Généralités sur l’automatisation (conception du bâti de la machine)

Mémoire de Projet de fin d’étude

Pour l’obtention du diplôme d’Ingénieur d’Etat
Spécialité : Ingénierie en Mécatronique

Conception du bâti de la machine

Généralités sur l’automatisation

L’automatisation est un ensemble des procédés consistant à « rendre automatique » les opérations qui exigeaient auparavant l’intervention humaine. L’automatisation est considérée comme l’étape d’un progrès technique où apparaissent des dispositifs techniques susceptibles de seconder l’homme, non seulement dans ses efforts musculaires, mais également dans son travail intellectuel de surveillance et de contrôle. Elle s’est développée pour assurer l’objectif primordial des entreprises, « la compétitivité de leurs produits », pour répondre au besoin du marché actuel instauré par l’exigence des consommateurs (plus d’équipements, des délais courts, une bonne qualité, un moindre coût) et par la concurrence du commerce national et international.
Les objectifs de l’automatisation : • Éliminer les tâches répétitives, • Simplifier le travail de l’humain, • Augmenter la sécurité (responsabilité), • Accroître la productivité. • Économiser les matières premières et l’énergie, • S’adapter à des contextes particuliers : flexibilité, • Améliorer la qualité.
La structure d’un système automatisé : Dans un système automatisé, l’opérateur communique avec la partie commande à l’aide de boutons poussoirs du pupitre ou un terminal de programmation. Ainsi La partie commande peut communiquer avec l’opérateur à l’aide de voyants, de compteurs, d’afficheurs du pupitre… La figure suivante présente le schéma d’un automatisme ou les liaisons qui existent entre les différents éléments du système automatisé sont représentées.

Description du fonctionnement de la machine

 Une fois l’opérateur appuie sur le bouton poussoir MARCHE, le cycle d’ébavurage est démarré. En effet, le cycle commence par la fixation du disque sur la machine à l’aide des trois vérins rotatifs contenant une pièce de fixation. Ces derniers font un mouvement de rotation de 90 ° avant la rentrée des tiges qui permet de serrer le disque par l’intermédiaire des pièces de fixation attachées à ces tiges. Ensuite, j’aurai l’entrainement de la multibroche en rotation (grâce à des distributeurs), puis le système d’ébavurage descend jusqu’à une position basse (Ce mouvement d’avance recul est entrainé par deux vérins). Lorsque l’opération d’ébavurage, qui dure 3s, est atteinte, le système revient à sa position initiale et le cycle s’arrête automatiquement. Ce poste est dangereux du fait de mouvement du vérin et de la rotation de la broche. Par ailleurs, un bouton ARRET D’URGENCE permet à tout instant d’arrêter immédiatement la machine. Et pour éviter d’endommager la machine, le cycle ne doit démarrer que si le disque est présent (Cette présence est détectée par un capteur). L’organigramme suivant présente les différentes étapes qui vont être traitée par la machine dans le cycle d’ébavurage.

Etude des modes marche arrêts de la machine

L’acronyme GEMMA signifie : Guide d’Etude des Modes de Marches et d’Arrêts. C’est un outil graphique qui permet de mieux définir les modes de marches et d’arrêts d’un système automatisé et de les prévoir dès sa conception. Ce document fait partie du dossier technique de la machine automatisée. Le GEMMA est un document (outil-méthode) structuré prêt à être rempli par son utilisateur afin de suivre une approche guidée et systématique. Le GEMMA définit l’état dans lequel se trouve la partie commande du système automatisé. Dans un premier temps, on peut dire que le GEMMA est divisée en deux zones : • Partie commande hors énergie : Dans cette partie il n’y a pas de modes traités par la partie commande. Seules des actions dites actions réflexes ou externes peuvent se réaliser. • Partie commande sous énergie : En effet les modes de marches et d’arrêts ne peuvent être perçus et traités qu’en présence d’une partie commande en ordre de marche.
La partie commande sous énergie est divisée en deux parties qui sont :
La partie Production : Les Modes de Marches et d’Arrêts à l’intérieur des pointillés « Production », correspondent à des états pour lesquels la machine produit. Le système est en « production » si la valeur ajoutée pour laquelle le système a été conçu est obtenue.
La partie Hors production : le système est « hors production » dans le cas contraire
Une distinction supplémentaire est faite dans la zone PC sous énergie. Cette zone regroupe trois zones que l’on appelle les familles de procédure. Il en existe trois qui sont:
• Les procédures de fonctionnement (F) : On ne produit pas forcément dans tous les états F, Les modes préparatoires à la production, de réglages ou, de tests, peuvent faire partie de cette famille. • Les procédures en défaillances (D) : Des états pris en cas de défaillance de la partie opérative. • Les procédures d’arrêts (A) : tous les modes conduisant ou traduisant à un état d’arrêt, arrêts normaux et procédures de remise en route.

