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MODULE DES SCIENCES APPLIQUÉES

AMELIORATION DU SYSTEME DE BOULONNAGE DES GAUFRIERS

PROJET D’ÉTUDE EN INGÉNIERIE DANS LE CADRE DU PROGRAMME DE

BACCALAURÉAT EN GÉNIE ÉLÉCTROMÉCANIQUE

Présenté par : Hicham Akki

Superviseurs : M. Fouad SlaouiHasnaoui ing. Stag. , Ph.D. Professeur, UQAT

Représentant industriel : Mr Patrick Cormier (surintendant à l’entretien)

et Mr Philippe Rheault (contremaître électrique)

Août 2008

REMERCIEMENTS

Très touché par l‟accueil sympathique que j‟ai reçu au sein de l‟entreprise Industries Norbord,

Division Panneaux OSB, je tiens à remercier chaleureusement l‟ensemble du personnel qui a su

m‟encadrer, pour sa compétence, sa disponibilité et sa patience.

Je remercie tout particulièrement Mr Patrick Cormier « surintendant à l‟entretien » et Mr

Philippe Rheault « contremaître électricien » avec lequel j‟ai plus amplement travaillé et dont la

collaboration m‟a été des plus instructives.

Je m‟adresse aussi à mon professeur encadrant Monsieur Fouad SlaouiHasnaoui qui m‟a donné

l‟occasion de pouvoir réaliser ce projet, pour le remercier bien vivement.

Je tiens à adresser toute ma gratitude aux responsables de l‟université UQAT qui m‟ont aidé en

mettant à ma disposition les moyens et informations me permettant ainsi de mettre à profit ces

quelques mois de projet.

Finalement, je remercie toute personne qui a contribué de près ou de loin à l‟aboutissement de

ce projet.

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HICHAM AKKI Été 2008

PEI : projet d‟études en ingénierie

Prjetpfe

RÉSUMÉ

Le présent travail s‟inscrit dans le cadre d‟un projet de stage : « projet d‟études en ingénierie »,

portant sur l‟amélioration du système de boulonnage des gaufriers actionné par un moteur

électrique et équipé d‟une carte de contrôle gérée par un relais et un PLC.

La mission consiste à dresser un état des lieux de la situation actuelle de la machine « coupeuse

- déchiqueteuse », de proposer un nouvel automate programmable en remplacement la carte de

contrôle et le drive et de présenter une étude des coûts des facteurs tenant compte des avantages,

des gains éventuels et des contraintes dans les différentes phases de la réalisation du projet.

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Prjetpfe

ABSTRACT

This work lies within the scope of a training project course “studies‟ project in engineering”

relating to the improvement of the gaufriers‟ bolting system activated by an electric motor and

equipped with a control card managed by a relay and a PLC.

The mission consists in drawing up a picture of the current situation of the machine “cutting

machine - chopper”, to propose a new programmable automat to replace the control card and

the drive and to present a costs‟ study of the factors taking into account the advantages, the

possible profits and the constraints in the various phases of the project‟s realization.

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Prjetpfe

SOMMAIRE

CHAPITRE I .............................................................................................................................. 1

1.1 PRESENTATION DE L‟ENTREPRISE ................................................................................... 2

1.2 DESCRIPTION ET CARACTERISTIQUES DU PRODUIT DE LA MACHINE ET DU PROCEDE ....... 3

1.2.1 Description et caractéristiques du produit (OSB) .................................................... 3

1.2.2 Description et caractéristiques de la machine et description du procédé ................... 6

1.3 FONCTIONNEMENT DE LA COUPEUSE-DECHIQUETEUSE ................................................... 9

1.3.1 Commande de déplacement de la coupeuse-déchiqueteuse ....................................... 9

1.3.2 Câblage et commandes de changement des couteaux .............................................. 10

1.3.3 Vue d‟ensemble du système de commande .............................................................. 11

1.3.4 Méthode de changement des couteaux ..................................................................... 12

1.3.4.1 Mode automatique............................................................................................. 13

1.3.4.2 Mode semi-automatique .................................................................................... 13

1.3.4.3 mode manuel ..................................................................................................... 14

1.4 SYSTEME DE COMMANDE DES SEREUSES ITD ................................................................ 14

CHAPITRE II .......................................................................................................................... 14

2.1 INTRODUCTION ............................................................................................................. 15

2.2 PLC5/40 EXISTANT ...................................................................................................... 15

2.3 PLC 1791-16BC ........................................................................................................... 20

2.4 MOTEUR ELECTRIQUE ................................................................................................... 22

2.5 MODULES DE BROCHES ................................................................................................. 24

2.6 SERVO-AMPLIFICATEUR ................................................................................................ 27

2.7 INTERFACE OPERATEUR ET IBM-PC INDUSTRIALISE .................................................... 28

2.8 REVUE DE LA DOCUMENTATION .................................................................................... 32

2.9 OBJECTIFS, CONTRAINTES ET RESTRICTIONS ................................................................. 32

2.9.1 Objectifs ................................................................................................................... 32

2.9.2 Contraintes et restrictions ......................................................................................... 32

2.9.3 Formulation du mandat ........................................................................................... 32

CHAPITRE III.......................................................................................................................... 34

3.1 SOLUTION I ................................................................................................................... 35

3.2 SOLUTION II .................................................................................................................. 37

3.3 DESCRIPTION DES SOLUTIONS ....................................................................................... 39

3.3.1 Solution I (figure 3.1) .............................................................................................. 39

3.3.2 Solution II (figure 3.2) ............................................................................................. 39

3.4 MATRICE DE DECISION .................................................................................................. 40

3.4.1 Solution 1 ................................................................................................................. 42

3.4.2 Solution 2 ................................................................................................................. 43

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Prjetpfe

3.5 CHOIX DE LA SOLUTION ................................................................................................ 44

3.6 CHOIX DES COMPOSANTES DE LA SOLUTION FINALE ...................................................... 45

3.7 AUTOMATE PROGRAMMABLE ALLEN BRADLEY CONTROLLOGIX5000.......................... 48

3.8 INTERFACE OPERATEUR................................................................................................. 49

CHAPITRE IV .......................................................................................................................... 49

4.1 INTRODUCTION ............................................................................................................. 50

4.2 CONCLUSION ................................................................................................................. 52

4.3 BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................. 53

ANNEXES ................................................................................................................................. 54

ANNEXE I .............................................................................................................................. 55

1. Vitesse de déchiquetage ............................................................................................... 55

2. Temps d‟analyse du PLC ............................................................................................. 56

3. Module de positionnement linéaire QB ....................................................................... 56

4. Indexation de la tige de blocage ................................................................................... 56

ANNEXE II : LES DISPOSITIFS UTILISES AVEC LE SYSTEME DE CHANGEMENT DES COUTEAUX 57

1. Détecteur de proximité de porte de changement des couteaux .................................... 57

2. Solénoïde de verrou de porte de changement des couteaux (dégagement) .................. 57

3. Détecteur de proximité de pignon désengagé .............................................................. 57

4. Détecteurs de proximité de tige de blocage (engagée /désengagée) ............................ 57

5. Détecteur de proximité de cylindre d‟éjection de couteaux ......................................... 58

6. Détecteurs de proximité de trappe de séreuses (ouverte/fermée) ................................ 58

7. Détecteur de proximité de séreuses relevées ................................................................ 58

8. Solénoïde de tige de blocage (rentrée/sortie) ............................................................... 59

9. Solénoïde d‟éjecteur de couteaux supérieur................................................................. 59

10. Solénoïde d‟éjecteur de couteaux inférieur .............................................................. 59

11. Solénoïde des séreuses (abaissement/relèvement) ................................................... 59

12. Solénoïde de trappe des séreuses (ouverte/fermée) .................................................. 60

ANNEXE III : CARACTERISTIQUES GENERALES DU PROGRAMME D‟INTERFACE ..................... 61

ANNEXE IV : INTRODUCTION A L‟API................................................................................... 63

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Prjetpfe

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 2. 1: Tableau illustrant les caractéristiques du processeur PL5/40, 1785-ENET ............ 18

Tableau 2. 2 : Tableau résumant les spécifications générales sur le bloc 1791-16BC. ................. 22

Tableau 3. 1 : Critères d‟évaluation des solutions du projet .......................................................... 41

Tableau 3. 2 : Critères d‟évaluation de la solution 1 ..................................................................... 42

Tableau 3. 3 : Critères d‟évaluation de la solution avec vérin pneumatique ................................. 43

Tableau 3. 4 : Comparaison de différentes solutions relatives à la structure du poignet. ............. 44

Tableau 3. 5 : Tableau décrivant les caractéristiques du variateur de vitesse choisi ..................... 46

Tableau 3. 6 : Dimensionnement du variateur de vitesse .............................................................. 47

Tableau 4. 1 : Détails de l‟estimation des prix de la solution « matériel » .................................... 50

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Prjetpfe

LISTE DES FIGURES

Figure 1. 1 : Norbord Nexfor à La Sarre-------------------------------------------------------------------- 2

Figure 1. 2 : Panneau OSB ----------------------------------------------------------------------------------- 3

Figure 1. 3 : Photo prise d'une porte à l'université -------------------------------------------------------- 6

Figure 1. 4 : Partie du tambour de la machine coupeuse-déchiqueteuse ------------------------------- 7

Figure 1. 5: partie de la machine coupeuse-déchiqueteuse et son système de commande -------- 11

Figure 1. 6: système de commande de la coupeuse-déchiqueteuse ----------------------------------- 12

Figure 1. 8 : Couteaux du tambour ------------------------------------------------------------------------ 13

Figure 2. 1 : PLC5 model 1785-ENET ------------------------------------------------------------------- 16

Figure 2. 2 : Châssis 1771 du PLC 5 ---------------------------------------------------------------------- 16

Figure 2. 3 : Adaptateur d'entrée-sortie du PLC5 ------------------------------------------------------- 17

Figure 2. 4 : carte de communication avec DH+. ------------------------------------------------------- 19

Figure 2. 5 : PLC 1791-16BC ------------------------------------------------------------------------------ 20

Figure 2. 6 : Entrée-sortie Raccordant Rapports(Connexions) pour le 1791 16BC Série B ----- 21

Figure 2. 7 : Moteur électrique ----------------------------------------------------------------------------- 23

Figure 2. 8: L'emplacement des moteurs électriques --------------------------------------------------- 23

Figure 2. 9 : partie du moteur électrique où se trouve le transducteur. ------------------------------- 24

Figure 2. 10 : vue d'arrière des modules de broches ---------------------------------------------------- 25

Figure 2. 11 : vue de face des modules de broches ----------------------------------------------------- 25

Figure 2. 12 : Courbe représentant le couple en fonction de l'angle ---------------------------------- 27

Figure 2. 13 : vue de face des Servo-amplificateur et l'alimentation électrique Servo ------------ 28

Figure 2. 14 : IBM-PC Industrialisé ----------------------------------------------------------------------- 29

Figure 2. 15 : Schéma de la solution faite sur AUTO-CAD ------------------------------------------ 30

Figure 3. 1 : Schéma de la solution fait dans AUTO-CAD ------------------------------------------- 35

Figure 3. 2 : Schéma de la solution fait dans AUTO-CAD ------------------------------------------- 37

Figure 3. 3 : Schéma représentatif de l‟onduleur ------------------------------------------------------- 45

Figure 3. 4 : variateur de vitesse model 30FR4042 ----------------------------------------------------- 46

Figure 3. 5 : Dimensionnement du variateur de vitesse ------------------------------------------------ 47

Figure 3. 6 : Controllogix 5000 à 4 modules ------------------------------------------------------------ 48

Figure 3. 7 : PanelView Plus ------------------------------------------------------------------------------- 50

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Prjetpfe

LISTE DES SYMBOLES ET DES ABREVIATIONS

OSB : Oriented Strand Board

MDF : fibres de densité moyenne

CAE : Computer Assisted Engineering = IAO : Ingénierie Assistée par Ordinateur

PLC : Programmable Logic Controller = API : Automate Programmable Industriel

DMMF : Fonction Multi-Modes Dresser

I/O : Entrée / sortie

http://fr.wikipedia.org/wiki/Automate_Programmable_Industriel

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Prjetpfe

INTRODUCTION

Afin de produire les copeaux nécessaires au processus de production des panneaux OSB,

l‟entreprise Industries Norbord Inc. Division panneaux OSB utilise un tambour muni de 44

couteaux placés sur sa périphérie servant à couper les troncs précédemment écorcés. Les

couteaux doivent être changés plusieurs fois par jour (allant jusqu'à 6 fois par jour dans

certaines périodes de l‟année).

