IEPSCF – UccleProjet de Fin d’Etudes Conception et réalisation d’un système automatique pour embouteillage de liquides Date création 12.02.2013 Date révision Prénom, Nom Signature Auteur Mario Dionisio Encadré par Said Dhimdi Bachelier en électromécanique année III 2012 - 2013 24.11.2013 Date IEPSCF - Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Résumé L'objet de ce travail est le développement d'un exemple assez complet de l’application des notions de mécanique, pneumatique, électrotechnique, automation et électronique acquises durant les 3 années de cours de bachelier en électromécanique. D’autres connaissances faisant partie du bagage culturel et le know-how acquis pendant les précédentes expériences de travail ont contribué significativement à la réalisation de ce projet. Cette relation technique décrit les détails des phases du travail et est divisée en deux sections principales : la conception des mécanismes et la réalisation pratique du système. Dans la première section « Conception », après avoir fait des considérations générales pour la réalisation d’un projet, au chapitre 2 sont spécifiés quels sont les objectifs du travail. Le chapitre 3 donne une description des machines pour l’embouteillage existantes et les différentes phases de la production. Le chapitre 4 décrit quelles sont les fonctionnalités globales et de chacun des systèmes attendues. Il donne un aperçu de la structure et des composants des mécanismes en question. Dans une « machine intelligente », de nombreuses fonctions sont commandées par un système basé sur les sciences de l'information, de l'automatisation et de l'électronique. Il évalue également tous les composants mécaniques, pneumatiques et électroniques de l’équipement. Le produit final de ce projet est une « machine » et pour cela une référence normative doit être respectée. Cela est fait au chapitre 5 où sont décrits les aspects principaux de la directive « Machine » 2006/42/CE. Le chapitre 6 analyse les aspects de planification et d’analyse des risques. L’« organisation du travail » est une phase très importante qui donne l’empreinte au déroulement des travaux pour la réalisation d’un projet : la planification temporelle, le budget, l’analyse des risques, le matériel, la documentation, l’assemblage, etc. ne sont que les plus importants. Dans la deuxième section « Réalisation », après avoir donné des considérations générales au chapitre 1, dans les chapitres 2, 3, 4 et 5, sont décrites en détail les phases de la réalisation pour chaque sous-système : mécanique, pneumatique, électrique et automation. Le chapitre 6 est consacré au processus de test et de la mise en service de la machine d’embouteillage et vérification que toute la procédure se déroule de manière optimale. Enfin, aux chapitres 7 et 8, sont tirées les conclusions financières, techniques et générales. Bruxelles, 25 novembre 2013 Page 2 of 65 Mario Dionisio IEPSCF - Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Remerciements A mon épouse, Alexandra, qui m’a encouragé à suivre les études en sachant qu’elle aurait dû renoncer pour trois ans à ma présence près d’elle et à une partie de mon support pour élever les enfants. A mes enfants, Giulia, Gloria et Lucio qui ont dû se priver d’une partie du temps qui leur est normalement légitimement dédié. Je tiens à remercier tous les professeurs du cours de bachelier en Electromécanique qui m’ont transmis leurs précieuses connaissances durant ces trois années de cours. J’exprimer ma gratitude et mon respect à M. Said Dhimdi pour avoir dirigé ce Travail de Fin d’Etudes avec intérêt et esprit de support. Merci beaucoup pour votre patience, votre disponibilité et pour toute l’expérience et les compétences que vous m’avez transmises toujours avec gentillesse et bonne humeur, tout au long de mon travail. Merci pour votre implication dans mon travail et pour toutes vos remarques toujours pertinentes qui m’ont permis d’avancer et d’arriver à ce résultat. Bruxelles, 25 novembre 2013 Page 3 of 65 Mario Dionisio 3..............................1 La directive « machines » 2006/42/CE ............................................ 12 I......................3 Pompe de remplissage ........6........7 I..................... 42 II..................................................... REALISATION ....................................................................................... 17 I..........2 RÉALISATION MÉCANIQUE ...............................................Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Sommaire RÉSUMÉ ......................................................2 Grafcet ..................2 Les vérins ...............5........................................................................................6...4..........IEPSCF ...................................................................................................9 I............................................. 12 I..............................................2............................................................................................ 17 I........................................................................... 57 Bruxelles.........................................................................................................................................3..................................................................................................................................... 40 II.........4.......................................................................................................................................................................5....................................................2 Plateau tournant ........................................................................ 24 I..................2..........5........ 28 II.............................................................................................................3 RÉALISATION PNEUMATIQUE .......2 Application des normes pour le projet ............................................................................................................................................ 53 II................................4 Conception des mécanismes ...........................................4 EXIGENCES DU SYSTÈME D’EMBOUTEILLAGE À RÉALISER .........................4 RÉALISATION ÉLECTRIQUE ..2 OBJECTIFS DU PROJET ...............................5.............. 28 II..............................1 Considérations générales .......................... 21 I...................................................................................................................................... 25 II.................................5..6 I.................2 Budget ...................................................................................4 PRÉSENTATION ........................................3 Dispositifs d’entrée (capteurs) et de sortie (actionneurs) ......................................................... 42 II...............1 CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES .................... 15 I.......................................... 28 II......4............................ 50 II....................... 52 II...........................................................3 DESCRIPTION GÉNÉRALE D’UN SYSTÈME D’EMBOUTEILLAGE .......................2..... 45 II.........................................................3 Calculs a la résistance et vérification en flexion. 19 I..2 Description du fonctionnement operatif ........................................................1 Description de la production ......................................................................................................3.................................................. 43 II.................................................................. 25 novembre 2013 Page 4 of 65 Mario Dionisio ............................................. 29 II....................................... 45 II...................................5 DIRECTIVE ET NORMES DE RÉFÉRENCE ............................................................................................................................... 52 II................................... 10 I.............................. 22 I..2 SOMMAIRE ................................................6 ORGANISATION DU TRAVAIL ET SÉCURITÉ ...........................................................................................................................................................................................................3 Description du fonctionnement technique ........................... CONCEPTION ....................................4...............................1 Considérations générales ..........................................................................................................1 Considérations générales et de sécurité ..................................................................2....................................7 ANALYSE ET GESTION DES RISQUES ....................1 Considérations générales ......................... 15 I...................8 I..............................................5 RÉALISATION DE LA PARTIE AUTOMATION ........ 43 II...1 CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES ..4...................................3 Unité de capsulage .............1 Gantt chart ............. 28 II........................................................................................................................................................................................................................................................... 27 II......................................................................................................................................... .................................................... 63 II..................................................................................6 PROGRAMMATION ET TEST ...................................................................... 65 Bruxelles................................................................................................................................................................................................... 25 novembre 2013 Page 5 of 65 Mario Dionisio ... 64 BIBLIOGRAPHIE ........................................IEPSCF ....................8 CONCLUSIONS ........................ 60 II......Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II................9 PHOTOS DE LA RÉALISATION................................................................ 61 II..............................................................7 RELATION ET SOLDE FINAUX................. ils deviennent des systèmes de traitement de données dans lesquels il y a une supervision locale complète offrant les meilleures performances. remplissage. La conception et l'ingénierie d'une ligne de production industrielle moderne est un processus composé de plusieurs étapes. Dans le passé. 