PROJET DE FIN D’ETUDE EN INGENIERIE …eprints2.insa-strasbourg.fr/1189/1/mecatronique-rapport-quinonez... · Le banc de test comporte une partie hydraulique qui consiste à

/

Période: 27/02/2012-26/08/2012

Soutenance le 6/09/2012

Elève Ingénieur : Vladimir QUIÑONEZ PAHMER

Spécialité Mécatronique MIQ5

PROJET DE FIN D’ETUDE EN INGENIERIE

MECATRONIQUE

Réalisation d’un Banc de Test à Haute Pression

Cyclée

Tuteur Entreprise: François BILLE

Tuteur Ecole : Marc VEDRINE

Confidentiel

Banc de Teste à Haute Pression Cyclée

Mécatronique-Projet de Fin d’Etude - 2012 Vladimir QUIÑONEZ PAHMER Page 2





Institut National des Sciences Appliquées de Strasbourg

PROJET DE FIN D’ETUDES

Auteur : Vladimir QUIÑONEZ PAHMER Promotion : Mécatronique : 2012

Titre : Réalisation d’un banc de test à haute pression cyclée de nouvelle génération

Soutenance : 06/09/2012

Structure d’accueil : Siemens S.A.S. Usine de Haguenau

Nb de volume(s) : 1 Nb de pages : 74 Nb de références bibliographiques :

condensé : Le projet consiste à concevoir et fabriquer un banc de test pour la dernière gamme de transmetteur

de pression Sitrans P. La conception comporte des circuits hydraulique, de la modélisation en CAO et de

l’électronique de pilotage et d’acquisition. Le banc de test comporte une partie hydraulique qui consiste à fournir des pulsations d’eau glycol à haute pression aux transmetteurs de pression. L’autre partie sert à

piloter les différents appareils qui réalisent l’action ainsi que l’acquisition de données provenant des Sitrans P. Des tests ont été réalisés sur une partie de la structure et ont permit de nous assurer le bon fonctionnement

de l’installation. Siemens S.A.S. veut pousser aux limites ses appareils en haute pression et en cadence de

travail pour connaitre les limites réelles de ses produits. Ce projet a fait appel à des compétences en ingénierie et en gestion de projet.

Mots clés : Banc de test, transmetteur de pression, circuit hydraulique, électronique de Pilotage-CAO-Gestion de Projet

Translation : My project aimed to design and make a new bench of tests for the last pressure-transmitters

generation, Sitrans P. The design uses an hydraulic system, CAO design and running and acquisition electronics. The bench of test has an hydraulic part which gives glycol-water pulse to the transmitter. The

other part is used to pilot the electronics elements and take the information signals sent by the Sitrans P. In

this project the bench has been made and a part of the system has been tested to approve the well functioning of the bench. Siemens S.A.S. wants to go to the limit of their own products in high pressure and

pulse of work, in order to know the limits of the transmitters. Engineering and managerial skills have been used to carry out this project.





Remerciements

Je souhaite adresser mes remerciements les plus sincères aux personnes

qui m’ont apporté leur soutien et leurs connaissances pour l’élaboration de ce projet. Je tiens à remercier sincèrement : Siemens Haguenau et son Directeur Monsieur Udo WIGGERMANN, pour son accueil au sein de l’usine de Haguenau. Le responsable du service Quality Management Monsieur Thierry HUSS-BRAUN et son équipe de travail.

Monsieur François BILLE, Ingénieur Laboratoire Test et mon tuteur de stage, de m’avoir permis de réaliser ce projet au sein du laboratoire de qualité et de m’avoir orienté et aiguillé au cours de ces 6 mois.

Monsieur Patrick MATHIEU, manager des laboratoires de Quality

Mangement, de m’avoir suivi et de m’avoir conseillé au cours de ce projet. Monsieur Luc MASSON, Ingénieur Laboratoire Test, pour ses conseils. L’équipe de techniciens du laboratoire Process instruments Messieurs

Sahin AYDIN, Raymond LORENTZ et Frédéric MULLER pour leur épaulement, leur savoir-faire et leur conseil précieux et avec qui j’ai pu augmenter mes connaissances. A cette liste s’ajoute aussi l’équipe du laboratoire d’étalonnage et de Process Analytics.

A l’équipe de maintenance et précisément aux Messieurs Paul HARY et

Marc WILLER pour leur grande collaboration au niveau de ce projet. Monsieur Marc Védrine, tuteur pédagogique qui a assuré mon suivi.

A l’INSA de Strasbourg pour sa qualité d’enseignement et pour me donner l’opportunité d’intégrer cette Ecole. Ainsi que toutes les personnes qui ont collaboré de près à la réalisation de mon projet de fin d’étude.





Sommaire

Remerciements ..................................................................................... 6

A. Introduction ............................................................................... 10

B. Présentation de Siemens ............................................................. 12

B.1. Les origines du groupe Siemens ............................................ 12

B.2. Une multinational de Puissance. ............................................ 12

B.3. Siemens en France ............................................................... 16

B.4. Siemens Haguenau ............................................................... 18

C. Organisation de l’usine de Haguenau ........................................... 20

C.1. Organisation de l’usine .......................................................... 20

C.2. Présentation du laboratoire Pi1-« Process Instrumentation » ... 22

C.3. Organisation du groupe de travail .......................................... 24

C.4. Présentation des transmetteurs de Pression Sitrans P ............. 26

D. Projet réalisé dans l’entreprise ..................................................... 30

D.1. Introduction-définition du projet. ........................................... 30

D.2. Planning du Projet Pif Paf. ..................................................... 32

D.3. Cahier des charges du banc d’essai haute pression cyclée. ...... 34

D.4. Dimensionnement du système hydraulique ............................. 36

D.5. Système d’acquisition et électronique de pilotage ................... 44

D.6. Design du banc de test ......................................................... 48

D.7. Gestion du projet .................................................................. 56

D.8. Test de fonctionnement de l’installation ................................. 64

D.9. Résultat de l’assemblage du banc .......................................... 68

D.10. Plans ................................................................................... 69

D.11. Cahier technique .................................................................. 69

D.12. Cahier protocole de test ........................................................ 69

E. Bilan du PFE ............................................................................... 70

E.1. Bilan du projet ...................................................................... 70

E.2. Bilan personnel ..................................................................... 71

F. Conclusion ................................................................................. 73

Bibliographie ....................................................................................... 74

Table des illustrations .......................................................................... 75

Documents joints ................................................................................ 78





A. Introduction

Mon travail au sein de l’entreprise Siemens SAS s’est déroulé en tant que chef de projet du banc d’essai haute pression cyclée. Le Projet de Fin d’Etude s’est effectué dans l’usine de Haguenau Production Automatisation entre le 27 février et le 24 Aout 2012. Ma mission dans le laboratoire de test des transmetteurs de pression, a été d’étudier, définir, planifier et réaliser un banc de test à haute pression cyclée pour les transmetteurs de pression Sitrans P. Les gammes de transmetteurs de pression Sitrans P ont un succès dans l’industrie mondiale. Les clients exerçant dans le nucléaire, la pétrochimie et l’alimentaire, sont de plus en plus exigent quant à la précision et l’endurance des ces appareils. Dans ces secteurs une erreur de mesure peut avoir de graves conséquences. De ce fait, on remarquera que Siemens SAS consacre une grande importance à la qualité de ses produits. J’ai pu compter sur certaines ressources, comme une pré-étude du système et avec la solide expérience des différents membres de l’usine. Ce projet pluridisciplinaire à fait appelle à mes connaissances en hydraulique, mécanique, électronique et à la suivi et gestion de fournisseur. La gestion de budget a aussi été un part importante de mon travail. Cette expérience m’a permis de découvrir d’autres activités et d’apprendre notamment au niveau technique et managérial. Ce rapport vous présente l’entreprise, son domaine d’activité et le déroulement du projet, de sa conception jusqu’à sa fabrication.





B. Présentation de Siemens

B.1. Les origines du groupe Siemens

L’histoire de Siemens débute au milieu du 19ème siècle, lorsque Werner Von SIEMENS (1816-1892) et son associé, Johan Georges HALSKE, fondèrent l’atelier de fabrication des télégraphes, la « Telegraphen-Bauanstallt von SIEMENS & HALSKE » en 1847, à Berlin. L’entreprise connut alors un rapide essor, avec la mise en place, deux ans plus tard, de la première ligne télégraphique européenne reliant Berlin à Francfort. La réalisation du télégraphe indo-européen, entre 1868 et 1870, confère à la société une renommée internationale.