Pour ce faire, on utilise une boulonneuse – déchiqueteuse actionnée par un moteur électrique

qui agit sur trois boulons à la fois pour une période allant jusqu'à 30 minutes ; sur la chaîne de

boulonnage se trouvent un senseur de couple, un senseur de positionnement angulaire, tous

deux reliés à un drive (module) par l‟intermède d‟une carte de contrôle gérée par un relais et un

PLC.

Étant donné que la compagnie qui a mis en place cette installation n‟existe plus et qu‟il n‟y a

plus de pièces de rechange, la compagnie s‟est retrouvée devant un grand problème

d‟entretien. L‟objectif va être d‟éliminer la carte de contrôle et le drive pour pallier à une

éventuelle panne irrémédiable, puisqu‟il n‟existe plus de pièces de rechange.

Dans le présent rapport, on présente une description du fonctionnement de la machine coupeuse

déchiqueteuse et du système qui commande les changements des couteaux.

Par la suite, on exposera les solutions proposées, avec une plage de prix afin de mieux servir

l‟intérêt du client.

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Prjetpfe

CHAPITRE I

Définition de la problématique

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Prjetpfe

1.1 Présentation de l’entreprise

Nexfor Inc. est une compagnie de production nord-américaine de matériaux de construction, y

compris les panneaux à copeaux orientés (OSB), les panneaux de fibres de densité moyenne

(MDF), le contreplaqué de feuillus, le bois d‟œuvre, les poutrelles en I, les papiers spéciaux et la

pâte. Nexfor est aussi le plus grand producteur de panneaux dérivés du bois au Royaume-Uni, y

compris les panneaux OSB, MDF et de particules, et les produits à valeur ajoutée. Les actions de

la Société sont inscrites à la Bourse de Toronto sous le Symbole boursier NF.

Figure 1. 1 : Norbord Nexfor à La Sarre

Construite en 1980 par Normick Perron, une entreprise dirigée par la famille Perron de La Sarre,

cette usine fut la première au Québec à fabriquer des panneaux gaufrés à partir du peuplier faux-

tremble. Nexfor Inc. en a fait l'acquisition en 1989 et elle est aujourd'hui opérée par sa filiale

Industries Norbord Inc. En 1995, l'usine fait l'objet d'importants travaux de reconstruction au

coût de 73 millions de dollars afin d'en faire l'une des usines de panneaux des plus modernes et

efficaces à l'échelle mondiale.

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Réf. : http://www.norbord.com/fr/index.htm

http://www.norbord.com/fr/index.htm

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Prjetpfe

On y fabrique maintenant des panneaux à lamelles orientés (OSB) à partir du peuplier faux-

tremble et du bouleau.

Ces panneaux sont utilisés dans la construction domiciliaire (murs, poutrelles et toits) et pour

l'usage industriel (emballages, valises et meubles). Plus de 180 personnes y travaillent.

1.2 Description et caractéristiques du produit de la machine et du procédé

1.2.1 Description et caractéristiques du produit (OSB)

L‟OSB signifie Oriented Strand Board, ou panneau à lamelles minces orientées. Ce panneau de

particules est né à la fin des années 70 en Amérique du Nord. Il est aujourd'hui fabriqué partout

en Europe.

Il est composé de lamelles de résineux provenant de bois d'éclaircies ou de grumes minces (0,3 à

0,5 mm d'épaisseur), longues (jusqu'à 8 cm) et orientées. Les lamelles sont encollées et

constituent un matelas de trois couches croisées. Cette structure particulière explique les

excellentes performances mécaniques de ce panneau.

Figure 1. 2 : Panneau OSB

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Réf.: http://www.bois.com/mieux-connaitre/bois-materiau/fiche-produit-panneau-osb

http://www.bois.com/mieux-connaitre/bois-materiau/fiche-produit-panneau-osb

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Prjetpfe

- Un matériau pratique

Le panneau OSB présente de multiples avantages :

Il est durable, solide, plan et d'une qualité constante

Il offre une bonne isolation (thermique et phonique)

Il est disponible en grandes dimensions et différentes épaisseurs

Il permet de valoriser les bois d'éclaircie (arbres abattus afin de favoriser le développement

de leurs voisins)

Il est économique.

De plus, son usage est simple, pour les professionnels comme pour les bricoleurs : maniable et

léger, il se découpe, se perce et s'assemble facilement (ses bords peuvent être droits ou à rainures

et languettes).

- Un matériau esthétique

La grande taille des lamelles et leur texture très particulière font du panneau OSB un matériau

intéressant en matière de décoration. Laissé brut, il accroche la lumière par la complexité de sa

surface et conserve une apparence naturelle. Il peut en plus recevoir une grande variété de

finitions : peinture, vernis, lasure...

- Les utilisations de l'OSB

Les qualités de l'OSB permettent une grande variété d'utilisations, aussi bien en construction

qu'en agencement :

En construction

Murs en ossature bois : contreventement

Planchers

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Prjetpfe

Solives (âmes des poutres en I)

En agencement et décoration

Architecture intérieure (bibliothèque, placards...)

Mobilier (peut être utilisé dans les salles de bain)

âmes des meubles plaqués

Cloisons (alternative au Placoplatre ®)

Sous finition (idéal avant la pose de carrelage)

De la pose d'étagères à la construction d'une maison, quel que soit votre projet, l'OSB offre une

alternative économique et esthétique. Pensez à faire appel à ses multiples talents !

Formats et épaisseurs

Les panneaux OSB sont généralement disponibles dans les dimensions suivantes :

- Épaisseurs

6, 8, 10, 12, 15, 18 et 22 mm

- Formats

1,25 x 2,50 m

1,25 x 5,00 m

2,50 x 5,00 m

Exemple :

À l‟UQAT on trouve les portes des salles sont faites en bois OSB.

La figure 1.3 illustre une photo d‟une porte des portes de l‟université, construite en bois OSB.

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Prjetpfe

Figure 1. 3 : Photo prise d'une porte à l'université

1.2.2 Description et caractéristiques de la machine et description du procédé

La coupeuse-déchiqueteuse 28/81 de CAE consiste en un gros tambour rotatif muni de

couteaux aiguisés fixé à sa face interne. Le tambour de 81 po de diamètre intérieur compte 44

couteaux (tournant à 369 tr/min) est monté sur un chariot mobile qui avance et recule le long

de rails droits. La machine, d‟un poids total de 90 000 lb, avance à une vitesse réglée avec

précision et coupe des billes maintenues en place par des presses en sections de 27 ½ po de

long. La machine produit ainsi de longs et minces copeaux de bois qui servent à la

fabrication de produits composites à base de bois.

À la fin de sa course (environ 65 po), le chariot recule rapidement, les billes sont poussées

dans la chambre de coupe par le système d‟alimentation.

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Réf.: Documents fournis par Norbord Nexford.

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Prjetpfe

La figure 3 ci-dessous illustre une partie de tambour contenant les couteaux de la machine

coupeuse déchiqueteuse.

Figure 1. 4 : Partie du tambour de la machine coupeuse-déchiqueteuse

Chaque couteau est joint à support de tranchefils et à un contre-couteau et l‟ensemble est

verrouillé en place. Le support du tranchefils comporte un certain nombre de tranchefils

équidistants les uns des autres qui font saillie à l‟extérieur du support.

Pour produire les copeaux, le tambour doté de couteaux avance sur les billes. Les couteaux

coupent en épaisseur et les tranchefils, en longueur. La saillie des couteaux, combinée à la

vitesse d‟avancement du tambour, détermine l‟épaisseur des copeaux et l‟espacement des

tranchefils en établit la longueur. La largeur des copeaux est déterminée par la sélection de

l‟angle voulu de la face avant des contre-couteaux.

L‟ensemble disque consiste en deux anneaux plats en acier forgé entre lesquels 44 supports de

taquet sont fixés par boulons. Les taquets sont eux-mêmes boulonnés à chaque support. Les

ensembles de couteaux sont maintenus en place contre les taquets au moyen de brides qui sont

elles-mêmes assujetties par trois gros boulons à tête bihexagonale. Le serrage et le desserrage des

boulons de bride (ou de blocage) aux fins du remplacement des couteaux s‟effectue par des

séreuses intégrées. Les brides, en acier à haute limite d‟élasticité, sont meulées et plaquées

Couteaux du

tambour

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Prjetpfe

chrome et forment, lorsqu‟elles sont en place, la surface intérieure du tambour. On peut

remplacer les taquets et les brides lorsqu‟ils sont usés. Un pulvérisateur d‟eau servant à refroidir

l‟intérieur du tambour améliore le rendement des couteaux et prévient l‟accumulation de résine

sur les surfaces d‟usure. Le tambour est fixé par boulons à un lourd disque qui est boulonné à

l‟extrémité d‟un mandrin de grand diamètre. Ce dernier est fixé à deux roulements à rotule sur

rouleaux à grand rendement. Le roulement le plus proche du tambour est monté rigidement, alors

que l‟autre peut flotter axialement. Les deux roulements sont soutenus dans une grande structure

usinée qui est boulonnée à la face supérieure du cadre du chariot.

La chambre à billes est montée à l‟avant du cadre du chariot et pénètre dans le tambour. Sa face

interne inférieure supporte les billes pendant le déchiquetage. Un solide bâti à double paroi,

installé sur le cadre du chariot, enveloppe le tambour et soutient la moitié supérieure de la

chambre.

