à‰tude et réalisation d?un moyen de transport aérien par cà¢ble commandé par un api adaptable.

RÉPUBLIQUE DU BENIN

-~?

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

-~?

UNIVERSITÉ AFRICAINE DE TECHNOLOGIE ET DE MANAGEMENT

UATM/GASA-FORMATION

MÉMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L'OBTENTION DE LA

LICENCE

PROFESSIONNELLE

Filière : Génie - Électrique

Option : Système Industriel

THÈME:

ÉTUDE ET RÉALISATION D'UN MOYEN

DE TRANSPORT PAR CÂBLE

(TÉLÉPHÉRIQUE)

Rédigé par :

Jean Hermann MOELET GOMA

Sous la Direction de :
Ing. Jannot HOUNSOUNOU

Année académique 2010-2011

Projet de fin de cycle rédigé par MOELET GOMA Jean Hermann

Page 1

Étude et réalisation d'un moyen de transport par câble aérien commandé par un API adaptable

(Téléphérique)	2011

RÉPUBLIQUE DU BENIN

-~?

MINISTÈRE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEURE ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

-~?

UNIVERSITÉ AFRICAINE DE TECHNOLOGIE ET DE MANAGEMENT

UATM/GASA-FORMATION

MÉMOIRE DE FIN DE FORMATION POUR L'OBTENTION DE LA LICENCE PROFESSIONNELLE

Filière : Génie - Électrique Option : Système Industriel

THÈME:

ÉTUDE ET RÉALISATION D'UN MOYEN

DE TRANSPORT PAR CÂBLE

(TÉLÉPHÉRIQUE)

Rédigé par :

Jean Hermann MOELET GOMA

Sous la Direction de :
Ing. Jannot HOUNSOUNOU

Année académique 2010-2011

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DÉDICACES

Je dédie ce document :

A mon père Jean MOELET, qui n'as cessé de me bénir, de m'encourager ; trouves ici ma profonde affection car le visible est en fait une émanation de l'invisible et le fini est une extension de l'infini.

A ma mère Evelyne TSATSA, dont l'unique souci est la réussite de ses enfants, et qui c'est sacrifiée à les aider, à les encourager pour qu'ils parviennent sur le bon chemin ; trouve ici ma profonde affection.

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REMERCIEMENTS

Au terme de ce mémoire, je voudrais remercier tous ceux qui ont oeuvrés d'une manière ou d'une autre à l'élaboration de ce document, et qui ont tout fait pour que mon objectif soit atteint ; il s'agit :

+ De Mr. Théophane AHYI ; PDG de UATM /GASA-FORMATION.

+ De Mr. Lafitte NGUEMEGNE: Directeur Technique, pour le suivi et l'attention manifesté à
notre égard.

+ De Mr. Marc Aurèle AKPONNA : Directeur des Etudes et de la Pédagogie pour la qualité
des enseignants qu'il a mit à notre disposition.

+ De la Direction et de tout le personnel de l'Université Africaine de Technologie et de
Management (UATM).

+ De mon Encadreur, l'Ingénieur Jannot HOUNSOUNOU. Cet homme à qui je dois tout, il a
été ma lumière et mon guide tout au long de ce travail.

+ Du personnel de Direction de l'Institut Universitaire de Technologie (IUT) de Lokossa, qui
a permit utilisation des ses locaux pour l'élaboration de ce Document.

+ Du Président du jury et les membres du jury pour avoir accepté de juger ce travail, car vos
critiques et suggestions serons la bienvenue et nous permettront d'améliorer ce travail.

+ De mes frères et soeur, cousins et cousines, nièces et neveux : Cedry, Eric, Emile, Carille
MOELET GOMA, Fabrice, Eric, Sylvie NYAMBA, Elila PERETZ, Scinthia NYAMBA, Yeshua MOELET GOMA, Fredman OUALEM, qui me soutiennent moralement.

+ De François DJIMBI et son épouse, des ami(e)s et connaissances : Armel MOUELLE,
Jonvel DJIMBI, Anderson MBILA, Ulrich WOOD, Anne BACKOU, Suzel ITOUA, Helga MAMBOUANA, Messie BOUCKANGOU pour leur soutien de tous genres.

+ Du Rassemblement des Étudiants Congolais au BENIN (REC.-B) ainsi qu'au Cercle de
Réflexion des Étudiants Congolais au GHANA(CREC-G) qui sont la source de ma persévérance, de mon courage et de ma réussite, qui ne cesse de m'aider, de me prodiguer des précieux conseils et que je servirai toujours.

+ De tous ceux qui de près ou de loin ont contribué d'une manière ou d'une autre à l'élaboration
de ce mémoire, qu'ils trouvent ici l'expression de ma profonde gratitude.

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SIGLES ET ABRÉVIATIONS

2S : Un câble porteur, un câble tracteur

3S : Deux câbles porteurs et un câble tracteur

4S : Deux câbles porteurs et deux câbles tracteurs

AEF : Afrique équatorial française

AFNOR : Alliance française de normalisation

ALU: Unité Arithmétique Logique

API : Automate programmable industriel

At. : Armoire téléphérique

AVR: Atmel Virtual RISC

Cap: Capteur

CCTG : Cahier des clauses techniques générales

CEI : Commission électrotechnique Internationale

CISC: Complex Instruction Set Computer

DMC : Double monocâble

Dt : Départ téléphérique

EEPROM: Electricaly Erasable Programmable ROM

EPROM: Erasable programmable ROM

FMI : Fond monétaire international

IPPTE : Initiative pays pauvres très endettés

LJ: Diode électroluminescente jaune

LO: Diode électroluminescente orange

LR: Diode électroluminescente rouge

MCC : Machine à courant continue.

NF : Norme française

NITC : Norme internationale des transports en communs

ns : Nanosecondes

ONATRA : Office nationale de transport

PC: Personal Computer

Pdc : Pouvoir de coupure

PFC : Projet de fin de cycle

PPTÉ : Pays pauvre très endettés

RAM : Random Access Memory

RDC: République démocratique du Congo

REPROM: Reprogrammable Read Only Memory

RISC: Reduced Instruction Set Computer

ROM: Read Access Memory

SNE : Société nationale d'électricité

STRMTG : Service technique des remontées mécanique et de transport guidé

TGBT : Tableau général de basse tension

UCT : Unité centrale de traitement

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LISTE DES FIGURES ET DES IMAGES

Fig1. Schéma synoptique

Fig2. Plaque signalétique du moteur d'entrainement principal

Fig3. Chaine schématique simplifiée Fig4a. Accoupleur moteur-réducteur Fig4b. Accoupleur réducteur-poulie Fig5a. Poulie motrice

Fig5b. Poulie de renvoie

Fig6. Vue de dessus du système de poulies

Fig7. Coupe du véhicule (cabine)

Fig8. Vue d'une cabine sur câbles

Fig9. Disposition du câble tracteur sur galet de cavalier

Fig10. Ligne électrique allant du transformateur à l'armoire électrique

Fig11. Ligne électrique allant du générateur de secours à l'armoire du téléphérique

Fig12. Architecture de la partie puissance du variateur

Fig13. Quadrant plan vitesse-couple

Fig14. Schéma de principe de puissance du variateur

Fig15. Structure de l'automate programmable

Fig16. Structure d'un actionneur

Fig17. Vue de la salle des machines

Fig18. Description des différentes broches

Fig19. Architecture de Von Neumann

Fig20. Architecture de Harvard

Img1. Microcontrôleur ATméga et ATtiny

Img2. Menu d'accueil

Img3. Option de configuration

Img4. Compilation

Img5. Simulation

Img6. Menu contrôle

Img7. Fenêtre indiquant la non reconnaissance du composant

Img8. Fenêtre indiquant la reconnaissance du composant

Img9. Chargement du programme

Img10. Fin du chargement

Img11. Fenêtre principal KiCad

Img12. Fenêtre d'édition de schéma KiCad

Img13. Contrôle des règles électriques

Img14. Génération Net liste

Img15. Appel CvPcb

Img16. Fenêtre CvPcb

Img17. Appel Pcbnew

Img18. Lecture Net liste Img 19. Traçage pistes Img20. Typon à imprimé

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AVANT PROPOS

L'Université Africaine de Technologie et de Management à pour vocation de mettre en entreprises du secteur privé ou public de l'Afrique et du monde en général, des cadres compétents, dynamiques, rigoureux dans les différents domaines.

Le mémoire de fin de cycle demandé aux Étudiants des classes de Licence Professionnelle, est une occasion qui leur permet d'étudier, concevoir, fabriquer et suivre un PFC. Ce projet, par la richesse technologique offre aux étudiants l'opportunité de se familiariser avec les composants des Systèmes Industriels sur lesquels ils seront appelés à intervenir.

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CAHIER DE CHARGE

L'objectif du PFC vise dans un premier temps à l'utilisation et la connaissance des microcontrôleurs AVR D'ATMEL, afin de réduire le coup des réalisations.

Et par ailleurs d'utiliser les microcontrôleurs pour la conception et la réalisation d'un Automate Programmable Industriel(API) adaptable pour la commande d'un téléphérique, facilitant le transport des biens et des personnes dans des zones inaccessibles en un minimum de temps tout en réduisant l'émission des polluants (monoxyde carbone, dioxyde de carbone, etc. ...).

RESSOURCES

Le PFC proposé est l'inspiration de l'étudiant dans le but d'améliorer les conditions de transport entre Brazzaville et Kinshasa, capitales respectives du CONGO et de la RÉPUBLIQUE DÉMOCRATIQUE DU CONGO.

Il a été étudié et accepté par l'Ingénieur en Génie Industriel Jannot HOUNSOUNOU. Ce travail nécessite un investissement en temps considérable, et seul l'étudiant poursuivra les objectifs proposés .Tous les éléments indispensables à la réalisation de l'API adaptable du système de transport seront fournis par l'étudiant.

Pour ce faire, ce travail sera réalisé dans le laboratoire de la reprogrammation des véhicules modernes de l'Institut Universitaire de technologie de LOKOSSA (UIT).

CONTRAINTES

Les domaines abordés dans ce projet sont surtout liés à la conception de l'API adaptable, il nous sera donc indispensable de revoir certains cours, afin de pouvoir le réaliser.

Compte tenu du fait que ce travail se déroule en Automatisation Industrielle, l'étudiant doit obligatoirement faire un effort pour la maitrise du principe de fonctionnement du téléphérique, ainsi que les différents capteurs mis en oeuvres.

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INTRODUCTION GÉNÉRALE

L'accroissement exponentiel des performances technologiques suscite des invocations considérables dans tous les domaines de traitement de l'information. Compte tenu de l'ampleur du phénomène de pollution atmosphérique, la gestion électronique et informatique des remontées mécaniques s'impose non seulement dans la traversée des zones inaccessibles en un laps de temps, mais aussi dans la lutte contre l'émission des polluants. Malheureusement dans les pays Africains en voie de développement manquent cruellement des techniciens et des ingénieurs qualifiés. Du fait de leur méconnaissance en systèmes industriels, les techniciens sont parfois contraints d'évoluer avec l'ancienne technologie et ce qui fait que la plupart de nos industries ne sont pas dotées de nouvelles machines. Chez nous étudiants en fin de premier cycle, nous pensons qu'il est temps de changer les choses car le plaisir du téléphérique n'est pas seulement celui des passagers, mais c'est un plaisir partagé avec tous ceux qui nous entourent.

En effet, depuis la création des premiers moteurs, d'importantes reformes irriguées par la passion de la recherche des compétences nouvelles ont prévalue, nous menant ainsi des éléments discrets vers la technologie intégrée.

Notre ère s'empreinte dés lors de la miniaturisation et de la simplification des systèmes avec l'utilisation des microcontrôleurs, des automates qui remplacent valablement les composants discrets, il est donc temps que l'Afrique soit envahit de téléphériques afin de neutraliser l'émission des polluants. C'est en nous inspirons de cette vision des choses que nous avons choisi L' API ADAPTABLE comme le pilier de notre PFC dont le thème s'intitule : ÉTUDE ET RÉALISATION D'UN MOYEN DE TRANSPORT AÉRIENS PAR CÂBLE (Téléphérique) commandé par un A.P.I. adaptable.

