Création d’une cellule automatisée Robot industriel / Convoyeur

Troisième Partie : Validation & Commande

Cette section est un résumé de la revue de projet effectuée le 9 novembre 2007. J’y avais présenté mon travail sur l’armoire de commande, un point sur la mutualisation du matériel dans l’objectif de faire partir les bons de commande et donc de lancer les commandes. Les commandes étant figées jusqu’au mois de janvier, il s’agissait de faire au plus vite.

Réunion de validation

Voici les personnes présentes à la réunion : M. Scheidt, M Cloarec, M Renaud, M Karchi, Moi-même. Tout d’abord, fût abordée la question de l’implantation de la cellule et les esquisses proposées ont été validées par l’unanimité des participants. Aussi y était il mentionné que l’enceinte devra comporter une porte fermée par un verrou comportant un contact NO servant à la sécurité de la cellule.

Une dernière validation des composants figurant sur les plans de l’armoire a été faites par M. Karchi. Une fois les composants électriques figés, sur la base des devis Rexel demandés, nous avons pu évaluer le matériel nécessaire et celui qui ne l’est pas, car déjà présent dans l’inventaire du lycée. Tous les commentaires sur la présence ou non de matériel au magasin ont été pris en compte et c’est sur les certitudes des occupants de l’atelier que nous avons supprimer des fournitures de câblage.

Les éléments mutualisés ont été cités et le plan de mutualisation représenté par le bilan sommaire des valeurs échangées est validé par les occupants. C’est à ce moment là qu’il a été décidé également que les armoires seraient câblées au lycée et qu’à terme l’armoire de l’insa serait rapatriée sur son site final.

Aussi y a été traité la question des chemins de câble qui doivent être installées sur les deux cellules. La pose de ces chemins de câble est de la responsabilité de M. Karchi.

Bilan Financier

Le bilan financier se trouve dans le fichier exel ci-joint. Les dépassements par rapport au budget prévisionnel s’expliquent par l’impact du coût du convoyeur qui mange près de 4/5 du budget. Pour les autres éléments ou le choix a été possible, il a toujours été fait au plus juste afin de réduire cet écart grandissant. Aussi certains éléments (carte cp 342-5) ont été rajoutés après la clôture des comptes, ces éléments sont de l’ordre de 200 € qui ne seront pas décompté du budget du fait qu’ils ne font partie d’aucun inventaire.

Commande

Les commandes ont été lancées presque toutes en même temps entre fin novembre et début décembre. La seule commande qui a été retardée est celle de la CPU siemens du Lycée Rudloff dont le devis n’est jamais arrivé à son destinataire alors qu’il avait été expressément demandé à plusieurs reprises. Une politique d’appel d’offre a été pratiquée sur les éléments capteurs & variateurs. Après réception des devis, les choix se portèrent sur des critères de prix, de compatibilité à l’utilisation et d’assistance.

Délais et réception

Hormis ce contretemps, toutes les pièces nécessaires au câblage de l’armoire sont arrivées courant décembre. Me permettant de travailler sur l’implantation très tôt. Bien évidemment, le système de l’INSA plus procédural rajoute un peu de délai par rapport à la commande directe pratiquée par l’intermédiaire du chef de travaux du lycée Rudloff.

Le délai le plus handicapant fut le délai de livraison du convoyeur dont la fabrication et le montage nécessitait une étape intermédiaire qu’était la validation des plans de fabrication. Nous avons pu recevoir un système avant noël le lundi de la rentrée de janvier.

Handicapant car deux ou trois paramètres importants s’avèrent en contradiction avec les critère de choix des composants d’armoire. Par exemple, le courant nominal du moteur selon la plaque signalétique est de 0.8A, le départ moteur que j’avais choisi fonctionne avec un moteur dont le courant nominal ne dépasse pas 0,64A. Mes données étaient issues des catalogues SEW-USOCOME. Par chance, cela fonctionne encore parce que c’est le variateur qui s’occupe de la protection thermique et que donc le thermique du disjoncteur installé ne sert pas.

Autrement aucune erreur d’envoi n’a été relevée et la totalité des bons de commande est arrivée aux destinataires respectifs.

Quatrième Partie : Réalisation

Cette partie traitera brièvement de la réalisation des armoires qui a été une charge importante à mon sens mais difficile à reproduire dans un document de synthèse. Les paragraphes suivants sont sous la forme de mode opératoire qu’un câbleur devrait suivre si il devait réaliser un travail similaire.