25 novembre 2013 Page 6 of 65 Mario Dionisio . Avant d’entrer dans le développement de chaque phase. bouchage. outre à la coordination normale des opérations à effectuer. capsulage. j’ai voulu condenser une ligne de production industrielle en un système réduit en dimensions pour plusieurs raisons : c’est une maquette de projet de fin d’études. etc. en s'appuyant sur la puissance de calcul et d'espace mémoire. les planifications. ainsi que par une série de transports en mesure de gérer le flux des produits entre une machine et la suivante. Bruxelles. Le contrôle du procédé doit répondre. et admet plusieurs possibles solutions. Un problème difficile est un problème qui n’admet généralement qu'une seule solution. des situations d'erreur. En définitive. capsulage et étiquetage. aussi à plusieurs autres fonctionnalités comme la gestion des alarmes. alors qu’un problème complexe est un problème difficile à manipuler. etc. par des interdépendances entre les phases concernées. plutôt que difficile. Le contrôle de ce type de processus doit être considéré comme une tâche complexe. Le rinçage et l’emballage ne sont pas inclus dans le travail. peuvent fournir les multiples fonctionnalités requises par un système moderne assez complexe. De même. bouchage. un processus est caractérisé par plusieurs contraintes. de la conception à la réalisation du système. Pour ce travail de fin d’étude. une plus grande autonomie fonctionnelle et la génération de grandes quantités d'informations sur les processus supervisés. bien que mathématiquement ou scientifiquement difficile à détecter. une description générale d’un système d’embouteillage est donnée. réalisées en séquence et caractérisées par le travail de différents professionnels qui contribuent chacun à la réalisation d'une étape et tous à la réalisation du projet dans son ensemble. etc. sur des logiciels toujours plus puissants et à travers la rétroaction sensorielle. par des objectifs qui peuvent s'exclure mutuellement.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Présentation Un système d’embouteillage est une installation de production typique obtenue à partir de l'intégration de nombreuses machines automatiques: machines de rinçage. les parties principales des phases qui composent une ligne d’embouteillage seront représentées : remplissage. Dans cette étude. plus difficile d'un point de vue pratique. Les systèmes modernes de contrôle des machines industrielles.IEPSCF . pour le transport et pour la présentation d’un prototype. La méthode qui mène à la solution d'un problème complexe est généralement la décomposition récursive modulaire des problèmes aux niveaux inférieurs qui sont solubles plus facilement. la fonction principale du logiciel de commande des machines industrielles était limitée au rythme des opérations à effectuer sur la base de modèles prédéfinis. la sécurité. CONCEPTION Bruxelles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I.IEPSCF . 25 novembre 2013 Page 7 of 65 Mario Dionisio . b. dans ce cas une machine. si les requis sont tous satisfaits. Si la phase 2 n’est pas satisfaite. 25 novembre 2013 Page 8 of 65 Mario Dionisio . 2.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. Dans toutes les phases du projet. 4. Au contraire. 7. le projet ne peut pas être et il est bien qu’il ne soit pas initié ou il doit être révisé et modifié avant de pouvoir le relancer. 6. se concrétise dans les phases suivantes : 1. 5. Les requis techniques . 3. A rien servirait d’avoir un très bon projet sans que les normes aient été respectées. la réalisation peut avoir lieu dans le respect des spécifications techniques détaillées du projet. etc. Faire une évaluation globale technique. de ressources humaines. Comprendre dans le détail ce que le client s’attend de la réalisation et bien le transcrire dans le cahier des charges. La conception doit tenir compte et doit satisfaire simultanément : a. on peut procéder à une définition et planification détaillée du projet. Les normes en vigueur qui règlent le champ d’application du projet. la mise en service peut être garantie seulement quand les tests ont tous eu un résultat positif.1 Considérations générales La philosophie à suivre dans la réalisation d’un projet. l’aspect sécurité doit toujours être tenu en compte.IEPSCF . Bruxelles. Une fois complétée la réalisation de la machine. Successivement. financière. pour vérifier la faisabilité du projet. de disponibilité de temps. Cette phase est accompagnée de la remise du certificat de mise en service et de la documentation qui peut inclure un plan de maintenance. des moyens techniques. IEPSCF . des écoles techniques ou pour des cours spécifiques. L’idée d’en construire une de dimensions réduites est innovante soit parce que tels dispositifs ne se trouvent pas en commerce aujourd’hui. Le système est facilement démontable et transportable. vin. ce qui facilite le déplacement pour la démonstration dans plusieurs écoles. b. Objectif didactique : Le poste d’embouteillage peut être un support didactique pour les cours des écoles secondaires.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. soit pour des applications pratiques qui peuvent être envisagées et reportées cidessous. Les postes d’embouteillages automatiques sont pour la plupart des machines assez encombrantes utilisées par la moyenne et grande production. Bruxelles. une analyse de marché plus approfondie serait nécessaire. etc.. Objectif technique : L’objectif du point de vue technique du projet est de démontrer la faisabilité d’un poste d’embouteillage de liquides de petite taille. l’embouteillage devient indispensable. pour la commercialisation.) ne représente pas un besoin primaire. etc. Objectif commercial : Un possible secteur de marché pour un tel dispositif est le petit utilisateur/producteur ou pour l’utilisation familiale. Toutefois. dans les cas où il y a besoin d’une conservation plus longue de produits. Pour évaluer le potentiel de commercialisation du produit. 25 novembre 2013 Page 9 of 65 Mario Dionisio . en version compacte et portable. pour le transport. c. L’embouteillage de liquides (huile.2 Objectifs du projet a. jus de fruit. il est possible commander le démarrage et l’arrêt de la production. Des systèmes de contrôle de sécurité garantissent le déroulement correct et interviennent soit dans les cas d’arrêt de la production.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I.1 – Ligne d’embouteillage L'automatisation et la traçabilité complète du produit sont les éléments clé de la phase de conception. Fig.IEPSCF . Dans l'entreprise. Chacune des étapes réalise une fonction bien précise et prépare la bouteille à l’étape successive. Les capteurs qui détectent l’état des phases activent ou désactivent les étapes selon les besoins. 25 novembre 2013 Page 10 of 65 Mario Dionisio .3 Description générale d’un système d’embouteillage L'évolution du marché exige de plus en plus la production de lignes d'embouteillage complètes installées selon les besoins spécifiques du client. le personnel du département d'ingénierie réalise le lay-out des lignes et suit toutes les étapes de la réalisation du projet jusqu’aux tests sur site.3. I. soit quand il y a le risques de danger pour l’opérateur. Du tableau de commande. La ligne de production est composée de plusieurs zones reliées en séquence. Bruxelles. La zone 3 gère le bouchage qui peut être réalisé avec différents types de fermeture: liège. La zone 2 est le remplissage qui a la tâche de remplir la bouteille avec la boisson.2 – Schéma des étapes d’une ligne d’embouteillage Dans la zone 1 est placé le dispositif de rinçage qui permet de nettoyer l'intérieur de la bouteille avec un jet d'eau. Sur la base de la demande du client et pour des questions d’espace. en plastique ou en aluminium.IEPSCF . I. Le passage d'une zone à l'autre est contrôlé par des capteurs qui contrôlent le flux des bouteilles. La bouteille est ensuite séchée par un soufflage d'air qui enlève les gouttes d'eau restées à l'intérieur. La zone 4 est le capsulage où les différents types de bouchon peuvent être recouverts de la capsule où il est souvent imprimé la marque. les dispositifs des phases décrites ci-dessus sont intégrés en un « monobloc ». La phase 5 regarde l’étiquetage où une ou plus étiquettes sont appliques sur la bouteille. bouchon à vis. Autres phases peuvent suivre ensuite comme l’emballage. Une utilisation facile et la mise en place rapide sont d'autres qualités importantes de ces machines. Bruxelles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. 25 novembre 2013 Page 11 of 65 Mario Dionisio .3. une seule machine fonctionnant exactement comme les modules du système et qui forment une structure compacte unique et synchronisée. 3 – Système d’embouteillage « monobloc » I.3. 25 novembre 2013 Page 12 of 65 Mario Dionisio .IEPSCF .4 Exigences du système d’embouteillage à réaliser I. Bruxelles.4. - Etiquettes adhésives . I.1 DESCRIPTION DE LA PRODUCTION L’alimentation du système pour la production consiste de : - Bouteilles de 750 cl . - Capsules thermo-rétractables . - Bouchons en liège .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. - Boisson de remplissage . Les phases se déroulent de la manière de suite décrites. I. une deuxième est bouchée et une troisième est capsulée. Les phases se déroulent séquentiellement sur une même bouteille et simultanément sur quatre bouteilles différentes.4. bouchage. A un instant t. 25 novembre 2013 Page 13 of 65 Mario Dionisio . Le liquide arrive dans les bouteilles par une dépression créée à son intérieur par une pompe.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. La phase d’étiquetage se déroule avec le plateau en rotation entre les phases de bouchage et capsulage. un vérin descend la tête de remplissage et le liquide commence à remplir la bouteille . La ligne de production est composée d’un système principal de chargement et d’avancement des bouteilles à plateau tournant. - Phase 1 : Remplissage o Avec la détection de la présence bouteille. Bruxelles. étiquetage et capsulage). quand une bouteille se trouve dans la première phase de remplissage.1 – Schéma de principe du système d’embouteillage Quatre phases opératives distinctes et trois étapes stables sont concernées pour la production d’une bouteille (remplissage.IEPSCF . D’autres mécanismes auxiliaires préparent l’alimentation des bouchons et des capsules. Phase 4 : Capsulage o En avançant. capsulée et étiquetée est acheminée à la sortie. le vérin de bouchage descend et enfonce le liège dans la bouteille .IEPSCF . En considérant que la somme des temps employés dans les phases 2 et 3 est inférieure ou égale à la phase 1 de remplissage. le temps que ce dernier lui applique l’étiquette . o La résistance électrique est alimentée pour un temps t nécessaire pour rétrécir la capsule . l’alimentation de la résistance est coupée. o Le vérin remonte .Uccle Projet de fin d’études o Système d’embouteillage Le niveau de remplissage du liquide atteint est détecté par un capteur de proximité capacitif ce qui entraîne l’arrêt de la pompe et conséquemment de l’alimentation du liquide . il en résulte que ce sera la phase 1 qui commande la rotation du plateau tournant. o Le temps t écoulé. 