L'Université Africaine de Technologie et de Management(UATM), préparant ses étudiants à une intégration progressive dans le monde industriel, nous emmène à pouvoir exprimer tout haut ce que nous pensons tout bas au terme de la troisième année selon la filière et l'option choisie.

La découverte de la réalité industrielle, la compréhension du fonctionnement des différents appareils, l'envie de vouloir exposer nos connaissances reste l'essentiel de cette immersion. Pour ce faire, ce présent mémoire est composé de trois parties dont les plus essentielles sont : l'Étude de réalisation et l'Étude pratique.

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GÉNÉRALITÉS SUR LES MOYENS DE

TRANSPORTS AÉRIENS PAR CÂBLES ET SUR

LE TÉLÉPHÉRIQUE

CHAPITRE I :

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I- GÉNÉRALITÉS SUR LES MOYENS DE TRANSPORTS

AÉRIENS PAR CÂBLES

On appelle transport par câble tout système de transport guidé dans lequel les véhicules, notamment les cabines, sièges ou agrès, sont mus par l'intermédiaire d'un câble. Ce mode de transport se développe durant la révolution industrielle, dès la deuxième moitié du XIXe siècle. Il est exploité comme transport en commun et transport pour compte propre (transport industriel ou militaire).

On distingue plusieurs typologies de transport par câble se répartissant en deux grandes catégories, à savoir les appareils au sol (téléski, funiculaire, ascenseur incliné) et les appareils téléportés (tyrolienne, téléphérique, télécabine, funitel et DMC, télésiège).

Le transport guidé est tout mode de transport dans lequel les véhicules sont guidés par l'infrastructure, c'est-à-dire qu'ils n'ont qu'un seul degré de liberté vue qu'il ne peut avancer et reculer suivant un mouvement de translation. Les guides sont généralement constitués par des rails, mais aussi par des ornières, des câbles...Le principale mode de guidage est le chemin de fer. On peut citer également le téléphérique, le monorail et l'ascenseur. Les véhiculés peuvent être autonomes ou bien mus par un dispositif intégré dans l'infrastructure, tel un système de traction par câble.

Le transport guidé offre par construction une grande sécurité en limitant les risques de collision.

Le transport guidé présente peu de souplesse d'exploitation du fait de l'impossibilité de faire croiser des véhicules ou d'en faire passer un devant l'autre. Ces manoeuvres nécessitent des aménagements de l'infrastructure, tels que les appareils voies et les voies d'évitement dans le mode ferroviaire. Dans un certain nombre de cas, ils ne permettent qu'une exploitation en navette entre deux points (cas des téléphériques).

I-1 TYPOLOGIES

I-1-1 Les appareils au sol

Les appareils au sol tractent des véhicules ou des personnes qui évoluent directement sur une « piste » tracée au sol ou sur rails.

I -1-1-1 Le téléski

Le téléski, ou remonte-pente, est un appareil servant à remorquer les skieurs à contrepente sur un terrain enneigé. Les utilisateurs, debout sur leurs skis, sont tractés sur une piste par des agrès solidaires d'un câble aérien à mouvement unidirectionnel continu suspendu à des pylônes. Les agrès sont équipés en leur base d'une sellette qui peut être une simple rondelle autorisant la montée par deux. Ils peuvent être constitués d'une corde solidaire d'un enrouleur ou d'une perche télescopique.

I-1-1-2 Le funiculaire

Un funiculaire se compose de deux trains circulant en va-et-vient sur une voie sur rails en pente, reliés par un ou plusieurs câbles réalisant une demi-boucle en gare terminale. La plupart des

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funiculaires disposent d'une voie unique qui comporte en son centre une section doublée pour le croisement. On peut trouver également des funiculaires à voie double sur toute la longueur de la ligne, ou, plus rarement, des funiculaires à voie tri-rail, avec rail central mutualisé pour les deux véhicules et séparation au niveau de l'évitement.

I-1-1-3 L'Ascenseur incliné

L'ascenseur incliné est un appareil de conception similaire à celle d'un funiculaire, à savoir circulant sur une voie sur rails en pente, mais avec une cabine unique, généralement de petite capacité. Le véhicule est mu par un treuil à enroulement ou, en va-et-vient avec un contrepoids circulant sous la voie. Il convient de noter que dans plusieurs pays, cet appareil est considéré comme simple ascenseur.

I-1-2 Les appareils téléportés

Les appareils téléportés utilisent des câbles qui permettent aux cabines d'être à la fois tractés et portés au dessus du sol. Mise à part la tyrolienne, qui de par sa conception rudimentaire n'est pas répertoriée comme transport guidé, ces appareils sont administrativement classés comme téléphériques. Techniquement, la classification téléporté regroupe plusieurs catégories :

I-1-2-1 La tyrolienne

La tyrolienne est le mode de transport par câble le plus simple. L'équipement le plus rudimentaire ne nécessite aucun appareillage autre qu'un câble et une poulie à laquelle on attache la charge ou la personne à transporter. Il permet le franchissement d'obstacles dénivelés comme une douve ou autre cuvette naturelle ou artificielle.

I-1-2-2 Le téléphérique

Au sens technique, un téléphérique se définit comme un téléporté « bicâble » : un, ou plusieurs câbles fixes dit « porteurs » supportent le poids des véhicules par l'intermédiaire d'un chariot équipé de galets de roulement, tandis qu'un, ou plusieurs câbles en mouvement dit « tracteurs », sont fixés à ce chariot et assurent le déplacement des véhicules. Le téléphérique est généralement à va-et-vient, à savoir avec deux cabines fonctionnant chacune en mouvement alterné, mais on trouve également des téléphériques monovoies, utilisant une seule cabine.

I-1-2-3 La télécabine

La télécabine utilise plusieurs petites cabines disposées sur un câble unique à la fois porteur et tracteur (on parle d'installation monocâble, par opposition au système bicâble d'un téléphérique). Lorsqu'un train de cabines entre en gare, le câble tracteur est ralenti ou arrêté pour permettre l'embarquement et le débarquement, ralentissant ainsi l'ensemble des autres trains de cabines présents sur la ligne. On trouve également quelques télécabines à va-et-vient, fonctionnant chacune en mouvement alterné sur un même câble.

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I-1-2-4 Le funitel et DMC

Les funitels et DMC sont des téléportés où les cabines sont disposées sur deux câbles à la fois porteurs tracteurs. Ces appareils, fonctionnent généralement selon un principe analogue à la télécabine, mais la présence de deux câbles autorise des cabines de plus grande capacité. Le funitel est l'évolution du DMC. Il se distingue de ce dernier par un espacement nettement plus conséquent de ces câbles offrant une excellente tenue au vent.

I-1-2-5 Le télésiège

Le télésiège utilise plusieurs sièges disposés sur un câble unique à la fois porteur et tracteur, circulant suivant un mouvement unidirectionnel. Ils existent des télésièges fixes restent solidaires du câble, y compris des télésièges débrayables qui peuvent être désaccouplés du câble en gare pour l'embarquement ou le débarquement. Cette dernière typologie permet des vitesses exploitations supérieures.

I-2 INTÉRÊTS DES MOYENS DE TRANSPORT PAR CÂBLE

Les moyens de transport par câble présentent plusieurs intérêts parmi lesquelles : les intérêts d'ordres techniques, économiques et écologiques, énergétique.

Le transport par câble permet la liaison la plus directe, face à une pente. Le transport par câble se soustrait des contraintes topographiques du terrain : il permet la liaison la plus directe, face à une pente et sans détour. De plus, c'est un transport en commun en site propre ; son fonctionnement n'est donc pas perturbé par la rencontre avec d'autres modes de transport. Cela en fait donc un mode de déplacement performant sur des trajets de quelques centaines de mètres à quelques kilomètres.

Hors appareils au sol, le coût d'investissement d'un appareil de transport par câble se limite généralement à l'installation des stations et à la mise en place des machines. Le câble possède un impact faible sur le terrain puisqu'il le survole, et le coût reste indépendant de la topographie (par exemple, le franchissement d'un cours d'eau, d'une dépression longue et étroite ou d'une voirie ne nécessite aucune construction particulière). Cela permet de réduire le coût et la durée de construction, simplifie les formalités administratives, et limite les intérêts d'emprunt.

Les appareils qui disposent d'une voie de roulement spécifique (piste, rail, ou câble porteur) sont encore plus économes en énergie, car la motorisation n'a pas à supporter le poids des cabines.

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II- GÉNÉRALITÉS SUR LES TÉLÉPHÉRIQUES

Dans le langage commun, le téléphérique (ou téléférique) représente une remontée mécanique équipée de cabine de grande capacité desservant un sommet généralement difficile d'accès. Il est un moyen de transport par câble aérien, techniquement il désigne une catégorie de transport par câble à structure bicâble. Les fonctions « porter« et «tracter« emploient des câbles différents.

Le téléphérique est classé parmi les installations ferroviaires, suite à son infrastructure fixe sur laquelle circulent des cabines. Ici, le câble porteur n'est rien d'autre qu'un rail, cela à été conclu par rapport à la disposition actuelle des câbles des téléphériques modernes. Ils sont utilisés dans des régions ou d'autres moyens de transports seraient difficiles à construire. Le trajet est souvent en forte pente ou par le survol des dépressions géographiques.

Les téléphériques sont des moyens de transports impressionnant car leur vitesse est variable et peut atteindre 12,5m/s. Ils sont souvent appelés téléphérique 2S ,3S ou 4S, suite au nombre de câblés utilisés.

II-1 HISTORIQUE DU TÉLÉPHÉRIQUE

Le téléphérique est un moyen de transport aérien par câbles. C'est aussi un transport guidé .Il représente une remontée mécanique équipée d'une cabine. Les premières traces de transport par câble remontent au Moyen âge, des gravures Japonaises attestent de l'existence des téléphériques pour passagers vers 1200.

En 1405, ces engins construits de façons artisanales furent utilisés pour transporter des Hommes, des armes, des chevaux par-dessus des cours d'eau .Ils étaient supportés par des câbles en fibres naturels, ce qui limitait la charge de transport ou la pente. On l'utilisait aussi à des faims industrielles ou militaires. Suite à l'invention du câble métallique par l'allemand ALBERT WILHELM en 1834 ainsi que la maîtrise du tréfilage, ce principe fut adopté dans l'exploitation minière. En se basant sur le même principe le Groupe ADOLPH BLEICHERT & CO construit en 1872 son premier téléphérique pour le transport des matériaux. C'est suite à l'emploi des techniques novatrices et d'une certaine standardisation par le groupe que le téléphérique entra dans l'ère de modernité. Dans la même perspective, des milliers d'installations de ce type furent construites en l'espace d'une cinquantaine d'années.

Afin de fiabiliser le câble et par la suite permettre au téléphérique de franchir des reliefs démonstratifs, plusieurs techniciens mirent la main à la patte pour l'obtention des câbles plus résistant pouvant supporter des cabines plus lourdes que les précédentes. Ce n'est qu'après une concurrence acharnée que le téléphérique vu le jour et il se développa dans la foulée avec l'évolution industrielle. Ce n'est qu'à partir des années 1920 qu'il servit à des fins touristiques .Il servit aussi favorablement dans le ravitaillement des troupes militaires pendant les années 1931-1945.A une certaine époque, son entretien ne fut pas facile ce qui entraina la disparition de nombreux constructeurs suite l'abaissement des demandes. Pour palier à cette contrainte, les constructeurs firent conduit à se regrouper.

De là, il fut le moyen le plus favorable dans des régions ou d'autres moyens de transports serait difficiles à construire. Et suite à cela, il devenu un moyen de transport fiable et fit son entrée dans

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l'ordre des moyens de transports en communs en site propre. De nos jours, le téléphérique est d'une grande renommé de par le monde.

II-2 DISPOSITIONS GÉNÉRALES

La conception et la réalisation d'un téléphérique se résume en un certain nombre de tâches :

· Concevoir une installation dans les conditions spécifiées par le maitre d'ouvrage, dans le respect des réglementations tout en tenant compte des risques identifiés, liés au système et à son environnement.

· Déterminer par une analyse de sécurité les constituants de sécurité.

· Élaborer le cahier des charges nécessaire à la définition des constituants de sécurité et du sous-système déterminés par l'analyse de sécurité ainsi que des autres composants

nécessaire entrant dans sa réalisation.