Le cadre du chariot consiste en une armature usinée très solide qui soutient le support du

mandrin, la chambre à billes, le bâti et le mécanisme d‟entraînement.

Le cadre est doté de quatre roues, dont deux ordinaires à l‟avant et deux en V à l‟arrière,

reposant sur un cadre-rail.

Un positionneur hydraulique, situé entre le cadre du chariot et le cadre-rail, établit la bonne

vitesse d‟avancement pour le déchiquetage et une vitesse de recul rapide. La vitesse de rotation

et la position du cylindre sont commandées avec précision par un automate programmable (PLC)

au moyen d‟un codeur de position d‟arbre de façon que la vitesse d‟avancement concorde avec la

vitesse de rotation du disque.

Le blocage des couteaux s‟effectue par l‟avant de la machine aux emplacements des couteaux.

Deux rangées de séreuses permettent de s‟occuper de deux emplacements de couteaux en même

temps. Un rotateur, un dispositif de blocage du tambour ainsi qu‟un dispositif de poussée des

couteaux servent au changement des couteaux dont les étapes sont commandées depuis un

pupitre qui se trouve dans la zone de changement des couteaux.

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Prjetpfe

Pour changer le tambour, il faut faire glisser le support de mandrin hors du bâti le long du chariot.

Lorsque le tambour est complètement sorti du bâti, il peut être soulevé entre le bâti et le disque

de soutien. Un cadre de rallonge est fixé à l‟arrière du cadre-rail pour faciliter cette opération, et

un système de levage sert à déplacer le support de mandrin.

Le système de presse de CAE immobilise les billes et la coupeuse-déchiqueteuse transforme les

billes en copeaux. Ce cycle se répète entre 150 et 200 fois par heure.

Le déplacement du chariot de la coupeuse-déchiqueteuse est commandé par un système de

commande du mouvement à PLC (automate programmable). Le système PLC surveille tous les

dispositifs de la machine et commande la séquence des activités.

La coupeuse-déchiqueteuse comprend aussi un système automatisé de changement des couteaux.

Un jeu de tourillons à Servo-moteur (appelé «séreuses») est programmé pour desserrer et serrer

les brides de couteaux pour accélérer le changement des couteaux. Le PLC commande le

positionnement du tambour et la séquence d‟opération pendant qu‟un système automatiser de

séreuses ITD commande les séreuses électriques des boulons de blocage.

1.3 Fonctionnement de la coupeuse-déchiqueteuse

1.3.1 Commande de déplacement de la coupeuse-déchiqueteuse

La coupeuse déchiqueteuse est dotée d‟un PLC 5/40 Allen-Bradley qui commande les

déplacements et la séquence de déchiquetage.

La boucle de commande de déplacement de la coupeuse-déchiqueteuse comprend le PLC 5/40,

un module de positionnement linéaire QB, une sonde Temposonic (avec module numérique

adapté (DPM)), un codeur incrémentiel et compteur à très haute vitesse (CTHV).

Les différents éléments qui régissent les mouvements de déchiquetage de la coupeuse-

déchiqueteuse

- Vitesse de déchiquetage;

- Module de positionnement linéaire QB;

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Prjetpfe

- Détection de vitesse de rotation du tambour;

- Indexation de la tige de blocage.

NB : Voir ANNEXE I pour plus d‟information sur ces points décrits ci-haut.

1.3.2 Câblage et commandes de changement des couteaux

Afin de faciliter le changement sûr et efficace des 44 couteaux de la coupeuse-déchiqueteuse, un

système automatisé de changement des couteaux est intégré à la machine. Le système de

commande à PLC assure l‟interface avec le système automatisé de commande des séreuses ITD

et un certain nombre de soupapes, actionneurs et capteurs qui fonctionnent dans un ordre

particulier.

Les dispositifs utilisés avec le système de changement des couteaux :

- Détecteur de proximité de porte de changement des couteaux

- Solénoïde de verrou de porte de changement des couteaux (dégagement)

- Détecteur de proximité de pignon désengagé

- Détecteurs de proximité de tige de blocage (engagée /désengagée)

- Détecteur de proximité de cylindre d‟éjection de couteaux

- Détecteurs de proximité de trappe de séreuses (ouverte/fermée)

- Détecteur de proximité de séreuses relevées

- Solénoïde de recirculation / de maintenance du tambour

- Solénoïde d‟engagement / de désengagement du pignon

- Solénoïde de tige de blocage (rentrée/sortie)

- Solénoïde de vitesse accélérée du rotateur du tambour

- Solénoïde de vitesse lente du rotateur du tambour

- Solénoïde d‟éjecteur de couteaux supérieur

- Solénoïde d‟éjecteur de couteaux inférieur

- Solénoïde des séreuses (abaissement/relèvement)

- Solénoïde de trappe des séreuses (ouverte/fermée)

NB : Voir ANNEXE II pour plus d‟information sur ces points décrite ci-haut.

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Prjetpfe

1.3.3 Vue d’ensemble du système de commande

Le système de commande (de la coupeuse-déchiqueteuse et de l‟alimentation en vrac) comprend

ce qui suit (liste non exhaustive) :

La figure 1.5 ci-dessous illustre une partie de la machine coupeuse-déchiqueteuse avec son

système de commande.

Figure 1. 5: partie de la machine coupeuse-déchiqueteuse et son système de commande

- (112) entrées discrètes

- (86) sorties discrètes

- (1) PLC 5/40 Allen Bradley

Moteurs

électriques

Tambour de la

coupeuse-

déchiqueteuse

Boitier du

Système de

commande

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Prjetpfe

- (1) Module de positionnement linéaire QB

- (2) Compteur à très haute vitesse (CTHV)

- (1) Sonde Temposonic

- (3) Codeur incrémentiel

- (1) Soupape hydraulique proportionnelle à boucle fermée.

La figure 1.6 illustre le système de commande la machine coupeuse-déchiqueteuse.

Figure 1. 6: système de commande de la coupeuse-déchiqueteuse

1.3.4 Méthode de changement des couteaux

3 cartes des

modules de

broches qui

commandent les

couteaux

inférieurs.

3 cartes Servo-

amplificateur

qui

commandent

les couteaux

supérieurs.

3 cartes des

modules de

broches qui

commandent

les couteaux

supérieurs.

3 cartes Servo-

amplificateur

qui

commandent

les couteaux

inférieurs.

Carte

d’alimentation

électrique Servo.

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Prjetpfe

Le changement des couteaux peut être effectué à l‟un des modes suivants : automatique, semi

automatique ou manuel. En outre, on peut effectuer le changement de brides de couteaux en

mode Maintenance.

La figure 1.8 illustre les couteaux installés sur le tambour de la machine coupeuse-déchiqueteuse.

Figure 1. 7 : Couteaux du tambour

1.3.4.1 Mode automatique

Pour le changement des couteaux en mode Auto, l‟opérateur ne doit fondamentalement

qu‟appuyer sur le bouton Start/Continue, retirer et remplacer l‟ensemble de couteaux pour

réaliser automatiquement la séquence de changement de couteaux.

1.3.4.2 Mode semi-automatique

Le mode semi-automatique de changement des couteaux est habituellement activé pour changer

quelques ensembles de couteaux sélectionnés du tambour.

Par conséquent, l‟opérateur fait tourner manuellement le tambour jusqu‟aux ensembles de

couteaux voulus, passe au mode Auto et exécute le changement de couteaux à cette position du

tambour seulement.

___________________________________________________________________________________________

14



Prjetpfe

1.3.4.3 mode manuel

La méthode de changement des couteaux en mode manuel permet de changer des ensembles de

couteaux sans les séreuses. Par conséquent, l‟opérateur fait tourner manuellement le tambour

jusqu‟aux ensembles de couteaux voulus, passe au mode AUTO pour positionner le tambour et

se sert des clés à percussion et dynamométrique pour remplacer les ensembles de couteaux.

1.4 Système de commande des séreuses ITD

Le système automatisé des séreuses ITD commande et surveille les six tourillons électriques

assistés pendant un cycle de serrage ou de desserrage de brides. Le système régit la direction de

rotation des tourillons et surveille le couple et l‟angle des boulons des brides de couteaux.

Le système de commande de séreuses DL1 ITD est un module autonome piloté par son propre

programme logiciel. Le système est programmé à l‟aide du logiciel DL3 Quality Monitoring and

Control System d‟ITD et de la carte de communication IBMIO-2 et E-S installée dans un

ordinateur.

Le logiciel DL3 sert à programmer le système des séreuses, à obtenir des données statistiques au

besoin et à faciliter le dépannage. Lorsque le système a été programmé, on peut débrancher

l‟ordinateur personnel du système DL1. On peut obtenir des renseignements sur chacune des

séreuses à partir des DEL d‟état des cartes de module de tourillons et de contrôleur assisté et de

l‟afficheur alphanumérique à défilement du module de tourillons. Ces deux dispositifs se

trouvent dans l‟armoire de commande ITD.

La programmation et l‟affichage des renseignements du DL1 sont abordés dans le manuel de

l‟utilisateur ITD Automation DL3 Quality Monitoring and Control System.

Le PLC assure l‟interface avec le système de séreuses ITD par l‟intermédiaire d‟une E-E en bloc

à distance Allen-Bradley. Le PLC commande le démarrage et l‟arrêt des cycles des séreuses et

relève l‟état (réussite ou échec) d‟exécution du cycle.

___________________________________________________________________________________________

15



Prjetpfe

Maintenant que l‟on a présenté les différents mécanismes en jeu, on peut passer à l‟étude détaillée

des composants du système.

________________________________

3 Réf.: Documents fournis par Norbord Nexford.

___________________________________________________________________________________________

14



Prjetpfe

CHAPITRE II

Description du système actuel

___________________________________________________________________________________________

15



Prjetpfe 2.1 Introduction

Lors de ce second chapitre, on va présenter une description de chaque composante du système

actuel, en décrivant le rôle de chacun, afin de faciliter au lecteur la compréhension du système.

Finalement on va exposer une formulation du mandat avant d‟introduire le prochain chapitre.

Les composantes du système actuel :

1- PLC5/40

2- PLC 1791-16BC

3- Moteur électrique

4- Modules de broches

5- Servo-amplificateur

6- Interface de commande

2.2 PLC5/40 existant

La station de travail PLC5 se compose d‟un processeur PLC5, de modules d‟entrées-sorties

numériques et analogiques.

La figure 2.1 ci-dessous illustre une photo du PLC 5/40 le même qui existe a l‟usine.

________________________________

http://www.rockwellautomation.com/


___________________________________________________________________________________________

16



Prjetpfe

Figure 2. 1 : PLC5 model 1785-ENET

- Entrée-sortie Châssis

Le PLC-5 /40 est un système modulaire qui exige que des 1771 châssis d'entrée-sortie

contiennent les modules divers. Les châssis sont disponibles dans les tailles de 1, 2, 4, 8, 12 et 16

fentes de module.

La carte mère fournit un chemin de communication entre les modules d'entrée-sortie et module

de processeur ou le module d'adaptateur d'entrée-sortie.

