Création d’une cellule automatisée Robot industriel / Convoyeur
Deuxième Partie : Conception
Yüklə 331,25 Kb.
|
- Bu səhifədəki naviqasiya:
- Description et implantation dans l’atelier
- Pupitre de commande
- Schémas de câblage
Deuxième Partie : ConceptionObjectifsDans cette partie sont décrits les choix de conception retenus par rapport au cahier des charges. L’implantation des cellules dans leurs environnements respectifs est tout d’abord décrite. Ceci permet d’expliciter les choix réalisés par la commande du convoyeur. L’élément principal de la partie commande, le pupitre de pilotage, est ensuite décrit. Les fonctions des éléments retenus sont décrites, et le choix des éléments justifié. Cela aboutira sur le schéma d’implantation de l’armoire ainsi que sur les schémas de câblage. Enfin sera développée la partie communication de l’armoire avec la périphérie. C'est-à-dire le contrôleur du robot et les capteurs.
Cette partie s’attache à représenter les différents encombrements en 2D sur la base d’une esquisse grossière des deux espaces d’intégration. Elle sert aussi à représenter l’espace atteignable du robot. Malgré la représentations approximative, il est possible de placer les éléments les uns par rapport aux autres. Ces représentations seront encore modifiées lors de la réalisation de la cellule INSA et lorsque la cellule du lycée sera terminée. Quelques révisions ont déjà été faites par rapport aux figures contenues dans ce rapport.
Robot : LR Mate 200i Baie de Commande : R-J3iB Controller 
Ce robot est déjà présent dans la cellule de l’INSA et assure déjà quelques manipulations pour le module ISR de MIQ5. Son espace de travail est un peu restreint, il peut est représenté sur la figure qui suit et n’est donc pas très intéressant pour notre application. Cependant, il a été envisagé au départ de l’utiliser à titre d’essai. Butées articulaires Zone de travail : 
J1 : R : 320° J2 : R : 185° J3 : R : 316° J4 : R : 380° J5 : R : 240° J6 : R : 720°
J1 : R : 340° J2 : R : 250° J3 : R : 315° J4 : R : 380° J5 : R : 280° J6 : R : 720°
Robot : GMFanuc L-100 Baie de Commande : Karel R-H Controller L  e L-100 était un robot de soudage de type sphérique appartenant à l’IREPA Laser et maintenant à l’atelier K du lycée Marcel Rudloff. Il possède 5 liaisons motorisées dont une glissière pouvant atteindre des points très éloignés dans l’espace (Rayon maxi extérieur de la couronne représentant l’espace atteignable fait autour de 2 mètre). L’effecteur qui y est monté est une pince à mors parallèle pneumatique qui va se saisir des pièces parallélépipédique sur le convoyeur et les déposé sur des palettes à même hauteur (le poignet ne disposant pas de la mobilité nécessaire, son axe ne peut pas rester normal au sol si il s’opère un déplacement sur J2). Le contrôleur qui lui est associé se programme en langage Karel, langage proche du langage assembleur.
Butées articulaires J1 : R : 200° J2 : R : 60° J3 : P : 1200mm (butée réglable) J4 : R : 360° J5 : R : 360° Zone de travail : 
La société NORCAN basée sur Haguenau a pour cœur de métier la réalisation de profilés aluminium destinés à des applications multiples. Cependant une partie de son BE s’est spécialisée dans la fabrication de produits finis qui auraient pour base ces même profilés. Beaucoup de mes collaborateurs m’ont indiqué cette entreprise et me l’ont recommandée. J’ai donc choisi de faire réaliser le convoyeur chez eux. Norcan étant une entreprise de la région, les prix du transporteur s’en trouveraient nettement amoindris. Cahier des charges technique du convoyeur :
- 2,5m pour le Lycée Rudloff
Ce cahier des charges sommaire a été établi pour M.Brucker de la société Norcan pour qu’il puisse établir un devis du produit. La motorisation proposée est nettement supérieure à celle nécessaire au convoyage de la charge indiquée. Cependant c’est la plus petite proposée par la société en effet dans la gamme des moteur triphasé, 120 W est une toute petite puissance. Les courant nominaux du motoréducteur se situe en dessous de la barre de l’ampère. Motoréducteur installé SEW USOCOME Type WA 10 TDT 56 L4 Vitesse Nominale du moteur 1300 tr/mn – Reducteur : i = 40 Vitesse : 33 tr/mn Tension 3x230 V. triphasé - 50 Hz Puissance : 0,12 KW – Indice de protection IP 54
Le lycée Rudloff reçoit régulièrement des dons en matériel des différentes entreprises avec qui il tient des contacts privilégiés. Lors d’un de ces échanges le lycée a reçu deux pupitres Rittal entièrement équipés. Les consoles qu’ils contenaient sont de taille moyenne (1,20m x 0,50m) De ce fait, ils correspondent parfaitement au type d’armoire recherchée pour l’application. La mutualisation du matériel commence donc avec ces deux éléments. Vient ensuite la phase de conception d’armoire. Il s’agissait pour moi de faire une liste la plus exhaustive possible du matériel nécessaire à la manipulation.