· Sélectionner les constitutions de sécurité, les sous-systèmes, les autres composants nécessaires à la réalisation du téléphérique en cohérence avec le cahier des charges.

· Concevoir le génie civil en métal et béton pour répondre aux risques liés à l'environnement et favoriser la compatibilité avec les sous systèmes en respectant les préconisations des fabricants et la réglementation.

· Réaliser et concevoir le génie- civil.

· Assembler les constituants de sécurités au sein des sous systèmes dans le respect strict du domaine d'utilisation définit par le fabriquant.

· Assembler les sous systèmes entre eux et avec les autres constituants de génie civil.

· S'assurer du bon fonctionnement en sécurité du système, afin d'être convaincu que le téléphérique est conforme à la réglementation technique et de sécurité.

II-3 AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS

II-3-1 Avantages

Le téléphérique est le moyen de transport le plus usité dans les zones ou d'autres moyens de transports seraient difficile à construire. Il permet de gravir un relief pentu ou une dépression géographique (vallée, cours d'eau), et cela en un temps minimal.

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Il offre par construction une plus grande sécurité en limitant les possibilités de collisions, de faire croiser des cabines et permet qu'une exploitation en navette entre deux points. Il est moins polluant et ne contribue pas assez à l'émission des effets de serres.

Moins bruyant, il ne consomme pas en carburant et le coût de sa maintenance n'est pas assez élevé. Il soustrait les contraintes topographiques du terrain, contribue à la protection des sols, des eaux, des paysages. Sa construction est très rapide et dure au plus un an, et il impose un respect d'horaire.

II-3-2 Inconvénients

Le téléphérique ne présente pas assez d'inconvénients, mais comme aucune oeuvre humaine n'est parfaite, certaines défaillances ont été énumérées. Il demande généralement un investissement important, et n'emploi pas assez d'opérateurs. Sa confection n'est favorable qu'en absence des intempéries, le téléphérique est amenés à affréter parfois peu remplis.

II-4 IMPLANTATION DU PROJET

II-4-1 Introduction

Le Congo, ou Congo-Brazzaville, officiellement République du Congo, est un pays d'Afrique centrale, situé de part et d'autre de l'équateur qui passe précisément par la ville de Makoua, dans la région de la Cuvette. Avec pour capitale Brazzaville, il est limité par le Gabon (Ouest), le Cameroun (Nord-Ouest), l'Angola et l'enclave du Cabinda (Sud), la République centrafricaine (Nord) et la République démocratique du Congo (Est).

Il est séparé, en partie, par le fleuve Congo puis l'Oubangui et le Cabinda(Angola). Le pays s'étend sur 1300 km du nord au sud, de l'océan Atlantique à la frontière centrafricaine. Le pays possède une façade maritime sur l'Atlantique Sud, sur une longueur de 169 km. La République du Congo est fréquemment appelée Congo-Brazzaville pour la distinguer de l'autre Congo, officiellement appelée République démocratique du Congo, ou Congo-Kinshasa. Elle a également porté le nom de République populaire du Congo. En 1885, le Congo fut l'un des quatre États de l'AEF, et Brazzaville sa capitale. Il est constitué d'une végétation dense dont la forêt s'étend sur près de deux-tiers du territoire de la République du Congo, ce qui en fait le quinzième pays au monde par la proportion de couvert forestier. Le Congo est un pays en développement, qui fut autrefois inclus dans IPPTE. Le Point d'achèvement de l'initiative PPTE a été atteint en janvier 2010, avec l'approbation de la Banque mondiale et du FMI. L'économie congolaise repose principalement sur l'exploitation des hydrocarbures. Le bois représente une part importante des exportations du Congo, dont la surface est couverte de forêts à près de 60%, pour un total de vingt-et-un millions d'hectares. Dans le nord et le sud, il ya de grandes zones d'exploitation forestière. La plus grande partie de la production agricole (manioc, fruits et légumes) est consommée localement ; néanmoins. Brazzaville fait face à Kinshasa la capitale de la RDC, avec qui ils entretiennent des échanges d'ordre commerciaux. Quatre fois plus grand que la France, quatre-vingts fois la Belgique, 33 fois plus grand que le Benelux (Belgique, Pays-Bas et Luxembourg), la RDC est une catastrophe naturelle, mais souffre d'un manque de voies de communication fiables. Traversée par l'équateur, elle comprend trois climats : le climat équatorial, le climat tropical et le climat de montagne.

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Suite à leur rapprochement, Kinshasa et Brazzaville sont les deux capitales les plus rapprochées au monde, et sont séparées par le «Majestueux fleuve Congo».

II-4-2 Intérêts économiques du fleuve Congo

La capitale du Congo est séparée de la RDC par le fleuve Congo, deuxième fleuve au monde par son débit moyen après l'Amazone et le deuxième d'Afrique par sa longueur après le Nil. Il sert de frontière naturelle entre les deux pays, et fait une distance d'environ 7000 m entre les deux rives. Le fleuve est également une source potentielle d'énergie hydroélectrique à certaines zones, et les barrages d'Inga au bas de Pool Malabo sont les premiers à exploiter ce potentiel. Il est entrecoupé par des rapides en amont et en aval, voilà pourquoi son cours est navigable par section.

Brazzaville étant éloigné de l'océan atlantique est plus rapidement ravitaillé de la RDC par Kinshasa sa capitale, les mouvements des personnes et des biens comme les échanges commerciaux, sont très intenses et fructueux. Les ports appelés respectivement Beach de Brazzaville et Beach Ngobila, font l'objet d'un afflux de passagers. Environ 2500 et 3000 personnes traversent chaque jour le fleuve dans les deux sens pour exercer leurs activités commerciales de part et d'autre du fleuve Congo (D'après le rapport l'ONATRA en 2010). Cela est possible grâce au fleuve qui leur permet de naviguer par pirogues par navettes ou par ferrys. Mais, il faut plusieurs minutes voir une heure pour relier les deux bouts. Brazzaville vit largement de cette main-d'oeuvre, ainsi que de l'importation d'articles de première nécessité venant de la RDC.

Ainsi, à partir de Kinshasa, les commerçants exportent régulièrement à Brazzaville des articles d'ordre vestimentaires, cosmétiques, etc..., ainsi qu'une gamme variée de produits agricoles. De Brazzaville, les commerçants déversent eux aussi sur Kinshasa des articles du même ordre que sur l'autre rive du fleuve Congo.

En période de crue, le niveau d'eau très élevé facilite la navigation et c'est en cette période que les chiffres d'affaires des commerçants sont en hausse et que le trafic est accéléré, ce qui leur donne un gout à la vie. C'est aussi à cette période que de nombreux accidents sont enregistrés. Cela est dû soit au fait que les NITC ne sont pas du tout respectés (poids, le nombre de personnes à bord etc...), soit à la défectuosité des moyens de transports.

En période d'étiage, la navigation s'avère très difficile suite à la diminution d'eau, ce qui rend quasi impossible le trafic. L'utilisation des pirogues sont courantes à ce moment. Les risques de chavirement ne sont pas exclus. Il existe aussi des échanges inter professionnels entre les deux capitales. Il n'est pas facile à ces personnes physiques de quitter de chez eux tous les matins pour aller travailler sur l'autre rive, et de rentrer tous les soirs. La durée de la traversée étant assez importante, elles sont obligées à prendre en location une pièce ou encore une chambre d'hôtel, où elles demeureront les jours ouvrables. Seul le week-end leur permettra de rentrer, et après le cycle reprendra son cours. Cela augmente les charges budgétaires et ne permet pas à certains de couvrir ou joindre les deux bouts.

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II-4-3 Approche de solution

L'envie de réaliser ce PFC nous est venue du fait de vouloir améliorer les conditions de ce trafic si bénéfique pour les riverains. Aussi pour que les traversées se fassent en moins de temps et cela sans interruption saisonnière. En les offrants plus de sécurité, les usagers pourront effectuer le plus de navettes possibles en moins de temps et cela à leur guise.

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ÉTUDE DE RÉALISATION

CHAPITRE II :

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I- PRÉLIMINAIRES ET GÉNIE CIVIL

Les travaux de construction d'un téléphérique sont généralement assez long et demandent plusieurs mois. Plus les travaux démarrent tôt c'est-à-dire en absence des contraintes atmosphériques (pluies, vent...), mieux c'est. On ne sera pas alors surpris par la dégradation du temps en début de la saison des pluies ou de l'hiver.

En premier lieu, un terrassement du terrain est très important pour dégager l'espace favorable à l'implantation des édifices (zone de circulation, salle des machines, etc...).Les matériaux utilisés dans les éléments constitutifs doivent être choisis en fonction des conditions de mise en oeuvre et d'utilisation ; leurs caractéristiques et propriétés sont garanties compte tenue des clauses des normes et des prescriptions particulières.

Pour ce faire, nous sommes emmenés à creuser des fouilles profondes pour y couler des massifs de béton permettant de fixer les potences de nos installations. Ces massifs seront ensuite coulés dans les coffrages, dans lesquels seront placés des fers à béton. Les massifs en béton seront coulés à l'aide des bétonnières et ensuite séchés pendant quelques semaines. Une fois les massifs en béton réalisés, nous procédons alors au montage des potences et des poutres principales pour former l'ossature de notre local ainsi que celles qui permettront de soutenir les câbles porteurs. Les contours seront recouverts de briques ou alors de poteaux métalliques qui serviront de garde- fou.

Lors de cette construction l'usage du bois n'est pas admise car elle peut s'avérer dangeureuse.C'est pour cette raison que la construction métallique est exigée. Mais le choix de l'acier pour concevoir le métal est très cruciale et est défini par le document AFNOR NF A36.010 intitulé : choix de qualités d'aciers pour construction métallique.

Les éléments assurant le maintien des câbles de l'installation motrice et des poulies de renvoi ou de traction etc...., sont généralement conduits en observant les règles de conceptions de la norme NF EN 13107 relative aux ouvrages de Génie-civil.L'ouvrage ainsi que ses différents composants sont conçus et mis en oeuvre selon le C.C.T.G appliquées aux marchés des travaux publics métalliques, dans le respect des règles de l'art.

Une fois l'ossature et les locaux montés, la phase technique peut alors débuter son cours. L'installation mécanique est primordiale car le téléphérique doit son bon fonctionnement au respect des instructions du STRMTG.

II- ÉTUDE DU MATÉRIELS

I-1 DESCRIPTION TECHNIQUE

I-1-1 SCHÉMA SYNOPTIQUE

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Cabine

Voie 2

Câble porteur

Voie 1

Zone de circulation

Partie
opérative

Partie
commande

Câble tracteur

Zone de circulation

Partie
opérative

BLOC B

BLOC A

Fig.1 Schéma synoptique

Le Bloc A représente la station motrice de notre téléphérique, et renferme :

· tous les dispositifs d'entraînement et de freinage du câble tracteur : moteur principal, réducteur, accouplement, poulie motrice, freins, moteur de secours.

· un pupitre qui regroupe les commandes de marche, les signalisations, les sécurités, les appareils indicateurs permettant de contrôler à tout moment la vitesse et la position des cabines par rapport aux stations.

· une armoire électrique qui intègre les dispositifs de protection ainsi que les automates de contrôle et de commande.

Il est composé de trois parties dont deux sont essentielles sur lesquelles se repose notre étude. Ces deux parties travaillent de façon que la première coordonne toutes les instructions effectuées par la seconde. Ainsi la seconde partie jouit d'une dépendance fonctionnelle totale de la première. Elles effectuent des actions cohérentes et synchronisées. La première partie dite partie commande représente le cerveau même de notre système, du fait que la seconde se contente d'accomplir toutes les informations générées par la précédente elle est alors nommée partie opérative. Quant à la troisième, elle n'abrite que le terminal (embarquement et débarquement des passagers) ainsi que la cabine, cette partie à donc été appelée zone de circulation.

La station de renvoi qui est le Bloc B comporte :

· Un système de renvoi du câble tracteur composé de poulies.

· des interrupteurs de position extrême qui commandent l'interruption du fonctionnement automatique.

Il se compose de deux parties qui sont la partie opérative et la zone de circulation qui doit son inaptitude suite à la mise hors service de la station motrice.