Implantation d’armoire

Tout d’abord, une fois le plan d’implantation établi, il s’agit de sortir la platine de l’armoire et de placer les composants dessus. Ceci permet de se donner une rapide idée de la faisabilité du plan réalisé. Normalement si la cao a bien été réalisée, rien ne devrait être modifié. Cependant quelques composants, comme le sectionneur en fond d’armoire ont du être déplacé parce que sur une implantation 2D, il est difficile de rendre compte du point projeté en façade d’un élément suspendu dans l’armoire. Il se trouve que la barre de déport du sectionneur sur les plans d’origine se plaçait exactement où se trouve la bande représentant la séparation entre la porte basse du pupitre et la porte inclinée. Un déplacement s’est imposé pour ne pas avoir à couper cette bande.

Une fois tout les éléments placés et vérifiés, il faut placer les chemins de câble (ou aussi appelés goulotte de câblage). Après les mesures sur platine, on découpe le chemin de câble et on reporte un certain nombre de trou oblong sur le fond. On annote le chemin de câble d’un repère et le fond de la platine également dans le but de savoir quelle série de perçage correspond à quel chemin de câble. On fait ainsi de suite pour chacun d’entre eux verticaux puis horizontaux.

On place ensuite les rails DIN qui supporteront les éléments. Pour la plupart, ils seront placés au milieu des intervalles entre deux chemins de câble. Une exception tout de même concernant les éléments volumineux comme l’alimentation Siemens qui a son attache DIN excentrée par rapport à son axe de symétrie. Il est très important de vérifier ses détails pour ne pas faire de la platine, je cite « un gruyère ». Reste les perçages liés aux gros éléments comme le transformateur, le variateur ou l’automate. Pour cela on se réfère au plan si l’on ne dispose pas du matériel. Autrement, on place l’élément et l’on reporte ses points de fixation en fond d’armoire.

Une fois chaque perçage marqué et muni d’un diamètre de perçage. L’opération peu commencer puis l’alésage et enfin le nettoyage de la platine au solvant pour effacer les traits laissés par les feutres. Ensuite l’on visse les chemins de câble et l’on coupe les rails DIN à la bonne dimension puis l’on perce les passages de vis qui nous permettrons de les fixer. Une fois fixé, il ne reste qu’à placer les éléments sur l’armoire.

Pour les éléments volumineux, il est souvent préférable de visser les vis à l’arrière de la platine et les serrer sur une rondelle dentée pour faire ressortir à l’avant la partie filetée. Ainsi on vient poser des écrous sur la face avant de l’armoire. Lors du démontage, même les écrous défaits, rien ne s’écroule ; L’élément reste à sa place. Alors qu’autrement dévisser la dernière vis du transformateur relève d’une épreuve de force.

Une chose encore concernant le chemin de câble de la porte qui contient les câbles des voyants et autres commandes en façade, il est souvent possible de rejoindre des prises de terre qui sont des tiges filetées en cuivre qui sortent vers l’intérieur de l’armoire. Il suffit d’adapter le chemin de câble au diamètre des tiges et de le fixer à l’aide de deux écrous.
Les éléments en façade sont plus difficile à placer. Il s’agit de marquer discrètement la surface de l’armoire à l’endroit où doivent être placé les boutons et autres voyants. Ensuite percer à des diamètres successifs pour obtenir le passage de vis nécessaire à l’emporte pièce correspondant au diamètre des voyants (diamètre heureusement standardisé D=22mm).

Au sujet de la vérine et du sectionneur, le fabriquant fournit avec son matériel des joints d’étanchéité qui comporte les trous où passent câbles et vis de fixation. Il s’agit de reporter les trous sur la façade et de percer aux emplacements indiqués. Pour les passages de fil, on veillera à mettre une protection autour du trou fraîchement percé et ébavuré pour ne pas blesser le câble.

Enfin reste les éléments demandant une ouverture dans les panneaux d’armoire. Pour cela deux méthodes sont possibles. Il est possible d’utiliser une lame de scie à métaux fixée dans un manche et de faire le contournage à la main à partir des quatre trous pratiqués dans les coins du rectangle de découpe. Soit d’utiliser une scie sauteuse équipée d’une lame acier (dentelure fine) et de rejoindre les trous de coin les uns après les autres. Il faut bien faire attention lors de l’utilisation de la scie sauteuse à protéger la surface où glisse le patin, autrement vous ferez une marque sur l’armoire.
Une fois tout les éléments placés le câblage peut commencer.