Analyse des boucles opérationnelles du GEMMA 

Sur le GEMMA on caractérise plusieurs « boucles », qui est une succession d’états caractérisant le fonctionnement de la machine. En effet il n’est possible de passer d’un état à un autre que si les conditions d’évolutions sont respectées, mais il est parfois impossible de passer d’un état à un autre sans utiliser un état intermédiaire. Cet état intermédiaire permettra d’atteindre l’état final sans risque pour le système, ce qui est notre objectif.
Boucle1 : Marche normale de la machine :
La boucle A1, F1, A2, A1 est la boucle de marche normale. C’est en suivant cette boucle que le système va pouvoir fonctionner correctement. Cette boucle décrit le fonctionnement normal du système, puis en fin de cycle, lors d’un arrêt de cycle d’ébavurage, le système vient se remettre en position initiale et sera donc prêt pour un prochain cycle ou série de cycles.

La boucle A1, F4, A6, A1 est la boucle de marche de réglage. Le système quitte l’état A1 (arrêt dans les CI) et passe en F4 (Marche de vérification dans le désordre) ce qui permet à l’opérateur de pouvoir tester les actionneurs, pré actionneurs, capteurs… de la machine, dans le désordre. Une fois la vérification effectuée, le système passe de l’état F4 à l’état A6 (Mise de la PO dans l’état initial). Dans cet état, le système va atteindre les conditions initiales. Quand les conditions seront atteintes, le système passera de l’état A6 à l’état A1.

La boucle F1, D1, A5, A6, A1, F1 est la boucle d’arrêt de sécurité. Cette boucle permet de gérer tous les états successifs d’un système automatisé depuis un arrêt d’urgence lors d’une production normale jusqu’à la reprise de la production normale. Une particularité de la case D1 est intéressante. Sur la flèche de liaison entre l’état F1 et D1 vient se greffer une extrémité de flèche. Cette flèche associe à son commentaire qui signifie que cette case est accessible depuis tous les états de GEMMA.

Conception de pupitre de commande

 En se basant évidement sur l’étude GEMMA que j’ai fait au début, j’ai réalisé un pupitre de commande avec le logiciel AUTOMGEN, pour assurer le dialogue entre l’opérateur et la partie commande. Ce pupitre dispose de différentes formes de boutons, sélecteurs et voyants.

Partie 1 : Contient le logo de la société, un voyant vert pour assurer l’alimentation des actionneurs et un sélecteur permettant la sélection de mode de travail : Manuel / Automatique.
Partie 2 : c’est une partie relative au mode manuel. Il contient : • Un bouton poussoir ‘’AV’’ : Permet d’avancer le système contenant les outils. • Un bouton poussoir ‘’REC’’ : Permet de reculer le système contenant les outils. • Un bouton poussoir ‘’SER’’ : permet de commander les vérins de bridage afin de serrer le disque sur la table. • Un bouton poussoir ‘’LIB’’ : permet de commander les vérins de bridage pour libérer le disque. • Un bouton poussoir ‘’R’’ : permet d’entrainer en rotation les fraises d’ébavurage.
Partie 3 : C’est une partie qui concerne la commande en mode automatique. Il contient: • Un bouton poussoir ‘’ACY’’, Permet d’arrêter la machine définitivement en fin de cycle. • Un bouton poussoir ‘’REF’’, permet de reprendre le comportement de la machine à l’état initiale. • Un bouton poussoir ‘’DCY’’, Permet de démarrer la machine lorsque les conditions initiales sont validées. • Un bouton poussoir ‘’AU’’, permet d’arrêter tous les actionneurs de la machine en cas d’urgence.