La figure 2.2 ci-dessous illustre le châssis 1771 qui contient les racks pour placer les cartes du

PLC 5/40.

Figure 2. 2 : Châssis 1771 du PLC 5

___________________________________________________________________________________________

17



Prjetpfe Le châssis 1771 fournit une gamme complète d'entrée-sortie numérique et analogique pour une

large variété de demandes (d'applications) dans une assemblée modulaire - incluant des modules

d'entrée-sortie intelligents.

- Modules d'Adaptateur d'entrée-sortie

Le module d‟adaptateur d‟entrée-sortie est contrôlée par un processeur, lié avec un port de

scanner pour la communication, placé dans la fente extrême gauche du châssis.

La figure 2.3 ci-dessous illustre un adaptateur d‟entrée-sortie du PLC5/40.

Figure 2. 3 : Adaptateur d'entrée-sortie du PLC5

- Les Modules d’entrée-sortie numérique

Les Modules I/O numérique font des circuits d‟entrée et sorties numérique de l‟interface à

"Marche/Arrêt" des capteurs comme des commutateurs de limite et les boutons-poussoirs (la

touche).

Les productions sont directement contrôlées par les bits correspondants dans la table de données

PLC, tandis que les apports (saisies) contrôlent directement les bits correspondants dans la table

de données PLC.

___________________________________________________________________________________________

18



Prjetpfe

- Les modules d’entrée-sortie analogique

Les Modules d'entrée-sortie analogique exécute A/D exigé et les conversions D/A à directement

des signaux d'analogue d'interface à l'utilisation de valeurs de table de données PLC jusqu'à la

résolution 16 bits. L'entrée-sortie analogue peut être configurée d'utilisateur pour l'état de

réponse de faute désirable au cas où la communication d'entrée-sortie est perturbée. Cette

caractéristique fournit une réaction/réponse sûre en cas d'une faute, limite la mesure de fautes et

fournit une réponse de faute prévisible.

- 1771 entrée-sortie d'Analogue de N-série Modules

1771 entrée-sortie d'Analogue de N-série des Modules fournit l'isolement entre des chaînes

(canaux). Leurs points de connexion d'entrée-sortie sont sur des Panneaux de Terminaison à

distance (RTPs) qui réduit l'installation coûteuse et permet le remplacement sans boucle actuelle

inquiétante.

Tableau 2. 1: Tableau illustrant les caractéristiques du processeur PL5/40, 1785-ENET

Mémoire

d'Utilisateur,

max

I/O totale

, max.

Puissance

Dissiper,

Max

I/O

analogique

, max

Temps de Feuilletage

d'entrée-sortie par

Support

48K

2048 entrées + 2048 sorties

11.5 W

2048

•10 ms a 57.6 kbit/s



Il existe 2 catégories de réseaux permettant aux automates PLC-5 de s'échanger de l'information:

La communication maître / esclave (RIO...)

La communication égale à égal (DH+, ControlNet, Ethernet......)

La figure 2.4 suivante illustre la carte de communication du PLC5/40.

___________________________________________________________________________________________

19



Prjetpfe

Figure 2. 4 : carte de communication avec DH+.

- Réseau maître / esclave

Sur un réseau "maître/esclave", seul le maître peut initier une communication, les esclaves se

contentant de répondre au message reçu.

- Réseau égal à égal

Sur un réseau "égal à égal", toutes les stations peuvent initier une communication.

- Réseau DH+ Datahighway plus

Le réseau (DH) est un réseau local d'entreprise conçu à soutenez la programmation lointaine et

l'acquisition de données pour l'étage d'usine applications. On utilise aussi des modules de

communication DH pour exécuter à petit réseau de pair-à-pair, transfert de données à d'autres

contrôleurs PLC-5 ou les ordinateurs à haut niveau et comme un lien pour programmer PLC-5

multiple.

Un contrôleur PLC-5 peut communiquer sur un réseau DH avec d'autres contrôleurs et avec un

poste de travail.

Ex : à L‟usine où on a la communication entre l‟ordinateur et le PLC5, elle passe à travers le

réseau DH, où on trouve le logiciel RSLogix5000 installé sur l‟ordinateur, qui contient le

programme Ladder, qui contrôle le PLC5.

___________________________________________________________________________________________

20



Prjetpfe 2.3 PLC 1791-16BC

Les saisies du module 1791_16BC/B 24V DC 16 input, sont conçues pour fonctionner avec des

commutateurs de limite en courant continue DC, des commutateurs de sélecteur, des

commutateurs de flot et des commutateurs de bouton-poussoir (touche). Les productions de ce

module sont conçues pour fonctionner avec des relais en DC, des solénoïdes, des moteurs et des

démarreurs du moteur.

La figure 2.5 illustre les fonctions majeures de l'entrée-sortie de bloc 1791-16BC.

Figure 2. 5 : PLC 1791-16BC

Le panneau de devant a 16 indicateurs de statut de production, 16 indicateurs de statut de saisie,

un indicateur (clignotant) de communication et un indicateur de statut. Les indicateurs de statut

de saisie sont illuminés quand leur circuit de saisie de transmission fait appliquer la tension. Le

processeur commande les indicateurs de production. On fournit les indicateurs pour l'indication

de côté de logique de saisies individuelles et des productions. L'indicateur de statut est branché

quand la communication est établie.

________________________________

Réf.: http://www.rockwellautomation.com/

Bandes terminales

amovibles gauches et droites

pour saisie, production,

entrée-sortie à distance et

connexions de puissance

Indicateurs

Les assemblées de

commutateur sont localisées

derrière la couverture.


___________________________________________________________________________________________

21



Prjetpfe

Le bloc 1791-16BC à une combinaison d‟entrée et de sortie avec le PLC5/40, pour fournir aux

Servo-amplificateur les signaux de référence de vitesse et de couple du moteur.

La Figure 2.6 illustre les connexions des entrées et sorties du bloc 1791 16BC :

Figure 2. 6 : Entrée-sortie Raccordant Rapports(Connexions) pour le 1791 16BC Série B

___________________________________________________________________________________________

22



Prjetpfe Note : - Les connexions RET 1 et RET 2 sont intérieurement connecté.

- Les connexions Vdc 3 et Vdc 4 doivent être extérieurement connectés pour accommoder l'intensité

du courant.

Tableau 2. 2 : Tableau résumant les spécifications générales sur le bloc 1791-16BC.

Puissance Externe

Tension

Courant

19.2 – 30 V DC

300 mA

Dimensions Inches

Milimetres

6.95H x 4.35 W x 3.85 D

176.5H x 110.5W x 98D

Isolement : Alimentation électrique au RIO.

Groupe-à-groupe d'entrée-sortie.

Groupe-à-logique d'entrée-sortie.

500V AC

500V AC

500V AC

Dissipation de puissance Maximum 17.8 W

Dissipation thermique Maximum 60.6 BTU/hr

Conditions environnementales :

Température opérationnelle.

Température de stockage.

Humidité relative.

0 a 60°C (32 a 140°F)

- 40 a 85°C (-40 a 185°F)

5 a 95%

2.4 Moteur électrique

Le moteur électrique utilisé pour visser et dévisser les boulonnes qui retient les couteaux, est un

moteur de type Magnolay qui Reçoit une alimentation de 300V en DC venant du Servo-

amplificateur et qui contient un dispositif de résolution qui reçoit/envoie des signaux d‟angle au

Servo-amplificateur, contient aussi un transducteur (capteur) de couple qui communique avec les

modules de broches afin d‟envoyer et recevoir les signaux de couple pour dévisser / visser les

boulonneuses ce qui nous résulte un changement de couteaux.

La figure 2.7 ci-dessous illustre le moteur électrique de la machine coupeuse-déchiqueteuse.

___________________________________________________________________________________________

23



Prjetpfe

Figure 2. 7 : Moteur électrique

La figure 2.8 ci-dessous illustre l‟emplacement des six moteurs électriques de la machine

coupeuse-déchiqueteuse.

Figure 2. 8: L'emplacement des moteurs électriques

Caractéristiques du moteur électrique :

Transducteur

Dispositif de

résolution

Alimentation électrique

du moteur

Visseuse/Deviseuse

3 moteurs

électriques

pour les

couteaux

supérieurs

3 moteurs

électriques

pour les

couteaux

inférieurs

___________________________________________________________________________________________

24



Prjetpfe - Model 80366

- 300 V DC

- 5.4 Hz

- Dispositif de résolution

Ce dispositif reçoit les commandes pour le moteur électrique et reçoit /envoie les signaux d‟angle

de rotation.

- Transducteur

Capteur actif qui peut générer soit un courant, soit une tension, soit une charge électrique. Il

émit des signaux analogiques de couple aux modules de broches que le moteur électrique a

atteint, afin que les modules de broches traitent les signaux.

La figure 2.9 ci-dessous illustre l‟endroit où le transducteur est installé sur le moteur électrique.

Figure 2. 9 : partie du moteur électrique où se trouve le transducteur.

Caractéristiques du Transducteur

Model: 202928

Capacité : 6000 N.m

Out Put: 2000 mV

2.5 Modules de broches

Sont des modules à microprocesseur 16 bits pour utilisation industrielle, conçus pour des

configurations mono ou multibroches.

Transducteur

___________________________________________________________________________________________

25



Prjetpfe La figure 2.10 ci-dessous illustre une vue d‟arrière des 6 cartes de modules de broches.

Figure 2. 10 : vue d'arrière des modules de broches

Permettent de traiter :

- les signaux analogiques (transducteur), d‟angle (de rotation)

- les signaux numériques (par ex. signal numérique Cycle-On)

La figure 2.11 ci-dessous illustre une vue de face des 6 cartes de modules de broches.

Figure 2. 11 : vue de face des modules de broches

Les caractéristiques et fonctions principales des Modules de Broches DL3 sont les suivantes :

Modules de

broches

Modules de

broches

___________________________________________________________________________________________

26



Prjetpfe Réception des données du transducteur et conditionnement des signaux.

Réception des données d‟angle provenant des codeurs d‟angle des visseuses

pneumatiques et/ou des Servo-amplificateurs des visseuses à moteur électrique

sans balais.

Réception et traitement des entrées numériques et transmission des sorties

numériques.

Assurance du contrôle de qualité et de la commande de chaque broche en fonction

des algorithmes sélectionnés par l‟utilisateur.

Réception des paramètres d‟exploitation chargés à partir de l‟IBM-PC DL3 ou de

l‟ordinateur central.

Transmission sur interrogation des données de cycle résultantes vers l‟IBM-PC

DL3 ou l‟ordinateur central.

Deux ports série grande vitesse pour le transfert des données et les diagnostics.

Réglage automatique du gain et du décalage.

Commande d‟un relais pour utilisation des outils pneumatiques.

Affichage alphanumérique à 4 positions et 9 indicateurs LED.

Conversion A/N à 10 bits.

Saisie de données programmable pour la production de courbes Couple-Angle-

Temps.

Le Module de Broches DL3 communique avec le PLC par E/S virtuelles.