Câblage

Pour le câblage il est important de câbler les éléments en suivant le plan et en marquant à chaque câble posé le tronçon réaliser. Cela permet si le plan n’omet rien de ne rien oublier. Dans l’ordre il est d’usage de câbler la puissance puis la commande, c’est d’ailleurs dans cet ordre que cela apparaît sur le plan.

Le disjoncteur principal étant un C60N -16A l’abaque de section de câble indique qu’il est nécessaire d’utiliser un câble d’une section de 2.5 mm². Ni l’insa, ni le lycée Rudloff ne possède cette section en câble souple dans les magasins. Il a donc été nécessaire de faire de la récupération sur des systèmes à l’abandon câblés précédemment en 2,5 mm². L’amont de chaque disjoncteur est câblé en 2.5 mm² car la protection amont est le disjoncteur principal. L’aval lui, hormis la prise de courant, peut être câbler en 1.5 mm², ce qui est une section plus utilisée. Aussi il n’a pas été possible de trouver de câble de neutre (bleu clair) en 2.5mm², d’un commun accord et dans l’impossibilité d’en commander tout a été fait en 1.5mm². M Karchi qui possède l’expertise n’y a pas vu d’inconvénient.

La puissance câblée, il faut passer à la commande représentée par 3 couleurs de fil pour que ce soit pédagogique. La couleur bleu foncé représente la tension continue classique, la couleur violette les entrées automates et la couleur rouge les sorties. Ces trois couleurs de fil de diamètre 0.75 mm² (<1.5mm² < 2.5 mm²) constitue la partie commande. Pour le câblage des boutons et des éléments en façade, il est conseillé d’utiliser des colliers pour faire tenir le câble dans une configuration voulue. C’est une règle d’esthétique que beaucoup pratique et qui est devenue presque obligatoire.

Tout à la fin du câblage, il est nécessaire de câbler les terre de chaque élément qui en requiert une. Toutes les terres sont ramenée en fond d’armoire au collecteur de terre.
Vient ensuite la mise sous tension. Pour cela seule une personne habilitée à travailler sous tension peut le faire. On utilise des outils spéciaux isolé jusqu'à la partie utile. Pour la connexion au canalis, il faut porter des gants de protection et des lunettes fumées en cas de flash.

Programmation

Le programmation des automates siemens est traitée dans les rapports du groupe MediMiq également, je ne m’étendrai donc pas à la description de l’environnement de travail Simatic Manager. Cependant étant donné qu’il faut configurer un bus de terrain, j’expliquerai dans cette partie qu’elle est la procédure pour installer un réseau profibus maître en sortie d’une cpu (profibus intégré) ou d’une cp (carte de communication)

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  Configuration Matérielle
  

La configuration matérielle est la première étape d’une programmation Siemens. Lorsque vous utilisez HWconfig (utilitaire pour la configuration matérielle) prenez bien soin d’effectuer une mise à jour du catalogue matériel avant de commencer car si la CPU est neuve (cas du lycée Rudloff), il est probable que le programme step7 Simatic Manager, plus ancien, ne reconnaisse pas le code du matériel. Une fois la mise à jour effectuée en ligne ou hors ligne grâce à un fichier de mise à jour. Vous pouvez sélectionner dans le catalogue puis placer dans l’ordre un rail, une alimentation, votre CPU et éventuellement votre CP. Ceux là placés, il vous faut vous déplacer sur l’éditeur de réseau (NetPro). Dans celui-ci sélectionnez un sous-réseau Profibus dans le catalogue et placer le dans votre application. Reliez votre CPU ou votre CP au réseau Profibus. Si vous voulez voir apparaître votre réseau MPI sélectionner un deuxième sous-réseau MPI et placez le. Vous pourrez connecter le port MPI de votre CPU dessus.