Cette étape ressemble à de la CAO d’implantation. Il s’agit de placer chaque élément de l’armoire, de relever sa taille et ses points de fixation pour que, sur le plan à l’échelle, il prenne l’encombrement réel. La 3D ici n’est pas nécessaire car la console est placée suffisamment profondément pour ne pas gêner les éléments de surface.  
Implantation Lycée Rudloff Implantation INSA Strasbourg Les plans d’implantation vous sont présentés sur les deux figures ci-dessus. Chaque élément est identifié et décrit en insistant sur ses fonctions. Chaque élément de l’armoire est marqué par un numéro et chaque goulotte par un code composé d’une lettre (L(longueur) ou H(Hauteur) puis un numéro de distinction). Cela permet lors de la production des pièces de les marquer et donc de savoir une fois le marquage effacé quel pièce se trouve à l’emplacement des trous taraudés. La nomenclature rassemble toutes les pièces de l’armoire et les identifie. Les voici pour les deux pupitres. 
L’api choisi pour cette application est un S7 313c qui est un automate très modeste mais déjà capable de gérer le Profibus-DP (bus de terrain) en mode maître sur l’option - 2DP. Il y a un avantage lié à la mutualisation du matériel car une version de cet API se trouvait déjà dans l’INSA au sein du projet MIQ appelé MediMiQ. Ce projet se terminant l’automate se libère et est disponible pour la manipulation. Cependant MediMiQ se prolongeant, cela apporte des contraintes de réalisation qui seront exposée au chapitre suivant.
Le choix de cet élément à longtemps été repoussé du fait qu’il y avait une probabilité que l’entreprise implantée sur Haguenau SEW-USOCOME nous fournisse deux couples motoréducteur + variateur pour notre application. Cette possibilité écartée mi-novembre. J’ai reporté mon choix vers des solutions moins chères proposées par le groupe siemens qui ont dans leur gamme de petit variateur adapté à notre petite motorisation. Après discussion avec les tuteurs et pour des raisons de communication facilitée entre l’API et le MicroMaster nous avons choisi de retenir la solution siemens.
Cet élément est un produit direct de mutualisation. Sachant qu’il est nécessaire d’installer une alimentation en 24V continu pour la partie commande de mon armoire, j’ai fait passé l’information auprès des collègues du lycée Rudloff. J’ai eu une réponse de M. CLOAREC qui avait mis de côté un bloc d’alimentation Siemens 10A qui était en parfait état de fonctionnement. Une autre alimentation était disponible dans la baie du contrôleur du GMF L100 (elle alimentait les cartes DI/DO du contrôleur du robot qui ne sont plus utilisées depuis le déplacement de ce robot au lycée). Cette alimentation, plus ancienne, est une alimentation Legrand 5A qui fait désormais partie du pupitre INSA.
Cet élément est le premier élément de protection. Il a pour fonction de couper le circuit d’alimentation de l’armoire. Il est choisi en fonction de la puissance consommée par l’armoire. Plus le courant consommé est grand, plus le pouvoir de sectionnement doit être grand. En l’occurrence dans notre cas, nos courants ne dépasseront pas les 16A du disjoncteur principal en canalis (ou en armoire pour l’INSA Strasbourg). Le sectionneur est donc très petit. La mutualisation dans ce cas n’a pas été possible car le sectionneur 4 pôles que j’avais était trop volumineux pour être utilisé dans l’armoire.