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I-1-2 ÉTUDE DE CHAQUE PARTIE DE BLOCS

I-1-2-1 Partie commande Bloc A Elle est composée de :

· L'armoire électrique

· De l'automate

· De deux voyants cycles

· Des boutons poussoirs manuels : départ et arrêt cycle, arrêt d'urgence, marche secours

I-1-2-2 Partie opérative Bloc A Celle-ci se compose de :

· D'un moteur d'entrainement

· De deux dynamos tachymétriques

· De deux freins

· De deux générateurs d'impulsions optiques

· D'une alimentation de secours.

· D'une poulie motrice

· D'un variateur de vitesse

I-1-2-3 Patrie opérative Bloc B Elle e se compose essentiellement de :

· Du système de renvoi (poulies de renvoies)

I-1-2-4 Zone de circulation Bloc A et B

En ce qui concerne leur constitution, elle n'est pas si différente l'une de l'autre. Seule la disposition opposée des cabines ainsi que le chemin d'accès aux cabines les rendent différent. Elles comprennent :

· un capteur de présence cabine

· un capteur de poids

· Des vérins électriques

I-1-2-5 Tableaux éléments avec leur fonction

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BLOC A			Éléments
Fonctions		Automate
Il coordonne, commande et règlemente le cycle ce notre système		armoire électrique
Il contient les différents éléments électriques de notre installation		Bouton poussoir marche/arrêt cycle
Il permet à l'operateur de pouvoir mettre en service ou hors service le cycle. De l'interrompre et le relancer en cas de défaillance du système		bouton poussoir d'arrêt d'urgence
Il permet à l'opérateur de mettre hors service tout le système en cas de perturbations (météorologiques, défauts de fonctionnement, incendie, etc....) Il sert de relève au réseau électrique, empêche l'arrêt momentané du		bouton poussoir Marche secours
système en cas de coupure du secteur		moteur d'entrainement
Il sert à entrainer les câbles tracteurs afin que les cabines puissent effectuer le déplacement en va-et-vient		détecteur de survitesse
Il a pour rôle de détecter les vitesses étrangères a la plage de vitesse requise lorsque le téléphérique est en mouvement aussi d'adapter la vitesse des cabines en fonction de leur position sur le trajet		dynamos tachymétriques
Ils permettent de mesurer la vitesse le long du trajet		Freins
Ils ont pour rôle de ralentir en agissant sur la poulie motrice de façon progressive jusqu' à l'arrêt ou de réduire la vitesse en cas de survitesse		alimentation de secours
Elle permet de remettre automatiquement en service le cycle en cas de coupure électrique du réseau		capteur de présence capteur de poids
Il détecte la présence de la cabine dans le terminal Il détecte le poids requis à la cabine avant le départ		Voyants cycles
Ils indiquent à l'opérateur la mobilité et le stationnement des cabines.		Poulie motrice
Elle est entrainée par le moteur d'entrainement et met en mouvement le câble tracteur

BLOC B			Éléments
Fonctions		Poulies de renvoies
Elles accompagnent dans son mouvement le câble tracteur entrainé par la partie motrice		capteur de présence
Il détecte la présence de la cabine dans le terminal

Pour réaliser ce téléphérique, il est très important d'étudier de façon technique notre système ;. C'est pour ce faire que nous sommes contraints de faire des études d'ordres mécanique, électrique,

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électronique et informatique. Étant donné que ces études se valent, il nous ait donc indispensable de pouvoir évoluer sans avoir fait au préalable ces études.

II-1 ÉTUDE DE LA PARTIE MÉCANIQUE

La partie mécanique comporte plusieurs éléments déclarés indispensables pour la mise en service de notre moyen de transport. Elle regroupe en son sein l'entrainement principal, le réducteur. avec le concours des deux freins, des deux dynamos tachymétriques, des cabines et des différents câbles participent à la sécurité du téléphérique.

II-1-1 MOTORISATION PRINCIPALE

Il est constitué d'une machine à courant continu à excitation indépendante de 400 kW. Le système est entraîné, depuis la station motrice par celle-ci dont les caractéristiques nominales figurent sur la plaque signalétique ci-dessous. Cette machine à courant continu est alimentée à l'aide d'un variateur de vitesse tout thyristors, et est refroidie par un ventilateur à entraînement séparé .Elle entraine l'arbre de la poulie motrice sur lequel est monté l'un des deux dynamos à travers un réducteur de rapport 15,4. Le frein de service agit généralement sur le volant d'inertie situé sur l'arbre rapide en sortie de moteur, et Compte tenu des cycles de fonctionnement, la machine associée au variateur possède une capacité de surcharge de 1,6 fois son courant nominal.

Fig.2 Plaque signalétique du moteur à courant continu

La machine à courant continu choisie est donnée pour sa puissance, cette puissance ne correspond pas à la puissance "catalogue" du constructeur. La machine a en effet été déclassée à cause de l'altitude. D'où le coefficient de correction ou de déclassement s'écrit

Kd = P1/P2

(Kd est donné en %)

P1 : puissance corrigée

P2 : puissance catalogue

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Le facteur de correction de la puissance de la machine à courant continu est fonction de l'altitude et de la température ambiante ; le réducteur à pour rapport l'expression ci après :

r =

?er

?sr (Avec r 1) (1)

(2)

La conservation de puissance se déduit sous la formule :

Psr = Per. Tired

Psr = Csr. ?sr (3) et Per= Cer. ?er (4) en remplaçant (3) et (4) dans la formule (2) on obtient :

Csr. ?sr = Cer. ?er. fired				Csr= (Cer. ?er. Tired) /?sr

Et en faisons agir (1) tout en tirant ?sr on aboutit au résultat suivant : Csr = Cer. F. Ti red

L'expression du couple en entrée du réducteur est définit par la formule suivante :

csr Cer -- F 11 red

avec Csr =

T pc

F.Rp

Ti pc : Rendement de la poulie / câble

F : Force exercée par le câble tracteur Csr : Couple à la sortie du réducteur

Per : puissance d'entrée

?er : vitesse d'entrée

Psr : puissance de sortie

?sr : vitesse de sortie

Cer : Couple à l'entrée du réducteur

Rp : Rayon de la poulie

Poulie motrice

Machine à courant continu

	F

Réducteur de rapport r=15,4

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Fig. 3 Chaîne cinématique simplifiée

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Les machines sont raccordées les une des autres par des accoupleurs .La MCC est accouplé par un accoupleur moteur réducteur et le réducteur à la poulie motrice par un accoupleur réducteur poulie. Il est évident que les deux accoupleurs ne soient pas de identique.

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Fig.4a Accoupleur moteur -réducteur Fig.4b Accoupleur réducteur - poulie

Les entrainements doivent être équipés de deux freins indépendants l'un de l'autre. Dans le cas où l'installation fonctionne avec l'entraînement de secours, un seul frein agissant sur la poulie motrice est suffisant. Les freins agissent par frottement. Ils peuvent être communs à plusieurs entraînements. Chacun des deux freins assurent l'arrêt et l'immobilisation de l'installation dans le cas de charge le plus défavorable prévu.

Chacun des freins est dimensionné de sorte que la décélération moyenne calculée sur l'entière distance d'arrêt à vitesse nominale maximale puisse être au moins égale à : 0,5 m/s². Afin d'éviter des freinages pouvant constituer un danger pour les passagers ou provoquer des dommages matériels, le système de freinage permet d'adapter la force de freinage à la charge de l'installation.

II-1-1-1 Système d'isolement thermique des moteurs

Les moteurs DMA+ sont conformes aux normes d'isolement de la classe H. Les bobinages d'induit et les enroulements du stator sont isolés au vernis polyamide. L'isolement des fils de cuivre, de la fibre Nomex et du vernis d'imprégnation, ont des indices de température de classe H.Les moteurs n'étant utilisés qu'en classe F, il en résulte une capacité de surcharge élevée et une large marge de sécurité.

II-1-1-2 Calcul de l'échauffement

Selon les normes CEI 60034-1 et 60034-2, le calcul est réalisé suivant la méthode de la variation de résistance des enroulements, par la formule :

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R1 : résistance de l'enroulement à la température T1 (froid)