L’entreprise a commencé à s’internationaliser dès les années 1850 en créant les filiales en Angleterre (1850), en Russie (1855) et en Autriche (1858). Dans les années 1860, elle débute le commerce avec le Japon, et s’ouvre vers les marchés de l’Amérique du Sud, puis, dans les années 1870, de l’Amérique du Nord. En 1914, elle est présente dans 50 pays et emploie 80000 personnes dans le monde avec pour principales implantations Nuremberg et Berlin. En 1949, le siège social du groupe, alors implanté à Berlin, est transféré à Munich, qui s’impose depuis comme son pôle d’activités principal.

Depuis 2007 le nouveau PDG, l’autrichien Peter Löscher à réorganiser la multinationale en la divisant en quatre secteurs d’activités principaux : Industrie, Energie, Santé et Infrastructure urbaine

B.2. Une multinational de Puissance.

La présence mondiale est la base pour être compétitif et c’est dans cette optique que Siemens s’est implanté dans 190 pays employant ainsi environs 405 000 personnes. De plus, en 2010 Siemens a réalisé un chiffre d’affaire de 76 milliards d’euros dont 15% est produit seulement en Allemagne. Depuis 2000 la multinational subit plusieurs changement, vendant ainsi des secteurs à ses concurrents ou ses alliés stratégiques. Nous pouvons relever la vente de sa filiale nucléaire à Areva, sa filiale hardware à Fujitsu et sa filiale informatique à Atos Origin. Actuellement il existe environ 300 usines réparties dans le monde et qui travaillent de manière rigoureuses pour satisfaire de plus en plus les exigences des clients. La carte ci-contre nous montre la répartition des usines et à la par de production du chiffre d’affaire réalisé dans les quatre grandes zones du monde.



Figure 1: Revenue de Siemens par secteur et par région du monde.

Figure 2 Structure général de Siemens



Siemens est le leader mondial dans certains secteurs d’activité en

proposant un service complet et une gamme varié de produit indispensable. Siemens exerce dans les secteurs d’activités suivant.

Le secteur « Industry » (Industrie) : Leader mondial sur le marché

des automatismes et des entrainements, ce secteur offre des produits standards, des systèmes et des solutions sectoriels pour l’industrie manufacturière, l’industrie de processus et l’installation électrique. Les clients de ce secteur sont issus de la métallurgie, du pétrole, du gaz, de l’alimentaire, de l’automobile et du nucléaire

Le secteur « Energy » (Energie) : Pour approvisionner en électricité

une population mondiale croissante tout en ayant un impact aussi faible que possible sur l’environnement oriente Siemens vers les technologies les plus innovantes. Les turbines à gaz, les parcs éoliens offshore, le photovoltaïque et le transport d’énergie haute tension.

Le secteur « Health » (Santé) : Avec ses systèmes de dernières

générations dans le l’imagerie médicale, les solutions d’audiologie et les systèmes d’information clinique, le secteur médical est l’un des principaux fournisseurs du secteur de la santé mondiale. Les récentes acquisitions au niveau technologique vont faire de Siemens, le leader mondial du diagnostic de laboratoire.

Le secteur « Infrastructure and Cities » (Infrastructure urbaine) :

Depuis le premier tramway électrique mis en place en 1879, la compagnie n’a pas arrêté d’innover et faciliter la mobilité dans de nombreux pays. Nous pouvons observer la création de trains à grande vitesse et les métros automatisés. De plus, le secteur est Pioneer dans les technologies du bâtiment concernant la construction d’aéroport et l’économie d’énergie dans de grands buildings. Le secteur « Energy » fait le plus fort chiffre d’affaire de l’entreprise : 35% de (cf Fig. 1) suivi de « Industry ». L’Allemagne elle seul produit 15% du chiffre d’affaire. La région du monde qui apporte le plus grand chiffre d’affaire. Enfin, les régions du monde qui apportent le plus grand chiffre d’affaire sont l’Europe, Afrique et Moyen-Orient, avec un chiffre d’affaire de 38%, en les réunissant.



Figure 3: Siemens en France



B.3. Siemens en France

L’histoire de SIEMENS en France remonte pratiquement au début de

l’histoire de la société. Pour l’exploitation du télégraphe à Paris, Werner VON SIEMENS déposa un brevet en 1850, soit 3 ans à peine après la création de l’entreprise en Allemagne. Cela démontre sa volonté d’ouverture et d’extension de son entreprise au monde. La fondation de la société SIEMENS à Paris date de 1878 sous le nom de « SIEMENS Frères ». SIEMENS est présent en France depuis 133 années. Sur la figure 4 ci-contre, on peut voir l’implantation des sites Siemens en France. Siemens France compte avec 21 sites en France métropolitaine dont 8 sites industrielles, 6 centres de compétences et 7 centres de Recherche&Développement. Les sites industriels sont essentiellement situés à l’est de la France pour sa proximité avec l’Allemagne.

A travers ses 7000 collaborateurs, ses 8 sites de production, ainsi que ses nombreux partenariats avec des écoles ou universités et pôles de compétitivité, SIEMENS France participe pleinement au développement économique français y compris à l'international. SIEMENS France compte, 7 centres de R&D dont 6 centres de compétences qui interviennent pour l'ensemble du groupe SIEMENS à travers le monde. Les secteurs développés sont transports automatiques, la métallurgie, le transport et la distribution d'énergie, la conception et la production de progiciels, la détection incendie et la mécatronique. SIEMENS France réalise ainsi plus d'un tiers de son chiffre d'affaires à l'export. En 2011, le Groupe SIEMENS en France a réalisé 2,4 milliards d’euros de chiffre d’affaire. Nous avons la répartition du chiffre d’affaire produit pas secteur chez Siemens France.

Diagramme 1: Chiffre d'affaire par secteur

Le secteur Industrie constitue plus de la moitié du chiffre d’affaire de Siemens France suivi par le secteur Energie.



Figure 4: Usine de Haguenau

Figure 6: Gamme de produit de l’usine

Figure 5: Plan de l'usine



B.4. Siemens Haguenau

SIEMENS Production Automatisation est une société anonyme simplifiée

(SAS) rattaché à la maison mère de SIEMENS France. L’usine est implantée à Haguenau depuis 1971, elle dispose d’un terrain de 150 000m2 avec une surface utile de 22 700m2, compte environ 700 employés, et réalise à elle seule un chiffre d’affaire de près de 100 millions d’euros. A l’époque, alors que Siemens Instrument voulait implanter un nouveau site de production, Haguenau a incontestablement été favorisé par sa position frontalière avec l’Allemagne (99% des employés de l’usine sont bilingues). De plus, les quartiers généraux de la division Siemens Process Instrumentation and Analytics se trouvent à proximité avec Karlsruhe en Allemagne (situé à 45 min de route en voiture). Les études de produits et leur homologation sont faites à Karlsruhe, le site de Haguenau est exclusivement un centre de production. Plus de 90% de la production du site est destinée à l’exportation. L’usine a subit deux grandes transformations, l’une en 1986 pour la fabrication d’analyseur de gaz et l’autre en 2010 pour la fabrication de débitmètre. Son effectif a donc pratiquement doublé au cours des deux dernières années. Elle travaille en étroite collaboration avec les sièges de Nordborg au Danemark, Dalian en Chine et Spring House aux Etats-Unis. L’usine de Haguenau se situe dans le secteur d’activité « Industry ». Sa division est « Industry Automation et se situe dans la section SC « Sensor and Communication ». L’usine fabrique cinq gammes de produit : des transmetteurs de pression, des positionneurs, des débitmètres, des analyseurs de gaz et des panels de mesures.

Les transmetteurs de pression, les positionneurs et les panels font parti de la catégorie PI1 « Process Instrumentation ». Ces produits représentent 50% du chiffre d’affaire de l’usine.

Les analyseurs de gaz font partit d PA « Process Analyrtics » leur vente correspond à 19% du chiffre d’affaire de l’usine de Haguenau

Les débitmètres font partie de PI3 « Process Instrumentation 3 » ont eu un incroyable succès dû aux améliorations techniques et partage 31% du chiffre d’affaire.