Liste des abréviations

SMFN : Société Marocaine du Fonderie du Nord.
FM : Floquet Monopole.
PCDE : Perfect-Circle Distribution Europe.
SA : Société Anonyme.
AMDEC : Analyse des modes des défaillances et leurs effets et leur criticité.
OP : Opération.
WBS : Work Breakdown Structure.
BDD : Bloc Definition Diagram.
UCD : Use Cases Definition.
ALU : Aluminium.
FRL : Filtre-Régulateur-Lubrificateur.
GEMMA : Guide d’Etude des Modes de Marche et d’arrêts.
CAO : Conception assistée par ordinateur
Rpe : la résistance pratique à l’extension (MPa).
Re : la résistance élastique à l’extension du matériau (en Mpa).
S : coefficient de sécurité.
API : Automate Programmable Industrielle.

Table des matières

Introduction Générale
Chapitre1:Présentation de l’organisme d’accueil et planification du projet
I. Présentation de l’organisme d’accueil
I.1. Floquet Monopole
I.2. La chaine de production des disques
II. Présentation et contexte du projet
II.1. Contexte et acteurs du projet
II.2. Expression du besoin
II.3. Etude de l’existant
II.3.1. Description de l’existant
II.3.2. Critique de l’existant
II.4. Formulation du cahier des charges
III. Gestion de projet
III.1 Diagramme GANTT
IV. Les outils utilisés
Conclusion de chapitre 1
I. Analyse SysML
Chapitre2: Analyse technique du projet, conception et dimensionnement de la machine
I.1. Introduction
I.2. Le diagramme des cas d’utilisation (UCD)
I.3. Diagramme d’exigences
I.4. Le diagramme de définition des blocks (BDD)
I.5.La solution choisie
II. Conception du bâti de la machine
II.1. Choix de type des profilés
II.2. Dimensionnement de diamètre de vis d’assemblage des avec les profilés
III. La table de la machine
III.1. Choix du matériau de la table
III.1.1. Introduction
III.1.2. Choix de matériau de la table
III.2. Dimensionnement de l’épaisseur de la table
III.3. Dimensionnement de vis d’assemblage de la table avec le bâti
IV. Système de fixation des disques sur la table de la machine
IV.1. Support de disque de frein
IV.2. Les vérins de bridage
IV.2.1. Définition
IV.2.2. Dimensionnement des vérins
IV.2.3. Choix des vérins
V. Système d’avance recul des outils
V.1. Dimensionnement des colonnes
V.1.1. Choix du matériau des colonnes
V.1.2. Dimensionnement de diamètre des colonnes
V.2. Dimensionnement de circuit pneumatique
V.2.1. Compresseur
V.2.2. Unité FRL
V.2.3. Sectionneur
V.2.4. Démarreur progressif
V.2.5. Distributeur
V.2.6. Choix de silencieux pour distributeur
V.2.7. Choix de régleur de la vitesse de vérin
V.2.8. Les vérins
Dimensionnement des vérins
VI. Entrainement des outils en rotation
VI.1. Outil assurant la rotation des outils
VI.2. Choix de distributeur associé
Conclusion de chapitre2
Chapitre3: Automatisation de la machine et Etude technico-économique du projet
I. Généralités sur l’automatisation
I.1. Introduction
I.2. Les objectifs de l’automatisation
I.3. La structure d’un système automatisé
I.4. Description du fonctionnement de la machine
II. Etude des modes marche arrêts de la machine
II.1. Analyse des boucles opérationnelles du GEMMA
II.2. Conception de pupitre de commande
III. Elaboration du Grafcet
III.1. Grafcet de sécurité
III.2. Grafcet de gestion
III.3. Grafcet de fonctionnement en mode automatique
III.5. Tableaux Entrées/Sorties de l’automate
IV. Programmation de l’automate
IV.1. Automate programmable industriel
IV.2. Choix de l’automate programmable
IV.3. Programmation de l’automate programmable
IV.3.1 : Calcul des conditions de franchissement
IV.3.2 : Activation et désactivation des étapes
IV.3.3 : Actions et temporisation associées aux étapes
IV.3.4 : Tables d’adressages
IV.3.4.1: Variables internes
Tableau 9: Les sorties de l’automates et leurs adresses
IV.3.4.2: Variables entrées/ sorties
Tableau 11: Les variables de sortie et leurs adresses
IV.3.5 : Le programme CONT(LADER)
V.1. Introduction
V.2. Coût total de réalisation du projet
V.2. 1. Coût des éléments standards
Tableau 12:Les composants nécessaires avec leurs prix
V.2.2. Coût de la matière première
V.2.3. Le coût de la main d’œuvre et des machines
V.2.4. Coût total du projet
Conclusion de chapitre3
Conclusion générale
Bibliographie
Annexes

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