25 novembre 2013 Page 14 of 65 Mario Dionisio . Bruxelles. Phase 2 : Bouchage o Avec la présence de la bouteille et d’un liège. La bouteille remplie. La bouteille passe devant un tambour. la bouteille fait descendre une capsule sur son col même . le vérin remonte et la table rotative avance de 1/3 de tour. o La bouteille s’arrête sous le vérin de capsulage : o Le vérin descend la résistance électrique autour de la capsule . bouchée. o Un mécanisme avec une charge de liège garanti la présence d’un liège en succession pour les bouteilles . - o Le vérin remonte la tête de remplissage . La rotation du plateau tournant se produit seulement quand les phases dans les trois étapes sont terminées et que les vérins sont rentrés. o - Phase 3 : Etiquetage o - La table rotative avance de 1/3 de tour. o Le plateau tournant avance de 1/3 de tour jusqu’à l’étape successive. le système ne s’arrête pas instantanément.1 Partie mécanique En observant le schéma.IEPSCF . D’autres mécanismes auxiliaires tels que : Bruxelles. Les opérations en cours dans les quatre phases se complètent jusqu’au capsulage de la dernière bouteille et puis le système s’arrête. En conditions normales. S’agissant d’un système pour le secteur alimentaire.2 DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT OPERATIF 4. 4. 25 novembre 2013 Page 15 of 65 Mario Dionisio .2.3. Les phases qui se concluent avant restent en attente de l’achèvement de la phase de plus longue durée (phase 1). le système fonctionne en cycle continu. puis le système est réinitialisé avec le bouton-poussoir « Reset » avant de reprendre le cycle normal de travail : le plateau tournant est repositionné et les vérins sont rétractés. A la commande d’arrêt de la production par l’opérateur. les parties en contact immédiat avec les composants de la production sont en acier inoxydable ou en aluminium. le système s’arrête et attend.3 Fonctionnement après un arrêt d’urgence L’arrêt d’urgence est débloqué à travers un bouton–poussoir à clé. on déduit que le système est compact pour la typologie de ligne de production proposée à plateau tournant avec entrée et sortie des bouteilles adjacentes d’un même côté.2. Dans le cas où il est détecté l’absence de bouteille/bouchon/capsule. Une fois rétablies les conditions opératives. La table tourne d’un angle φ et prépare à l’étape successive seulement quand les trois opérations conduites en parallèle sont achevées correctement.4.3 DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT TECHNIQUE 4.2. 4.2 Fonctionnement en émergence Le bouton-poussoir « arrêt d’urgence » actionné à l’instant t provoque l’arrêt immédiat de tous les composants du système et laisse les actionneurs dans l’état où ils se trouvent à ce même instant.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I.4.1 Fonctionnement normal La mise en marche et l’arrêt sont commandés par un bouton-poussoir « marche-arrêt ». quand toutes les conditions de l’automatisme sont satisfaites. Ceci permet de ne pas provoquer d’endommagements ultérieurs dans une situation quelconque d’urgence. le système se remet en marche dès la phase interrompue. I. De cette manière le système est prêt pour un nouveau cycle. ). 4.3.e.3. 25 novembre 2013 Page 16 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage - Un système d’introduction des bouteilles sur la table . - Détecteur de proximité capacitif pour le liquide . - Un système d’avancement et de positionnement des lièges et des capsules . électroaimants. i. Une pompe à part est utilisée pour aspirer l’air dans la bouteille pour l’alimentation du liquide.3 Partie électrique Le système comprendra un moteur pour la rotation du plateau qui pourra être du type pas à pas ou.2 Partie pneumatique Les vérins sont actionnés par énergie pneumatique à 8 Bar provenant de l’extérieur. La temporisation pour l’activation de la résistance électrique sur la capsule thermo-rétractable et le comptage du nombre de bouteilles produites sont effectués par programmation. Pour l’évolution des phases. seront éventuellement dérivés des mouvements principaux si leur complexité ne déjoue pas l’avantage de ne pas installer de nouveaux générateurs de mouvements (petits moteurs. pour l’alimentation du système en entrée avec les bouteilles. 4. bouchées. - Fin de course pour tous les vérins . aucune autre intervention humaine intermédiaire est prévue. En fonctionnement normal. Bruxelles. etc. - Détecteurs de présence bouteille/capsule/étiquette.4 Partie automation Le système est géré par un automate Siemens S7 programmé à travers l’application de développement industriel « Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) ».3. L’intervention humaine est seulement en entrée et sortie. capsulées et étiquetées. 4. les bouchons. pour le niveau de précision du mouvement.IEPSCF . plusieurs capteurs seront utilisés : - Détecteur de position du plateau . - Un système d’accueil des bouteilles . les capsules et les étiquettes et pour prélever en sortie les bouteilles pleines. asynchrone. d'actionneurs. La directive «Machines» s’applique aux machines qui sont mises sur le marché de l’UE.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. de circuits de commande et de puissance. L'utilisation des normes harmonisées reste volontaire et les fabricants peuvent choisir de suivre ou non une norme harmonisée pour fabriquer leurs produits. La directive de référence est la directive « Machine »2006/42/CE et normes dérivantes en vigueur. bien que certains de ces pays puissent avoir une réglementation nationale basée sur la directive «Machines» ou puissent accepter sur leur marché des machines conformes à la directive.5 Directive et normes de référence Avec les requis techniques définis. etc. Ces normes européennes offrent des solutions de conformité et de la présomption de conformité aux exigences essentielles de sécurité et de santé.1 LA DIRECTIVE « MACHINES » 2006/42/CE La directive « Machine » 2006/42/CE vise à assurer la libre circulation des machines et leurs accessoires tout en fixant des exigences essentielles pour la santé et la sécurité des travailleurs et des consommateurs : http://eur-lex. le traitement. De la pratique de la nouvelle Directive Machines 2006/42/CE émergent 3 idées fortes pour la conception des machines et les fonctions de sécurité : Bruxelles. réunis de façon solidaire en vue d'une application définie. le cas échéant. Les fabricants peuvent utiliser d'autres solutions techniques garantissant un niveau de sécurité équivalent. Dans ce cas. La partie normative est donc tenue en compte dans cette relation technique même si la réalisation finale est une maquette. l’étape successive pour la conception et la réalisation d'une machine est la référence à une directive et à des normes pour les multiples aspects fonctionnels et de sécurité qu’il faut tenir en compte. Elle ne s’applique pas aux produits fabriqués dans l’UE en vue de leur mise sur le marché ou mise en service dans des pays situés en dehors de l’UE. notamment pour la transformation. s’agissant d’une machine comme défini dans la directive même : Ensemble de pièces ou d'organes liés entre eux.do?uri=OJ:C:2012:061:SOM:EN:HTML Cette directive est traduite dans les termes techniques par un ensemble de normes européennes harmonisées (EN …). dont au moins un est mobile et. La directive 2006/42/CE se fonde sur la directive 98/37/CE qui a codifié la directive «Machines» 89/392/CEE modifiée. Le respect de ces normes implique que la directive machine est respectée. Le travail de fin d’études doit traiter tous les aspects liés à la conception et réalisation d’une machine. I. 25 novembre 2013 Page 17 of 65 Mario Dionisio . Le but est de produire un bien qui est commercialisable et qui offre les garanties de sécurité pour son installation. utilisation et maintenance.europa.IEPSCF .eu/JOHtml. le déplacement et le conditionnement d'un matériau.5. ils doivent être en mesure de prouver que leurs produits sont conformes aux exigences essentielles de sécurité obligatoire et en tenant compte de l'état de l'art. transporter. emballer et distribuer des denrées alimentaires. elle spécifie les caractéristiques qui incluent le Bruxelles. stocker. Les machines concernées sont. y compris un groupe de machines fonctionnant ensemble d'une manière coordonnée. d. 25 novembre 2013 Page 18 of 65 Mario Dionisio . transformer. La norme ISO 13849-1:2006 (publiée par le CEN) fournit des exigences de sécurité et des conseils sur les principes pour la conception et l'intégration des parties liées à la sécurité des systèmes de commande (PLS/SC). la facilité de la maintenance. mais excluant les aspects de niveau plus élevé des systèmes (par exemple. La réduction des risques dus aux arêtes vives. e.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage L'analyse des risques préalable à la conception . cuire. les machines utilisées pour fabriquer. la cohérence de réponse des commandes. des produits cosmétiques ou des produits pharmaceutiques). par exemple. Matériaux et objets destinés à entrer en contact avec les denrées alimentaires (règlement (CE) no 1935/2004). y compris la conception de logiciels. conditionner. refroidir. aux angles vifs et aux surfaces rugueuses (la norme EN ISO 12100-2 . principes généraux de conception – Partie 2: Principes techniques) c. applicable à la réalisation de l'équipement et des systèmes électriques et électroniques des machines. préparer. Appréciation des risques Prévention des risques Conception du système relatif à la sécurité Pour le système d’embouteillage.Sécurité des machines – Équipement électrique des machines – Partie 1: règles générales. Le système pneumatique (la norme EN 983 – Sécurité des machines -Prescriptions de sécurité relatives aux systèmes et leurs composants de transmissions hydrauliques et pneumatiques – Pneumatique). La sécurité fonctionnelle est la partie du système de sécurité général qui dépend du fonctionnement correct des processus ou équipements en réponse à ses entrées.Sécurité des machines – Notions fondamentales. Le respect de cette norme assure la sécurité du personnel et des biens. L'utilisation des niveaux de performance (PL : Performance Level). Pour ces parties du PLS/SC. les aspects de la directive tenus en compte sont les suivants: a. Les spécifications générales concernant la conception de l’équipement électrique des machines (la norme européenne CEI-IEC 60204-1 . Une attention particulière à l'aspect quantitatif des fonctions de sécurité.IEPSCF . qui s'ajoute à l'approche qualitative . b. manutentionner. les communications entre systèmes). pour toutes sortes de machines. ne doivent pas présenter des bords avec angles vifs qui pourraient provoquer des blessures.IEPSCF . Une attention particulière est attribuée à l’arrêt d’urgence. La norme EN 62061 (publiée par le CENELEC) traite aussi la sécurité fonctionnelle des systèmes de contrôle de la machine. L’arrêt d’urgence est une fonction destinée à : parer à des risques en train d'apparaître ou existants pouvant porter atteinte à des personnes (risques prenant naissance à l'occasion d'anomalies). la section et l’identification des conducteurs. Un arrêt normal en cours de production est considéré comme un arrêt de catégorie 2. La sécurité de l’installation électrique joue un rôle important dans la conception et réalisation du projet. 25 novembre 2013 Page 19 of 65 Mario Dionisio . hydraulique. la mise à la terre. Bruxelles. Les aspects concernant le câblage. quel que soit le type de technologie et d'énergie (électrique. on peut recourir à l’application d’autres matériaux de protection. le disjoncteur différentiel et magnétothermique sont dûment pris en compte. Dans le cas où les traitements ne permettent pas de rejoindre le niveau de sécurité.5. d. La connexion des tuyauteries doit garantir une fixation adéquate pour éviter tout déclenchement imprévu. Catégorie 1 : arrêt contrôlé en maintenant la puissance sur les actionneurs jusqu’à l’arrêt.2 APPLICATION DES NORMES POUR LE PROJET Il est donc évident que la sécurité des machines doit être achevée dès la conception. A partir d’une analyse des risques et en références aux normes concernées. mais utilise des termes et techniques légèrement différents. mécanique. suivi de la coupure de la puissance .