Cet élément permet de ramener les phases sur un jeu de barres en cuivre protégé par un carter plastique. Ceci permet de venir directement ce servir sur le répartiteur lorsqu’il y a besoin d’une alimentation en puissance au lieu de faire des ponts depuis un autre appareil. Dans notre cas, ce choix n’est pas forcément essentiel mais il simplifie nettement le câblage et permet de mieux répartir les puissances consommées entre les 3 phases du réseau.
Cette protection est présente sur toutes les machines de l’atelier du lycée Rudloff car elle est intégrée dans les boites de canalis. On trouve donc ce même disjoncteur dans l’armoire insa qui vient se servir directement sur une prise murale. C’est la protection la plus en amont, elle possède le plus gros calibre et protège le réseau d’un dysfonctionnement de l’armoire, par dysfonctionnement j’entend surintensité. Ce disjoncteur étant muni d’un bloc Vigi (Bloc différentiel), il protège également des courts-circuits. Pour ne pas prendre de risque, c’est le calibre le plus sensible qui a été choisi (30mA)
Ce relais permet de câbler deux boucles d’arrêt d’urgence séparément sur deux canaux. Lorsque chaque boucle est fermée (pas d’arrêt d’urgence) et qu’un bouton d’acquittement a été appuyé, les contacts du relais se ferme. La solution que j’ai optée est simple, j’ai choisi d’utiliser un des contacts NO (Normalement Ouvert) du pilz pour générer une alimentation validée par les Boucle d’Arrêt d’Urgence. Toutes mes sorties vers la périphérie du pupitre sont relayées par cette alimentation. Ce qui implique que si un AU est frappé alors les sorties ne transmettent pas. Ce relais n’a pas été acheté il a été récupéré de la baie du robot GMF.
C’est un élément standard se trouvant dans toutes les armoires où il se trouve des appareils programmables. Cela permet de venir brancher un ordinateur qui servira à la programmation.
Au même titre que le répartiteur, le collecteur de terre est un élément permettant de faciliter le câblage. Comme son nom l’indique, il permet de rassembler toutes les connections à la terre que demandent les appareils sur la console.
Le disjoncteur Moteur est un disjoncteur acceptant les pics de consommation du moteur au démarrage et sur lequel il est possible de régler le seuil de coupure en accord avec le courant nominal du moteur. J’ai choisi de le mettre là par sécurité car normalement un disjoncteur magnéto-thermique classique aurait suffit car le variateur coupe l’alimentation lorsqu’il y a un fort appel de courant. Étant donné que nous partions au départ sur une solution SEW qui aurait pu être surdimensionnée, ce disjoncteur aurait été nécessaire car le variateur n’aurait pas vu l’appel anormal de courant du moteur.
C’est la protection de la prise courant qui alimentera votre PC de programmation. Un calibre aussi fort (16A) n’est pas, selon moi, nécessaire mais il m’a été imposé par M. Karchi argumentant sur le fait que c’est un standard sur tous les réseaux domestique. Considérant son expertise et son expérience du terrain, j’ai choisi de suivre son point de vue. Cependant la sélectivité n’est pas appliquée, car théoriquement les calibres de coupure doivent être décroissant. Le bloc vigi, lui, est par contre nécessaire et permet si il y a un défaut sur votre matériel de programmation de ne pas faire sauter le disjoncteur principal et la manipulation qu’il pilote. Ceci protège l’alimentation en courant continu de l’armoire. Le calibre est choisi en accord avec la puissance de l’alimentation. C’est une courbe D, car au démarrage de l’alimentation le disjoncteur voit un pic de courant.
Ceci protège un éventuel système d’éclairage du tapis si jamais un jour de la vision y est intégré. Le calibre de l’appareil est fort et pourrait supporter une très grosse puissance. Cependant tout comme pour la prise de courant, j’ai choisi de suivre les conseils de l’expert qui m’assure que ceci est nécessaire.