La figure 2.12 ci-dessous illustre une courbe de couple en fonction de l‟angle.

______________________________


___________________________________________________________________________________________

27



Prjetpfe

Figure 2. 12 : Courbe représentant le couple en fonction de l'angle

Le Module de Broches peut recevoir jusqu'à 32 entrées (commandes) en provenance du PLC et

fournit jusqu'à 64 sorties (résultantes) au PLC.

2.6 Servo-amplificateur

Les Servo-amplificateurs sont conçus pour générer le mouvement précis du moteur électrique

selon les commandes provenant du PLC.

Ces Servo-amplificateurs sont capables d‟atteindre des positions prédéterminées (position

d‟angle), puis de les maintenir.

La figure 2.13 ci-dessous illustre les Servo-amplificateur avec leur alimentation électrique.

___________________________________________________________________________________________

28



Prjetpfe

Figure 2. 13 : vue de face des Servo-amplificateur et l'alimentation électrique Servo

Pour un ajustement précis de la position de l‟angle, le moteur électrique est équipé d‟un

dispositif de résolution qui détermine la position courante du moteur.

La position du moteur est saisie numériquement et comparée via un ordinateur approprié à une

valeur prescrite.

2.7 Interface opérateur et IBM-PC Industrialisé

- Interface opérateur

Cette interface opérateur est constituée d‟un ordinateur qui contient le logiciel RSLogix5000, ou

on trouve les programmes Ladder installé.

- Logiciel RSLogix 5000 :

Ce logiciel comporte des éditeurs de langages de programmation en logique à relais, blocs

fonctionnels, texte structuré et grafcet. Chaque éditeur de langage est totalement intégré au

logiciel. Un projet automate peut comporter plusieurs routines écrites dans différents types de

langage.

Servo-

amplificateur

Alimentation

électrique Servo

___________________________________________________________________________________________

29



Prjetpfe Lorsqu‟on charge une application dans un automate, le logiciel RSLogix 5000 Enterprise Series

détermine si le firmware de l'automate est compatible. S'il ne l'est pas, le logiciel vous aide à

localiser le firmware qui convient et procède à la mise à jour de l'automate pendant le

chargement de l'application.

Le logiciel peut transférer la totalité des quatre langages de programmation ainsi que le nom des

variables directement à partir de l'automate, ce qui simplifie les opérations de maintenance dans

la mesure où vous pouvez récupérer la source d'origine directement à partir de l'automate. Avec

le texte structuré, vous pouvez également récupérer les descriptions (commentaires) embarquées

à partir de l'automate.

- IBM-PC Industrialisé

Il est conçu de manière à configurer le système en vue de l‟application particulière prévue et

de saisir et traiter les données de cycle résultantes provenant du modules de broches DL3.

Figure 2. 14 : IBM-PC Industrialisé

Les éléments et les principales fonctions de l‟IBM-PC Industrialisé DL3 :

Interrogation des Modules de Broches DL3 pour saisir les données de cycle résultantes.

Saisie et traitement des données.

Traitement de tous les signaux E/S réels des stations.

Transfert des données vers et en provenance des Modules de Broches.

Communication série avec les terminaux, imprimantes et ordinateurs centraux.

___________________________________________________________________________________________

30



Prjetpfe Interfaces système-opérateurs.

Fourniture des signaux de référence de vitesse et de couple au Système Servo-

amplificateur d‟ITD Automation.

La figure 2.15 représente un schéma faite sur AUTO-CAD du système actuel.

La figure est sur la page 32.

Figure 2. 15 : Schéma du système actuel fait sur AUTO-CAD

______________________________


___________________________________________________________________________________________

31



Prjetpfe

___________________________________________________________________________________________

32



Prjetpfe Le bloc d‟alimentation électrique Servo est alimenté de 220 V / 3 Phases, qui alimente les Servo-

amplificateur avec 300 VVC, ce dernier alimente un moteur électrique de serrage et desserrage

des boulonnes qui en résulte un changement de couteaux.

Ce moteur électrique de serrage et desserrage reçoit des consignes d‟angle venant du Servo-

amplificateur à travers son dispositif de résolution et à travers son transducteur il émit un signal

de couple aux modules de broches.

Le PLC5 et l‟IBM-PC Industrialisé DL3 sont alimenté à 120 VCA / 1 Phase, communiquent

entre eux pour transférer/recevoir les données vers les Modules de Broches et fournies des

signaux de référence de vitesse et de couple au Servo-amplificateur d‟ITD Automation.

Les modules de broches traitent les données d‟angle provenant des Servo-amplificateurs et ceux

provenant du transducteur installé sur le moteur électrique.

2.8 Revue de la documentation

- Manuel d‟installation, d‟exploitation et de maintenance

- Manuel pour système FAC

- Manuel CAE MACHINERY LTD.

2.9 Objectifs, contraintes et restrictions

2.9.1 Objectifs

Notre objectif va être d‟éliminer les modules de broches et les Servo-amplificateurs et placer à la

place un système plus ergonomique et facile d‟entretien, tel qu‟un automate programmable.

2.9.2 Contraintes et restrictions

L‟arrêt de production pour opérer les changements ne doit pas dépasser 12 heures.

2.9.3 Formulation du mandat

Nous nous confrontons à des contraintes techniques et à des restrictions imposées par la Société

Norbord, à savoir:

- l‟arrêt de production pour opérer les changements ne doit pas dépasser 12 heures,

___________________________________________________________________________________________

33



Prjetpfe - l‟entreprise utilise un système DL1 qui permet de visser et dévisser la boulonneuse actionnée

par un moteur électrique, cependant ce système est souvent défectueux, ce qui mène à l‟arrêt de

la production,

- élaboration et adaptation des éléments existants (schémas, films, CD, dessins, description

verbale, photo, site internet, brevet d‟invention, etc...),

- de mises au point des types de connaissances requises en la matière (mécaniques, électriques,

informatiques, programmation des automates, conception mécanique et conception des circuits

électriques si nécessaires etc…).

- des questions de confidentialité.

Notre objectif final est de proposer la solution optimale qui permettra de corriger les erreurs du

système actuel, et fera face aux arrêts très coûteux de production.

Le mandat se résume en

- La réalisation du projet suite à une étude de la situation,

- Éliminer les modules de broches et le servo-amplificateur,

- Présenter une étude des coûts.

Apres avoir fait une description détaillée de chaque composante du système actuel et une

formulation de mandat, on présentera dans le prochain chapitre les solutions proposées suite a

une description détaillée.

___________________________________________________________________________________________

34



Prjetpfe

CHAPITRE III

Description des solutions

___________________________________________________________________________________________

35



Prjetpfe

3.1 Solution I

Dans ce chapitre on présente les solutions proposées pour cette problématique avec une

description de chacune des solutions, afin de faire un choix de la meilleure solution. On va

commencer par la solution 1. Dans cette solution on élimine la carte de contrôle (les modules de

broches) et le drive (Servo-amplificateur) et on ajoute :

- Des racks dans le PLC5 existant, pour installer des cartes d‟entrée et de sortie

- Un variateur de vitesse programmable.

La figure 3.1 représente un schéma faite sur AUTO-CAD de la solution I.


Figure 3. 1 : Schéma de la solution I fait dans AUTO-CAD

___________________________________________________________________________________________

36



Prjetpfe

___________________________________________________________________________________________

37



Prjetpfe 3.2 Solution II

Dans cette solution on élimine la carte de contrôle (les modules de broches) et le drive (Servo-

amplificateur) et on place :

- Un automate programmable.

- Un variateur de vitesse programmable.

- Une interface opérateur.

La figure 3.2 représente un schéma faite sur AUTO-CAD de la solution II.


Figure 3. 2 : Schéma de la solution II fait dans AUTO-CAD

___________________________________________________________________________________________

38



Prjetpfe

___________________________________________________________________________________________

39



Prjetpfe 3.3 Description des solutions

3.3.1 Solution I (figure 3.1)

Nous nous sommes concentrés, pour cette première solution de base, sur l‟ajout des deux racks

dans le châssis du PLC5 existant, qui reçoit une alimentation en entrée de 200V / 3 Phases en AC, et

300 V en DC à la sortie, pour alimenter le moteur de serrage et desserrage automatique.

On utilise les cartes d‟entrée et de sorties du PLC5 existant, pour nous permettre de

communiquer avec le variateur de vitesse et qui vont jouer le rôle des Servo-amplificateurs et des

modules de broches pour la vitesse et la précision et les deux racks qu‟on a ajouté vont nous

servir, une à recevoir les signaux de couple provenant du transducteur et la deuxième pour

recevoir les signaux de l‟angle provenant du dispositif de résolution.

3.3.2 Solution II (figure 3.2)

Dans cette solution on a ajouté un automate programmable qui va communiquer avec l‟automate

programmable Allen Bradley existant (PLC5) et l‟interface opérateur à travers un Switch

Ethernet existant ou un autre nouveau, cela dépendra du nombre des ports libres de

communication.

Le PLC5 existant envoie des consignes au nouvel automate, qui reçoit les consignes par

l‟intermédiaire du Switch Ethernet à l‟aide d‟un câble réseau et les envoie au variateur de vitesse.

A l‟aide des cartes d‟entrées et de sorties du nouvel automate on arrive à contrôler le

variateur de vitesse qui reçoit une alimentation en entrée de 220 V / 3 Phases en AC , et 300 V

en DC à la sortie, pour alimenter le moteur de serrage et desserrage automatique.

Le moteur de serrage et desserrage contient un transducteur qui émis un signal de couple vers le

nouveau automate, ce dernier va traiter les signaux émis par le transducteur et par le PLC5,

pour qu‟il arrive à contrôler le variateur de vitesse.

Le variateur de vitesse reçoit une alimentation en entrée de 220 V / 3 Phases en AC, 300 V en

DC à la sortie pour alimenter le moteur de serrage et desserrage automatique et les signaux

des cartes du nouvel automate.

___________________________________________________________________________________________

40



Prjetpfe 3.4 Matrice de décision

Avec le Technicien responsable, on a élaboré la matrice de décision à partir de laquelle nous

allons évaluer chacune de nos solutions. En s‟appuyant sur les valeurs de l‟entreprise (valeurs

morales, éthiques,…), sur les conditions de tout ordre liées au projet (budget, sécurité,…), et sur

les appréciations propres de la compagnie (solutions avec le moins d‟éléments électriques

possibles), nous avons dressé la liste des critères d‟évaluation suivants (ainsi que la pondération

associée à chacun) :

Sécurité (70) : Le nouveau système doit être sécuritaire, et ne présenter aucun danger

pour le personnel.

Espace occupé par le système (60) : L‟espace autour de la machine étant déjà réduit, la

compagnie ne voudrait pas d‟un système qui consomme encore plus de place.

Complexité technique de l’installation (80) : Ce critère est relatif au nombre et à la

nature des éléments techniques (composants matériels) que l‟on va utiliser, et incorporer (ajouter

et agencer avec le reste) à la machine déchiqueteuse actuelle, dans une solution.