Ensuite il s’agit de rajouter le variateur. Sauvegarder les modifications réalisée puis revenez dans Hwconfig. Double cliquez sur DP dans votre CPU ou sur votre CP. Choisissez votre adresse Profibus (Adresse qu’aura l’automate sur le bus en anneau qu’est le profibus-DP). Sélectionnez dans les onglets suivant Profibus maître. Vous allez pouvoir maintenant rajouter des esclaves. Dans NetPro, recherchez le sous dossier Simovert dans l’arborescence Profibus DP du catalogue. Sélectionnez le MicroMaster et connectez le au réseau Profibus. Sauvegardez puis dans HWConfig cliquez sur le module MicroMaster rajouté sur le bus. Choisissez son adresse réseau puis rajoutez des objets correspondant au mot de communication avec celui-ci. Sélectionnez 0 PKW – 2PZD. (PPO3) qui est la manière la plus simple de communiquer sur le bus utilisée pour communiquer simplement sans modifier les paramètres de l’esclave. Enfin choisissez les adresses (LADDR) qu’ont vos mots sur le bus. Ils seront atteignables par celle-ci.

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  Algorithme & communication Profibus
  

Voici quelques algorithmes du programme test. Je développerai cette sous section dans un document annexe que je rédigerai une fois tout les tests effectués. (Début Semaine 5)

Remplissage de la pile


Distribution des ordres Initialisation


Vitesse du Moteur

Cinquième Partie : Mise en service

Ce dernier chapitre est un bilan des deux dernières semaines du projet. Ces deux semaines ont été employées à la mise en service de l’installation. Cette phase se fait par étape. C’est suite de test permettant de valider certains points du projet, c'est-à-dire de s’assurer de leurs bons fonctionnements chacun pris indépendamment. Je souhaite donc simplement dressé la liste des tests pratiqués et ce qui ont donné satisfaction.

Tests sur site (Lycée Rudloff)

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  Éléments validés
  

La mise sous tension de l’armoire a été réalisée sur l’armoire par du personnel habilité à travailler sous tension. Aucune erreur n’a été répertoriée, les alimentations du pupitre IHM et de l’éclairage restent disponibles au bornier de fond d’armoire pour un éventuel rajout de ces éléments.

Les capteurs du banc ont été câblés et fonctionnent sans problème, Ch1 à 4 transmettent des signaux en logique positive lorsque les réflecteurs sont bien positionnés pour Ch1,2 et 3 et lorsque la portée est bien réglée pour Ch4.

L’échange de donnée avec le contrôleur du Robot fanuc L100 fonctionne lui aussi. Le câble comporte 2 fils pour l’alimentation. 4 fils de sortie et 3 fils d’entrée dont deux sont simplement le prolongement des informations des électrovannes qui passent par l’armoire. Simple précision, le montage réalisé est celui utilisé pour toute périphérie deux fils. Une entrée à donc besoin d’un potentiel haut et d’un fil d’information alors qu’une sortie à elle besoin d’un potentiel bas et d’un fil d’information.

Le câblage moteur et la calibration du variateur sont complètement réalisés. Les tests ont été effectués indépendamment de la CPU avec le logiciel Starter. Starter permet la communication via port série avec le variateur. Cela permet de mettre en route facilement le protocole de mise en service rapide du moteur et d’accéder aux paramètres important sans avoir à les chercher dans la table de plus de 2000 paramètres. Il est donc possible de faire tourner le convoyeur indépendamment de la cpu en agissant directement du variateur et en s’affranchissant du lien Profibus.

L’accumulation à grande vitesse se passe très bien car la pièce arrivant dans l’étranglement se replace grâce au frottement assuré par la toile.

D’un point de vue logiciel, a été validée le gestionnaire de pile FIFO servant à reconnaître les hauteurs de pièce et de les ordonner. La gestion de la pile de distribution est validée également, elle permet de compter les fronts du dernier capteur et de stocker les ordres dans l’ordre de leur arrivée.

La communication profibus sur CPUx-2DP fonctionne. Nous arrivons à piloter à l’aide d’une table de visualisation le variateur par le jeu requête réponse du protocole Profibus-DP.

Il y a eu concertation entre le programmeur du contrôleur et celui du pupitre pour synchroniser les ordres sur un état du robot en position initiale. Cet état est récupéré par un bit d’entrée et en fonction de l’état des piles l’ordre suivant est envoyé.

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  Éléments à l’épreuve
  

La robustesse des algorithmes de gestion de distribution et de gestion moteur est faible. En effet, dès qu’il y a un arrêt à chaud de la CPU, la communication profibus-DP s’arrête, il est nécessaire d’appliquer un couple de requête pour relancer la communication. Ceci ne semble pas marcher en court de cycle pour faire une sorte de redémarrage automatique.