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage niveau de performance requis pour la réalisation de fonctions de sécurité. Catégorie 2 : arrêt contrôlé avec maintien de la puissance sur les actionneurs. b. pneumatique. La norme EN 60204-1 définit trois catégories d’arrêt d’urgence : Catégorie 0 : suppression immédiate de la puissance (arrêt non contrôlé) . c. Elle ne précise pas les fonctions de sécurité ou des niveaux de performance qui doivent être utilisés dans un cas particulier. Le système doit être réalisé avec des composants en acier inox et aluminium. être déclenchée par une action humaine. les contraintes auxquelles le système doit se conformer sont définies. Elle s'applique aux PLS/SC. l'arrêt de catégorie 0 est prioritaire sur les arrêts de catégories 1 ou 2. a. Les structures métalliques obtenues par adaptations de partie de systèmes d’autres machines. I. etc). Des modifications récentes des normes. l'arrêt d'urgence peut être de catégorie 0 ou catégorie 1. est la rotation du plateau tournant. il fallait utiliser des composants électromécaniques câblés pour les circuits d'arrêt d'urgence. Jusqu'à récemment. Une fois arrêté le système. il faut prévoir un arrêt d’urgence pour arrêter le mouvement. il faut déceler l’origine de l’alarme. Un nouveau cycle peut alors redémarrer. c’est-à-dire que l’alimentation est coupée dès que le bouton-poussoir est activé. Pour ce qui concerne le projet. le choix de l’arrêt d’urgence est fait sur la base de l’analyse des risques. Pour l’analyse des risques considérée. Le déblocage du bouton-poussoir est mécanique. 1 Bruxelles. le bouton-poussoir d’arrêt d’urgence doit être de catégorie « 0 ». il faut réinitialiser le système pour le reporter en condition de fonctionnement normal.IEPSCF . selon ce qui a été déterminé par l’évaluation des risques. Un autre élément de la sécurité. Le système ayant été interrompu dans l’évolution du programme de l’automate. notamment le vérin de capsulage plus particulièrement. Si pour une raison quelconque le plateau tournant est bloqué quand le moteur est alimenté. comme les normes CEI 60204-1 et NFPA 79. le bouton-poussoir d’arrêt d’urgence peut être débloqué. on peut considérer le cas où une personne s’approche de la machine et est exposée au risque de compression de la main/doigts sous le vérin. Tout en tenant compte que la machine travaille automatiquement. l’arrêt d’urgence a été réalisé câblé. l'arrêt d'urgence doit fonctionner suivant le principe de l'action positive (défini dans la norme EN/ISO 12100) . l’éliminer et seulement après. permettent à des automates de sécurité et autres types de dispositifs électroniques conformes aux exigences des normes comme la norme CEI 61508 d'être utilisés dans le circuit d'arrêt d'urgence. même si plus fonctionnelle que personnelle. Ce risque peut être réduit sinon annulé en installant une protection en plexiglas (transparente pour pouvoir contrôler visiblement les phases de la machine) qui empêche l’introduction d’une main ou d’un objet quelconque sous les vérins. Un arrêt d’urgence de catégorie 0 et 1 peut être soit câblé (norme CEI-IEC 60204-1).Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Les exigences de sécurité : la fonction d'arrêt d'urgence doit être disponible et à même de fonctionner à tout instant (logique câblée1) . Les éléments qui peuvent donner origine à des risques sont les vérins. soit implémenté par un automate de sécurité (EN ISO 13850). 25 novembre 2013 Page 20 of 65 Mario Dionisio . Vu que l’automate disponible n’est pas de sécurité. donneront le budget. soit pour des matériaux déjà disponibles. développés et définis. Bruxelles. Dans chaque projet. les livrables et les étapes importantes (milestones). s’agissant de travaux avec plusieurs aspects de sécurité à tenir en compte. classification et contremesures associées ont été développées.IEPSCF . par sommation. Finalement. le coût prévu pour chaque élément composant est listé et ceux-ci. la conception et la main d’œuvre pour avoir une idée effective du coût total du projet. certaines dépenses ne seront pas éligibles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. le Risk management ou l’analyse des risques. Dans ce projet. leur évaluation. budgétaire et de la gestion des risques sont analysés. Le WBS « Work Breakdown Structure ». Dans la réalité. le budget a été dressé normalement pour les matériaux. décompose l’ensemble complexe des phases du projet en des tâches élémentaires plus faciles à gérer. soit pour la main d’œuvre. 25 novembre 2013 Page 21 of 65 Mario Dionisio . Le Gantt chart spécifie les détails des tâches. la sommation des tâches élémentaires donne à la fin le projet complexe originel.6 Organisation du travail et sécurité L’organisation du travail est une phase très importante où la planification temporelle. IEPSCF .1 GANTT CHART Bruxelles.6. 25 novembre 2013 Page 22 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. IEPSCF . I.1 – Gantt chart du projet Bruxelles.6. 25 novembre 2013 Page 23 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. n. n.692 1 Bureau d'études € 23 h. n. n.6.435 1 1 3 20 1 1 1 1 2 6 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 3 1 1 € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € 250 215 75 40 25 1. n. conducteurs Conteneur Acier Inox Pieds support acier peint blanc Profil en acier à L Plaques acier de support Profil en aluminium à U € € 250 € 215 € 25 € 2 € 25 € 1. n.1 – Prévision de dépense pour le projet Bruxelles.IEPSCF . n. I. 72 € 864 Fig. n. 36 € 828 2 Technicien installateur € 12 h. n.2 BUDGET Budget Coût unitaire Unité Quantité (HTVA) n. 25 novembre 2013 Page 24 of 65 Mario Dionisio .6.950 196 161 44 102 105 50 30 20 50 60 50 12 10 60 40 50 50 36 15 40 7 1. n. n. n. n. lampes de signalisation Plateau tournant Pompe liquides Vérin ø 50 Vérin ø 15 Fin de course Electrovannes + bobines 24 V Connections. n. Coût Total (HTVA) € 5. n. silencieux. n. m. n. m.950 € 196 € 161 € 22 € 17 € 35 € 50 € 10 € 20 € 50 € 60 € 50 € 12 € 10 € 60 € 40 € 50 € 50 € 6 € 5 € 40 € 7 III Conception et main d'oeuvre € 3.743 n. n. n.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I. n. n. n. n. Description I Prévision de dépense totale pour le projet II 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 Matériaux Automate Siemens S7 Expansion entrées/sorties Relais 24V Borniers Voyants. tuyau Fin de course mécanique Bouton-poussoir arrêt urgence Capteur capacitif Moteur électrique Tableau électrique Disjoncteur 16A Disjoncteur 10A Différentiel 30mA 40 A Contacteur Câbles. n. Ces risques sont surveillés de près. 6. Suivi des mesures contre les risques.7 2. La planification des mesures à prendre . 2. 25 novembre 2013 Page 25 of 65 Mario Dionisio .5 0.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage I.1 3. Aucune action n'est requise pour les éléments à faible risque.5 3.1 0.7 4. Cependant. le type et la visibilité de la gestion des risques soient proportionnels à la fois avec le risque et l'importance du projet.7 0. Bruxelles. Les risques moyens sont surveillés sur une base régulière. résultat de la probabilité (p) d’un événement et les conséquences (i) si effectivement l’événement s’avère : Impacte Probabilité 1 3 5 7 9 . les phases de l’analyse et la gestion des risques sont les suivantes : 1.3 0.5 2. Définir la méthodologie de gestion des risques à utiliser .5 6.7 0. Catégorisation des risques .IEPSCF .3 .5 .9 0. 4.5 0.3 0. La priorisation des risques . 3.3 0. en général.9 1. En général.3 8.5 1.9 2. 7.9 .7 Analyse et gestion des risques Un projet bien organisé et géré ne peut ignorer une analyse et une stratégie de gestion des risques associés au projet.7 . Le processus de gestion des risques est évolutif afin d’assurer que le niveau.9 6.5 4.5 2. Identification des risques .5 4.1 2. Un plan d'intervention pour tout élément de risque moyen peut être dressé où il est jugé nécessaire. pas de plan d'intervention est requis pour les éléments de risque moyen. L’évaluation de l’impact des risques reporte sur un tableau le risque total (r). 5.1 0. Evaluation de l'impact des risques .1 Vert = Risque bas Jaune = Risque moyen Rouge = Risque haut Risque haut Un plan d’action complet doit être élaboré. Planification C. Cadre [ ] Personnalisation modérée nécessaire [ X ] Personnalisation lourde nécessaire Analyse systématique de plusieurs solutions possibles 2. Caractéristiques Bas Risque Risque Medium Haut Risque Plan d’action A. La durée du projet est estimée : [ ] Moins de trois mois [ X ] Entre 3 mois et un [ ] Plus de un an an Coordination appropriée avec le travail et les autres cours [ ] Peut tout se trouver facilement [ X] Partiellement difficile à trouver Anticiper la recherche et l’acquisition des matériaux [ ] Pas (ou peu) de 1. Technique 4. Le % de temps [ ] 75 . les risques moyen et haut sont reportés avec le correspondant plan d’action. 25 novembre 2013 Page 26 of 65 [ ] Très difficile à trouver Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Dans le cas du projet du système d’embouteillage.100% disponible pour le projet: [ ] 50 – 75 % [ X ] 25 – 50% Soustraction de temps au repos physiologique – pas d’autre choix 3.IEPSCF . Le matériel pour la réalisation : Bruxelles. Dans personnalisation est l’implémentation nécessaire du projet : B. Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.IEPSCF . REALISATION Bruxelles. 25 novembre 2013 Page 27 of 65 Mario Dionisio . II. D’autre part. en comprenant la base d’appui pour toutes les autres installations. 25 novembre 2013 Page 28 of 65 Mario Dionisio . Cela me poussa à trouver parmi des systèmes déjà existant un mécanisme rotatif.2 PLATEAU TOURNANT Il existe en commerce des unités soit électriques que pneumatiques de plateau tournant qui permettent une réalisation simple et rapide. L’ordre et la propreté jouent un rôle très important dans un atelier. outre le risque d’erreurs dans la réalisation même du projet. mais avec le principe de faciliter l’utilisation. le modifier et l’adapter aux besoins du Bruxelles. Axialement au plateau tournant.IEPSCF . L’élément de base sur lequel se déroulent les phases de l’embouteillage et autour su quel s’appuient tout le reste du système est le plateau tournant. Tout le long de la réalisation. incendie. Par conséquent. Toutefois pour des raisons de coût.1 Considérations générales La première phase. de translation et de mouvement plan outre à la structure de support de tout le système et des supports pour les installations électriques et pneumatiques. Il fallait trouver un moyen pour réduire soit le temps de réalisation que le coût. a été celle d’organiser le travail. La réalisation est effectuée suivant le plan de la charte de Gantt. cette solution n’a pas été adoptée. aussi les risques pour les personnes et pour les biens (risques de blessures. très importante. Leur disposition n’a pas été casuelle. Il est connu que des situations de désordre et de saleté augmentent. II.2. J’y ai ramené les outils déjà emportés qui étaient indispensables à la réalisation du poste d’embouteillage. etc. se trouvera la structure de support fixe autour de laquelle circuleront les bouteilles. la réalisation pièce par pièce d’un plateau tournant aurait pris du temps et un coût non négligeable. l’extraire. L’atelier était partiellement vidé dû à des travaux qui s’étaient rendus nécessaires.2. chute de matériel. elle est la première partie à être réalisée.