Durabilité - Maintenance (100) : Le nouveau système doit être fonctionnel, fiable, et

pouvoir continuer à travailler à un régime appréciable le plus longtemps possible (à long terme

dans le temps).

Conditions physiques du matériel (80) : Elles touchent aux éléments physiques qui

entrent en jeu dans les processus étant à l‟origine de la marche des composants (surtout le

nouveau matériel qui fait intervenir une technologie différente) dans une solution.

Ce critère évalue donc la difficulté relative à l‟entretien du matériel, par rapport à la détérioration

progressive causée par les éléments physiques qui interagissent pendant son fonctionnement.

Environnement (70) : Le respect de l‟environnement (Pollution atmosphérique, sonore)

est une valeur de la compagnie. Le nouveau système doit contribuer, sous tous ses aspects, à

présenter le moins de dommages possibles pour la nature.

Le tableau ci-dessous, présente dans sa dernière colonne le poids en pourcentage de chaque

critère, par rapport à l‟ensemble du système. Pour évaluer une solution, nous donnerons pour

chaque critère une note en pourcentage que nous ajusterons au poids du critère (note * poids).

____________________________________

1 Réf. : Informations recueillies auprès du client

___________________________________________________________________________________________

41



Prjetpfe

Par exemple, si on estime pour une solution :

une complexité technique à 80 %, et

le critère coût à 70%

Pour l‟ensemble du système, les deux notes sont :

80% * 50 = 40 (complexité technique)

75% * 90 = 67.5 (coût)

Ensuite, on fait la sommation de toutes les notes ainsi pondérées pour chacun des 7 critères, et on

divise la somme ainsi obtenue par 500 (total des poids de pondération) pour obtenir la note finale

de la solution.

Tableau 3. 1 : Critères d’évaluation des solutions du projet

Critère Pondération Pondération par rapport à

l‟ensemble (%)

Sécurité 70 12.5

Espace occupé par le système 60 10.8

Complexité technique 80 14.3

Durabilité – Maintenance 100 17.8

Conditions physiques du matériel 80 14.3

Coût 100 17.8

Environnement 70 12.5

Total 560 100

___________________________________________________________________________________________

42



Prjetpfe

3.4.1 Solution 1

Tableau 3. 2 : Critères d’évaluation de la solution 1

Critère Pondération

(/560)

Note (%) Note pondérée = Pondération * Note

(/100)

Sécurité 70 80 56

Espace occupé par le système 60 70 42

Complexité technique 80 60 48

Durabilité – Maintenance 100 80 80

Conditions physiques du matériel 80 70 56

Coût 100 50 50

Environnement 70 70 49

Total 560 381

La note finale de cette solution est de 68.03%.

___________________________________________________________________________________________

43



Prjetpfe 3.4.2 Solution 2

Tableau 3. 3 : Critères d’évaluation de la solution II

Critère Pondération

(/560)

Note (%) Note pondérée = Pondération * Note

(/100)

Sécurité 70 90 63

Espace occupé par le système 60 90 54

Complexité technique 80 80 64

Durabilité – Maintenance 100 90 90

Conditions physiques du matériel 80 80 64

Coût 100 70 70

Environnement 70 70 49

Total 560 454

La note finale de cette solution est de 81.07%.

On recommande amplement la deuxième solution vue qu‟en plus de remplir tous les critères de

sélection.

___________________________________________________________________________________________

44



Prjetpfe 3.5 Choix de la solution

Dans cette partie on présentera une comparaison des deux solutions proposées, on citant les

avantages et les inconvénients afin de choisir la meilleure solution.

Le tableau représente une comparaison entre les différentes solutions proposées ci-dessus.

Tableau 3. 4 : Comparaison de différentes solutions

Solutions Avantages Inconvénients

Solutions I

- Aucune carte à changer

(Servo-amplificateur et

module de broche).

- Économie

- Risque de créer

des anomalies dans

l‟application mère

de PLC5.

- Installer des racks

et des cartes E/S.

Solutions II

- Aucune carte à changer

(Servo-amplificateur et

module de broche).

- Possibilité de pouvoir

tester l‟application de

serrage automatique

indépendamment.

- Possibilité de faire

fonctionner la machine

de serrage en cas de

panne de PLC5.

- Consommation de

l‟énergie.

- Ajout d‟un nouvel

automate équipé.

- Prix élevé.

___________________________________________________________________________________________

45



Prjetpfe

3.6 Choix des composantes de la solution finale

Lors de cette partie, on va présenter une description de chaque composante de la solution finale,

en décrivant le rôle de chacun, afin de faciliter au lecteur de comprendre le système.

2. PLC5/40 existant

Voir ci-dessus la partie solution actuelle.

3. PLC 1791-16BC


4. Moteur électrique


5. Variateur de vitesse

En s‟inspirant de Wikipedia, un variateur de vitesse est constitué principalement d‟un

convertisseur statique et d‟une électronique de commande, on l‟utilise pour la variation de

vitesse des moteurs à courant continu.

En général, un convertisseur statique est un hacheur ou un onduleur.

Figure 3. 3 : Schéma représentatif de l’onduleur

______________________________

Réf. : http://fr.wikipedia.org/wiki/Variateur_de_vitesse

Alimentation

triphasé Moteur

Électrique

http://fr.wikipedia.org/wiki/Variateur_de_vitesse

___________________________________________________________________________________________

46



Prjetpfe

Pour le choix du variateur de vitesse, ce sera le FlexPak 3000 Drive model 30FR4042, à

résolution rapide entrées 220 AC 3 phases / sorties 300 V en DC.

La figure 15 ci-dessous illustre le variateur de vitesse FlexPack 3000 Drive model 30FR4042.

Figure 3. 4 : variateur de vitesse model 30FR4042

Tableau 3. 5 : Tableau décrivant les caractéristiques du variateur de vitesse choisi

Modèle

Évaluation en

HP

Chargement

complet RMS

AC Courant de

Ligne

Chargement

complet Courant

d'Armature DC

Évalué

Courant Évalué

de Terrain (Des

champs)

3FR4042 3 10 10 10

5FR4042 5 12 10 10

7FR4042 7-1/2 15 14 10

10 FR4042 10 18 19 10

20 FR4042 20 31 35 10

30FR4042 30 45 52 10

40 FR4042 40 63 73 15

___________________________________________________________________________________________

47



Prjetpfe

50 FR4042 50 74 86 15

60 FR4042 60 86 100 15

La figure ci-dessous illustre un schéma représentatif du variateur de vitesse avec ces dimensions

Figure 3. 5 : Dimensionnement du variateur de vitesse

Le tableau ci-dessous présente les dimensions du variateur de vitesse choisi.

Tableau 3. 6 : Dimensionnement du variateur de vitesse

Model A B C D Profondeur Poids

30FR4042 460.0 mm

18.11 inches

490 mm

19.29 inches

375.0 mm

14.76 inches

414.6 mm

18.29 inches

341.9 mm

13.46 inches

55 Kg

122 lb

______________________________

Réf. : http://www.google.ca/search?hl=fr&q=FlexPak+3000+Drive+DC+Drives&meta=

http://www.google.ca/search?hl=fr&q=FlexPak+3000+Drive+DC+Drives&meta

___________________________________________________________________________________________

48



Prjetpfe

3.7 Automate programmable Allen Bradley Controllogix5000

Pour le choix de l‟automate programmable qu‟on va installer, ce sera la même marque de

l‟automate existant à l‟usine (PLC5 Allen Bradley), pour la raison que le choix d‟une autre

marque exige l‟achat des cartes adaptatrices, logiciel de communication et peut être du

développement soft, alors qu‟un automate Allen Bradley utilisera les capacités logicielles déjà

acquises :

- Logiciel de la programmation Ladder

- Logiciel de supervision

- Logiciel de simulation

Note : Ces logiciels dans ce cas peuvent être mis à jour gratuitement pour le nouvel automate.

On choisit donc le Controllogix5000 parce que son architecture est conçue pour fournir une

plate-forme simple pour couvrir les besoins de beaucoup d'applications.

La figure 3.6 illustre l‟automate programmable Allen Bradley Controllogix5000

Figure 3. 6 : Controllogix 5000 à 4 modules

Controllogix5000 incluent les fonctions suivantes :

- Les projets téléchargés au processeur incluent la Logique, des Données et des Étiquettes ou

envoient un sms aux adresses de base.

- Vraie multigestion avec processeurs multiples dans les châssis.

- Multigestion de préemption dans chaque processeur.

___________________________________________________________________________________________

49



Prjetpfe - Mémoire modulaire dans beaucoup de tailles.

- Les châssis sont modulaires, permettant le placement de modules, y compris le processeur dans

n'importe quelle fente.

Le nouvel automate programmable Allen Bradley comporte un PLC et 7 cartes :

PLC Contrologix5000 A.B de type compact avec port Ethernet menu de boucles de

régulation PID a résolution rapide. Référence : 1756-PA72

Carte d‟entrées discrète (ON/OFF) pour retour d‟information venant des variateurs de

vitesse(VFD). Référence : 1756-IA16

Carte de sorties discrète (ON/OFF) pour contrôler les variateurs de vitesse.

Référence : 1756-0A16

Carte d‟entrées analogiques pour retour des références de vitesse venant des variateurs

(VFD). .Référence :1756-IF16

Carte de sorties analogique pour communiquer les références de vitesse venant des

variateurs (VFD). Référence : 1756-0F16

Carte d‟entrée spéciale à comptage rapide (HSC) pour recevoir les pulses venant du

dispositif de résolution. Référence : 1756-ENBT

Carte d‟entrée analogique pour recevoir les signaux des références des couples

venant du transducteur. Référence : 1756-IF16

3.8 Interface opérateur

L‟interface opérateur peut être :

un pupitre A.B PanlView900 avec logiciel RSView, où

un PC industriel menu du logiciel Wonderware à contrôle Run Time.

Dans notre solution on choisit le PanelView plus 10 pouces équipé de ports Ethernet, référence :

2711P-K10C4D1

________________________________

Réf.: http://www.rockwellautomation.com/


___________________________________________________________________________________________

50



Prjetpfe

La figure 3.6 illustre l‟interface opérateur PanelView Plus

Figure 3. 7 : PanelView Plus

PanelView Plus est l‟une des interfaces opérateur les plus polyvalentes parmi les solutions de

visualisation.

La gamme de produits PanelView Plus se compose d‟un large choix de terminaux robustes qui

fournissent :

• une intégration transparente avec l‟Architecture Intégrée ;

• un logiciel de développement commun pour plus d‟évolutivité ;

• de la modularité ;

• des communications multi protocoles.

___________________________________________________________________________________________

49



Prjetpfe

CHAPITRE IV

Études des coûts

___________________________________________________________________________________________

50



Prjetpfe

4.1 Introduction

Afin de mieux servir l‟intérêt du client, on va dédier ce chapitre à l‟étude économique relative à

la solution finale. Pour ce faire, on va évaluer le prix de la solution en fonction des équipements

utilisés.

Le tableau ci-dessous résume le prix global de la solution étudiée dans le chapitre précédent.