L’usine consacre une grande importance à la sécurité qui est devenue une tâche prioritaire dans l’ordre du jour. En effet, tous les travailleurs doivent porter une blouse blanche anti-décharge électrique (DES) ainsi que des chaussures de sécurité (DES)



Figure 7: Organigramme de l’usine



C. Organisation de l’usine de Haguenau

C.1. Organisation de l’usine

L’usine de Haguenau a un ordre hiérarchique précis. Chaque secteur est

divisé en domaine qui à leur tour est divisé en filière.

Sous les ordres du président de l’entreprise M. Peter Löscher se trouve le directeur de la division « Industry » M. Russwum. Ce secteur étant vaste il est divisé en plusieurs thèmes dont « Industry Automation » dirigé par M. Huber. La gamme de service étant variée qu’il y a une gamme subjacente dont « Sensor and Communication » dont fait partie l’usine de Haguenau. Le pôle de Haguenau est dirigée par M. Wiggerman. L’organigramme ci-contre nous montre différentes strates. Sous la direction de M. Wiggerman il se trouve 14 sections. Mon stage s’est déroulé au sein de « Quality Management » dirigé par M. Huss-Braun sous la responsabilité de Patrick Mathieu (Manager) et M. François Bille (Ingénieur); ce dernier étant tuteur. Ce département est responsable de la qualité des appareils Sitrans P, des analyseurs de gaz et de l’étalonnage de générateur de pression. Il y a donc trois laboratoires qui s’occupent de la qualité de chacun d’eux. Les analyseurs de gaz sont dans le laboratoire « Process Analytics » (PA), l’étalonage de générateur de pression dans le laboratoire « Calibration » et le laboratoire « Process Instrumentation »

Managing Board

PDG Peter Löscher

Secteur:« Industry »

Directeur Sigfried Russwurm

Industry Automation

Directeur Anton Sebastian Huber

Sensor &Communication

Directeur section: Hans-Gerog Kumpfmüller

Manifacturing Haguenau

Directeur usine: Udo Wiggerman

Diagramme 2: Organisation hiérarchique



Figure 8:Composition du personnel de Haguenau

Figure 9:Des transmetteurs de pression Sitrans P en cours de test.



(PI) s’occupe des tests de conformités pour les Sitrans P. C’est pour ce dernier laboratoire que je conçois un banc test. test pour tester les appareils Sitrans P. L’usine est composée d’une manière quasi équitable d’homme et de femmes occupant des postes variés. (cf. fig. 9). Nous pouvons remarquer que le personnel est majoritairement composé par d’ouvriers qualifiés à 60%. L’usine compte environ 14% de cadres et 14% de techniciens. Le reste correspond à des employés. La forte présence d’ouvriers est dû au faite que c’est une usine de production où la R&D est majoritairement réalisé par Karlsruhe.

C.2. Présentation du laboratoire Pi1-« Process Instrumentation »

Le laboratoire est sous la responsabilité du Manager M. Patrick Mathieu

qui gère aussi les deux autres laboratoires. L’équipe de PI se compose des Techniciens M AYDIN Sahin, M MULLER Frédéric et M LORENTZ Raymond encadrés par les ingénieurs M.François BILLE et M. Luc MASSON. Le rôle de ces techniciens est de tester de nouveaux prototypes de transmetteurs de pression. Ils travaillent en collaboration avec le service de production pour déterminer si les changements réalisés sur un produit sont compatibles avec les demandes du client, notamment en termes de qualité. De plus, ils analysent les appareils de retournés clients. Les ingénieurs sont les responsables des suivit des tests et gèrent aussi une partie administrative concernant le laboratoire. Dans le laboratoire les appareils subissent des tests à des températures variées, des tests de résistance à haute pression ainsi que des tests de longue durée de plusieurs semaines. Les appareils qui servent à tester le bon fonctionnement des produits sont des appareils étalonnés selon la précision et la conformité de laboratoires accrédités tel que Cofrac ou DKD. La conformité des produits est déduite en fonction de la différence de mesures que fourni le produit par rapport à l’appareil de mesures. Les écarts par rapport aux consignes, les hystérésis ou encore la reproductibilité sur les plages sont étudiés. Dans la cadre d’un Sitrans P, l’erreur totale de l’appareil à tester doit être inférieure à 0,075%. Sur la Fig.10 nous pouvons voir des transmetteurs Sitrans P en cours de test. Sur l’image de gauche ils subissent un test de longue durée en montée est descente de pression à température ambiante de 25°C. La figure de droite nous illustre le test de transmetteurs de pression Sitrans P mais sous des charges de températures extrêmes.



Figure 10: Tableau Aco.



C.3. Organisation du groupe de travail

Les horaires de travails sont basés sur 35 h du lundi au vendredi. Il y a

une présence obligatoire dans le site de 8h30 à 15h30 avec un pause de 30 min pour déjeuner. Le site est ouvert 24h. Il existe plusieurs groupes de travail avec des horaires allant jusqu’à 4x8. Le laboratoire PI1 où j’effectue mon stage est devenu un laboratoire autonome quelques jours avant mon arrivé. Ceci veut dire que le personnel du laboratoire peut disposer d’un horaire plus flexible en question d’arrivé et de sortie, bien sûr tout en respectant les heures minimum et en achevant le travail à réaliser. Dans le laboratoire il est mis en disposition un tableau d’Amélioration Continu (Aco). Ce tableau permet de faire

un suivi des présences du personnel un suivi des améliorations communes : c’est essentiellement pour

améliorer les installations dans le laboratoire et proposer des solutions à fin d’optimiser le mode de travail.

le suivi des accidents l’emploi du temps concernant les congés ou les absences du personnel suivi duTop5&Top30 : c’est un suivi des réunions du groupe de travail.

Top5: Le top5 est une réunion quotidienne de 5 minutes où l’équipe de travail exprime des problèmes, propose des solutions et où l’on peut communiquer des informations d’une manière directe. Généralement ce genre de réunion a une durée de 5 minutes d’où sont nom. Top30 : C’est une réunion hebdomadaire entre le manager et les membres de l’équipe. Sur cette réunion le manager fait le suivi des nouvelles propositions, mène un débat pour discuter des nouveaux changements et est attentif aux conseils ou aux plaintes de l’équipe. Communique des remarques qu’ils lui ont été faits. Au début de chaque séance un membre de l’équipe est désigné mensuellement pour présenter les changements du tableau. Ce tableau est très bénéfique et à une grande importance pour l’entreprise. Ceci montre qu’il y a une communication entre les membres de l’équipe où les personnes sont mis au courants de tout changements où elles peuvent s’exprimer et souder des liens d’amitiés. Un tableau Aco est présent pour toutes les équipes de travails de l’usine.



Figure 11 : Electronique de la communication Hart et Profibus



C.4. Présentation des transmetteurs de Pression Sitrans P

Avant de se lancer dans la conception d’un banc, il faut connaitre la

fabrication et le mode de fonctionnement d’un transmetteur de pression Sitrans P. Sitrans P est une famille complète de matériels pour la mesure de pression relative, absolue et différentielle dans des domaines d’applications variés. Ces appareils comptent avec une marge d’erreur allant jusqu’à 0.03%. Ces transmetteur possèdent une grande robustesse, et peuvent résister dans les milieux les plus hostiles comme des milieux pétrochimiques ou corrosifs. La famille compte avec des plages de mesure de 20 mbar à 700 bar.

Le Transmetteur peut communiquer par plusieurs moyens. Il peut envoyer ses données par une source de courant en 4 et 20 mA en utilisant l’électronique avec communication HART.

Le fonctionnement de l’électronique consiste à amplifier le signal fourni par le capteur-cellule qui est par la suite traité par un microcontrôleur. Ce dernier corrige la linéarité et restitue un signal en 4-20mA à travers un convertisseur numérique-analogique. Il peut également communiquer par Profibus. Cette communication très rependue permet aux industrielles de contrôler les appareils à distance lorsqu’ ils se situent dans des zones à risques et dangereuses. Le principe est de rajouter une interface Profibus Process Automation qui permettra de transmettre l’information par des bus de grandes longueurs. La communication ici se fait de manière numérique ce qui est favorable à l’enregistrement de données.



Figure 13: Capteur de pression en silicium de 12

mm de diamètre.

Figure 14: Schéma d’une cellule de mesure de Sitrans P Delta P

Figure 12: Schéma d’une cellule de mesure de Strans P P.