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.1 CONSIDÉRATIONS GÉNÉRALES La partie mécanique est composée des mécanismes rotatifs.). le maintien de l’ordre et de la propreté dans le local a été impératif. J’ai dû en première instance réorganiser l’atelier où j’allais réaliser les travaux.2 Réalisation mécanique II. Sur cette structure de support seront installés et connectés les autres dispositifs électriques et pneumatiques. Il est donc évident que ce sera la première partie mécanique à être réalisée. Un travail mal organisé dès le début est difficile à rectifier le long de la réalisation et peut conduire à des résultats peu satisfaisants ou même des échecs. A la fin de la rotation du plateau tournant. il fallait extraire la cuve avec le tambour et les adapter pour le poste d’embouteillage. soit le matériel en acier inox requis pour les systèmes dans le secteur alimentaire. Pour continuer la réalisation et l’assemblage.3 CALCULS A LA RESISTANCE ET VERIFICATION EN FLEXION 2. Il fallait disposer l’axe de rotation horizontalement et analyser les efforts en jeu sur les rayons du croisillon. Si le premier bouchage a lieu en correspondance du premier rayon.2a. J’ai créé un demi-cercle sur chacune des trois aubes à redans permettant de maintenir la bouteille fixe dans les trois phases afin que les opérations se déroulent régulièrement. 25 novembre 2013 Page 29 of 65 Mario Dionisio . De cette machine. le croisillon est formé par 5 rayons et le bouchage a lieu en des positions situées à 120° sur le plateau tournant. le support idéal pour l’avancement des bouteilles. II. Ces modifications et adaptations auraient été assez complexes. les trois bouteilles doivent se trouver exactement sous les actuateurs de remplissage. La roue aurait pu être disposée horizontalement en modifiant le support de l’axe et en installant un plateau sur la roue. Comme on peut voir dans le schéma de Fig.2. j’ai complété la réalisation en adaptant et assemblant le reste des composants.3. Pour chacune de ces deux positions. L’avantage de cette solution a été soit la facilité d’adaptation. Une fois que les calculs effectués ont donné des résultats qui garantissaient la résistance mécanique.1 Considérations générales sur les efforts en jeu Le vérin de bouchage transmet un effort à travers la bouteille sur les rayons du croisillon du plateau tournant. en construire un à partir d’une tôle n’aurait été moins simple non plus. trouver un plateau circulaire de dimensions appropriées à poser sur la roue n’était pas facile . laborieuses et coûteuses. Il fallait trouver une roue de dimensions appropriées à coupler avec une structure axiale d’appui des bouteilles. II. bouchage et capsulage. J’ai pensé en premier lieu à une roue d’une moto sur son axe de rotation. Une phase critique du travail a été celle de positionner les vérins avec une position angulaire exacte de 120° entre eux. J’ai fixé le plateau tournant sur le support.IEPSCF . J’ai identifié dans les trois aubes à redans du tambour. Solution adoptée J’ai pensé à la partie mécanique d’un lave-linge. c’est-à-dire quand le bouchage tombe sur un rayon du croisillon. Cette solution a été donc abandonnée. une barre de connexion en acier entre les rayons du croisillon a été installée pour créer le support mécanique au bouchage.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage projet. J’ai soudé une barre à profil à L pour former un support de forme carrée et j’y ai installé 4 pieds. La force nécessaire pratique pour enfoncer le liège est d’environ 500 N selon Bruxelles. il en résulte que les deux autres tombent entre deux rayons du croisillon. Pour le plan de rotation. j’ai réutilisé an l’adaptant le fond de la cuve tandis que ses parois coupées en deux ont donné le support latéral rotatif intérieur et celui fixe extérieur.3. il était indispensable de créer un support pour la cuve et le tambour du lave-linge devenus maintenant le plateau tournant. l’étude de la résistance sera effectuée pour la situation plus défavorable. Hors. En considérant que l’effort dans ces deux situations est distribué entre deux rayons.2. 3.IEPSCF .1a Levier pour épreuve de la force de bouchage Une bouteille a été positionnée. Fig. II. centrée et bloquée à 10 cm du point d’appui sous le levier et un poids a été appliqué à l’extrémité du levier à 50 cm du point d’appui.2. 25 novembre 2013 Page 30 of 65 Mario Dionisio . L’essai a été répété avec des poids croissants en commençant avec 5 Kg de poids (utilisés en soulèvement de poids) jusqu’à l’enfoncement total du liège. c’est-àdire pour une force de : Bruxelles. On a : Et : ∑ ( ) ( ) ( ) Le résultat a été que le liège s’est enfoncé complètement quand un poids total de 14 Kg a été appliqué.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage la composition du liège. Cette valeur a été obtenue expérimentalement en utilisant un levier de deuxième classe et en faisant plusieurs essais. Fig. pour avoir un marge de sécurité dans les conditions d’exercice normal.3. En considérant la forme à L entre le rayon et l’axe de rotation.2 Etude à la résistance Nomenclature Force appliquée Force résistante Effort tranchant Moment d’encastrement Moment fléchissant Surface Hauteur e Epaisseur Facteur de sécurité Le schéma de Fig.2. la force maximale nominale du vérin de F = 1178 N a été prise en compte pour les calculs à la résistance et à la flexion. Bruxelles. II.2. 25 novembre 2013 Page 31 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage En considérant que je disposais d’un vérin de caractéristiques supérieures et en même temps.3. II. le rayon du plateau tournant peut être considéré comme une poutre encastrée.3.IEPSCF .1b – Tableau des forces délivrées par des vérins Festo 2.2a représente la vue du haut et frontale du plateau tournant avec les forces en jeu. 2.3.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. 25 novembre 2013 Page 32 of 65 Mario Dionisio .IEPSCF .2a– Efforts plateau tournant Bruxelles. II. Moment fléchissant : ⃗ Pour { Bruxelles. Moment d’encastrement : ∑ Diagrammes des forces et des moments a.IEPSCF . Système d’embouteillage Effort tranchant : ∑⃗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗ b. 25 novembre 2013 Page 33 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études a. Effort tranchant Pour L’effort tranchant : b. IEPSCF .2b – Efforts tranchants et moments fléchissant du plateau tournant Bruxelles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig.3.2. 25 novembre 2013 Page 34 of 65 Mario Dionisio . II. La limite au cisaillement de l’alliage sera de : Il faut enfin tenir compte du facteur de sécurité « s » que l’on prend égal à 4.1 fourni par le constructeur.8 fois la limite en traction : Reg = 0. la limite en cisaillement vaut en général entre 0. j’ai choisi dans la liste l’alliage ENAC – 41000 caractérisé par la plus basse valeur de de 70 MPa.IEPSCF .3.7×Re pour les aciers mi-durs (320 MPa ≤ Re ≤ 500 MPa) . Pour avoir un marge de sécurité. 25 novembre 2013 Page 35 of 65 Mario Dionisio . II. il faut que soit vérifiée l’inéquation : Le tableau de Fig. on a : En tenant compte que la section S est égale à : Bruxelles.5 et 0. Finalement. Reg = 0.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 2.3 Vérification au cisaillement Nomenclature Effort tranchant Surface Contrainte admissible au cisaillement du matériau Résistance pratique au glissement/cisaillement Limite élastique au cisaillement Limite élastique à la traction Facteur de sécurité Contrainte tangentielle Hauteur e Epaisseur Pour vérifier que le rayon du croisillon résiste à la contrainte de cisaillement.5×Re pour les aciers doux (Re ≤ 270 MPa) et alliages d'aluminium . Reg = 0. Pour les métaux. reporte les caractéristiques du matériau du croisillon.8×Re pour les aciers durs (Re ≥ 600 MPa) et les fontes.3.2. 3. donc : La vérification au cisaillement est satisfaite. II.1 – Tableau des alliages d’aluminium Bruxelles. Fig.3. 25 novembre 2013 Page 36 of 65 Mario Dionisio .IEPSCF .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage On a : L’épaisseur réelle du rayon du croisillon est de 25 mm. on a : Et En remplaçant : Et donc : √ √ La hauteur réelle du croisillon dans la section à moment fléchissant maximal étant de 125 mm donne : La section du croisillon à moment fléchissant maximal est donc vérifiée à la flexion.4 Etude et vérification de la résistance en flexion Nomenclature Contrainte normale maximale admissible à la flexion du matériau Moment fléchissant maximum Distance maximale entre le point neutre Résistance pratique à l’extension Limite élastique à la traction du matériau Facteur de sécurité Moment quadratique Base (largeur) h Hauteur (épaisseur) Le rayon du croisillon sera sujet à un effort de flexion lorsque le vérin enfonce le bouchon dans la bouteille. On vérifie la résistance en flexion dans la section du croisillon avec le moment fléchissant maximum. Bruxelles. La contrainte maximale est : Pour un profil rectangulaire.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 2. Dans cette section la contrainte normale doit rester inférieure à la contrainte limite admissible liée au matériau.IEPSCF .3. 25 novembre 2013 Page 37 of 65 Mario Dionisio . à billes à une rangée. 25 novembre 2013 Page 38 of 65 Mario Dionisio . Ils peuvent être toujours à billes avec contact oblique ou bien avec deux roulements coniques montés en « O ».IEPSCF . Pour une utilisation du poste pour une production effective.5 Considérations des efforts sur les roulements L’application de la force du vérin de bouchage se répercute sur l’axe de rotation du plateau et sur les roulements.3. ces roulements originaires n’ont pas été remplacés.le type de roulements existants installés. il est approprié de remplacer les 2 roulements à billes à contact radial avec des roulements en mesure de supporter des efforts radiaux et axiaux. II.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 2. à rainure profonde.l’effort en jeu calculé ci-dessus. .3.5a – Typologie de roulements appropriés pour l’application pratique Bruxelles.la réalisation est à fin démonstratif sur maquette. Fig.2. Les roulements originaires installés sont des 6205 ZR. En considérant que : . . Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig.5b– Tableau avec indiqué les roulements originaires Bruxelles.2. 25 novembre 2013 Page 39 of 65 Mario Dionisio .3. II.IEPSCF . C’est pour cela que j’ai utilisé une transmission en chaine qui était disponible. Une rotation complète donc du plateau a lieu en 30’’.3 Mécanismes d’alimentation des lièges et capsules Les mécanismes accessoires peuvent être dérivés des mécanismes principaux ou être mus par une énergie potentielle comme celle d’un ressort ou encore être actionnés par une source d’énergie toujours présente et dans tous les lieux : la gravitation universelle. sont placés dans un rail jusqu’à l’embouchure pour le bouchage sous le vérin.4. Le seul inconvénient est la « motion » des lièges doit être dans ce cas procurée ad hoc. 2.2. 