Ceci protège l’alimentation de l’automate qui est là pour alimenter les cartes et la CPU, de petites consommation en perspective et donc un très petit calibre. L’alimentation de la CPU de l’INSA pourrait distribuer 5A, cependant elle n’est pas utilisée pour le relayage donc le même choix de calibre s’applique pour celle-ci. Une courbe D s’impose puisque c’est un transformateur et qu’il y a un appel plus important au démarrage.
Ceci protège l’alimentation de l’IHM qui est alimentée en 24V DC. J’utilise pour cela des disjoncteurs DT40 plus petit dont le pouvoir de coupure est moindre.
Ceci protège toute l’alimentation des organes de commande. C’est par là que sont alimenté les relais, les capteurs et les entrées et sorties automates. Le choix du calibre permet d’avoir une avance confortable si il était nécessaire de réarranger l’armoire et rajouter des relais ou d’autres éléments. Le contacteur moteur à pour rôle de couper l’alimentation du variateur lorsqu’un défaut se présente au niveau des Arrêts d’Urgence. C’est son pouvoir de coupure qui est fortement sollicité car dès qu’une boucle d’Arrêt d’Urgence s’ouvre il coupe l’alimentation du variateur. Il est nettement surdimensionné pour se préserver des problèmes.
Ces deux contacteurs sont des éléments de sécurité câblés. Le premier, appelé « Hors cycle » ouvre la boucle d’Arrêt d’Urgence tant que l’automate n’a pas activé la sortie sur laquelle est câblée sa bobine. Cela sert à réaliser l’étape d’initialisation de l’automate et de ne fermer l’AU qu’une fois tout les paramètres en place. Le second Acquittement sert à ouvrir la boucle d’acquittement lorsque le relais de sécurité est activé. Une nouvelle pression sur le bouton d’acquittement ne provoque plus un réarmement du relais.
Ce relais sert à gérer une information concernant le circuit pneumatique sur lequel se trouve l’effecteur du robot. Si le circuit pneumatique ne fonctionne pas le pressostat se comporte comme un contact ouvert sur la Boucle d’Arrêt d’urgence et bloque l’activation des sorties validée par Arrêt d’Urgence. Une fois le circuit sous pression, le relais s’active, la boucle d’arrêt d’urgence ce ferme et le système peut fonctionner en mode normal.
Les relais 21) et 22) sont des relais de réserve permettant d’accueillir une nouvelle fonction câblée. Sur les plans figurent une proposition de câblage reliant le sélecteur AUTO/MANU à ces deux relais permettant d’avoir une information câblée de ces deux états de fonctionnement. Si un jour, un mode en marche dégradée est envisagé, alors le mode manuel compris à ce moment là comme mode maintenance permettrai de court-circuiter une boucle sur le bloc de sécurité. C’est une solution parmi beaucoup d’autre.
Les borniers en bas d’armoire permettent la communication avec la périphérie. Ces borniers sont partagé en trois sous parties XP – XC – XC1. XP est le borniers de puissance d’ici viennent les câbles assurant l’alimentation de l’armoire et repartent ceux assurant l’alimentation de la périphérie. XC est le borniers de commande orienté sécurité. Il accueille la réserve d’Arrêt d’Urgence, les bornes du pressostat et les bornes du capteur choisi pour la sécurité de la cellule (Verrou ou Barrière immatérielle).
Le voyant blanc indique que l’alimentation 24V DC alimente le relayage de l’armoire. Ce voyant allumé, toute personne non autorisée à travailler sous tension doit garder les portes du pupitre close. La programmation ce fait l’automate alimenté seul et le relayage éteint.
Le bouton tournant possède deux positions réelles et une position par défaut, la position centrale. Il y a maintien sur la position gauche, c’est le mode automatique auto. Il y a rappel au centre sans maintien sur la position droite, c’est le mode manuel.
Le bouton « coup de poing » sert à ouvrir la boucle d’Arrêt d’urgence à tout moment. Il désactive toute les sorties validée par AU et provoque l’arrêt du convoyeur.