Détail du capteur-cellule

Le capteur de pression (6) (cf. Fig.16&17) est la clef de tout ce système. C’est lui qui permet de transmettre toute l’information. C’est un capteur piézoélectrique en silicium qui se déforme en fonction de la pression qui lui est exercé dessus. Le capteur possède quatre résistances piézoélectriques montées en pont de Winston, qui en se déformant, changent la valeur de la résistance. La variation de la résistance produit une tension proportionnelle à la valeur de la pression qui a été exercé sur le capteur. Cette tension est ensuite interprétée par le circuit électronique décrit précédemment. Lorsque le fluide est introduit par le raccord mécanique (3) celui-ci viens faire contact avec une membrane de séparation de 40 µm. Cette membrane en se déformant fait pression sur un liquide de remplissage de silicone (5) dont la compressibilité a été calculé. C’est ce liquide qui va faire pression sur le capteur. Lorsqu’il s’agit de Sitrans P à mesure relative l’ouverture (1) sert de référence pour donner la pression. Lorsque c’est de la pression absolu cette ouverture est fermée et le vide est fait dans la cellule. Les cellules de type Delta P marche avec un système semblable cf. Fig18. La cellule compte une entrée « + » qui est dirigée vers la tête du capteur et une entrée «-» qui vient derrière le capteur. Lorsque le fluide touche la membrane de séparation (1) celle-ci transmet la pression au capteur grâce au liquide tampon (7). Du coté moins le principe est le même. En effet la pression venant du coté «-» va compenser une partie de la pression du coté « + ». De cette manière le capteur va prendre en compte que la différence de pression. Il existe une membrane de surcharge (3) qui va protéger le capteur en cas de dépassement des limites autorisés.



Figure 15:Sitrans P et de type P et Delta P ainsi que d’autre gamme

Figure 16: Vues éclatées d’un Sitrans P, P et Delta P.



D. Projet réalisé dans l’entreprise

D.1. Introduction-définition du projet.

La société Siemens SAS basée à Haguenau fabrique des instruments de

mesures. Parmi leur gamme il fabrique des transmetteurs de pression pneumatiques et hydrauliques. Les transmetteurs de pression se nomment des Sitrans P. Ils sont produit sous deux versions : une version relative et une version différentielle. A fin de fournir une meilleure qualité aux transmetteurs de pression Sitrans P, Siemens propose de développer un banc de test pour tester les Sitrans P en hautes pressions hydraulique et à des fréquences de charges et de décharges croissantes. Ce genre de banc d’essai est surnommé Pif-Paf, onomatopée du bruit du système lors de la charge et de la décharges. Le but est de charger les appareils pour connaitre leur limite de fatigue et d’endurance. De cette manière Siemens sera plus concurrentiel dans le marché et offrira un produit de meilleure qualité et de sécurité à ses clients. Ce banc de test est destiné pour le laboratoire PI. Siemens SAS avait déjà lancé ce projet il y a deux ans. Un premier stagiaire avait commencé une étude du système. Le projet est resté en suspend pendant une année pour des raisons administratives. Le but de mon projet était donc de suivre les points suivants :

Reprise de la pré-étude Continuer et améliorer l’étude du système Designer la structure

Commander le matériel nécessaire Construire le banc Valider le bon fonctionnement de du banc de test Réaliser les premiers tests. Ecrire un rapport respectant les données

Au cours de ce rapport je vais vous présenter les différentes étapes de ce projet.



D.2.

Figure 17: Planning prévisionnel



D.2. Planning du Projet Pif Paf.

Ce projet est étalé sur 6 mois est comporte plusieurs phases sur lequel

notre banc évoluera. Ce planning est celui qui a été établit lors des premiers jours du stage de fin d’étude. Il nous a permit essentiellement a être guidé et de ne pas se perdre dans notre but. Nous pouvons remarquer plusieurs phases :

Cahier des charges La conception et étude du système hydraulique Etude système électronique Demande est réception des devis

Commande et réception du matériel Design CAO Fabrication Test Rédactions de documents et rapport.

Il a également été marqué des jalons correspondants aux différentes réunions officielles qui ont été organisé. Ce planning prévoit la fin de construction du banc de test, pour le 25 juin 2012. Nous offrants ainsi une marge importante jusqu’à fin août pour réaliser les tests de fonctionnement de l’installation et sur quelques appareils.





D.3. Cahier des charges du banc d’essai haute pression cyclée.

Le cahier des charges est fourni par le bureau d’étude du siège de

Karlsruhe en Allemagne. C’est ce bureau d’étude qui souvent demande de mettre en place des nouveaux tests en fonction des améliorations effectuées aux produits et à la rigueur qu’ils doivent montrer à leurs clients. Par la suite nous allons montrer le cahier des charges initiales fourni par le siège de Karlsruhe.

Cahier de charges fourni par Siemens

Le banc doit pouvoir être utilisé pour tester des transmetteurs de Pression de type P et delta P.

Le banc d’essai doit être capable de tester 7 transmetteurs de pression à la fois dont un de témoins.

La plage de pression exercée doit être comprise entre 30 et 1000 bar en hydraulique.

La Fréquence du cycle de chargement doit être de 2 à 50 Hz Le banc doit être automatisé Les données en provenance de transmetteur doivent être enregistrées. Le banc doit atteindre 10 millions de cycles par test. Le temps en montée en pression du système doit être inferieur à 3 ms.

Ce cahier des charges général ne prend pas en compte de nombreuses contraintes surtout au niveau des installations de l’Usine de Haguenau. Après un brainstorming avec l’équipe du laboratoire, nous avons rajouté des éléments au cahier des charges.

Il y aura deux systèmes séparés : l’un avec la partie hydraulique et l’autre avec la partie acquisition et commande.

Le banc doit respecter l’espace qui lui sera attribué. Les dimensions maximales sont 1600*1800*1500.

Le fluide utilisé doit être préférablement de l’eau avec peu d’additif. Respecter le budget mis à disposition qui sera de 15 mil euro avec un

dépassement autorisé de 20%.

Le banc doit être mobile dans le cas où l’on veut le déplacer. Le matériel utilisé doit être si possible être acheté chez les fournisseurs

partenaires de Siemens.

Pouvoir accueillir les différentes gammes de transmetteur P et DP. Respecter si possible les couleurs traditionnelle de Siemens.

Pour tester les Sitrans P Delta P, il faudra appliquer un maximum de pression d’un seul coté à la fois.



Figure 18: Caractéristiques de la pompe hydropneumatique.

Figure 19: Caractéristiques des amplificateurs de

pression MiniBooster.

Figure 20: Diagramme de fonctionnement du booster



D.4. Dimensionnement du système hydraulique

Une pré-étude du système hydraulique a été réalisée il y a quelques

années proposant plusieurs solutions au système. Je me suis inspiré de la solution qui me paraissait la plus simple à mettre en place et en apportant des modifications pour la rendre plus efficace.

Choix de composants

Le principe du système est d’apporter une grande pression aux transmetteurs de pression en forme de pulsations le plus rapidement possible. La solution la plus efficace consiste à diviser l’augmentation de puissance en trois étapes. Une ressource disponible dans toute l’usine est une source de pression pneumatique à 6 bar. Le principe consiste à utiliser cette source de pression comme apport principal d’énergie du système. Par la suite Il faudrait monter en pression en deux étapes pour atteindre notre maximum de 1000 bar. Dans le marché il existe des pompes hydropneumatiques qui permettent d’avoir une pression hydraulique en sortie proportionnelle à l’entrée pneumatique. Chez la société Maximator nous avons pu trouver une pompe avec un rapport de multiplication de 40. L’avantage de cette pompe et qu’en faisant varier la pression d’entrée, nous pouvions avoir toute une gamme de pression en sortie allant de 40 bar à 240 bar. Il existe d’autres gammes possédant des rapports plus élevés, nous permettant d’atteindre directement les 1000 bar. Le seul inconvénient est que le temps de mis en charge est trop long pour pouvoir faire des oscillations. Ce qui confirme notre choix de diviser la montée en pression en deux étapes supplémentaires. La pompe a été choisit pour travailler avec de l’eau et possède un débit suffisant pour notre système. (Fig. 18) En cherchant un système de montée en pression de manière dynamique en ayant des temps de montées très faibles et quasiment instantanées, nous avons découvert des boosters. Un booster est un système mécanique qui permet d’atteindre une pression de sortie proportionnelle à la pression d’entrée par rebuttement. C’est une technologie utilisée surtout pour avoir de grande pression à des endroits précis. Le booster permet de gagner en pression mais perd en débit. La mécanique interne du booster ne nous permet pas d’arriver à 50 Hz (selon constructeur). C’es-à-dire qu’il faudrait monter en pression en 20 ms. De ce point de vue là le cahier des charges est trop exigeant. Le booster peut monter en pression dans un peu moins d’une seconde. Le principe de fonctionnement du booster est schématisé dans le digramme ci-contre. Lorsque la pompe est connectée à l’entrée IN le fluide circule à travers une petite pompe interne OP et des différentes valves KV1, KV2 et DV. Cette pompe permet de maintenir la pression