2. même si un poids doit être mis au-dessus du dernier liège pour les faire avancer. En ce moment-là. Bruxelles. la rotation d’une phase. Quand la tige descend. le liège est poussé dans l’embouchure pour la prochaine bouteille. un à côté de l’autre. Les considérations qui suivent sur les engrenages portent au choix du moteur décrit dans la partie électrique.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. se déroule en ~ 10 secondes. Le liège à la fin du rail se trouve dans l’embouchure juste au-dessous de la tige du vérin. Le système plus simple pour l’alimentation des lièges est celui de les présenter en série sur le point d’application. Une autre possibilité est celle de créer une déviation de 65 ÷ 90° du rail (vers le haut) pour utiliser la force de gravité. Cela veut dire que les lièges.4.2 Choix de l’engrenage Le plateau tournant doit être mis en rotation à travers un système de transmission de l’arbre moteur. c’est-à-dire 1/3 de tour. La tige sortie empêche au liège successif de se déplacer jusque quand elle remonte complètement. debout.4 CONCEPTION DES MÉCANISMES 2. Cela peut être évité en utilisant un ressort qui pousse les lièges vers l’embouchure. En faisant une simulation.IEPSCF .4. 25 novembre 2013 Page 40 of 65 Mario Dionisio . je suis parti du calcul de la vitesse du plateau. J’ai trouvé des engrenages de diamètre de 135 mm pour la roue menée et 65 mm pour la roue menante. ce qui porte à une rotation d’environ 2 tours/min. Dans ces conditions le rapport de transmission est de : Le choix du moteur est décrit dans la partie électrique.1 Rotation du plateau Pour définir les organes de rotation. J’ai eu des difficultés à trouver un engrenage d’épaisseur réduite et de diamètre approprié à installer entre le croisillon et la base du plateau tournant. en série. le liège est enfoncé dans la bouteille. J’ai utilisé un conteneur en acier inox pour l’huile d’olives de 20 litres. ce qui la fait tomber juste sur la tête de la bouteille bouchée.5 Support pour les actionneurs Il fallait un support central et latéral soit pour les bouteilles que pour accueillir les actionnements. 25 novembre 2013 Page 41 of 65 Mario Dionisio . les organes de fixation sont des simples supports métalliques.4. Le diamètre de 30 cm est exactement celui fallait pour que la différence entre le diamètre interne (conteneur) et externe (paroi fixe du plateau tournant) donnait juste l’espace exact pour le diamètre des bouteilles. mais procuré quand nécessaire.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Le mécanisme d’alimentation des capsules est plus compliqué parce que plus difficile à manipuler. J’ai choisi un modèle que.178 N. la bouteille entraine un levier rotatif à la hauteur du col de la bouteille. 2. Afin qu’il y ait l’association bouteille présente – capsule chargée / bouteille absente – capsule non chargée. s’agissant d’un mécanisme dérivé et non propre. mais avec le chargement non continu. Avec la rotation du plateau tournant. Le levier est solidaire axialement avec un mécanisme d’acheminement de la capsule jusqu’à un orifice juste au-dessus de la bouteille. En avançant. pour forme et dimensions s’adaptait aux besoins. Je l’ai fixé sur l’axe du plateau tournant en le renforçant à la base avec la poulie de la cuve du lave-linge.4. Bruxelles. Le tambour étiqueteur est mis en rotation par l’avancement de la bouteille sur le plateau tournant en y exerçant une pression obtenue à travers un ressort. la fixation a été choisie en mesure de résister à l’effort maximal du vérin fourni par le constructeur de 1. 2. Le vérin 1 doit vaincre seulement la résistance du ressort en rentrant le bec de remplissage dans la bouteille tandis que le vérin 3 doit simplement descendre le cylindre avec la résistance de chauffage autour de la tête de la bouteille. Pour le vérin 2 de bouchage. c’est la bouteille même qui doit l’enclencher. Un système à rail est utilisé aussi dans ce cas. la bouteille passe devant le tambour de pression pour un temps nécessaire pour l’application de l’étiquette. Par conséquent. d’un rouleau collecteur du papier plastique de support et d’un tambour de pression.4 Mécanisme d’étiquetage Le mécanisme d’étiquetage est constitué d’un rouleau débiteur d’étiquettes. Les vérins 1 de remplissage et 3 de capsulage sont caractérisés par des efforts minimaux.IEPSCF . Les trois vérins ont été vissés au col du conteneur en acier inox. L’angle aigu formé entre l’avancement de l’étiquette sur le support plastique vers la bobine collectrice provoque le décollage de l’étiquette et sa déposition sur la bouteille. 5/2 alimentés à 24 V cc complets des électrovannes.IEPSCF . Les vérins sont montés verticalement et axialement à la tête de la bouteille à travers des supports mécaniques.3. de deuxième pour le bouchage et le troisième pour le capsulage.1 CONSIDERATIONS GENERALES Les actionnements pour les trois phases du poste d’embouteillage sont réalisés avec un système pneumatique avec trois vérins : le premier pour appliquer te tuyau de remplissage sur la bouteille. Une pompe est utilisée pour le remplissage des bouteilles.1 – Schéma du circuit pneumatique Bruxelles. 25 novembre 2013 Page 42 of 65 Mario Dionisio . Fig.3 Réalisation pneumatique II. Sur ceux-ci sont installés les distributeurs Camozzi 358-015-02. II.3.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. II. J’ai réalisé l’anti rotation en forçant le parcours d’une tige solidaire avec la tige du vérin à travers un œillet solidaire avec le corps du vérin.3. course 50mm.1 – Schéma de principe de pompage du liquide Bruxelles. j’ai utilisé un vérin normal dont je disposais. 2 Le vérin de bouchage est un vérin Festo ADVU-50-50-P-A. à double effet. magnétique.2. à la rigueur le vérin aurait dû être anti rotation.IEPSCF .3. à double effet. Toutefois. II. course 50 mm.2 LES VERINS Vérin n. alésage 50 mm. Fin de course : Vérin n. En considération du désaxement entre l’axe du vérin et l’axe de la bouteille. 1 Le vérin de remplissage est un vérin Camozzi 24N2A20A050. 25 novembre 2013 Page 43 of 65 Mario Dionisio .3 POMPE DE REMPLISSAGE Fig.3. Vérin n.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. 3 Le vérin de capsulage est un vérin Camozzi comme celui de remplissage. magnétique. Bruxelles. Le remplissage de la bouteille s’arrête mais le liquide est « court-circuité avec le récipient de « trop plein » et si la pompe reste en marche. Le bec de remplissage remonte. la bouteille et le conteneur de liquide. Dans cette condition. le ressort pousse le tuyau extérieur vers le bas en clôturant la sortie avec un joint. en ordre de la droite vers la gauche. il n’y a plus d’aspiration dans la bouteille car l’orifice d’aspiration est bouché par le liquide même. Toutefois. Le circuit d’aspiration est formé par. le récipient de trop plein. le liquide y se récolte à l’intérieur.IEPSCF . 25 novembre 2013 Page 44 of 65 Mario Dionisio . Les tuyaux son mis en communication quand le bec entre dans la bouteille. le deuxième au récipient de trop plein. tous connectés à travers des tuyaux. avec le conteneur connecté à travers un tuyau à la bouteille. j’ai dû installer un détecteur de proximité capacitif de liquide pour informer l’automate qu’il y a des opérations à faire après la détection de bouteille remplie. Le bec est formé par deux tuyaux coaxiaux glissants l’un dans l’autre à l’aide d’un ressort : le premier est connecté au conteneur. le liquide entre et tombe dans la bouteille tandis que l’air continue à être aspirée. le liquide est « poussé » par la pression atmosphérique dans la bouteille. Ce fonctionnement indique clairement que le système seul est auto contrôlé pour l’arrêt du remplissage et n’aurait pas besoin d’électrovanne pour arrêter le flux du liquide.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Le remplissage avec le liquide est réalisé par la dépression créée par la pompe dans la bouteille. Ceci garantit une absence totale de fuites de liquide. la pompe. A bouteille remplie. La pompe aspire l’air dans la bouteille et crée à son intérieur une pression inférieure à la pression atmosphérique à la quelle est soumis le liquide dans le conteneur. dès que le liquide atteint le bec de remplissage. Le circuit entre les deux tuyaux étant ouvert. Les deux méthodes se prêtent au fonctionnement du système. En considérant que ces installations se trouvent sur un châssis totalement métallique. Le système d’embouteillage n’exige pas un degré de précision millimétrique et des rotations et manipulations en avant et en arrière complexes. tandis que le moteur et la résistance sont alimentés à 230 V. les normes de sécurité imposent qu’une protection contre les contacts directs et indirects soit installée. pour la motorisation du plateau tournant.moteur asynchrone AC à basse vitesse (un grand nombre d’engrenage de réduction).1 CONSIDERATIONS GENERALES ET DE SECURITE L’alimentation des bobines des distributeurs est 24 Vcc. j’ai pris en considération. La distribution des composants électriques est homogène. En définitive. .IEPSCF .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. Il s’agit seulement de déplacer le plateau tournant de 120º par phase avec un déplacement dans la même direction qui ne varie pas dans le temps. chacune avec ses propres caractéristiques. Un disjoncteur magnétothermique de 16 A protège le système des courts-circuits et des sur-courants. Le moteur pas à pas est caractérisé par des mouvements de précision millimétrique et permet la rotation en avant et en arrière. La forte réduction du nombre de tours implique que l’arbre ne se déplace pas librement en position d’arrêt du moteur.4. Un tableau de trois rangées rail DIN recueille les commandes et autres dispositifs de la partie électrique. Utiliser un moteur pas à pas pour un mouvement rotatoire simple serait le sous-utiliser par rapport à ses multiples potentialités. 25 novembre 2013 Page 45 of 65 Mario Dionisio . j’ai utilisé un moteur asynchrone avec un réducteur du nombre de tours important.moteur pas à pas . Aussi. Aussi. l’arbre s’arrête instantanément à la coupure de l’alimentation et cela répond aux requêtes du système à réaliser. L’alimentation de l’automate est séparée et est alimenté à travers un disjoncteur de 10 A.4 Réalisation électrique II. regroupant les mêmes types de dispositifs et de manière à faciliter les interconnexions. Ceci est accompli par un interrupteur différentiel de 30 mA. Bruxelles. il faut tenir en compte qu’il est plus coûteux. éventuellement avec piston de blocage. Le circuit d’arrêt d’urgence de catégorie 0 est réalisé avec un bouton-poussoir à clé câblé sur un contacteur de l’alimentation du système. Sur la base des requis techniques. Une prise de service est aussi installée. deux types de moteurs : . 1 Schéma électrique Bruxelles.IEPSCF .4.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. II. 25 novembre 2013 Page 46 of 65 Mario Dionisio . en entrée Rapport de réduction Moment d’inertie du plateau Temps Angle parcouru par le tambour dans la phase d’accélération La puissance fournie pour le moteur est égale à celle requise par le plateau tournant plus les pertes ou bien en parlant en termes de rendement : On calcule la puissance utile : La vitesse angulaire peut être trouvée à partir du nombre de tours par minute. en entrée Vitesse angulaire en sortie. Pour trouver le couple.1 Calcul de la puissance du moteur électrique Nomenclature Rendement Puissance utile Puissance fournie Couple en sortie.3.IEPSCF . on peut parler en termes d’énergie et on peut établir. en entrée Diamètre engrenage en sortie. 