Tableau 4. 1 : Détails de l’estimation des prix de la solution « matériel »

COMPOSANT Référence Quantité Prix

unitaire

Départ

HT

Prix

Total

Automate programmable Allen Bradley

Controllogix 5000

- Alimentation

- Carte processeur 1756

- Rack à 10 emplacements

1756-PA72

1756 – L61

1756-A10

1

1

1

672 $

4.370 $

451 $

672 $

4.370 $

451 $

Carte d’entrée discrète

Carte de sortie discrète

Carte d’entrée analogique (1c et 1f)

Carte de sortie analogique

Carte de comptage rapide HSC

1756-IA16

1756-0A16

1756-IF16

1756-0F16

1756-HSC

1

1

1

1

1

342 $

481 $

1153 $

888 $

858 $

342 $

481 $

1153 $

888 $

858 $

Variateur de vitesse puissance

Entre 1,5 HP et 30HP (voir fiche technique

ci-jointe)

FlexPak3000

30FR4042

1

4800 $

4800 $

Interface opérateur

Panel view plus 10 pouces équipé de ports

Ethernet

2711P-

K10C4D1

1

3800 $

3800 $

___________________________________________________________________________________________

51



Prjetpfe TOTAL MATERIEL 17.815 $

NB : le prix ne comprend pas le logiciel de programmation, ni du coût de la formation. Il est

recommandé le logiciel RSlogix5000, car il permet la configuration du module et des mises à

jour automatiques de l‟autre module PLC5.

___________________________________________________________________________________________

52



Prjetpfe 4.2 Conclusion

Face au développement accru des systèmes de contrôle des moyens de production mis au service

des usines productives, pour répondre à des questions d‟amélioration de la productivité et

respecter les exigences des clients notamment dans les respect des plannings de fabrication, la

société Industries Norbord Inc. doit procéder à l‟investissement du matériel nécessaire et

indispensable, le logiciel et la formation au besoin d‟un meilleur fonctionnement du nouveau

système d‟automation qui accompagnera l‟évolution tant technique que commerciale, que

connaît cette société.

Mon projet intermédiaire d‟études « Amélioration du système de boulonnage des gaufriers »

consiste à dresser dans un premier temps un bilan de la situation actuelle de la machine

coupeuse-déchiqueteuse, d‟étudier ensuite les possibilités de palier aux problèmes des arrêts de

production suite à des opérations de changement des couteaux.

Bien entendu, ce projet m‟a permis d‟une part, d‟approfondir mes connaissances dans la

conception en ingénierie, des schémas électriques, des études de prix, de l‟élaboration de la

documentation, de la recherche du bon choix du matériel et des systèmes tout en respectant les

vœux et recommandations des dirigeants de l‟usine.

C‟est la raison pour laquelle, je suggère l‟acquisition d‟un automate évolutif et puissant « le

nouveau Controllogix Allen Bradley» qui requiert une grande capacité mémoire : ce qui permet

une utilisation efficace des capacités du système, la génération d‟alarmes et le partage des

équipements externes.

___________________________________________________________________________________________

53



Prjetpfe 4.3 Bibliographie

- http://www.norbord.com

- http://www.spbat.qc.ca/usines.htm

- http://www.radio-canada.ca/regions/abitibi/nouvelles/200311/03/003-tembec-nexfor-

transaction.shtml

- http://samplecode.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1756-

um001_-fr-p.pdf

- http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/public/documents/webassets/browse

_results.hcst?lineTitle=1791%20Block%20I%2FO&familyTitle=In-

Cabinet%20Distributed%20I%2FO&categoryTitle=I%2FO&xLanguage=EN%20-

%20English&CategoryId=0014&FamilyId=0097&PageNumber=2&StartRow=21&EndR

ow=24&SortField=dDocTitle&SortOrder=Asc&passedLangVal=EN%20-%20English

- http://fr.wikipedia.org/wiki/Variateur_de_vitesse

- http://www.google.fr/search?sourceid=navclient&hl=fr&ie=UTF-

8&rlz=1T4ADBF_frCA268CA268&q=PLC+1791%2d16BC+

- http://www.google.ca/search?hl=fr&q=FlexPak+3000+Drive+DC+Drives&meta=

MOHAMAD SAAD, Automatique industriels, note de cours (PDF), UQAT Automne 2007

http://www.norbord.com/

http://www.spbat.qc.ca/usines.htm

http://www.radio-canada.ca/regions/abitibi/nouvelles/200311/03/003-tembec-nexfor-transaction.shtml

http://www.radio-canada.ca/regions/abitibi/nouvelles/200311/03/003-tembec-nexfor-transaction.shtml

http://samplecode.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1756-um001_-fr-p.pdf

http://samplecode.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/1756-um001_-fr-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/public/documents/webassets/browse_results.hcst?lineTitle=1791%20Block%20I%2FO&familyTitle=In-Cabinet%20Distributed%20I%2FO&categoryTitle=I%2FO&xLanguage=EN%20-%20English&CategoryId=0014&FamilyId=0097&PageNumber=2&StartRow=21&EndRow=24&SortField=dDocTitle&SortOrder=Asc&passedLangVal=EN%20-%20English





http://fr.wikipedia.org/wiki/Variateur_de_vitesse

http://www.google.fr/search?sourceid=navclient&hl=fr&ie=UTF-8&rlz=1T4ADBF_frCA268CA268&q=PLC+1791%2d16BC

http://www.google.fr/search?sourceid=navclient&hl=fr&ie=UTF-8&rlz=1T4ADBF_frCA268CA268&q=PLC+1791%2d16BC

http://www.google.ca/search?hl=fr&q=FlexPak+3000+Drive+DC+Drives&meta

___________________________________________________________________________________________

54



Prjetpfe

ANNEXES

___________________________________________________________________________________________

55



Prjetpfe ANNEXE I

1. Vitesse de déchiquetage

La vitesse d‟avaen ncement du tambour influe considérablement sur l‟épaisseur et sur la

qualité des copeaux.

Le PLC 5/40 surveille continuellement la vitesse de rotation du tambour a partir du codeur et

par l‟intermédiaire du CTHV. Il calcul ensuite la vitesse cible (déchiquetage) a partir des

paramètres de déchiquetage entrés par l‟opérateur.

Vitesse cible = ..60

/NoÉp

MINTR

Ou:

- Vitesse cible : Vitesse d‟avancement du chariot de la coupeuse-déchiqueteuse

calculée (an pouces par seconde).

- Ép. : Épaisseur cible des copeaux (pouces). La plage des valeurs est de 0,015 po. Les

données sont introduites par l‟opérateur dans le programme d‟interface PLC par

l‟intermédiaire de l‟ordinateur.

- No. : Nombre de couteaux. Cette valeur réglée a 44, ne devrait jamais changer.

- Tr/min : Vitesse de rotation du tambour mesurée en tours par minute. La vitesse

nominale est de 369 tr/min.

La vitesse cible et les autres données de commande sont ensuite transmises au module QB.

Celui-ci se sert de ses données pour régir le signal d‟entrainement destiné à la soupape

proportionnelle assistée et surveille également la vitesse du cylindre du positionneur par

l‟intermédiaire d‟un transducteur Temposonic. Une boucle PID comprise dans le module QB

sert au PLC, dans un système de commande a boucle fermée, a maintenir précisément la

position et la vitesse du cylindre hydraulique de positionneur linéaire pendant le

déchiquetage.

___________________________________________________________________________________________

56



Prjetpfe 2. Temps d’analyse du PLC

Le bon fonctionnement de la coupeuse-déchiqueteuse est assujetti au temps d‟analyse du

programme. Compte tenu du fait que le PLC pilote le système d‟alimentation an vrac et la

coupeuse-déchiqueteuse de CAE ainsi que des commandes de chargement des billes et du

convoyeur d‟évacuation de l‟usine, le temps d‟analyse du PLC peut être de l‟ordre de 5

millisecondes. Tant que le temps d‟analyse ne dépasse 7 millisecondes, le système devrait

donner un rendement satisfaisant.

3. Module de positionnement linéaire QB

Ce module contient des données de sortie analogiques destinées à la soupape assistée,

données qui servent à commander la vitesse et la position du cylindre hydraulique. Le

module est également raccordé à un transducteur Temposonic qui indique la position du

cylindre hydraulique. Les données de sortie analogiques sont mises à jour à partir des

données provenant du transducteur, ce qui constitue le système de commande à boucle

fermée.

4. Indexation de la tige de blocage

Pendant un changement de couteaux, la fonction de comptage du codeur sert à localiser les

trous d‟indexation du tambour. À partir des données du codeur, le PLC peut aligner la tige de

blocage sur un trou d‟indexation.

Initialement, le codeur est étalonné en fonction d‟un trou d‟indexation du tambour. Cet

étalonnage est nécessaire dans les cas suivants :

Installation initiale de la coupeuse-déchiqueteuse;

Débranchement et remplacement du codeur;

Téléchargement du logiciel vers le PLC;

Mise hors tension et sous tension (OFF et ON) du PLC;

Coupure de l‟alimentation +5 V c.c. pendant la rotation du tambour;

Défaillance du codeur haute vitesse (CTHV);

Remise à l‟état initial manuelle de l‟étalonnage du codeur;

Clignotement du voyant d‟étalonnage du pupitre de changement des couteaux, ce qui

indique que le codeur n‟a pas été étalonné.

___________________________________________________________________________________________

57



Prjetpfe ANNEXE II : Les dispositifs utilisés avec le système de changement des couteaux

1. Détecteur de proximité de porte de changement des couteaux

Ce détecteur de proximité à codage magnétique sert à confirmer que la barrière de la

coupeuse-déchiqueteuse est fermée. Les contacts de l‟interrupteur sont configurés pour

fonctionner en mode normalement ouvert et maintenu fermé, et le signal d‟entrée qui en

résulte est verrouillé de façon que lorsque ce signal est désactivé (porte ouverte), le moteur

d‟entrainement de la coupeuse-déchiqueteuse est désactivé.

2. Solénoïde de verrou de porte de changement des couteaux (dégagement)

Il s‟agit d‟un plongeur à solénoïde simple à 2 positions et a rappel par ressort.

Lorsqu‟il est excité, il actionne magnétiquement le pêne dormant du verrou de porte pour

déverrouiller la barrière de la coupeuse-déchiqueteuse. Le solénoïde est alimenté en courant

de 24 Vc.c. par un transformateur 120/24 Vc.a. situé dans la boite de jonction des presses

verticales. Le redresseur c.c. se trouve près du solénoïde a l‟intérieur de la boite de

canalisation de câblage.

3. Détecteur de proximité de pignon désengagé

Ce détecteur de proximité à induction sert à détecter que le pignon du rotateur est désengagé

(entrée excitée). Un verrou de PLC empêche le moteur d‟entrainement principal de démarrer

lorsque ce signal d‟entrée est désactivé (pignon engagé).