Diagramme 3: Evolution de la pression dans le système



du coté H1 qui est la sortie. Lorsque la pression du coté H1 atteint cinq fois la pression de l’entrée les valves se ferment. De cette manière nous atteignons les 1000 bars. Lors du basculement du distributeur la pression de la pompe passe par le coté R du booster. Ce coté est dirigé vers une valve piloté DV. Cette valve va s’ouvrir est va permettre ainsi d’évacuer la pression dans le système. Il faut remarquer que le débit du coté H1 sera considérablement diminué (cf Fig.20). Comme l’indique le digramme du booster celui-ci doit fonctionner avec un distributeur 4/3. Ce distributeur va nous permettre de réaliser les oscillations en le faisant basculer d’un coté à un autre. Le distributeur ne pouvait pas être placé derrière le booster car il n’existe pas dans le marché un distributeur électrique avec une pression de service de l’ordre de 1000 bar. Le plus adapté est un distributeur de type 4/3 centrée fermé avec une pression de service de 350 bar pouvant fonctionner avec de l’eau avec au moins 5 % de glycol. Pour choisir la tuyauterie je me suis essentiellement inspiré des installations se trouvant dans le laboratoire. Ces installations possédaient utilisaient les unités anglo-saxonne. La tuyauterie choisie a été de ¼ de pouces résistant à 2000 bar hydraulique.

Explication du système hydraulique

La source de vie de notre système est la source pneumatique de 6 bar.

Cette source de 6 bar se trouve dans pratiquement toute l’usine. Ce qui permet au banc d’être mobile et de ne pas dépendre d’un point principal. Cette source pneumatique va être réduite à 5 bar par une vanne proportionnelle pilotée électriquement. La pompe va nous fournir en sortie une pression hydraulique de 200 bar max. La pression maximal final s’atteint grâce à des booster qui nous donnerons maximum 1000 bar. Le diagramme 3 nous montre l’évolution en pression du circuit hydraulique.

Par la suite nous allons détailler le fonctionnement du circuit pour une configuration de test de type Sitrans P Delta P. Des détailles supplémentaire existe dans le cahier technique rédigé à cet effet. Il se trouve en annexe à ce rapport.



Figure 21: 1000 bar max coté positf

Figure 22: 1000 bar max coté négatif



Mode Delta P

Le fluide va passer à travers un distributeur de type 4/3 centré fermé.

Lorsque le distributeur se trouve en position parallèle le booster du coté « + » sera chargé est fournira une pression de 1000 bar en sortie. Cette pression ira vers le coté « + » des Sitrans P, Delta P (Fig. 21). L’autre booster se trouve sous aucune pression et met ainsi le coté «-» du Sitrans P, Delta P à zéro. Lorsque le distributeur aura basculé en mode croisé, la situation s’inverse et la pression du coté « + » se vide et celle du coté «-» se charge. Le fluide évacué est ainsi récupéré dans le même bac initial (cf Fig.22).

Mode P simple

Le système reste le même, le seul changement sera d’isolé la voix « -» en

fermant les vannes manuelles. Le distributeur basculera de la même façon. Nous pouvons voir l’illustration sur la Fig.23. Le détaille se trouve dans l’annexe. Le schéma hydraulique sur sa totalité se trouve sur la Fig.24.

Figure 23: Systeme en mode P simple



Figure 24:Circuit hydraulique générale





Figure 25:Système d’acquisition et de commande.

Figure 26: Boitier Electronique de pilotage



D.5. Système d’acquisition et électronique de pilotage

Le banc de teste comporte une baie qui est séparée du banc d’essai. Cette

baie comportera le système d’acquisitions et l’électronique de pilotage. Le système d’acquisition est une copie des installations typiquement utilisé dans le laboratoire. Le système de pilotage a été développé pour ce projet.

a) Partie acquisition

Chaque appareil Sitrans P va nous donner les informations concernant les

pressions soit en utilisant la communication Hart soit par la communication Profibus. L’ordinateur va contrôler un scanner par IEEE. Ce scanner est un multimètre qui à l’aide de relais va sélectionner l’une des cartes d’acquisitions. Sur chaque carte il y sera connecté 4 Sitrans P. Le scanner va balayer les résultats de chaque entrée et les envoyer à l’ordinateur par Profibus ou Hart/modem. Les mesures sont prises pendant quelques secondes avec un intervalle de temps définit. Les données sont ensuite stockées dans l’ordinateur et nous permettrons de voir si les transmetteurs de pressions sont toujours en bon état. Le logiciel qui coordonne le système est réalisé en C++ Builder. Les cartes d’acquisitions et le logiciel d’automatisation ont été réalisés en interne. Il existe plus de détails pour le fonctionnent de ces produits dans la documentation technique de Siemens.

b) Partie commande

La carte de pilotage a été créée pour contrôler le distributeur et le la vanne

proportionnelle. Le tout est dans un boitier de commande qui nous donnera aussi le nombre de cycle qui a été réalisé. Cette carte génère un signal entre 10 V et – 10 V pour contrôler le distributeur. Pour commander la vanne proportionnelle la carte balaye des tensions comprises entre 0–10 V. Pour plus de détails sur l’électronique interne de la carte voir cahier technique. Le boitier de pilotage (Fig.26) est commandé par l’ordinateur à travers une carte de communication de chez National Instrument (NI). Le programme qui doit piloter la boitier de commande n’a pas encore été réalisé. Pour l’instant la carte de pilotage s’active manuellement par moyen d’interrupteurs. Des essais ont été réalisé lorsque la carte NI est piloté avec le module de vérification fourni par l’entreprise National Instrument. Ce qui prouve le bon fonctionnement du système.





c) Arrêt d’urgence

Le bouton d’arrêt d’urgence est placé sur la baie de commande. Lorsque ce

bouton est activé il va couper la tension du générateur de tension de 24 V. Des détailles supplémentaire existe dans le cahier technique rédigé à cet effet. Il reprend l’explication détaillé du fonctionnement électrique et hydraulique du projet Il se trouve en annexe à ce rapport.



Figure 28: Vue du banc avec les Sitrans P, P et Delta P

Figure 29: Détails de la plaque de fixation du banc d’essai



D.6. Design du banc de test

Le banc d’essai est représenté sur la Fig. 28. Le montage ne comporte pas la

baie. Nous pouvons observer les dispositions des différents composants. Nous avons plusieurs étages.

Nous avons en bas à droite du banc un bac où sera l’eau glycol. C’est ce bac qui va fournir la pompe en eau et qui va servir de bac de retour d’eau.

Le bac de gauche sert à l’évacuation des eaux usées et comme bac de secours en eau.

Il y a un bac de rétention qui va couvrir toute la surface projetée du banc de test pour éviter des écoulements d’eau et éviter des accidents.

Au niveau de l’étage de puissance (1er étage) nous trouvons notre système hydraulique et tous les accessoires (pompes, boosters, électrovanne.)

Au dessus de celui-ci nous avons un deuxième bac de rétention.

Sur la partie supérieure nous avons une plaque qui est penché de 5°. C’est sur cette plaque que va se trouver les transmetteurs de pressions. La plaque est en acier inoxydable. Elle est penchée de 5° pour contribuer à l’évacuation des bulles d’air dans le système.

Les transmetteurs de pression sont protégés par une coque transparente en plexiglas. Cette coque de protection permet de protéger l’utilisateur et le milieu où il se trouve de toute projection issue du système. Cette coque de protection se trouve sur des rails roulants pouvant se lever facilement.

La face avant se trouve isolé par une vitrine en plexiglas et les faces latérales et postérieur sont isolées avec des plaques en aluminium.