25 novembre 2013 Page 47 of 65 Mario Dionisio . à moins des pertes: C’est-à-dire : Ou bien : En isolant C : Mais: Et donc: Bruxelles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 4. dans les conditions les plus contraignantes. on a : (1) Et donc: (2) Calcul de i : Bruxelles.IEPSCF . On considère = 0. 25 novembre 2013 Page 48 of 65 Mario Dionisio . pour un total de 2 + 3 = 5 Kg. Le couple requis par le plateau tournant est donc : On reporte le couple en sortie requis par le plateau tournant sur l’arbre du moteur en tenant compte du rapport de réduction des engrenages et du rendement. En utilisant la formule du rendement. celle de 3 bouteilles pleines. Le rayon du tambour est de 0. Pour une vitesse à régime de 2 tours par minute.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage La vitesse du plateau tournant de 2 t/min est égale en rad/s à : La masse est égale à celle du tambour plus. on a : Or. l’angle parcouru par le tambour est minimal.24 m.001 rad. J’ai dû adapter les connexions électriques. Or on ne peut inverser électriquement le sens de rotation d’un moteur asynchrone monophasé. une difficulté s’est présentée pour ce qui regarde le sens de rotation du moteur. De la (2).Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Où d1 et d2 sont les diamètres de l’engrenage du moteur et du plateau respectivement. J’avais créé les supports pour un autre moteur auparavant. une partie de chaque pôle est munie d'une bague de cuivre dite « spire de Frager » où des courants induits déphasent (retardent) le flux magnétique dans cette partie du pôle suffisamment pour fournir un champ tournant.5 t/min. j’ai simplement renversé le stator dans le carter du moteur. la partie tournante est un rotor en « cage d'écureuil ». Bruxelles. on obtient le couple demandé sur l’arbre moteur en considérant que le rendement d’une transmission par chaine est de l’ordre de 98% : La vitesse de l’arbre du moteur est déduite de la formule du rapport de réduction (1): La puissance requise du moteur doit être donc supérieure ou égale à : Le moteur utilisé pour la maquette est un moteur de tournebroche caractérisé par une puissance de 14 W et une vitesse de 2. À l'instar des autres moteurs asynchrones. Dans ce moteur à bague de démarrage. en installant le moteur du tournebroche. Successivement. La position de ces bagues détermine le sens de rotation du rotor.IEPSCF . 25 novembre 2013 Page 49 of 65 Mario Dionisio . mais celui-ci n’a pas résulté bien approprié. j’ai « forcé » le moteur à tourner dans le sens dont j’avais besoin. Vu que le sens de rotation dépend de la position des spires de Frager. Durant l’installation. Tout moteur monophasé nécessite la production d'un champ magnétique tournant pour démarrer. Ce petit moteur asynchrone a comme stator une seule bobine sur un noyau qui présente une ouverture circulaire pour l’emplacement du rotor. le plateau tournait bien mais en sens inverse. Pour éviter de reconstruire les supports inversés du moteur. mais l’arbre du moteur tournait alors dans le sens correct pour le poste d’embouteillage. IEPSCF - Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.4.3 UNITE DE CAPSULAGE Dans cette phase, la capsule thermo rétractable est chauffée pour un temps t nécessaire à rétrécir la capsule sur la tête de la bouteille. J’ai réalisé cela avec une résistance de sèche-cheveux passée sur les parois intérieures d’un cylindre en aluminium. Le cylindre est ouvert sur la base inférieure pour l’introduction de la tête de la bouteille avec la capsule et est connecté au centre de la base supérieure fermée à la tige du vérin. Pour l’isolation électrique et thermique j’ai utilisé des supports en céramique. J’ai coupé des carreaux de carrelage de 10 mm x 10 mm que j’ai foré le long d’une face pour le passage de la résistance et transversalement pour assurer l’isolation électrique avec la fixation sur le support métallique. La résistance mesurée a donné : pour un courant de : ( ) En augmentant la résistance avec l’augmentation de la température, cette valeur diminue. L’automate commande la mise en tension de cette résistance à travers un relé. Pour la réalisation de la spirale de l’unité de capsulage, j’ai calculé le nombre de tours à donner à la spirale à l’intérieur du cylindre en ayant la longueur de la résistance connue de 750 mm. La longueur d’un arc de spirale est donné par : √ Avec Donc, pour un nombre de tours x de spirale, on a : √ Bruxelles, 25 novembre 2013 Page 50 of 65 Mario Dionisio IEPSCF - Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Fig. 4.3.1 – Calcul de la spirale de l’unité de capsulage En fixant un pas de 20 mm, le nombre de tours nécessaire pour 750 mm de longueur de la résistance est de : √ √ Le nombre de spires enroulées a été de 3. Bruxelles, 25 novembre 2013 Page 51 of 65 Mario Dionisio IEPSCF - Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.5 Réalisation de la partie automation II.5.1 CONSIDERATIONS GENERALES Le système est géré par l’automate Siemens S7 1200 AC/DC Rly caractérisé par 14 entrées numériques, 10 sorties numériques à relais, 2 entrées analogiques et 2 sorties analogiques. La première démarche faite a été de rédiger le bilan entrées/sorties nécessaires pour le projet. Bilan entrées 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 M/A AU RS CC PE PB1 PB2 PB3 CR V1R V1S V2R V2S V3R V3S PB PC Pet DIa0.0 DIa0.1 DIa0.2 DIa0.3 DIa0.4 DIa0.5 DIa0.6 DIa0.7 DIb0.0 DIb0.1 DIb0.2 DIb0.3 DIb0.4 DIb0.5 DIa0.0 DIa0.1 DIa0.2 DIa0.3 Marche/Arrêt Arrêt d'urgence Reset System Capteur de niveau capacitif Position étape Position bouteille 1 Position bouteille 2 Position bouteille 3 Contact résistance Vérin 1 rentré Vérin 1 sorti Vérin 2 rentré Vérin 2 sorti Vérin 3 rentré Vérin 3 sorti Présence bouchon Présence capsule Présence étiquette Bilan sorties 1 2 3 4 5 6 7 8 KM V1 V2 V3 PL R VVF VVC DQa0.0 DQa0.1 DQa0.2 DQa0.3 DQa0.4 DQb0.5 DQb0.6 DQb0.7 Moteur plateau tournant Vérin 1 Vérin 2 Vérin 3 Pompe liquides Résistance Voyant vert fixe Voyant vert clignotant 9 10 11 VJC VR SIR DQa0.0 DQa0.1 DQa0.2 Voyant jaune clignotant Voyant rouge Sirène Fig. II.5.1 Tableau entrées/sorties Bruxelles, 25 novembre 2013 Page 52 of 65 Mario Dionisio IEPSCF . il faut réinitialiser le système pour qu’un nouveau cycle puisse redémarrer. Le déblocage du poussoir est mécanique à clé et permet de redonner tension au système à travers le contacteur. Fig. Une expansion de 8 entrées/8 sorties était nécessaire. et la réinitialisation du système sont gérées par l’automate. l’arrêt d’urgence doit être prioritaire sur toutes les autres commandes et soit il doit être géré par un automate de sécurité.1 Gestion sécurité (GS) Comme mis en évidence dans le chapitre 4. Sur la base des entrées et sorties et sur les fonctionnalités requises du système. Vu que l’automate disponible n’est pas de sécurité. II. La signalisation de l’arrêt d’urgence. soit il doit être câblé.2 GRAFCET 5.2. L’opération de reset rentre tous les vérins.5. le bouton-poussoir d’arrêt d’urgence a été câblé directement sur le contacteur. repositionne le plateau tournant sur « Position étape ».5. Successivement. J’ai acheté une expansion module SM 1223 avec 16 DI/16 DO pour futures expansions éventuelles.1 Grafcet système d’embouteillage – Gestion sécurité Bruxelles.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Le bilan entrées-sorties a révélé que seules celles de l’automate n’auraient pas été suffisantes pour le projet. Il faut tout d’abord considérer la hiérarchie des commandes : II.2. à travers une lampe d’alarme rouge et une sirène. j’ai dressé le GRAFCET. 25 novembre 2013 Page 53 of 65 Mario Dionisio . peut être implémenté la sélection automatique/manuel quand une application le requière.2.2 Gestion conduite (GC) Afin qu’après une commande d’arrêt de la production. 25 novembre 2013 Page 54 of 65 Mario Dionisio . Ceci est accompli dans la gestion conduite. Fig. la commande marche/arrêt doit se trouver en dehors de la boucle de gestion production automatique.5.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. Dans ce sous-programme.2. II. le cycle s’arrête seulement quand la dernière bouteille présente sur le plateau tournant soit sortie.5.IEPSCF . Grafcet système d’embouteillage – Gestion conduite Bruxelles.2. 25 novembre 2013 Page 55 of 65 Mario Dionisio . l’entrée d’une nouvelle bouteille et la sortie de la bouteille pleine.2.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 5. commande l’avancement du plateau tournant.PE 6 PL V2- V3S 8 V1- R T2/X8/5s CC 4 V3+ 9 PL’ V3. Le compteur des bouteilles remplies est appliqué à la fin de la temporisation du capsulage.5.PE 2 5 V1+ V2+ 7 V2S V1S 3 PB3. après une brève temporisation.V3R. Une fois achevées les phases de bouchage.3 Grafcet système d’embouteillage – Gestion Production Automatique Bruxelles.2. capsulage et étiquetage.V1R. Les trois phases se déroulent en parallèle sur trois bouteilles différentes et en série sur une même bouteille. la plus longue en durée.CPT1:=CPT1+1 V1R.t3/X9/5s 10 KM PE Fig. Grafcet Gestion Production Automatique (GPA) 0 1 VJC PB’+PC’+Pet’ PB1.IEPSCF .V2R. le moteur fait tourner le plateau tournant de 120° pour un nouveau cycle. II.PE PB2.V2R.3 Gestion production automatique (GPA) C’est la programmation des étapes qui forment le procédé de l’embouteillage. Cela permet d’établir que la phase de remplissage.V3R. On note comme l’absence d’un liège ou d’une capsule ou d’une étiquette bloque le système et commande la lampe jaune clignotante jusqu’à la leur recharge. II.5. La réalisation de figure exécute la commande efficacement.2. 25 novembre 2013 Page 56 of 65 Mario Dionisio .IEPSCF .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage 5.4 Schéma Ladder Latch on-off push-button start-stop Bruxelles.4 Commande Marche-Arrêt avec un bouton-poussoir Avec le bouton-poussoir disponible.2. Fig. il fallait programmer l’automate de manière telle qu’il n’y ait pas de fausses commandes et/ou mal interprétés dû fondamentalement aux circuits de réaction introduits. b. 25 novembre 2013 Page 57 of 65 Mario Dionisio .IEPSCF .3 Capteur capacitif pour détection du niveau du liquide dans la bouteille L’état de remplissage de la bouteille est effectué par un capteur de proximité capacitif OMRON E2K-F10MC. Fig.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.5.3. 5. 3 fin de course ME-8169 auto-reset oscillant AC 380-250 V pour relever la présence de la bouteille dans chacune des étapes.2 Fin de course à bras oscillant b. II.3a Capteur capacitif Bruxelles. Fig.3.1 Fin de course (magnétique) pour les vérins a. II.3 DISPOSITIFS D’ENTREE (CAPTEURS) ET DE SORTIE (ACTIONNEURS) Les capteurs utilisés sont : 5.2 Fin de course (mécanique) pour position étape et pour présence bouteille a.3. Festo SME-8-K-LED-24 Le capteur est à trois conducteurs avec la fixation réalisée à travers l’insertion dans la rainure du vérin même.3. 5. 