Le bouton jaune en vis-à-vis du bouton poussoir sert au réarmement du relais de sécurité et donc à l’alimentation validée par AU. Il n’a d’effet que lorsque un élément câblé sur une boucle d’AU a été mis en défaut. Un appui sur le bouton acquittement provoque le réarmement du relais de sécurité si et seulement si les deux boucles d’AU sont fermée.
La vérine de signalisation sert à indiquer à l’opérateur dans quel état se trouve le matériel embarqué dans l’armoire. C’est l’automate qui définit quel sera son état en fonction des informations d’entrée qu’il traite. Les signaux de la vérine figurent dans un document annexe et qui figure dans la pochette à plan.
Le ventilateur souffle de l’air froid en partie haute de l’armoire. Il se trouve au plus proche des éléments chauffants (variateur, alimentation principale et alimentation de l’automate). Il fonctionne en 230 V AC et est couplé sur l’alimentation automate. Ce qui signifie que dès que l’automate est en service quel que soit l’état des autres composants le ventilateur accomplit sa fonction.
La mutualisation du matériel est un élément important du projet, elle permet par la collaboration entre les deux établissements de mettre en commun non seulement des outils mais aussi du matériel fonctionnel de l’armoire. En effet, les deux établissements ont pratiqué une politique de récupération, stockant ainsi du matériel en état de fonctionnement dans leurs ateliers respectifs. L’objectif était de tenir compte de se matériel de récupération pour la conception de l’armoire. Tout d’abord, il est a souligné que le pupitre lui-même est un élément de cette politique de mutualisation car il a été cédé à l’INSA Strasbourg par le lycée Rudloff qui en possédait deux reçus d’un précédent partenariat. Les alimentations 24VDC sont des éléments de récupération également. La CPU siemens S7 313C a été commandé avant 2003 pour un ancien projet. Les blocs de sécurité Pilz faisaient partie de la baie de contrôle du GMF L100. N’étant plus utilisés, ils ont été retirés et intégrés aux armoires. Le disjoncteur différentiel de l’armoire de l’INSA Strasbourg est un élément de récupération des disjoncteurs sur Canalis du lycée Rudloff qui sont démontés des machines en défaut. Notre sectionneur d’armoire vient du stock mutualisé par l’insa. Une liste du matériel échangé a été établie et les deux parties sont tombées d’accord sur un arrangement impliquant des achats de matériel neuf contre des don de matériel en provenance de l’autre partie. Voici le bilan de mutualisation qui se présente sous forme d’un tableau.
Un objectif était de faire deux armoires complètement identiques où il serait facile de transposer un programme sur l’autre. Cet objectif est partiellement atteint. L’environnement et les utilisations des deux machines n’étant pas complètement identique, il a été nécessaire de faire des adaptations. En regardant les plans d’implantations on peut constater que l’armoire INSA est nettement plus remplie que l’armoire du Lycée. En effet, car il a été nécessaire de rajouter un élément de protection général (voire 6) qui au lycée se trouve intégré au canalis. De plus, la reprise du projet MediMiQ implique que la configuration automate inhérente au projet soit encore possible même l’automate fixé sur la platine. La solution réside dans le rajout dans le bornier XC1 de bornes qui corresponde à 8 Entrées / 8 Sorties directement en prises sur l’automate. A causes de ces différences, les éléments internes sont changés de place et la reproduction à l’identique du câblage se trouve compromise. Parlons de l’automate désormais, la CPU de l’insa étant plus ancienne et certainement moins chère ne possédait pas de port Profibus. Ce fût une erreur d’évaluation de ma part car j’en était persuadé en début de projet. Ainsi il a fallu rajouté une carte de communication à la cpu qui assure la gestion du Profibus maître pour l’API. Les modalités de programmation d’une cpu à Profibus intégré et celle d’une cpu avec carte de communication sont différentes et demande donc des modifications de programme. Point qui lui aussi est très handicapant car là aussi le travail se retrouve doublé et avec lui le temps de conception. Pour finir sur ce point, les deux armoires sont tout de même très similaires de part leur fonctionnement et leurs échanges avec la périphérie. En conclusion, il n’a pas été possible de faire ces deux armoires complètement identiques pour trois raisons, l’environnement, la politique de mutualisation et les utilisations de l’armoire. Ces points font de chaque pupitre un système à part entière même si ils possèdent de nombreux points communs. Schémas de câblageLa réalisation des schémas de câblage de l’armoire est un point qui m’a pris énormément de temps car c’est sur ces schémas qu’une partie de la validation par l’apave va porter. J’ai donc fait appel à des professionnels de conception d’automatisme pour me fournir une base de plan de machines fonctionnelles et déjà en service qui ont passé le contrôle. Je me suis donc inspiré de la structure pour faire mon plan.