Tout le banc se trouve sur des roues qui lui donnent une mobilité.

a) Dispositions des appareils :

Ce banc est destiné à tester les Sitrans P, P et Delta P. Il faut une

disposition facile à mettre en place lorsqu’il faudra changer de type d’appareil. Le cahier des charges ne prévoit pas de tester les deux types d’appareils en même temps mais cela est possible avec cette disposition.



Figure 30: Représentation des connexions des flexibles vers les Delta P.

Figure 31: Dispositions des raccords des transmetteurs.



Les Sitrans P, Delta P sont posés sur la surface de la table. La « Kappe » sera fixée par des vis tout en conservant l’angle de 25 ° avec l’horizontale (cf. plan bâti et composant). Il y a une ouverture circulaire (2) et une rainure(4) pour passer les bouchons de la Kappe. Cf. Fig.29. Les orifices (1) servent à fixer le Delta P.

En mode P ils sont placés en-dessous de la table. Les orifices (3) nous permettent de bien les fixer. Les appareils sont reliés par un tube de diamètre ¼ ‘’ en acier inoxydable.

Ce tube résiste aux alentours de 1500 bar. Les liens vers les transmetteurs sont des flexibles. En effet le fait d’avoir des flexibles nous permet de gagner en degré de liberté et nous permet d’ajuster correctement le lien entre chaque appareils, nous pouvons observer ceci sur la Fig.30.

L’installation doit être fonctionnel pour les deux types de transmetteurs c’est donc pour cela que les flexibles nous aide à compenser les différences d’architecture.

b) Raccord des transmetteurs :

Les transmetteurs de pression Delta P et P possèdent des connexions

différentes et de plus P possède deux variantes, une connexion femelle et une autre sous une version mâle.

Il est donc nécessaire de fabriquer des raccords intermédiaires pour les raisons suivantes :

Il faut un raccord de haute pression pour connecter les transmetteurs vers la tuyauterie. Nous avons besoin d’un raccord commun pour les liens entre les flexibles et les transmetteurs.

Il y a une différence de hauteur pour la connexion des P et des Delta P. Les raccords permettent d’avoir des flexibles de la même longueur.

Il faut donc un raccord pour le Delta P et un raccord pour les deux versions du Sitrans P, P. Sur la Fig.31 nous montrons de quelles façons sont placés les raccords en

fonction du transmetteur de pression. Le raccord (1) est pour le Sitrans P, P de connexion femelle (2). La pièce (1) assure une étanchéité par serrage conique. Le raccord (3) est pour le Sitrans P, P de connexion male (4). La pièce (3) assure une étanchéité par serrage de joint .La pièce (3) a été inspiré d’une pièce déjà existante qui possédait cette partie en commun avec le raccord qu’il nous fallait. Le raccord (1) est pour le Sitrans P, P de connexion femelle (2). La pièce (5) assure une étanchéité par serrage conique la Kappe du Delta P



Raccord flexible :

Figure 32: Connexion haute pression flexible-pièce de raccord.

Figure 33: Positionnement du flexible sur les transmetteurs.



Ces raccords ont été réalisés en CAO sous le logiciel Pro-Engineer, dont des plans se trouvent en fin de rapport. Le raccord des flexibles est constitué d’une vis de serrage, d’un cylindre de serrage et du raccord fileté du flexible (cf Fig.32). Le flexible sera vissé à l’aide du raccord ¼’’ du T de liaison assurant une étanchéité avec un système semblable comme décrit précédemment (Fig.19). L’avantage du système de serrage en haute pression (Fig.32) et qu’il permet de visser le flexible en assurant l’étanchéité sans à avoir à tourner ni ce dernier ni le raccord du Sitrans P. Sur la Fig.33 nous pouvons observer comment est disposé le flexible sur le montage. Pour la mise en route et arrêt d’urgence ou arrêt volontaire voir le cahier technique correspondant à cette partie.

c) Baie d’acquisition et commande

La Fig.34 nous illustre l’architecture de la baie d’acquisition. Sur celle-ci nous

aurons le boitier de commande, le scanner, l’ordinateur et l’écran, les cartes d’acquisitions et le générateur de tension. Cette baie est indépendante et peut être utilisé pour d’autres installations. Elle est mise sur roulette pour pouvoir être déplacé à différents endroit du laboratoire. La Fig. 35. Nous montre la vue d’ensemble du système. Les plans en détailles sont annexés.

Figure 34:Baie d'acquisition et commande



Figure 35: Installation complète





Tableau 1: Extrait de la gestion du matériel



D.7. Gestion du projet

a) Organisation du matériel

Une des grandes difficultés d’assemblé ce banc est de pouvoir recevoir le

matériel correcte dans le délai le pus favorable. Il fallait commander le matériel le plus vite possible puisque le délai des fournisseurs pouvait arriver jusqu’à 5 semaines. Il faut ajouter aussi le retard que prend la partie achat de l’entreprise à passer commande qui est environ de deux semaines. Un tableau Excel nous a permis à organiser les points suivant :

Le matériel qu’il faut commander. Le fournisseur de ce matériel. La quantité de pièce. La date de réceptions des devis et sa validité. Le délai de livraison de ce matériel après commande.

La date de l’arrivée du matériel. Le tableau est organisé par section séparant le matériel destinée pour chaque partie. Ainsi nous avons au total quatre sections différentes : Hydraulique-Electronique-Mécanique-Assemblage L’entreprise fourni un certain budget à chaque département pour leurs différents projets. Elle met aussi à disposition un budget commun pour l’achat de matériel banal et de faible coût, inferieur à 500 euros. Ce budget se nomme « consommable ». Ce qui a été acheter comme « consommable » peut être utilisé par plusieurs personnes et non seulement pas un unique projet. Le matériel destiné à une seule installation se nomme « immobilisation ». A fin de chaque section une somme est faite séparant le matériel qui est du consommable et le matériel qui est de l’immobilisation. Certaines cases sont coloriées pour nous transmettre une information spécifique. Nous pouvons voir le détail sur le tableau qui suit. Un extrait du tableau est donnée Tableau.2. Le tableau 1 en entier sera en annexe.

Tableau 2:Légende de couleur





Une des grandes difficultés rencontrées lors de la conception est le fait d’adapter le système en fonctions des éléments disponible dans le marché. Souvent il est arrivé de revenir en arrière lors de la conception pour avoir imaginer des éléments qui n’étaient pas vendus. Cet acte de vérification consommé beaucoup de temps et peu entrainé des retards lors du planning établi.

b) Comparaison des devis

En début de projet, il existait une incertitude pour l’utilisation du fluide. Le

choix se portait sur de l’huile, de l’eau ou de l’eau glycol. La solution de l’huile était à éviter pour des questions de commodité pour la réutilisation des transmetteurs de pression. Par contre, c’était la solution la plus avantageuse au niveau finance. La différence de prix pouvait atteindre 50% en fonction du fluide utilisée, notamment pour le distributeur et les booster. L’eau était la solution la plus couteuse. Le prix augmenté notamment à cause de certains éléments (distributeur...) qui étaient vendu dans le marché à de prix très élevés dû à la faible demande. Néanmoins une solution convenable est arrivé à nous par moyen d’un mélange d’eau avec du glycol. Ce mélange pouvait être utilisé dans certains composants avec peu de risque d’échec à ce niveau.

c) Contact fournisseur

Lorsqu’un nous avons choisit un produit il était important de bien vérifier les caractéristiques au près des fournisseurs.

Le contact est plus facile par téléphone, de cette manière il est plus direct de discuter avec une personne technique s’il y a un doute.

Les mails était efficace principalement lorsqu’on demande un devis d’un produit qui a déjà était choisi. Le seul inconvénient est le temps d’attente pour la réponse.

Souvent les commerciaux prennent beaucoup de temps à répondre à une offre. Par conséquent des relances par mails et par téléphone sont strictement nécessaires.

Les délais de livraison ne sont pas souvent respectés. Ce qui retarde énormément le planning. Néanmoins il a été pris une marge de retard pour pouvoir avoir une vision claire de la fin du projet.

En fonction des retards le planning devait être mis à jour.



Diagramme 4: Répartition du budget



d) Budget

Le budget initial a été estimé à 15 k€. Grâce aux devis établi et à leur

comparaison, le budget initial s’est vue très vite insuffisants. Les composants hydrauliques étaient très couteux, notamment pour notre choix de l’eau-glycol. Apres un brainstorming à ce sujet il a était décidé qu’il était possible d’augmenter le budget à 25 k€. Il n’aurait pas fallut augmenter ce budget si notre choix se serait penché sur de l’huile comme fluide au lieu de l’eau glycol.