1 fin de course à rotule pour détecter la position de l’étape avec l’arrêt du moteur.5. Camozzi CST-CSV Le capteur à deux conducteurs est fixé avec un clamp sur le vérin.3.5. Une vis permet de le bloquer. i.3. alimenté en DC qui convient dans des installations avec espaces exigus. Le collecteur doit donc recevoir +24V à travers la charge. XNPNPNP.e.IEPSCF .4 Inverseur de polarité et schéma électronique Bruxelles. il doit recevoir une polarisation directe sur la jonction émetteur-base et indirecte sur la jonction base-collecteur. Il fallait un inverseur NPN-PNP.3b Schéma électronique du capteur capacitif Comme on peut voir sur le schéma. Ses caractéristiques sont : Détection sans contact métallique de substances/objets métalliques et non métalliques tels que l'eau. 25 novembre 2013 Page 58 of 65 Mario Dionisio .3. Amplificateur intégré DC qui fournit la commutation NPN de charges jusqu’à 100 mA. Fig. Corps en plastique de 10 mm . l'huile. Hors l’S7 1200 alimente la charge à travers le négatif et le circuit se ferme à travers le contact d’entrée qui est connecté au positif.5. J’ai trouvé en commerce l’inverseur No. II. Capteur non blindé à indicateur à LED et sensibilité fixe .5. Dans ces conditions le capteur était inutilisable. le capteur a un transistor de sortie NPN. le relais interne de l’entrée de l’automate. II. Fig. verre. le plastique et le bois . pour une telle configuration.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Ce capteur est un Flat-Pack rectangulaire en plastique. ce qui veut dire que. 5.4 Fin de course pour lièges.3. Bruxelles.5 Circuit inverseur de polarité réalisé avec relais 5.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Cet inverseur convertit un signal d’un capteur PNP en un signal NPN et vice-versa. J’ai effectué cette mesure qui m’a donné un résultat de 20 mA. mais commerciales : le lot minimum pour l’achat était de 5 inverseurs. J’ai dû y renoncer tout en cherchant de trouver une autre solution. Néanmoins. La seule chose à vérifier était si le courant absorbé par la bobine du relais était inférieur au maximum de 100 mA comme indiqué dans les spécifications techniques du capteur. étiquettes Il s’agit de fin de courses simples mais avec un effort d’activation minimal vu que la présence d’une capsule. je n’ai pas pu utiliser ce dispositif non pour des raisons techniques. à la fin. II. capsules. doit être en mesure de l’activer. 25 novembre 2013 Page 59 of 65 Mario Dionisio . Il permet d'adapter les entrées d’un automate à tous les capteurs sur le marché quel que soit leur polarité de sortie. Le circuit est reporté en figure.IEPSCF . J’ai pensé d’utiliser un relais pour faire l’accouplement des deux circuits avec alimentation incompatible tout en laissant les 2 circuits séparés.3. assez légère. ce qui permettait d’utiliser cette solution. Fig. Quand les commandes vérifiées répondent correctement aux fonctions prévues. c. La vérification est faite aussi à l'aide du programme de l'automate en mode en ligne qui donne la possibilité de voir en temps réel l'évolution de l'état de chaque entrée et sortie. Le fonctionnement correct des mécanismes accessoires d’alimentation des lièges. La mise à jour de la documentation de projet peut être achevée qui donnera lieu à la documentation « as build » ou finale. Après. L’arrêt d’urgence et le reset successif sont vérifiés. Cette vérification est effectuée en suivant le schéma électrique. la version finale du programme peut être sauvegardée.IEPSCF . Bruxelles. il faut vérifier le synchronisme des actionneurs avec les étapes et que les phases soient exécutées correctement : a. Résistance de capsulage Il s’agit de faire des essais de variation de la temporisation pour voir avec quel temps la capsule est bien thermo rétractée. L’arrêt de la production est vérifié à ce qu’elle se termine bien quand la dernière bouteille sur le plateau est complétée. b. les sorties physiques sont contrôlées. Niveau de remplissage Il s’agit de positionner le détecteur à la distance correcte du col de la bouteille afin qu’il soit activé par le liquide qui arrive devant son aire de détection et non par la bouteille même si vide. Insertion du liège Il s’agit de régler la vis de la tige du vérin pour trouver la longueur exacte.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. 25 novembre 2013 Page 60 of 65 Mario Dionisio . Complété le contrôle du schéma électrique. Ceci a pris des tentatives jusqu’à trouver la distance correcte. Il faut tout d’abord analyser que toutes les entrées physiques de la machine fonctionnent correctement. des capsules et des étiquettes est aussi vérifié.6 Programmation et test Le test du système d’embouteillage est effectué une fois complétée la programmation et c’est aussi quand la programmation même est vérifiée et corrigée éventuellement. il faut vérifier que les signaux d'alarme soient corrects. Après cela. Le coût des matériaux non achetés.7 Relation et solde finaux Du point de vue technique la réalisation du système d’embouteillage s’est déroulée en manière programmatique et coordonnée. Quelques difficultés se sont présentées durant le déroulement des travaux (par exemple le sens de rotation du moteur. soit parce que j’ai cherché une solution pour éviter une dépense excessive. comme on peut le voir des tableaux du budget et du décompte. mais ont été maîtrisés adéquatement. la difficulté à trouver des écrous ø 22 à pas fin et d’autres problèmes mineurs). le coût final est en ligne avec les coûts prévus. ces coûts ne sont pas pris en compte et donc réduits à zéro. Cela représente une épargne de 31% sur le budget et de 123% sur le coût final. le coût de conception et réalisation est supérieur au coût des matériaux achetés.7. Aussi. j’ai dû tenir compte des coûts pour la conception et la main d’œuvre. II.1 montre que.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. Pour la réalisation d’une maquette de Travail de Fin d’Etudes. 25 novembre 2013 Page 61 of 65 Mario Dionisio . représente une épargne de 63% sur le coût des matériaux. soit parce que j’en disposais déjà (pompe liquide. le solde final dressé dans le tableau de Fig. vérins). Du point de vue financier. Bruxelles.IEPSCF . à part pour les matériaux qui n’ont pas étés achetés. En d’autres termes. 46 € € 250.00 € 6.00 82. m.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Solde final pour le système d'embouteillage n.00 € 1. n.00 40.68 105.00 € 5.00 40. n.5 t/min Tableau électrique Disjoncteur 16A Différentiel 30mA 40 A Contacteur CA3 DN40BD Câbles. n.00 1 3 20 1 1 1 1 2 2 4 3 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 3 1 1 € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € € 215.42 € 35.7. n.00 36.00 15. n.78 41.00 € € € € € 39. 72 € - 2 Technicien installateur € - h.46 n.00 20.00 27. n. conducteurs Conteneur Acier Inox 18-10. n. Coût unitaire (HTVA) Description I Coût total pour le projet II 1 Total matériaux Automate Siemens S7 Expansion entrées/sorties 6ES7 223-1BL320XB0 Relais Finder 95.00 72. 25 novembre 2013 Page 62 of 65 Mario Dionisio .1 Tableau solde final Bruxelles.00 € 27. n. n.00 50.00 Total main d'œuvre 1.05 24V DC Bornier à 1 et 2 étages 24V R/Y/G buzzer Signal Safety Stack Pompe liquides Plateau tournant Vérin FESTO ADVU-50-50-P-A Vérin Camozzi 24N2A20A050 Fin de course Festo SME-8-K-LED-24 Fin de course Camozzi CST-220 Electrovannes + bobines 24 V Connections. n. n.00 50. 72 € - Fig.00 € 10.00 € 25.366.00 € 50. n. tuyau Fin de course mécanique ME-8169 Bouton-poussoir arrêt urgence Capteur capacitif Omron E2k-F10MC2 Moteur électrique 230V 14W 2.00 - 1 Bureau d'études € - h.00 € 215.IEPSCF . n. n. n.00 79. n. n.366.00 64. n.00 60.00 25. 20 Lt Pieds support acier peint blanc Profil en acier à L Plaques acier de support Profil en aluminium à U 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 III Unit é Quantit é Coût Total (HTVA) € 1. n.00 € 7.00 € 82.00 € 12.00 7. m.00 € 60. € 1 € 250.00 12. n.00 € 40.00 € 64. n. II.00 20. n.00 € 25.00 30.00 € 40. n.89 € 10. silencieux.00 € 24. n.00 € 50.00 25.00 € 20. doit faire un choix qui assure la fonctionnalité technique tout en respectant le budget. Le choix de la solution la plus adéquate au problème qui se présente. Les difficultés rencontrées rentrent dans la normalité pour la réalisation d’un projet avec un minimum de complexité. Ce ne sont pas ces évènements qui arrêtent le projet. ”Mater artium necessitas”. doit tenir compte de nombreux éléments. Un des éléments intéressants de ce travail a été la traduction des cycles machine conçus a priori dans la programmation à ladder disponible avec l'automate. soit entre différentes solutions techniques. électriques. Etant une modalité de programmation intuitive et immédiate. la nécessité est mère de l'invention: ce proverbe latin est toujours réflété dans les cas où il est nécessaire d’aller juste un peu plus loin de la limite que la difficulté semblait avoir imposé. soit pour le rapport coût/bénéfice. C’est dans cette phase cruciale que le concepteur. Un aspect fondamental dans ce travail (et dans le travail industriel) est le choix. Cela s’identifié dans les systèmes mécatroniques modernes dans lesquels l'intégration et l'interdépendance entre les différentes disciplines jouent un rôle clé. on voit comme le processus évolutif a conduit à une intégration complète des systèmes mécaniques. Avec une approche systématique. Bruxelles. Ceci porte inévitablement parfois à des compromis. Pour aborder et réaliser un projet complet dans toutes ses fonctionnalités.IEPSCF . Il faut tenir compte que quand il s’agit de projets grands et coûteux. il est nécessaire de connaître. de comprendre et d'identifier toutes les parties en jeu dans le système jusqu’au moindre élément accessoire. des contremesures « ad hoc » sont prises pour les annuler. Ce n'est qu'après la détection de ces caractéristiques requises que l'exécution du projet peut commencer. 25 novembre 2013 Page 63 of 65 Mario Dionisio .Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II. en force de ses connaissances non seulement techniques mais aussi économiques et managériales. un certain pourcentage du budget est réservé aux « événements imprévisibles » qui peuvent affecter le projet. la programmation à ladder a rendu plus facile la réalisation des algorithmes résolutifs des fonctions requises par le système.8 Conclusions Dans ce travail de fin d’études. pneumatiques et électroniques avec le support fondamental du système de contrôle basé sur logiciel. Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage II.IEPSCF .9 Photos de la réalisation Bruxelles. 25 novembre 2013 Page 64 of 65 Mario Dionisio . Pidatella - Siemens Simatic S7-1200 Easy Book Manual – Siemens - Safe Book 4 – Rockwell Automation - Guide pour l’application de la directive « Machines » 2006/42/CE – CE - I controllori a logica programmabile – Giuseppe Porcaro. 25 novembre 2013 Page 65 of 65 Mario Dionisio .L. Pidatella – G.IEPSCF .J. N. Ferrari Aggradi – D. Fanchon - Corso di Meccanica Applicata e Macchine al Fluido – ing. Chevalier - Guide des sciences et technologies industrielles . Maria Tattoli - Arresto di emergenza – ANIE Federazione Nazionale Imprese Elettriche ed Elettroniche *********************************************************** Fin système d’embouteillage Bruxelles. Fanchon - Guide du dessinateur industriel – A.Uccle Projet de fin d’études Système d’embouteillage Bibliographie - Guide de mécanique – J.L. Corigliano - Corso di meccanica – C.