T2-T1 =

~~~~~

Ri (235+T1)

R2 : résistance de l'enroulement à la fin de l'essai

T1 : température (°C) de l'enroulement au moment de la mesure de la résistance initiale.

T2 : température (°C) de l'enroulement à la fin de l'essai.

Nota : Cette formule correspond à un enroulement du moteur ABB (cas des enroulements en cuivre).

II-1-2 POULIES (MOTRICE ET RENVOIE)

Notre téléphérique dispose de deux gares terminales équipées de poulies qui font effectuer au câble tracteur une demi-boucle pour le renvoyer en ligne sur l'autre voie et où sont tendus les câbles

porteurs. Une des gares est la station motrice ; une poulie dite motrice y entraîne le câble par le biais du moteur à courant continu solidaire au réducteur. La cinématique est complétée par de frein

d'urgence généralement situés en périphérique de la poulie motrice. On trouve également une marche de secours, généralement assurée par un moteur de secours permettant le rapatriement des cabines à faible vitesse. La seconde gare abrite le système de renvoi du câble tracteur. Ce système est assuré par deux poulies de même diamètre mais différente de la motrice. Ces poulies ont respectivement un poids de 5000 et 887 kg.

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Fig.5a Poulie motrice Fig.5b Poulie de renvoie

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Poulie motrice

Cabines

Câbles porteurs Câble tracteur

Doubles poulies de renvoies

Fig6. Vue schématique du système poulies

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II-1-3 CÂBLES ET CABINES

La ligne d'un téléphérique est constituée de :

· Un, ou plusieurs câbles dit porteurs supportant le poids d'une cabine par l'intermédiaire d'un chariot équipé de galets.

· Un, ou plusieurs câbles dit tracteurs, fixes à ce chariot, qui sont mus par le moteur à courant continu situé dans la gare motrice et permettant le déplacement des cabines .La cabine, suspendu au chariot, est généralement une cabine fermée (transport de voyageurs) mais peut également être une simple benne ouverte (transport de matériaux). Les câbles d'un téléphérique sont tendus entre les deux gares, il arrive également que la portée soit réalisée sans appuis intermédiaires, les seuls points d'appuis sont les deux extrémités du câble.

Il existe plusieurs dispositions de câbles. La plus courante est désormais celle qui emploie deux câbles porteurs en parallèle et un câble tracteur central (cas de notre téléphérique) ; les câbles porteurs peuvent ainsi assurer une charge plus importante. Le cavalier est muni d'un galet supportant le câble tracteur. Ces types de téléphériques sont résistant et assez stables au vent. Étant donné que nos câbles sont fortement tendus entre deux appuis horizontaux, le calcul d'effort de tension est déduit par la relation suivante (calcul simplifié) :

H =

8. f

w. L²

H : effort de tension f : est la flèche

L : la portée w : Le poids linéique

Les cabines sont supportées par les deux câbles porteurs de 80mm de diamètre chacun et tractée par un câble de 52 mm. Les câbles et les cabines sont faits de métal ; le véhicule est constitué de deux rangées places assisses soit 8 sièges de deux places par rangée. Elle a une longueur de 1230 cm et une largeur de 340 cm avec 250 cm de hauteur. De deux portières de 100 X 180 cm et cinq fenêtres De 110 X 80 cm.

1230 cm

120 cm

1OO cm

120 cm

340 cm

100 cm 80 cm 50 cm 100 cm

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Fig.7 Coupe du véhicule

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L'ensemble du véhicule, chariot, galet, cavalier, suspente constitue la cabine et tout cet ensemble à un poids de 2480 Kg à vide. Elle a une contenance de 2240 Kg pour 32 passagers ce qui fait en moyenne un poids de 70 kg /pers. Il est prévu un poids de 320 Kg sur les porte-bagages soit 10kg/pers. Ce qui fait 2560Kg transportable par notre téléphérique, d'où le poids de la cabine à charge est de 5040 Kg. Et ne favorisera pas une surcharge car la capacité en passager et celle de la cabine à vide reste tractable par la motorisation principale. De cette façon notre système ne subira pas un éventuel encombrement de charge.

Câbles porteurs (2 par voie)

Galet de chariot (x16)

Articulation

Suspente

Chariot

Cavalier

Fig.8 Vue d'une cabine sur câbles

Agence des transports en commun Brazzaville - Kinshasa (ATC /BK)

2,50 m

Véhicule

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Le cavalier est fixé solidement à la suspente et sont indissociables. Il comprend le chariot, les galets de chariot, l'articulation et le galet du cavalier sur lequel passe le câble tracteur. Le câble fait un enroulement d'un tour sur le galet de cavalier, ce qui empêche la possibilité d'un déraillement du câble, et maintient l'écart entre les câbles porteurs.

Galet de cavalier

Câble tracteur

Fig.9 Disposition du câble tracteur sur le galet de cavalier

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II-2 ÉTUDE DE LA PARTIE ÉLECTRIQUE

Pour alimenté notre téléphérique, nous avions équipé notre système d'un transformateur HT/BT, 20 kV / 400 V - 1250 KVA, pour alimenter la station en énergie électrique .Du transformateur à l'armoire du téléphérique nous aurions : un disjoncteur D1 NS2000N, un interrupteur sectionneur D3 IN 2000, un disjoncteur départ Téléphérique D10 NS 1600N et d'un disjoncteur Armoire Téléphérique Q1 afin de protéger nos appareils contre tous risques électriques. Le choix des disjoncteurs D1 et D10 étant conforme, leur Pdc ne peut être identique et est calculable à partir de :

U20 : Tension Icc : courant de court-circuit

Icc~

U2o

v3x.I R²+ X²

R : Résistivité X : Réactance du câble

Réseau en amont

Transfor mateur 1250 KVA

Câble de liaison TGBT

Disjoncteur D1 NS2000N réglage Ir=1800A Isd=9000A Tr=0,5s

Interrupteur sectionneur D3 IN 2000

Disjoncteur dt D10 NS1600N réglage Ir à 0,6 Isd à 10 Tr=0,5s

Câble liaison

Disjoncteur at Q1

Fig.10 Ligne électrique allant du Transformateur
à l'armoire du téléphérique

Nota : Icc permet de déterminer le Pdc des disjoncteurs

De la ligne électrique au générateur de secours allant à l'armoire électrique du

téléphérique, les faibles courants de court-circuit générés par les générateurs de secours rendent difficile la protection des circuits. Le choix du disjoncteur placé en aval du générateur dépend du courant de court-circuit délivré par le générateur ainsi que de l'impédance interne de l'alternateur.

/n

Icc=

.12

x l33

Icc : Courant de court circuit de l'alternateur In : courant nominal de l'alternateur

X'd : réactance transitoire exprimée en %.

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Le générateur de secours triphasé de caractéristique 800 kVa /400 V/ X'd = 16 sera connecter à Disjoncteur D2 NS1250N, un interrupteur Sectionneur D4 IN 2000, un Disjoncteur départ Téléphérique D10 NS 1600N et cela part un câble de liaison en cuivre de 3 x 1 x 185 mm².

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Groupe Électrogène triphasé P = 800 kVa U = 400 V X'd = 16 %

Câble de liaison Cuivre, 3x1x185 mm^2

Disjoncteur D2 NS1250N réglage Ir 0,9 Isd à 5 Tr à 0,5s

Câble de liaison Cuivre, 3 x 1x185 mm^2

Interrupteur Sectionneur D4 IN 2000

Disjoncteur départ Téléphérique D10 NS 1600N réglage Ir à 960 A Isd à 9600 Tr à 0,5s

Fig.11 Ligne électrique allant du générateur de secours à l'armoire du téléphérique

Ir : déclanchement thermique Isd : déclenchement magnétique

Le calcul du courant nominal est effectué par la formule suivante :

P : Puissance

U : Tension

In : courant nominale

In=

v3xU

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II-S ÉTUDE DE LA PARTIE ÉLECTRONIQUE

II-S-1 Le variateur de vitesse

Le variateur de vitesse associé à la machine à courant continu d'entraînement est de la gamme DCS de ABB. Il est alimenté à partir du réseau triphasé SNE 3x400V - 50 Hz. La partie puissance du variateur est composée de 2 ponts de Graëtz à thyristors (pont 1 et pont 2), montés en tête-bêche aux bornes de l'induit de la machine à courant continu. Par inversion du courant et/ou de la tension, la machine à courant continu peut fonctionner dans les 4 quadrants du plan vitesse-couple.

Ceci autorise, en particulier, des freinages contrôlés et une inversion rapide du sens de rotation. On supposera que la séquence de commande du variateur utilisé est à logique d'inversion : un seul des 2 ponts est commandé à la fois en fonction du signe du courant.

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L1 L2 L3

Fig.12 Architecture de la partie puissance du variateur

Vitesse

			Couple

Fig.13 quadrants plan vitesse couple

Pour un sens de rotation du moteur 2 quadrants (I et II) .Par symétrie, dans l'autre sens on parcourt également 2 quadrants (III et IV).

Et la structure des deux ponts est donnée par le schéma suivant

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Fig14. Schéma de principe de puissance du variateur

La tension délivrée en sortie par chacun des ponts est réglée à l'aide des angles de retard à

l'amorçage des thyristors. La tension moyenne en sortie du variateur se calcul par :

Umoy~

3v 2

7

U CoS.ø

U : tension efficace

P: angle de retard d'amorçage

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II-S-2 AUTOMATE PROGRAMMABLE

II-S-2-1 Présentation

L'automate programmable industriel est un dispositif électronique programmable (car étant à microprocesseur) de traitement de l'information, destiné à la commande des machines et des installations.

Ils présentent l'avantage d'être beaucoup plus robustes que les microcontrôleurs. Ils résistent mieux aux parasites extérieurs et permettent une programmation en langage évolué accessible à un personnel non informaticien. Les entrées-sorties présentent une forte immunité aux bruits et de plus, les interfaces d'entrées-sorties sont intégrées dans l'automate. L'automate programmable présente également des avantages spécifiques qui sont:

· Moins de câblage: les connexions se réduisent au raccordement des capteurs aux entrées (acquisition de données), et des pré-actionneurs aux sorties. L'accès aux différents organes de l'automatisme lors des modifications et des réglages se trouve ainsi facilité;

· Plus de confort : le programme qui se substitue au câblage est un ensemble de graphiques que l'on peut saisir, modifier et archiver facilement grâce au terminal de programmation et de réglage;

· Plus d'informations: l'automate programmable offre des fonctions d'automatisme spécifiques intégrées en son sein pour les automatismes complexes;

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· La maintenance et la mise au point d'un automatisme sont facilitées par la visualisation permanente de l'état des entrées-sorties par l'intermédiaire des voyants lumineux; Par ailleurs, il est capable de travailler en ambiance industrielle sévère: Industriels.

· Humidité: 90%;

· Température d'utilisation: 60°C, 90°C avec adjonction de circuit de réfrigération;

· Poussière et eau : protection IP65;

· Insensible aux chocs et aux vibrations;

· Autre point important, l'API à une immunité importante aux parasites qui sont fréquents; Enfin, prenant le pas sur les systèmes à logique câblée, il permet la réduction de l'encombrement des circuits de commande, traite plus rapidement les informations et supprime le câblage interne.

II-3-2-2 Structure

Cette structure est représentée sur la figure suivante

Fig15. Structure de l'automate programmable

Un automate programmable se compose en général:

+ D'une unité centrale de traitement (UCT);

+ D'une zone ou espace mémoire;

+ Des modules ou cartes d'entrée et de sortie;

+ Des modules de fonctions spécifiques

A cet ensemble, nous pouvons ajouter l'outil de programmation qui peut être une console de

programmation ou un PC (personal computer) et le logiciel de programmation.

II-3-2-2-1 Unité Centrale de Traitement

+ L'U.C.T est le cerveau de l'automate. Module à microprocesseur, elle est composée de

l'unité arithmétique et logique, d'un séquenceur associé à une pour les applications complexes;

+ D'un bloc d'alimentation;

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+ Des bus internes et externes;

horloge, de registres divers. Ainsi, elle pilote l'automate en assurant successivement :

- La lecture des informations d'entrée;

- L'exécution des instructions du programme mis en mémoire;

- La commande des sorties;

II-S-2-2-2 Espace mémoire

Le programme de gestion de l'automatisme est stocké dans un espace mémoire. Ce programme peut être restitué à l'unité centrale en vue du traitement.

Les mémoires des A.P.I sont de deux types:

· Mémoires vives à accès aléatoire (lecture-écriture) ou RAM dont le contenu peut être facilement et rapidement lu et modifié, mais disparaît en cas de coupure de l'alimentation non secouru.

· Mémoires mortes (à lecture seule) dont le contenu est toujours disponible et utilisé comme mémoires programmes:

· ROM dont l'écriture est effectuée de manière définitive par le constructeur et utilisée pour mémoriser les fonctions de base, les microprogrammes;

· REPROM dont le contenu peut être effacé soit par exposition de la mémoire à un rayonnement ultra-violet (EPROM) soit électriquement (EEPROM). Il peut alors être reprogrammé par l'utilisateur;