L’intégralité du programme étant sensé traiter, par exemple les problèmes d’accumulation trop grande, n’a pas été traitée. Il manque donc certaines fonctions visant à optimiser la commande.

Il s’agit également d’intégrer les consignes en fréquence du moteur dans les fonctions sans que la CPU se bloque pour erreur de programmation. Ce qui pose problème est qu’il faille attendre un cycle entre la requête et la réponse et que pour que ce soit propre il faille commander la requête par un double mot. Ce point est en phase d’être résolu.

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  Éléments non validés
  

N’ont pas eu le temps d’être traités, la gestion des erreurs de la CPU et le programme IHM qui va avec la manipulation. Le lycée Rudloff compte se doter d’une IHM siemens qui communiquera à terme sur le bus également. Pour cela il faudra utiliser un logiciel de la suite Simatic appelé WinCC flexible qui est inconnu de l’équipe projet.

Malheureusement le marquage des fils qui figure sur les plans d’armoire n’a pas pu être reproduit en dur sur la console. Une partie sera faite mercredi 30 lors de la séance de projet des MediMiQs.

Les chemins de câble de la cellule ne sont pas terminés, ni l’enceinte. Ces éléments étant sous la responsabilité des professeurs et ceux-ci ne disposant pas du temps que je peux consacrer au projet, il n’ont pas pu finir pour la soutenance.

Montage à l’identique (INSA)

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  Points de différence
  

Le contrôleur du robot fanuc M6iB n’étant pas présent le câble de communication a été posé sans le contrôleur du LR Mate 200i. Ce pendant rien n’a été câblé étant donné que je ne veux pas faire d’interférence avec les câblages existants.

Le câble d’alimentation du pupitre est un câble 5G-1.5mm², pour respecter les normes il faudrait un câble de type 5G-2.5mm² que M. Karchi devrait pouvoir me fournir dans la semaine à suivre. Le câble 5G-1.5mm² pourra être réutilisé pour l’alimentation du moteur. Pour la présentation, il sera installé un câble provisoire 4*1.5mm² qui permettra de visualiser la commande moteur directe.




FRANCK – Élève du lycée Rudloff – Montage du système d’accumulation



Pupitre de commande & Station de programmation

Conclusion

Le mois de janvier s’achève avec une partie des objectifs de ce projet remplis. Cependant la cellule n’est pas, pour le moment, en état de fonctionner. Il faudra, une semaine au moins de tests supplémentaire pour validé les morceaux de programme manquant et arriver à une manipulation fluide sans accrocs. Il est à noté que le Hardware est lui terminé et qu’il ne sera plus nécessaire de se pencher dessus, ce qui est selon moi, un point non négligeable.

Le goulet d’étranglement que représente le planning à partir de début décembre à janvier présente le plus gros handicap de mon Prt. En effet dans cette période, les services administratifs ferment leurs portes et il faut pouvoir fonctionner en roue libre jusqu’à mi-janvier. Malgré les prévisions et les concertations, pendant les périodes de câblage du matériel est venu à manquer et l’équipe projet a du sacrifier deux séances en temps cumulés à faire avec les moyens du bord. Ces deux semaines auraient été nécessaires aux tests et à la programmation.
Sur un plan personnel, j’ai pu me consacrer une grande majorité de mon temps à un projet en accord avec mon projet professionnel. Ceci m’a permis d’acquérir de l’expérience mais aussi de retrouver un savoir-faire qu’est l’implantation d’armoire. La communication et l’intégration entre les systèmes sont des tâches, selon moi, entièrement en accord avec la formation Mécatronique très transversale. Ce qui me conforte dans l’idée que informatique industrielle est une discipline du pôle mécatronique qui par ces projets ne demande qu’à être explorée.
En conclusion, ce projet m’a permis de me mesurer seul à une application d’automatisme industriel et de rencontrer moi-même les embûches que constitue de tel projet. Une grosse expérience et beaucoup de pratique font de l’intégrateur quelqu’un de vraiment compétitif, les projets comme celui-ci montre que malgré nos connaissances, rien ne remplace le concret et l’application pour se rendre compte des réalités de la conception. Ce projet a été donc une opportunité d’application qui enrichit encore un peu mon parcours INSA.