4. Détecteurs de proximité de tige de blocage (engagée /désengagée)

Ces deux détecteurs de proximité à induction confirment que la tige de blocage a été

engagée dans le trou d‟indexation ou en a été désengagée. Le détecteur de proximité de tige

désengagée est monté à l‟intérieur de l‟embout de cylindre hydraulique de la tige de blocage.

Le détecteur de proximité de tige engagée est situé à l‟extérieur du cylindre hydraulique de

tige de blocage et une cible est montée sur une rallonge de tige de cylindre. Les verrous du

PLC garantissent que la tige de blocage est en place (tige ENGAGÉE) avant que les

cylindres d‟éjection de couteaux puissent être avancés et garantissent également que la tige a

été enlevée (tige DÉSENGAGÉE) avant que le tambour puisse tourner.

___________________________________________________________________________________________

58



Prjetpfe 5. Détecteur de proximité de cylindre d’éjection de couteaux

Les deux cylindres hydrauliques d‟éjection de couteaux sont dotés de détecteurs de

proximité internes. Ceux-ci servent à confirmer que chaque cylindre est rentré à fond de

façon que les éjecteurs de couteaux ne soient pas engagés dans le trou d‟indexation du

tambour. Les verrous du PLC garantissent que ces signaux d‟entrée sont actifs avant de

permettre la rotation du tambour ou avant que la tige de blocage du tambour ne puisse être

retirée.

6. Détecteurs de proximité de trappe de séreuses (ouverte/fermée)

Le système de séreuses comporte une trappe hydraulique servant à protéger les séreuses et

l‟équipement connexe des débris. Les détecteurs de proximité à induction sont installés à

l‟intérieur du cylindre hydraulique et servent à indiquer les positions ouverte et fermée de la

trappe. Les verrous du PLC garantissent que le signal d‟entrée de trappe de séreuses fermée

est actif avant de permettre le démarrage du moteur d‟entraînement principal.

De même, les verrous du PLC garantissent que le signal d‟entrée de trappe de séreuses

ouverte est actif avant de permettre l‟abaissement des séreuses sur les brides de couteaux.

7. Détecteur de proximité de séreuses relevées

Chaque ensemble de séreuses comporte un détecteur de proximité à deux cibles qui sert à

indiquer la position relevée maximale des séreuses ainsi que la position intermédiaire. Les

verrous de PLC à la position relevée maximale activent le solénoïde de fermeture de trappe

des séreuses. Les verrous du PLC à la position intermédiaire activent le circuit du rotateur de

tambour pendant un changement de couteaux. La détection de la position intermédiaire

indique que les séreuses ont dégagé les brides de couteaux, ce qui permet de faire tourner le

tambour jusqu'à la position suivante de changement des couteaux.

___________________________________________________________________________________________

59



Prjetpfe 8. Solénoïde de tige de blocage (rentrée/sortie)

Cette double électrovanne a rappel par ressort au centre fermé fait pénétrer la tige de blocage

dans le trou d‟indexation du tambour. La tige verrouille le tambour en place pendant le

changement des couteaux. Elle sert notamment a :

- Aligner les boulons de blocage des couteaux sur les séreuses;

- Aligner les tiges d‟éjecteurs de couteaux sur les trous d‟accès des couteaux;

- Empêcher l‟endommagement des éjecteurs de couteaux à cause du désalignement;

- Protéger le personnel en empêchant le disque de tourner en raison du déséquilibre de

poids causé par le retrait des couteaux.

9. Solénoïde d’éjecteur de couteaux supérieur

Ce solénoïde simple à rappel par ressort sert à sortir ou à rentrer le cylindre de l‟éjecteur de

couteaux supérieur. Lorsque ce solénoïde est excité, le cylindre d‟éjection de couteaux sort

d‟environ 12 po, pénètre dans le trou d‟indexation correspondant et pousse partiellement

l‟ensemble de couteaux hors de son fourreau.

Lorsqu‟il est désexcité, le solénoïde retire l‟éjecteur de couteaux et le sort alors du trou

d‟indexation.

10. Solénoïde d’éjecteur de couteaux inférieur

Ce solénoïde simple à rappel par ressort sert à sortir ou à rentrer le cylindre d‟éjecteur de

couteaux inférieur. Lorsque le solénoïde est excité, le cylindre d‟éjection de couteaux

inférieur sort d‟environ 12 po, pénètre dans le trou d‟indexation correspondant et pousse

partiellement l‟ensemble de couteaux correspondant hors de son fourreau.

11. Solénoïde des séreuses (abaissement/relèvement)

Ces doubles électrovannes à rappel par ressort au centre et ouvert sur réservoir servent à

abaisser ou à relever les séreuses supérieure et inférieure.

Les verrous du PLC empêchent la sortie du cylindre pendant que la trappe des séreuses est

fermée ou que la tige de blocage est désengagée. La rentrée du cylindre est activée par le

PLC lorsque le signal «Serrage terminé» est reçu du contrôleur des séreuses ou lorsque le

bouton Nutrunner Reset est enfoncé.

___________________________________________________________________________________________

60



Prjetpfe Lorsque l‟indexation du tambour entre les trous s‟effectue en mode AUTO lors d‟un

changement de couteaux, les séreuses sont relevées à la position intermédiaire (déterminée

par le détecteur de proximité de séreuses relevées et une position cible). Le relèvement à la

position intermédiaire permet la rotation du tambour sans risque de frapper les séreuses et

sans les relever complètement.

12. Solénoïde de trappe des séreuses (ouverte/fermée)

Cette électrovanne double à rappel par ressort sert à fermer la trappe des séreuses ou à

l‟ouvrir pour permettre aux tourillons des séreuses de descendre vers les boulons de blocage

des couteaux. Les verrous du PLC empêchent l‟excitation du solénoïde d‟OUVERTURE

lorsque la tige de blocage du tambour est désengagée. Le solénoïde de FERMETURE est

excité à la réception du signal du détecteur de proximité de séreuses relevées.

___________________________________________________________________________________________

61



Prjetpfe ANNEXE III : Caractéristiques générales du programme d’interface

Voici certaines des caractéristiques du programme d‟interface ordinateur-PLC :

Menus de sélection des paramètres d‟exploitation et d‟état;

Protection par mot de passe;

écrans d‟aide en direct;

accès aux paramètres de déchiquetage;

affichage du rendement du système de la coupeuse-déchiqueteuse;

affichage de l‟état et des données du module de positionnement linéaire QB;

affichage de l‟état et des données du CTHV.

Le personnel de l‟usine qui utilise ce programme a accès aux paramètres de déchiquetage ci-

après et ont la possibilité de les modifier.

Description des paramètres Valeur type

Épaisseur cible 0,025 po

Limite d‟avancement maximal du

positionneur

67,000 po

Limite de recul maximal du

positionneur

2,5 po

Vitesse prévue 370 tr/min

Vitesse d‟arrêt 340/min

Épaisseur cible :

Réglage de l‟épaisseur des copeaux. Valeur exprimée en millièmes de pouce.

___________________________________________________________________________________________

62



Prjetpfe Limite d‟avancement maximal du positionneur :

Limite déterminée par le logiciel (fondée sur les données provenant du transducteur

Temposonic) de la course du positionneur à la position avancée extrême. Valeur exprimée

en millièmes de pouce.

Limite de recul maximal du positionneur :

Limite déterminée par le logiciel (fondée sur les données provenant du transducteur

Temposonic) de la course du positionneur à la position reculée extrême. Valeur exprimée en

millièmes de pouce.

Vitesse escomptée :

Vitesse prévue de rotation du tambour pendant le déchiquetage. Lorsque le codeur est

désactivé, cette valeur sert à calculer la vitesse de déchiquetage. Valeur exprimée en tours

par minute.

Vitesse d‟arrêt :

Vitesse de rotation du tambour la plus lente qui est acceptable avant que le PLC n‟arrête la

coupeuse-déchiqueteuse. Valeur exprimée en tours par minute.

___________________________________________________________________________________________

63



Prjetpfe ANNEXE IV : Introduction à l’API

D‟après Wikipédia, un automate programmable industriel (en anglais „Programmable Logic

Controller‟ ou PLC) est un dispositif similaire à un ordinateur, utilisé pour automatiser des

processus comme la commande des machines sur une chaîne de montage dans une usine. L‟API

est structuré autour d‟une unité de calcul ou processus (en anglais „Central Processing Unit‟),

d‟une alimentation (depuis des tensions AC ou DC), et de modules suivant les besoins de

l‟application, tel que :

Des cartes d‟entrées – sorties (en anglais Input – Output, I O) numériques (Tout ou rien) ou

analogiques :

Des cartes d‟entrées pour brancher des capteurs (interrupteurs de fin de course), boutons

poussoirs, …

Des cartes de sorties pour brancher des actionneurs (contacteurs, relais, …), voyants, vannes, …

Des modules de communication ModBus, ModBus Plus, Profibus, InterBus, DeviceNet,

LonWorks, Ethernet, FIPIO, FIPWAY, RS232, RS-485,AS-i, CANopen, pour dialoguer avec

d‟autres autres automates, des entrées sorties déportées, des supervisions ou autres interface

homme-machine,…

Des modules dédiés métiers, tels que de comptage rapide, de pesage,…

Des modules d‟interface pour la commande de mouvement, dits modules Motion, tels que

démarreurs progressifs, variateur de vitesse, commande d‟axes.

Les programmes des API sont traités selon un cycle précis :

Acquisition de toutes les entrées (recopie dans une mémoire image);

Traitement des données (calculs);

Mise à jour des sorties.

Le temps d‟un cycle API varie selon la taille du programme, la complexité des calculs, et la

puissance de l‟API. Les API se caractérisent par rapport aux ordinateurs, par leur fiabilité et leur

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Prjetpfe facilité de maintenance. Les modules peuvent être changés très facilement, et le redémarrage des

API est très rapide.

L‟absence d‟interface homme-machine (IHM, HMI en anglais) pour visualiser l‟action et le

fonctionnement du programme sur la partie opérative, font que les automates sont très souvent

reliés par une communication à un pupitre opérateur, une interface graphique (écran d‟affichage

ou écran tactile) ou un PC. Dans ce dernier cas, on parle de supervision.

Il existe différents langages de programmation définis par la norme CEI 61131-3 :

IL (Instruction List) : le langage LIST est très proche du langage assembleur. Il travaille au plus

près du processeur en utilisant l‟unité arithmétique et logique de ses registres, et de ses

accumulateurs,

ST (Structured Text) : ce langage structuré ressemble au langage C utilisé pour les ordinateurs,

LD (Ladder Diagram) : le langage Ladder (échelle en anglais) ressemble aux schémas électriques,

permet de transformer rapidement un ancien programme fait de relais électromécaniques. Cette

façon de programmer permet une approche visuelle du problème (le plus fréquent en industrie),

FBD (Function Block Diagram) : le FBD se présente sous forme de diagramme, en suite de blocs

reliés entre eux, réalisant des opérations simples, ou très sophistiquées.

Dans la programmation d‟un automate, il est possible de choisir de programmer en SFC, de

façon très proche du grafcet. Derrière chaque action est associé un programme écrit en IL, ST,

LD ou FBD.