II-S-2-2-S Modules ou cartes d'entrées-sorties

Ils servent d'interface entre U.C.T et la périphérie industrielle. Les modules d'entrée autorisent l'acquisition des données provenant des capteurs. Ces données sont filtrées et mises en forme pour éliminer les parasites.

Les modules de sortie quant à eux transmettent les résultats du traitement aux pré-actionneurs.

Par ailleurs, suivant la nature du signal transmis, les modules d'entrées-sorties peuvent être classés en deux catégories:

· Les modules d'entrées-sorties "tout ou rien" (TOR) servant d'interface, Pour les signaux logiques d'état binaire "1" ou "0";

· Les modules d'entrées-sorties analogiques qui permettent de traiter les grandeurs à variation progressive et continue telles que la température, la pression, la vitesse, l'intensité du courant électrique etc....;

II-S-2-2-4 Modules de fonctions spécifiques

Pour des applications complexes certains modules spécifiques peuvent être associés aux API. Nous pouvons citer :

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Les coprocesseurs qui sont des cartes au format PC à intégrer dans un PC fonctionnant sous Windows 95 ou Windows NT afin d'optimiser les performances dans les applications nécessitant, par exemple un niveau élevé de fonction de dialogue, de conduite ou de supervision.

Les cartes périphériques intelligentes de communication (Fipway, Fipio Agent, Uni-Telway, Modbus/Jbus, Modbus plus, Modem) offrant en outre une structure logicielle multitâche : tâche maître rapide, traitement sur événements.

Des modules de sécurité permettant d'assurer un relayage intermédiaire fiable en éliminant les risques d'un défaut du circuit de commande (entrées), d'un défaut de l'interface de puissance et même d'un défaut de composants internes au module.

Des modules de régulation de procédés, des modules de comptage et d'acquisition, des modules de commande de mouvement (pour servomoteurs, pour moteurs pas à pas).

II-S-2-2-5 Bloc d'alimentation

Le bloc d'alimentation permet de fournir à chacun des constituants de l'API (U.C.T, les modules d'entrées-sorties ou autres modules associés) la tension d'alimentation convenable pour leur fonctionnement. Chaque module d'alimentation possède un emplacement réservé et une pile fournissant l'alimentation à la mémoire RAM interne des processeurs afin d'assurer la sauvegarde des données lorsque l'automate est hors tension.

II-S-2-2-6 Bus internes et externes

Les bus internes assurent la liaison et le transfert d'information entre les différentes unités de l'automate. Ils sont multiples et permettent les communications simples (bus de liaisons séries) et complexes (bus Fipway, bus Fipio, bus Uni-Telway, bus Modbus/Jbus).

Les bus externes, quant à eux, permettent le transfert d'informations entre l ' A.P.I et sa périphérie (processus commandé poste de commande).

II-S-2-2-7 Fonctionnement d'un automate programmable

Les échanges entre l'unité centrale et les modules d'entrées-sorties sont effectués de manière cyclique. Un cycle de fonctionnement de l'automate ou scrutation comprend trois phases successives:

Phase 1 : mise à jour dans la mémoire des données de l'état des entrées.

Les modules d'entrée de l'automate transforment les signaux électriques des capteurs et des boutons poussoirs en signaux compréhensibles par l'automate. Les états logiques correspondants à ces signaux sont ensuite transférés dans la mémoire des données.

Phase 2 : Exécution du programme.

L'unité de traitement de l'automate exécute les instructions de la mémoire programme (mémoire contenant le programme) en fonction des informations de la mémoire des données et met à jour les informations de sorties dans la mémoire des données.

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Phase 3 : Mise à jour des sorties.

Les résultats du traitement préalablement mis en mémoire des données sont validés et transférés dans les modules de sorties pour être convertis en signaux électriques qui sont transmis aux pré-actionneurs et aux organes de dialogue (voyants, sonnerie...).

II-4-3 LES CAPTEURS

II-4-3-1 Généralités sur les capteurs en automatisme

Un capteur est un organe de saisie d'information qui prélève une grandeur physique à mesurer ou à contrôler et la transforme en un signal (électrique, hydraulique ou pneumatique). L'utilisation de plus en plus fréquente de calculateurs, d'automates programmables, de microcontrôleurs ou de microprocesseurs a permis un accroissement des applications des capteurs qui sont devenus en quelque sorte les sens de l'automatisme sans lesquels aucun

mouvement cohérent n'est possible. Lorsque le capteur délivre un signal électrique
correspondant au franchissement d'un seuil qui peut être une position, un niveau, etc. on parle en effet de détecteur.

II-4-3-2 Les détecteurs de position

Le franchissement de la position de butée lors du déplacement de l'élément à positionner est décelé par un capteur de position encore appelé détecteur de position. C'est un appareil qui comporte un élément sensible de détection et qui délivre par l'intermédiaire d'un organe de commutation, un signal binaire. On distingue deux catégories de détecteurs de position : les détecteurs dynamiques et les détecteurs statiques.

II-4-3-3 Caractéristiques principales des capteurs

Les capteurs utilisés en automatisme présentent différentes caractéristiques qui permettent de prévoir leur fonctionnement et aident dans leur choix. On définit donc les caractéristiques mécaniques et électriques.

En ce qui concerne les caractéristiques mécaniques, on définit la Course d'Approche (CA) qui est celle avant l'apparition de l'information; la Course Totale (CT) et la Course Différentielle (CD) qui est celle entre la position d'action et la position de relâchement. On définit également la force maximale d'enclenchement et le nombre de manoeuvres avant détérioration.

En matière de caractéristiques électriques, on distingue la tension nominale de fonctionnement, le courant maximal et la nature du courant (continu ou alternatif). La caractéristique essentielle des détecteurs sans contact est la distance de détection maximale.

II-4-3-4 Critères de choix d'un capteur de position

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Le choix d'un capteur de position est le résultat d'une profonde analyse de la partie opérative par rapport à la commande du système automatique. Ce choix découle d'un processus qui consiste en l'examen des différents points suivant:

· Type de capteur: capteur à fermeture (NF) ou à ouverture (NO);

· Type d'information logique délivrée : niveau logique maintenu (échelon) ou non (impulsion), rebonds tolérés ou non;

· Type d'énergie: électrique ou pneumatique, niveau minimal et maximal d'énergie (tension, courant, pression), fréquence de fonctionnement, temps de réponse et de rebondissement;

· Mode d'action: avec contact mécanique ou non;

· Action mécanique: force nécessaire à la manoeuvre, les différentes courses;

· Durée de vie: il tient compte du nombre de manoeuvres ; pour les détecteurs électriques, il est fonction de la tension, du courant et de la fréquence;

· Facteurs économiques: on distingue le coût d'investissement qui englobe les accessoires et interfaces nécessaires et le coût d'exploitation qui tient compte de la consommation en énergie, de l'entretien ou du renouvellement du capteur.

II-4-4 LES ACTIONNEURS II-4-4-1 Définition

Les actionneurs sont des organes qui convertissent l'énergie d'entrée disponible sous une certaine forme (électrique, pneumatique, hydraulique) en énergie utilisable sous une autre forme. Ce processus est traduit par le schéma ci-dessous. On distingue plusieurs types d'actionneurs : les moteurs, les vérins, les résistances et les électro-aimants.

CONVERTIR L'ÉNERGIE

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Énergie Disponible

Actionneur

Énergie Utilisable

Fig.16 Structure d'un actionneur

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II-4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

Lorsque toutes les sécurités ont été vérifiées par l'automate, les cabines quittent les stations à une vitesse voisine de 0,5 m/s pendant quelques mètres pour atteindre progressivement la vitesse nominale de 12,5 m/s.

A l'arrivée, à proximité de la gare, les cabines ralentissent une première fois, ensuite les cabines ralentissent de nouveau, puis s'arrêtent aux quais de débarquement respectifs. Le frein de service est actionné et les portes peuvent s'ouvrir.

Il est impératif d`arrêter les cabines de manière imminente et à n'importe quelle position, pour des raisons telles que `vents forts', `incohérence des informations issues des capteurs de vitesse et de position des cabines'.Aussi, au redémarrage, la machine motrice devra fournir le couple nécessaire pour déplacer les cabines. Ce couple peut atteindre des valeurs importantes, largement supérieures au couple nominal.

II-5 LES MODES D'EXPLOITATION

Afin de répondre en toute sécurité à toutes les circonstances qui peuvent se présenter en cours d'exploitation, l'opérateur dispose de quatre modes de marche :

· mode de marche automatique : Tout le cycle de fonctionnement est pris en charge par les automates.

· mode de marche manuel : Le préposé assure la totalité des opérations. La vitesse en différents points du parcours est comparée à celle définie pour la marche en automatique. S'il y a discordance, le système est arrêté par action sur le Bpa.

· mode de marche exceptionnel : Ce mode de marche est utilisé dans le cas de pannes d'automatisme importantes. La plupart des sécurités sont inhibées. La vitesse est limitée à 1 m/s.

· mode de marche secouru : L'entraînement est assuré par un générateur électrique (Groupe électrogène).

L'automate principal prend en charge :

· La commande des portes.

· L'élaboration des ordres de mouvement.

· L'élaboration des consignes de vitesse pour le variateur.

· La gestion des défauts de fonctionnement.

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SALLE DES MACHINES

PROJET DE FIN DE CYCLE

MÉMOIRE

ANNÉE 2011

Fig.16 Vue d'une salle des machines

2011

CHAPITRE III :

ÉTUDE PRATIQUE

(Réalisation d'un micro-téléphérique)

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Le PFE porte sur la conception d'un API adaptable constituant notre centrale Informatique dont l'élément mère est le microcontrôleur ATméga 168 D'Atmel qui doit gérer tout notre système. Pour ce faire nous sommes donc emmené à construire un environnement dans lequel le microcontrôleur sera en mesure de recevoir des informations de natures différentes, de les traiter, et de les restituer aux différents types d'actionneurs.

Le microcontrôleur est un circuit intégré qui regroupe sur une même puce tous les éléments d'une structure à base de microprocesseur.

Le microcontrôleur ATméga ou ATtiny font partie de la grande famille de circuit AVR. Le catalogue d'Atmel ne contient que des microcontrôleurs à architecture RISC. Il existe en effet toute une gamme de circuits, compatible des célèbres 8051 d'Intel. Par contre les circuits RISC d'Atmel sont tous regroupés sous le vocable de microcontrôleurs AVR, divisés en deux groupes bien distincts au moins en termes de performances. Celui des microcontrôleurs 8 bits et celui des microcontrôleurs 32 bits. Ils présentent des représentations physiques diverses. Avec l'évolution de la technologie visant à l'amélioration des microcontrôleurs, plusieurs furent replacés par de nouveaux microcontrôleurs détenant une technologie de pointe (Cas de l'AT90 replac é par ATméga et ATtiny).

C'est donc dans le but d'utiliser le microcontrôleur performant que nous avions choisis l'ATméga 168 beaucoup usité de nos jours. Sa représentation physique s'apparente à celle de l'ATméga 88 et comporte au total 28 broches.

Img. 1 Microcontrôleur ATméga et ATtiny

Fig.18 Description des différentes Broches

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> Port B (PB7 à PB0) le Port B est un port d'entrée-sortie à 8 bits bidirectionnel avec des résistances internes de tirage (choisi pour chaque bit). Il sert aussi comme oscillateur pour le Timer/Compteur2.

> Port C (PC6 à PC0) le Port C est un port d'entrée-sortie à 7 bits bidirectionnel avec des résistances internes de tirage (choisi pour chaque bit). Il sert aussi de convertisseur analogique numérique.

> RESET(PC6) déclenché par un front descendant maintenue plus de 50 ns il produira le Reset du microcontrôleur.

> Port D (PD7à PD0) le Port D est un port d'entrée-sortie à 8 bites bidirectionnel avec des résistances internes de tirage (choisi pour chaque bit). Il sert aussi d'USART et d'entrées pour les interruptions externes.

> XTAL1 Entrée de l'oscillateur externe ou libre pour l'horloge interne.

> XTAL2 Production de l'amplificateur d'oscillateur.

> AVCC est une broche de tension d'alimentation pour le Convertisseur A/D qui doit être connectée à VCC via un filtre passe-bas pour éviter les parasites.

> AREF est l'entrée de référence analogue pour le Convertisseur A/D avec une tension dans la gamme de 2 V à AVCC avec filtre passe-bas.