En fin de projet il a était investit pour le banc un total de 26 k€ en immobilisation. La réparation de ce budget est représentée sur les digrammes 4 ci-contre.

Le matériel le plus couteux a été celui de la partie hydraulique du système.

L’assemblage comporte la fabrication et le montage du banc. Dans les produits électroniques nous pouvons compter sur du matériel

que possédait déjà l’usine et qui n’a pas fallu d’être commander.

e) Comparaison du cahier des charges

Le cahier des charges n’a pas changé, mais des éléments n’ont pas été

confirmés.

Nous ne savons pas jusqu’ ‘à quelle fréquence le système marche

efficacement. Nous ne pouvons pas confirmer la fréquence de chaque

cycle puisque les booster n’ont pas été testés.

Le temps de montée en pression n’a pas été vérifié.

Les deux éléments qui n’on pas été respectés au niveau du cahier de charges

sont :

Le budget : qui a été augmenté de 15 k€ à 25 k€.

Le respect du planning : Il y a un retard d’environs un moi et demi,

essentiellement dû aux raccords qui n’ont pas été commandé à temps.



Tableau 3: Planning actualisé



f) Comparaison du planning

Nous pouvons comparer les différences entre le planning prévisionnel

(page 31) et le planning réel ci-contre.

Les points suivants ont été en phase avec le planning prévu :

Conception du système hydraulique Conception du système électronique

Choix et commande d’une grande partie du matériel Conception CAO Réception d’une partie du matériel Début de la fabrication

Nous pouvons essentiellement ressortir certains délai de livraison qui ont été trop long et par conséquent ont retardé la fabrication du banc et le démarrage des premiers tests. C’est le cas des raccords. Ces raccord ont été commandés en retard et donc retardé l’avancement de l’assemblage du banc.



Figure 36: Test du circuit sur tablette

Figure 37: Test du boitier

électronique

Figure 38 : Test du distributeur 4/3



D.8. Test de fonctionnement de l’installation

Il a été rédigé un cahier de protocole de test. Pour effectué les tests de validation de l’installation. Les tests qui suivent ont été réalisé selon ce cahier de test qui figure en annexe.

a) Test circuit électronique

Il a été réalisé dans un premier temps une application du circuit électronique

sur une plaquette d’essai. Nous pouvons observer sur la Fig. 36 l’application du circuit de commande. Les LEDs jaunes indiquent que la sortie est à 10V et les LEDs rouges indiquent que la sortie est à -10V. Il a bien été testé les deux configurations : le fonctionnement avec la carte NI contrôlée par le PC et le fonctionnement manuelle avec les interrupteurs. Sur la Fig. 37 nous avons réalisé des tests lorsque le circuit est assemblé dans le boitier électronique. Sur cette image la carte électronique est commandée par PC grâce à la carte NI et à son programme de test. Le circuit électronique a été soudé sur une plaquette pré-percé.

b) Test de la commande du distributeur

Le distributeur 4/3 a été testé avec le circuit électronique branché sur

tablette. Nous pouvons observer sur la Fig.38 l’emplacement de ce circuit. En effet nous avons pu générer les signaux pour faire basculer le distributeur sur ces trois positions, à vide. Le distributeur a été contrôlé manuellement et numériquement grâce à la carte NI et à son programme de test.

Des détailles supplémentaire existe dans le cahier technique rédigé à cet effet. Il se trouve en annexe à ce rapport.



Figure 39: Section pneumatique testé

Figure 40 : Test section pneumatique



c) Test de l’alimentation pneumatique

Nous avons pu réaliser un test concernant la partie pneumatique du système

représenté Fig. 40. Il s’agit de tester la régulation de la vanne proportionnelle et le bon fonctionnement de l’électrovanne. En effet la pression en sortie de la vanne proportionnelle est bien multiple de la tension de pilotage comprise entre 0-10 V. Par mesure de sécurité la vanne proportionnelle a été réglée de tel sorte qu’elle ne laisse pas passer plus de 5 bar lorsqu’on excède les 10 V. Le Sitrans P nous a permit de savoir la pression qui est en sortie. L’électrovanne évacue bien l’air se trouvant vers le Sitran P lorsqu’elle n’est pas connectée. Ce système nous permettra d’arrêter la pompe en cas d’arrêt d’urgence.

d) Test de la pompe sans charge

La pompe hydropneumatique a été testée à vide pour vérifier son

fonctionnement. Comme nous avons testé précédemment le circuit pneumatique nous avons pu connecter celui-ci pour la régulation de la pression. En effet lorsque nous faisons la variation de pression avec la vanne proportionnelle la pompe change de cadence de travail. Le système d’évacuation avec l’électrovanne fonctionne correctement. Lorsque l’électrovanne est débranchée celle-ci évacue l’air entre la vanne proportionnelle et la pompe et fait que la pompe arrête de fonctionner.



Figure 41: Banc d'essai

Figure 42: Disposition des composants



D.9. Résultat de l’assemblage du banc

a) Construction du banc

Le banc s’est construit dans le service de maintenance de L’usine de Haguenau. C’est un technicien qualifié dans la haute pression et en profilé Bosch qui a construit la machine selon les plans et des consignes qui nous lui avons transmit. Le bâti est réalisé en profilé Bosch qui est de l’aluminium inoxydable. Le profilé Bosch possède un grand avantage quant à sa facilité de mise en de en place pour créer des structures légères et solides. Sur la Fig.41 nous pouvons observer l’avancé de la construction du banc d’essai. Il manque une partie de la tuyauterie ainsi que la coque de protection. Sur la Fig. 42 nous pouvons observer la disposition des éléments. Sur la Fig. 43 nous montre la disposition des branches « + » et « - ».

b) Fabrication des raccords pour les Sitrans P

Les raccords des Sitrans P ont été usinés par une entreprise extérieure spus les plans qu’ont lui a transmit. Sur la Fig.44 nous voyons respectivement les raccords pour les Sitrans P mâle, femelle et Delta P. Les plans se trouvent à la fin du rapport.

Figure 43: Vue des branches

Figure 44: Raccords pour Sitrans P



D.10. Plans

Les plans que nous avons réalisés ont été faits sur Pro Engineer

Voici l’ordre de comment seront disposés les plans.

a) Plan circuit hydraulique

Plan circuit hydraulique

Plans banc d’essai

Plan_banc_dp Plan_banc_mix

Plan_ bati_composants Plan_detail Plan_table Plan_nomenclature

Plan baie

Plan_baie

Plan de l’installation

Plan_installation

Plan pièce de raccord

Plan_raccord_dp Plan_raccord_stf Plan_raccord_stm

Plan circuit électronique

Carte de commande

Circuit d’acquisition et commande Plan_boiter

D.11. Cahier technique

Voir le document joint du cahier technique que nous avons réalisé.

D.12. Cahier protocole de test

Voir le document joint cahier de protocole de test que nous avons réalisé.



E. Bilan du PFE

E.1. Bilan du projet

Le projet aura particulièrement été consacré à la conception et à la

fabrication du banc d’essai et ainsi qu’à sa gestion de projet. Il a été mis en place les points suivants concernant le développement de ce projet :

La conception du système hydraulique et électrique Le design du banc, de la baie de commande ainsi que de pièces de

raccords. La mis en plan du banc, de la baie et du boitier de commande

La fabrication du boitier de commande La construction de la structure. La mise en place de la tuyauterie Les tests de fonctionnement de la commande et du système pneumatique. La réception de tous les éléments concernant ce projet La rédaction d’un cahier technique et d’un cahier de protocole de test.

La mis en disposition des éléments explicatifs pour pouvoir reprendre le projet.

Ce qui reste à développer :

La finissions de l’installation concernant quelques éléments de tuyauterie La construction de la coque de protection. La réalisation des tests du système complet. L’assemblage de la baie de commande. Envisager la réalisation du programme de pilotage.

Nous pouvons relever les différents aspects qui ont causé ce retard :

Le délai de livraison et de devis pour certains produits pouvait dépasser le temps estimé par le fournisseur.

Le rajout de nouveaux éléments dans le système qui n’étaient pas prévu dans la conception.

Des pièces qui devaient être refaites ou renvoyées pour cause de défaut ou d’erreur de référence.

Le personnel qualifié pour la construction ne pouvait pas donner toute son attention à ce projet.



