes conditions, nous avons rencontré quelque
difficultés quand a la disponibilité des ingénieurs de notre spécialité et de certains outils
(simulateur du logiciel TOLBOOX) pour raison de licence non accordé à SONATRACH ce
qui a réduit notre champ d’action, pour cela nous avons développé un programme STEP7 qui
sera chargé dans l'automate programmable en vue de commander la séquence de démarrage
du turbocompresseur.
A la fin nous avons terminé notre modélisation par l'introduction d'un système de supervision
pour garantir l'interface Homme/Machine et assurer le contrôle et la surveillance du procédé.
Pour le problème de manque d'ingénieur de notre spécialité, il pourrait être résolu s’il y avait
plus d’investissement et si les compétences universitaire étaient encouragées et recrutaient,
pour que notre payé assure lui-même la maintenance de ses infrastructures et la création de
nouveaux programmes qui faciliterons la commande des procédés industrielles.
74
Annexe
ANNEXE A
Fonction des différentes pompes :
QV : pompe d’étanchéité.
QE : pompe auxiliaire de l’huile de lubrification de secoure, elle est alimentée par une batterie
(courant continue).
ANNEXE B
Explication des mots clé :
ETERNET : réseau locale avec un système de détection, utilisé pour relier plusieurs
ordinateurs entre eux.
IONET : c’est un réseau éthernet utilisé pour communiquer les données entre la carte VCMI
de communication dans le module de contrôle.
ANNEXE C
Les abréviations des signaux utilisés par le système de commande MARK VI :
80
Annexe
ANNEXE D
81
SOMMAIRE
Bibliograp
hie
BIBLIOGRAPHIE :
-documents
-Standard libraryMark VI
[6] GE industriel Systems-SPEEDTRONIC Mark VI TMR : heavy duty gaz turbine control
[10] RENE David, Hassane ALLA, (Du GRAFCET au DRP), Deuxième édition
revue et augmentée.
SOMMAIRE