> GND (22) masse analogique. Si la masse analogique est séparée de la masse générale, brancher cette broche sur la masse analogiques, sinon, connecter cette broche à la masse générale GND.

> VCC broches d'alimentation du microcontrôleur (+3 à +5V).

> GND masse de l'alimentation.

Il se présente sous la forme d'un circuit intégré réunissant tous les éléments d'une structure à base de microprocesseur. Voici généralement ce que l'on trouve à l'intérieur d'un tel composant :

> Un microprocesseur (C.P.U.) exécutant séquentiellement les instructions stockées dans la mémoire programme, il est généralement composé de :

· Un ou plusieurs registres accumulateurs contenant temporairement les opérandes et les résultats des opérations.

· Des registres auxiliaires permettant de relayer les accumulateurs.

· Des registres d'index pour le mode d'adressage indirect.

· Un compteur programme pointant l'adresse de la prochaine instruction à exécuter.

· Une ALU permettant d'effectuer des opérations entre l'accumulateur et l'opérande.

· Un registre code condition indiquant certaines particularités en ce qui concerne le résultat de la dernière opération (retenu, zéro, interruption).Toutes fois il est important de signaler qu'il existe deux catégories de microprocesseur : les CISC et les RISC.

> De la mémoire de donnée (RAM et EEPROM) qui permet de mémoriser temporairement les données générées par le microprocesseur pendant les différentes phases du traitement numérique (résultats d'opérations, etc...).

> De la mémoire programme (ROM, OTPROM, UVPROM ou EEPROM) qui est uniquement accessible en lecture (dite mémoire morte).Sa programmation nécessite une procédure particulière et un matériel adéquat.

> Des interfaces parallèles pour la connexion des entrées / sorties reparties sur plusieurs ports (maximum 8 bits), permettent de prendre en compte des états logiques appliqués en entrée ou de

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gérer des signaux binaires en sortie. Les broches de ces ports peuvent donc être configurées en entrée ou en sortie, avec différentes options (résistances de rappel, sorties collecteurs ouverts, interruption...). La configuration ainsi que l'état logique de ces broches est obtenue par des opérations d'écriture ou de lecture dans différents registres associés à chaque port. On trouve généralement:

· Un registre de direction pour une configuration en entrée ou en sortie,

· Un registre de donnée recopiant les états logiques de chaque broche de port,

· Un registre d'option permettant plusieurs configurations en entrée ou en sortie.

> Des interfaces séries (synchrone ou asynchrone) pour le dialogue avec d'autres unités. Les données envoyées ou reçues se présentes sous la forme d'une succession temporelle (sur un seul bit) de valeurs binaires images d'un mot.

> Des timers pour générer ou mesurer des signaux avec une grande précision temporelle.

> Des convertisseurs analogique / numérique pour le traitement de signaux analogiques.

> Du chien de garde, qui empêche le plantage du microcontrôleur tout en s'assurant qu'il n'y ait pas d'exécution prolongé d'une même suite d'instruction.

La majorité des microprocesseurs et microcontrôleurs utilisent actuellement une architecture interne dite VON NEUMANN, c'est-à-dire une architecture commune à celle que l'on rencontre habituellement dans les micro-ordinateurs.

La mémoire, appelée improprement de programme, contient en fait des instructions et des données placées à la suite les unes des autres et on ne dispose que d'un bus, appelé bus de données, pour véhiculer tour à tour les codes des instructions et les données qui leur sont associées. Si cette architecture donne toute satisfaction comme nous en avons la preuve éclatante chaque jour, elle pose quelques problèmes dès que l'on veut faire fonctionner l'ensemble rapidement. En effet, l'exécution d'une seule instruction nécessite plusieurs échanges de données sur le seul et unique bus dévolu à cet usage puisqu'il faut tout d'abord aller chercher le code de l'instruction.

Il est alors préférable de faire appel à une architecture dite HARVARD dans laquelle les instructions et les données sont clairement différenciées. Ces dernières sont contenues dans des mémoires différentes et sont véhiculées sur des bus indépendants.

Bien sûr, vu de l'utilisation, cela ne change rien et les circuits de ce type s'utilisent exactement comme les autres. Par contre, les résultats obtenus, en termes de vitesse d'exécution de programmes peuvent être impressionnants. En effet, l'exécution d'une instruction ne fait plus appel qu'à un seul cycle machine puisque l'on peut simultanément, grâce aux deux bus et aux deux mémoires indépendants, rechercher le code de l'instruction. Rompant avec une tradition bien établie, les microcontrôleurs AVR d'Atmel utilisent une architecture HARVARD mais ce n'est pas tout. Ils font également appel à une architecture de type RISC qui, comme on le lit un peu trop souvent, ne se résume pas simplement à disposer d'un jeu d'instructions réduits ; ce qui, paradoxalement, n'est d'ailleurs pas le cas des circuits AVR.

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Unité

Centrale Bus de données

Mémoire de programme contenant instructions et données

Fig.19 Architecture Von Neumann

Mémoire de

données

Unité

Bus de données Centrale Bus d'instructions

Mémoire de programme ne contenant que des instructions

Fig.20 Architecture de Harvard

L'architecture RISC (ce qui veut dire circuit à jeu d'instructions réduits) présente un avantage considérable sur les microcontrôleurs. Un vrai circuit de type RISC doit présenter un certain nombre de particularités propres à accroître sa vitesse de fonctionnement.

Et tous microcontrôleurs conçus par cette architecture utilisent des instructions codées sur un seul mot. Cela présente deux avantages. Le premier est que tous les emplacements de la mémoire de programme contiennent une instruction, le second est qu'un seul cycle machine suffit pour lire le code complet d'une instruction, d'où un gain en vitesse d'exécution. Les circuits RISC utilisent en suite une structure PIPE LINE qui leur permet d'exécuter une instruction tout en recherchant la suivante en mémoire d'où, l'accroissement de la vitesse. Ils exécutent toutes leurs instructions en un seul cycle machine ce qui est dû en grande partie au codage de l'instruction sur un seul mot. L'Unité Arithmétique et Logique, appelé encore « ALU », dispose en effet en une seule fois de toutes les informations nécessaires à l'exécution de l'instruction. Les instructions d'un circuit de type RISC ont une structure aussi Orthogonale que possible, c'est-à-dire que toutes les instructions peuvent être exécutées sur tous les registres avec tous les modes d'adressage. Cela signifie que le travail du programmeur, et donc le nôtre, car il n'est plus nécessaire de retenir une multitude de cas particuliers d'instructions qui ne fonctionnent que dans un mode ou dans l'autre.

Nota: Les microcontrôleurs AVR sont réalisés en technologie CMOS haute vitesse, ce qui leur confère tout à la fois une faible consommation, une vitesse de fonctionnement importante et un haut niveau d'intégration. Ils adoptent tous une véritable architecture RISC de type HARVARD et toutes les instructions s'exécutent en seul cycle machine. De ce fait leur puissance exprimée en MIPS (million d'instructions par seconde) est égale à leur fréquence d'horloge.

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I- ÉTUDE LOGICIELLE

Les logiciels mis en oeuvre au pour notre réalisation sont :

> AVR Studio 4 : la simulation du programme de notre maquette

> KiCad : pour la saisie du schéma de montage et le traçage du typon

I-1 AVR Studio

Une fois le logiciel est installé et l'icône se trouve sur le bureau ou dans le menu Tous les programmes, lancer le logiciel.

Img2. Menu d'accueil

I-1-1 Configuration

Img3. Options de configuration

I-1-2 Programmation

Après l'option de configuration c'est la saisie du programme. Puis cliquons sur build pour la compilation avec le compilateur AVR GCC.

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Img4. Compilation I-1-s Simulation

Le programme étant conçu, on peut alors effectuer une simulation et en cliquant sur le nom d'un port, on peut observer les changements d'état de ses bits conformément au programme. Sur la figure ci-dessous, on observe l'état du port C.

Img5. Simulation

I-1-4 Contrôle du déroulement

Img6. Menu contrôle

Run : Permet d'exécuter le programme. Dans ce mode, le Workspace et la fenêtre Watch sont inaccessibles. Ce mode se termine soit en cliquant sur Break, soit lorsque le logiciel rencontre un

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Breakpoint. Ce mode est très utile pour sortir de boucles d'attente de longue durée en mettant un Breakpoint sur la première instruction après la boucle.

Break : Permet d'interrompre l'exécution du programme lors qu'on est en mode Run ou AutoStep.

Reset : Comme son nom l'indique, recommence le programme depuis le début.

Step Into : Mode pas-à-pas. Exécute la seule instruction indiquée par la flèche jaune. Si cette instruction fait appel à une sous-fonction, la fenêtre du programme en cours s'ouvre sur cette sous-fonction et les instructions de cette sous-fonction peuvent être exécutées en mode pas-à-pas.

Step Over : Mode pas-à-pas également, mais à la différence de Step Into s'il y a appel d'une sous-fonction, celle-ci est exécutée entièrement sans que l'on ne puisse suivre son déroulement.

Step Out : Termine la fonction en cours d'exécution puis retourne au programme qui l'a appelée en redonnant la main au développeur.

Run To Cursor : Exécute le programme jusqu'au curseur.

AutoStep : Equivalent à Run mais ici le développeur voit le Workspace et la fenêtre Watch. Le déroulement est plus lent qu'en mode Run mais on peut voir ce qui se passe dans le microcontrôleur ou les variables du programme.

I-1-5 Chargement du programme

Après avoir testé le programme en mode simulation, on doit le transférer dans le composant via le programmateur port parallèle et le logiciel AVR ISP.

I-1-6 Procédure

Brancher le connecteur P2 au port parallèle et le connecteur P1 au circuit où le microcontrôleur est monté ; nous avons deux cas de figure :

Si les connexions ne sont pas bonnes, la fenêtre ci-après s'affichera

Img7. Fenêtre indiquant la non reconnaissance du microcontrôleur utilisé

Si le câblage a été bien effectué, le microcontrôleur utilisé sera immédiatement reconnu comme illustré ci- dessous :

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Img8. Fenêtre indiquant la reconnaissance du composant

Si le composant est reconnu, on passe alors aux étapes suivantes :

Img9. Chargement du programme

Une fois le chargement est signalé sur l'AVR ISP, il faut aller chercher le fichier d'extension .hex pour le chargement.

Img10. Fin du chargement

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I-2 KICAD

La réalisation de la maquette commence par la saisie du schéma, le routage et la réalisation du circuit imprimé.

I-2-1 Le typon

Le typon est l'impression du tracé des pistes sur un support transparent. La première étape de la réalisation d'une carte électronique est la saisie du schéma structurel. Les composants sont placés en utilisant les bibliothèques intégrées, mais il est parfois nécessaire d'en créer des nouveaux. Le logiciel KiCad nous a permis de faire la saisie. KiCad est un logiciel libre de conception assistée par ordinateur qui intègre à la fois un module de saisie de schémas et un module de routage de circuits électroniques.

Img11. Fenêtre principale de KiCad

A l'aide de l'éditeur schématique, nous avions pu dessiner notre schéma.

Img12. Fenêtre d'édition de schéma de KiCad

Après l'édition du schéma, nous avons vérifié les erreurs dans le schéma tel que non connexion, court-circuit, polarisation... pour le faire on clique sur le « Contrôle des règles électrique ». Une petite flèche verte doit apparaître à l'endroit où se situe l'erreur.

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Img13. Contrôle des règles électriques

Une fois la vérification terminée, il faut générer une Net liste : Liste des composants utilisés et de leurs connections. On clique sur le bouton « Génération de la Net liste »

Img14. Lancement de génération de la Net liste

Tous les composants doivent avoir être associés à un boîtier ou une empreinte. On y associe les empreintes en vérifiant que tous les composants aient une empreinte associée correspondante aux boîtiers qui sont en stock c'est-à-dire les composants qu'on dispose. Vérifiez que les pastilles des empreintes aient une taille convenable. Une pastille trop petite disparaîtra ou sera difficile à percer et souder. On clique sur le bouton « Appel de CvPcb »

Img15. Appel de CvPcb

Img16. Fenêtre de CvPcb

Après l'association des composants et empreinte, on lance l'éditeur de circuit imprimé en cliquant sur le bouton « Appel de Pcbnew ».

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Img17. Appel de Pcbnew

Dans la fenêtre qui apparait, on importe les empreintes en cliquant sur le bouton «Lire Net liste »

Img18. Lire Net liste