Certains de ces aspects ont essayé d’être prévus surtout concernant le délai de livraisons de la part des fournisseurs. Néanmoins il peut y avoir du retard interne chez les fournisseurs, chose que nous ne pouvons pas gérer.

E.2. Bilan personnel

Ce projet m’a donné l’opportunité de développer des aptitudes en tant que concepteur et chef de projet et Nous pouvons citer les points suivants concernant le concepteur:

Analyser un besoin, l’interpréter, le reformuler.

Choisir parmi plusieurs solutions la mieux adaptée, respectant les points suivants :

L’aspect budgétaire.

La facilité de fabrication.

La facilité de montage.

La facilité de maintenance

L’aspect sécurité.

L’ergonomie de l’installation.

Argumenter pour le choix de la décision. Discuter sur les solutions avec le personnel. S’adapter aux normes de l’entreprise.

En tant que chef de projet, nous pouvons ressortir les points suivants :

Etablir un planning clair et détaillé.

Elaborer un cahier des charges précis tout en prenant conscience d’éventuelles modifications a posteriori.

Procéder à une analyse de l’existant.

Prendre contact avec des fournisseurs et des spécialistes pour trouver les produit les mieux adaptés.

Gérer le Budget prévue pour le projet.

Savoir suivre les tâches déléguées.

Communiquer l’évolution de projet.

J’ai pu enrichir ma culture dans le domaine technique des installations hydraulique et dans l’utilisation de quelques produits de l’entreprise.



J’ai pu découvrir la vie au niveau de l’entreprise et les responsabilités que le poste englobe. Ce qui m’a permit de me donner une vision de ce que pourrait être ma vocation dans un futur proche. D’un point de vu aspect relationnel, j’ai pu constater au travers des réunions, des fournisseurs et des personnes travaillant pour mon service, l’importance de faire preuve d’écoute, d’attention et mesurer l’importance du travail en équipe. Difficultés rencontrées :

Parmi les différents points énoncés auparavant concernant le travail d’un concepteur, il m’a fallu de prévoir avec plus de détail tous les éléments qui seraient nécessaire pour la réalisation du banc de test. De cette manière il n’y aurait pas eu de modification ni d’ajout de matériel en dernière minutes. Ce qui a causé une commande de matériel tardive et pour des délais de livraisons encore déjà trop long, jusqu’à 5 semaines. Je peux citer essentiellement le retard de la commande des raccords. Ces raccords n’ont pas été commandés en même temps que la majorité du matériel. Par faute de vérification de ma part le service de maintenance ne possédait pas ces raccords. De ce fait le projet a pris un retard selon planning de 1 moi. Pendant 1 moi, la construction du banc était paralysé dû au manque de ces raccords. Je peux aussi faire une remarque concernant la gestion des fournisseurs. Il faut constamment relancer l’offre pour obtenir les devis et les délais que l’ont veux. Beaucoup de temps est consacré aux suivis des fournisseurs. Je ressors donc de cette expérience agrandi et prêt à appliquer tout ce que j’ai pu apprendre dans le cadre de la gestion d’un autre projet.



F. Conclusion

Au cours de ces six mois chez Siemens SAS j’ai pu enrichir ma formation

dans de nombreux aspects. Notamment dans la gestion de projet, le travail en équipe, la communication avec d’autres entreprises, les partages de points de vu et l’application de mes connaissances en tant que mécatronicien.

Je ressens une certaine fierté d’avoir pu amener ce projet jusqu’où il est.

Ainsi d’avoir pu aider Siemens dans la mise en place de son banc de tests pour l’augmentation de qualité de ces produits. Néanmoins je reste un peu déçu de n’être pas arrivé jusqu’au bout du projet. Par contre je tire une bonne leçon de quelques fautes réalisées. Ce projet m’a fait prendre conscience de l’importance de la prise de recul lors du choix d’une solution et de l’importance d’explorer tous les aspects d’une solution avant de la valider Ce qui me permettra dans un futur d’être plus efficace lors de la gestion d’un nouveau projet. Le fait d’avoir une formation en mécatronique m’a permit de jouer sur les éléments électroniques et mécaniques pour pouvoir les mettre en harmonie afin de concevoir et réaliser le banc de test. L´apport que nous avons fait pour la réalisation du banc de test pour la dernière gamme de transmetteur de pression Sitrans P, permettra à Siemens S.A.S. d’arriver aux limites de ces appareils en haute pression et en cadence de travail pour connaitre les limites réelles de ces produits.



Bibliographie

Documents interne de Siemens Haguenau :

Fabrication Sitrans P Utilisation du matériel haute pression Extrait du Rapport de Stage Technicien ST2-2010-Emre SALMANOGLU

Cours de la section Mécatronique INSA de Strasbourg :

Mécanique des fluides- M. Philippe GERARD

Divers cours d’électronique



Table des illustrations

Figure : Figure 1: Revenue de Siemens par secteur et par région du monde. ...... 13

Figure 2 Structure général de Siemens ................................................. 13

Figure 3: Siemens en France ................................................................ 15

Figure 4: Usine de Haguenau ............................................................... 17

Figure 6: Gamme de produit de l’usine ................................................. 17

Figure 5: Plan de l'usine ...................................................................... 17

Figure 7: Organigramme de l’usine ....................................................... 19

Figure 8:Composition du personnel de Haguenau .................................. 21

Figure 9:Des transmetteurs de pression Sitrans P en cours de test. ........ 21

Figure 10: Tableau Aco. ....................................................................... 23

Figure 11: Electronique de la communication Hart et Profibus ................ 25

Figure 12: Schéma d’une cellule de mesure de Strans P P. ..................... 27

Figure 13: Capteur de pression en silicium de 12 mm de diamètre. ........ 27

Figure 14: Schéma d’une cellule de mesure de Sitrans P Delta P ............ 27

Figure 15:Sitrans P et de type P et Delta P ainsi que d’autre gamme ...... 29

Figure 16: Vues éclatées d’un Sitrans P, P et Delta P. ........................... 29

Figure 17: Planning prévisionnel ........................................................... 31

Figure 18: Caractéristiques de la pompe hydropneumatique. ................. 35

Figure 19: Caractéristiques des amplificateurs de pression MiniBooster. .. 35

Figure 20: Diagramme de fonctionnement du booster ........................... 35

Figure 21: 1000 bar max coté positf ..................................................... 39

Figure 22: 1000 bar max coté négatif ................................................... 39

Figure 23: Systeme en mode P simple .................................................. 40

Figure 24:Circuit hydraulique générale .................................................. 41

Figure 25:Système d’acquisition et de commande. ................................ 43

Figure 26: Boitier Electronique de pilotage ............................................ 43

Figure 27: Disposition des éléments du boitier de commande ................ 44

Figure 28: Vue du banc avec les Sitrans P, P et Delta P ......................... 47

Figure 29: Détails de la plaque de fixation du banc d’essai ..................... 47

Figure 30: Représentation des connexions des flexibles vers les Delta P. 49

Figure 31: Dispositions des raccords des transmetteurs. ........................ 49

Figure 32: Connexion haute pression flexible-pièce de raccord. .............. 51

Figure 33: Positionnement du flexible sur les transmetteurs. .................. 51

Figure 34:Baie d'acquisition et commande ............................................ 52

Figure 35: Installation complète ........................................................... 53

Figure 36: Test du circuit sur tablette ................................................... 63

Figure 37: Test du boitier électronique ................................................. 63

Figure 38 : Test du distributeur 4/3 ...................................................... 63



Figure 39: Section pneumatique testé .................................................. 65

Figure 40 : Test section pneumatique ................................................... 65

Figure 41: Banc d'essai ........................................................................ 67

Figure 42: Disposition des composants ................................................. 67

Figure 43: Vue des branches ................................................................ 68

Figure 44: Raccords pour Sitrans P ....................................................... 68

Diagramme : Diagramme 1: Chiffre d'affaire par secteur............................................ 16

Diagramme 2: Organisation hiérarchique .............................................. 20

Diagramme 3: Evolution de la pression dans le système ........................ 37

Diagramme 4: Répartition du budget .................................................... 59

Tableau : Tableau 1: Extrait de la gestion du matériel .......................................... 55

Tableau 2: Légende de couleur ............................................................ 56

Tableau 3: Planning actualisé ............................................................... 61





Documents joints

Les plans Cahier technique Cahier de protocole de test.

Tableau de gestion