Le marquage des câbles sur le plan est entièrement réalisé. Chaque câble à une marque précise qui le différencie des autres. Cette marque est attribuée par la position dans le plan du départ du câble dans l’armoire. Un pont possède le même non que sont câble d’origine. Ce travail est très important pour un pupitre fourni à un client par un industriel. Je n’ai malheureusement pas eu le temps pour le réaliser car c’est un travail qui prend énormément de temps a postériori. Je compte en faire une partie Mercredi 30 janvier 2008.
Pour la majorité des composants c’est leurs positions dans le plan qui est indiquée par leurs indices. Une subtilité pourtant réside dans les contacts des contacteurs qui peuvent être dispersés à travers le plan. C’est pourquoi, l’emplacement de la bobine du contacteur fixe son nom. C’est l’unicité de la commande en câblage.
La sélectivité est une règle dans la réalisation d’une armoire électrique qui indique que dès que l’on croise une protection, il est nécessaire de changer de section de câble. Le câble en amont de la protection aura une section plus grosse que le câble en aval. C’est la protection amont qui impose la section. Du fait de la composition des stocks en câble du lycée, j’ai donc essayé de respecter cette règle. Plusieurs abaques existent indiquant la section de câble en fonction de l’intensité figurant sur la protection en amont. Cet abaque étant grossière et possèdent lui aussi un coefficient de sécurité assez gros. Nous avons M. Cloarec et moi, décidé pour un nouvel abaque qui figure en seconde page du schéma. Une autre méthode aurait été de calculer les sections des câbles en fonction des courant de court circuit dans une boucle. Cette méthode manuellement est très fastidieuse. Des logiciels tel que traceelec sont capables de calculer ces éléments. Je n’ai pas eu accès à ces logiciels et j’ai donc choisi ma première option.
Dans les annexes, se trouvent deux listes correspondant aux identifiants des câbles se trouvant appliqués aux borniers. Associés au borniers d’entrée/sortie se trouve également une correspondance entre les capteurs du tapis et les bornes ainsi qu’entre la carte DO/DI de la baie et les bornes. Ces correspondances seront les bases de travail du programmeur de la future baie du M6iB pour l’INSA de Strasbourg.
Les DI/DO du contrôleur se trouvent être sur de grandes cartes enfichées en fond de baie. Le câble de communication comprends deux bornes portant un potentiel 0V et un potentiel 24 VDC. Se potentiel 0V doit être connecté aux commun de la carte d’entrée DO et le potentiel 24 V AU au DC1+ de la carte DI. Il est très important d’utiliser ces deux potentiels en provenance du pupitre. Car autrement en utilisant une autre alimentation, les potentiels haut et bas ne seront certainement pas les même car rien n’indique que le 0V soit à la même référence.
Le module (ou relais) de sécurité est un élément aujourd’hui indispensable à la sécurité câblée. Il permet de recueillir toutes les informations nécessaires à marche normale. C Yüklə 331,25 Kb. Dostları ilə paylaş:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
aractérisation de la manipulation INSA
obot : M6iB
es infos sont en série sur ce qu’on appelle un boucle d’arrêt d’urgence (ou boucle d’AU). Dans ces boucles va circuler une tension, si ces boucles sont fermées cela signifie qu’aucune perturbation ne bloque la marche normale. Alors sur la fermeture d’une troisième boucle (boucle d’acquittement), il délivre la tension au bornes de la bobine de commande qui actionne les contacts du relais. Une quatrième boucle peut être câblée, elle sert à réaliser un asservissement. Cette boucle est câblée sur un relais temporisé qui coupe la tension au bornes de la bobine si il n’a pas de retour dans le temps imparti (temps fixé par la datasheet du module (140 ms)).