Dans la fenêtre suivante, on clique sur « Lire ». Les composants vont être placés dans le coin supérieur gauche juste au-dessus de la page. On fait un clic droit sur le composant et on choisit « Déplace Module » et on le place au milieu de la page. On répète l'étape précédente jusqu'à ce que tous les composants soient au milieu de la page. A l'aide des boutons outils, on commence par tracer les pistes.

Img19. Traçage piste

Lorsqu'on fini le tracé des pistes, on exporte le fichier au format « GERBER ».

On imprime le typon sur un papier calque, à l'aide d'une imprimante. Pour ce faire, on lance la

visualisation Gerbée et on charge le typon à imprimer.

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Img20. Typon à imprimer

I-3 PROGRAMMATION DE LA MAQUETTE

· Assignation des Entrées

# define Entrees PIN D

# define CaP1 (1<<PORT D0) # define CaP2 (1<<PORT D2) # define Bpm (1<<PORT D4) # define Bpa (1<<PORT C6)

· Assignation des Sorties

# define Sorties PORT C

# define LR (1<<PORT C1)

# define LJ (1<<PORT C0)

# define LO (1<<PORT B2)

# define M1 (1<<PORT C5) | (1<<PORT C4)

# define M2 (1<<PORT ) | (1<<PORT C3)

I-4 FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME DE TRANSPORT AÉRIEN PAR CÂBLE I-4-1 Cycle automatique

I-4-1-2 Condition initiale

Système au repos(LR), moteur éteint et cabines présentent en gares avec activation au repos du capteur 1.Une fois ces conditions sont remplies, on assiste au déroulement du cycle suivant après action sur le bouton poussoir(Bpm) :

· Tourner moteur en premier sens (LJ allumée) ensuite départ cabines

· Arrivée en gares des cabines, enclenchement du capteur 2 avec arrêt du moteur et suivi d'une temporisation

· Tourner moteur en second sens (LO allumée) ensuite départ cabines

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· Arrivée en gares des cabines, enclenchement de capteur 1 avec arrêt du moteur et suivi d'une temporisation, ensuite reprise de cycle

I-4-1-3 Arrêt manuel du système

Notre système est muni d'un bouton poussoir arrêt(Bpa) assimilé au RESET du système .Ce bouton poussoir nous permet de mettre notre système hors-service ou de l'arrêter sur le champ lors de son mouvement en cas d'éventuels incidents (Exemple: déraillement du câble tracteur ; Vents violents, pluies torrentiels etc ...).

I-4-1-4 Graphe de fonctionnement

> Actions à effectuer Actionneurs

·	Tourner moteur, Départ cabines (1e^r sens)		LJ	·
Tourner moteur, Départ cabines (2è^me sens)	LO		·
Arrêter moteur	LR

> Informations			Capteurs	·
Capteurs présence gare 1		Cap 1, Cap 2	·
Temporisation		T	·
Bouton poussoir marche		Bpm	·
Bouton poussoir arrêt		Bpa

Repos

Activation au repos capteur 1, Départ cycle

Tourne moteur (1er sens), Départ cabines

Activation capteur 2, Temporisation

Tourne moteur (2ème sens), Départ cabines

1

Arrêt cycle

0

2

Activation
capteur 1,
Temporisation

Arrêt cycle

0

I-4-1-4-1 Grafcet point de vue partie opérative

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I-4-1-3-2 Grafcet point de vue partie commande

Cap 1. T

0

Bpa

0

2

1

Bpa

Cap 2.T

Cap 1.Bpm

LO

LJ

LR

Nota : Il y'a désenclenchement des capteurs à chaque départ des cabines. Après chaque étape, il y'a extinction d'une Led et allumage d'une autre à l'étape suivante.

III- ÉTUDE MATÉRIELLE

II-1 CIRCUIT IMPRIME

Matériels à utiliser

La réalisation du circuit imprimé nécessite quelques appareils et solution chimique.

· Insoleuse

· Plaque pré sensibilisée

· Graveur Perceuse

· Révélateur : (Hydroxyde de sodium)

· Le perchlorure de fer

· Acétone

· Bac

· Poste à souder

· Matériel de protection :(gang, lunette, cache nez)

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Procédure

> L'insolation du circuit imprimé

Les étapes de l'insolation sont les suivantes :

· découper la plaque à la grandeur désirée ;

· placer le typon sur la vitre de l'Insoleuse, face non imprimée contre la vitre

· puis placer sur le typon la plaquette, face pré sensibilisée (celle ou il y avait l'autocollant) contre le typon ;

· fermer l'Insoleuse et brancher la ; dès que les tubes UV s'allument, lancer l e chronométrage ;

· puis débrancher une fois le temps requis écoulé.

Nota : le temps d'insolation varie suivant les plaques de 2 à 5 minutes. > Révélation (développement)

Cette étape consiste à éliminer les parties de la couche de plaque sensible qui ont été soumise aux UV. Cette opération s'effectue comme-suit :

· Porter la visière et les gants

· Mélanger 2.8g d'Hydroxyde de soude avec 400ml d'eau

· Placer le mélange dans un bac

· Remplir le deuxième bac d'eau

· Plonger le circuit imprimé dans le premier bac en remuant le bac; le tracé des pistes apparaît en quelques instants

· Dès le tracé complément apparu, retirer de suite le circuit et le rincer à l'eau en le plongeant dans le deuxième bac et en remuant

· Finir le rinçage sous le robinet

> Gravure

La gravure consiste à ronger le cuivre aux endroits non protégés par la résine photosensible. C'est l'opération la plus longue, plus de 30 minutes. Il suffit d'immerger la plaque pré sensibilisée dans la solution de perchlorure de fer, produit brun très salissant. Il faudra le chauffer légèrement, à 30-40 degrés, à l'aide d'une résistance chauffante et l'agiter à l'aide d'une pompe soufflant de l'air.

Nota: la quantité de perchlorure de fer est en fonction de la durée de gravure.

> Enlèvement du vernis

Pour cette étape, nous utilisons de l'acétone et un chiffon.

> Perçage et soudage

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Une fois le circuit terminé, il ne reste plus qu'a le percer. Les meilleurs résultats sont obtenus en utilisant une colonne de perçage et des forêts de 0.8mm en carbure de tungstène. Quelques trous doivent être faits en 0.9mm et 1mm.

Pour le soudage, un poste à souder électronique dont l'entrée est 230V-50Hz et la sortie est 24W-48W est nécessaire.

II-2 COMPOSANTS UTILISES ET COUT DE LA RÉALISATION

Qté	Désignation	Caractéristiques	Observations	Prix unitaire (FCFA)		Prix total (FCFA)	10
Diodes électroluminescentes	2V -10mA	Indicateur d'étapes	50	500		2
Microcontrôleur AVR ATméga 168	Is=40mA U=1.8-5.5V I=400mA	Aiguillage des informations	6500	13000		5
Condensateur	0,1uF	Élimination des parasites	300	1500		4
Transistors NPN	2N2222	-	800	3200		4
Diodes à jonction au silicium	1N4001;Pmax=0.25W	-	300	1200		1
Régulateur de tension	LM7805	Régularise l'alimentation	400	400		1
Moteur à courant continu	AIRPAX 15V IP 23-IK 02	Traction des cabines	15000	15000		1
Porte circuit	14 x 2	-	500	500		1
Alimentation	16V	Alimenter process	4000	4000		2
Barrette de connexion	6 Broches	-	500	1000		2
Diodes zener	Uz=5V	Stabilisation de la tension	500	1000

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10	Résistances	1 KÙ Pmax=0.25W	-	300			3000	5
Résistances	10 KÙ Pmax=0.25W	-	400	2000			1
Résistances	330Ù Pmax=0.25W	-	200	200			1
Résistances	470Ù Pmax=0.25W	-	200	200			12
Poulies à une gorge	1.2 cm de diamètre	Faciliter le coulissement des cabines	250	3000			2
Poulies à double gorge	1.2 cm de diamètre	Favoriser la traction des cabines	325	650			3
Poulies à une gorge	3.7 cm de diamètre	Entrainement des cabines	500	1500
TOTAL		51.850

La réalisation de ce projet regroupe certains composants ainsi que le résultat de l'estimation financière (tableau ci-dessus).

III- CONCLUSION

Au terme des investigations, nous pourrons dire que le chemin a été long. Mais, nous avons pu maîtriser le principe de fonctionnement des Téléphériques en général et le notre en particulier. Ce travail a confirmé nos atouts que parfois nous sous-estimons .La réalisation d'un API adaptable ainsi que les nombreux essais pour faire fonctionner le système à l'aide de notre API n'a pas été facile car nous avions été confronté à certaines difficultés qui ont fait que les objectifs fixés au début ne soient pas totalement atteints.

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CONCLUSION

GÉNÉRALE

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Pour être complète, toute formation technique doit être aussi pratique. C'est pourquoi dans la structure du LMD/SYSTÈMES INDUSTRIELS il est prévu la réalisation d'un projet de fin de formation.

En effet, ce projet de fin de formation en systèmes industriels nous a permis d'approfondir les connaissances théoriques, de cerner les difficultés liées à la pratique, de mener une analyse d'automatisme.

Il est souhaitable qu'une telle expérience soit maintenue dans la formation de l'étudiant, afin de lui permettre de mieux préparer ses études et sa vie professionnelle.

Enfin, nous ne prétendons nullement avoir réalisé un travail parfait exempté de toutes fautes et erreurs car aucune oeuvre humaine n'est perfectible. C'est pourquoi nous voudrions rester attentives aux critiques et suggestions pour l'amélioration de ce projet de fin d'études.

Surtout que notre travail fasse l'objet d'une sérieuse prise en compte et d'une judicieuse exploitation par les automaticiens.

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BIBLIOGRAPHIE

· Guide technique RM2 - Conception générale des téléphériques Version du 29 Janvier 2008 (STRMTG)

· Denis COGNIEL et LEHALLE, « Memotech: Equipement et Installation Électrique », Éditions Casteilla, Paris 1992

· Catalogue ATMEL Rev. 2545- AVR-09/07

> WEBOGRAPHIE

www.remontees-mecaniques.net

· L'aiguille du midi publication du 17/08/2011

· Transport guidé publication du 24/08/2011

· La Téléphérique publication du 17/04/2011

· Le téléphérique du pic de midi publication du 11/10 /2011

> AUTRES RESSOURCES

Mémoires

· Conception et Réalisation d'un microcalculateur adaptable du système L-Jetronic des véhicules modernes à essence. Projet de fin d'études du cycle d'Ingénieurs présenté et soutenu par : Jannot HOUNSOUNOU.

· Conception et réalisation d'un portique de lavage automatique de véhicule. Projet de fin d'études du premier cycle réalisé et soutenu par : Mon Idée Abdiel BISSADIDI.

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ANNEXE

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TABLE DES MATIÈRES	PAGES
DÉDICACES	5
REMERCIEMENTS	6
SIGLES ET ABRÉVIATIONS	7
LISTES DES FIGURES ET IMAGES
AVANT-PROPOS	8
CAHIER DE CHARGE	9
RESSOURCES	10
CONTRAINTES
INTRODUCTION GÉNÉRALE	11
CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉ SUR LES MOYENS DE TRANSPORTS	12
AÉRIENS PAR CÂBLES ET SUR LE TÉLÉPHÉRIQUE
I- GÉNÉRALITÉ SUR LES MOYENS DE TRANSPORTS AÉRIENS	13
PAR CÂBLES
I-1 TYPOLOGIES I-1-1 Appareils au sol	13
I-1-1-1 Le téléski
I-1-1-2 Le funiculaire
I-1-1-3 L'ascenseur incliné
I-1-2 Appareils téléportés
I-1-2-1 La tyrolienne
I-1-2-2 Le téléphérique
I-1-2-3 Le télécabine
I-1-2-4 Le funitel et DMC
I-1-2-5 Le télésiège I-2 INTÉRÊT DES MOYENS DE TRANSPORT PAR CÂBLES	15
II- GÉNÉRALITÉ SUR LES TÉLÉPHÉRIQUES	16
II-1 HISTORIQUE DU TÉLÉPHÉRIQUE	16
II-2 DISPOSITION GÉNÉRALE	17
II-3 AVANTAGES ET INCONVÉNIENTS	17
II-3-1 Avantages
II-3-2 Inconvénients	18
II-4 INSTALLATION DU PROJET II-4-1 Introduction	18
II-4-2 Intérêt économiques du fleuve CONGO	19
II-4-3 Approche de solution	19

CHAPITRE II : ÉTUDE DE RÉALISATION

I- PRÉLIMINAIRES ET GÉNIE-CIVIL

II- ÉTUDE DU MATÉRIEL

II-1 DESCRIPTION TECHNIQUE

II-1-1 Schéma synoptique

II-1-2 Étude de chaque partie des blocs

II-1-2-1 Partie commande Bloc A

II-1-2-2 Partie opérative Bloc A

II-1-2-3 Partie opérative Bloc B

II-1-2-4 Zone de circulation Bloc A et B

II-1-2-5 Tableau récapitulatif par Bloc

des éléments avec leurs fonctions

II-2 ÉTUDE DE LA PARTIE MÉCANIQUE

II-2-1 Motorisation principale

II-2-1-1 Système d'isolement thermique des

moteurs

II-2-1-2 Calcul de l'échauffement

II-2-3 Poulies (motrice et renvoies)

II-2-4 Câbles et cabines

II-3 ÉTUDE DE LA PARTIE ÉLECTRIQUE

II-4 ÉTUDE DE LA PARTIE ÉLECTRONIQUE

II-4-1 Variateur de vitesse

II-4-2 Automate programmable

II-4-2-1 Présentation

II-4-2-2 Structure

II-4-2-2-1 L'unité centrale de traitement

II-4-2-2-2 Zone ou espace mémoire

II-4-2-2-3 Modules ou cartes entrées /sorties

II-4-2-2-4 Modules des fonctions spécifiques

II-4-2-2-5 Bloc d'alimentation

II-4-2-2-6 Bus internes et externes

II-4-2-2-7 Fonctionnement d'un automate

Programmable

II-4-3 Les capteurs

II-4-3-1 Généralités sur les capteurs en automatismes

II-4-3-2 Les capteurs de position

II-4-3-3 Caractères principales des capteurs

II-4-3-4 Critères de choix d'un capteur de position

II-4-3 Les actionneurs

II-4-4-1 Définition

II-4-4-2 Les moteurs électriques

II-4 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT

II-5 LES MODES D'EXPLOITATIONS

21

22

22

22

26

33

34

42

42

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CHAPITRE III : ÉTUDE PRATIQUE	44 49 49 53 56 56
I- ÉTUDE LOGICIELLE I-1 AVR STUDIO 4 I-2 KICAD I-3 PROGRAMMATION DE LA MAQUETTE I-4- FONCTIONNEMENT DU SYSTÈME DE TRANSPORT AÉRIEN PAR CÂBLES
I-4-1-1 Cycle automatique
I-4-1-2 Condition initiale
I-4-1-3 Graphe de fonctionnement
I-4-1-3-1 Grafcet de fonctionnement vue partie opérative
I-4-1-3-2 Grafcet de fonctionnement vue partie
Commande
II- ÉTUDE DU MATÉRIELLE	58
II-1 CIRCUIT IMPRIME	58
Matériels utilisés
Procédure
II-2 COMPOSANTS UTILISES ET COUT ESTIMATIF DE LA	60
RÉALISATION
III- CONCLUSION	61
CONCLUSION GÉNÉRALE	62
Webgraphie	64
Bibliographie
Autres ressources
ANNEXE	65
Schéma de montage	66

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