Projet d'automatisme : Simulation de traitement de surface

Projet d’automatique :
Maquette de simulation de traitement de surface

Présentation - La maquette - Le logiciel Cadepa - L’automate TSX 47

Présentation du projet

Ce projet d’étude réalisé avec deux autres élèves de l’IUT occupait toute la deuxième année d’IUT à raison de 4 heures par semaines en moyenne. Il consistait à mettre en oeuvre une maquette de simulation de traitement de surface pillotée par un automate Télémécanique TSX 47, lui même programmé via un ordinateur grâce au logiciel Cadepa (programmation grafcet). En fin d’année nous avions mis en oeuvre toutes les fonctions de la maquette grâce à des grafcet simples.

Télémécanique fait partie du groupe Schneider Electric qui est spécialisé dans les domaines de la distribution électrique et des automatismes industriels
site : www.schneider-electric.fr

Un des intérêt du projet était que le matériel nous était fourni sans documentation. Il nous a donc fallu, de manière autonome, comprendre le fonctionnement de la maquette et de l’automate. Pour celà, nous avons d’une part utilisé de la documentation Télémécanique, d’autre part démonté la maquette et établi son fonctionnement par l’observation des circuits électriques.

Composition de l’automate

Fonctionnement et capacités de la maquette : Les mouvements - Les actionneurs - Les afficheurs - Les capteurs - Les boutons

Les capacités de mouvement
Cette maquette de simulation de traitement de surface est dotée tout d’abord de deux chariots, mobiles sur un rail rectiligne (mouvements 1 et 2) d’une cinquantaine de centimètres, munies chacun d’un bras mobile selon l’axe vertical (mouvements 3 et 4). Ces chariots permettent, grâce à leur bras, de prendre et déplacer des petits bacs pour les faire tremper successivement dans différentes cuves. De cette manière, on peut simuler le traitement d’un objet qui, au cours de sa fabrication, est trempé dans différents produits comme du décapant, de la peinture, etc.

Les actionneurs
Comme l’ensemble des éléments électriques de la maquette, les actionneurs fonctionnent en 24 V continu. Les quatre translations dont est capable la maquette se font grâce à des moteurs électriques. Le déplacement des chariots, se fait grâce à une roue dentée montée sur l’axe du moteur en liaison avec une crémaillère fixée en dessous des capteurs. De même, le mouvement verical des bras se fait à l’aide d’une crémaillère fixée sur le bras, actionnée par une roue dentée, elle même sur l’axe d’un moteur. Ces quatre moteurs sont actionnées par des relais qui transforment un des 8 ordres de déplacement (deux sens par moteur) correspondant à un courant envoyé par l’automate, en un courant "positif" ou "négatif" envoyé à un des quatre moteurs (voir schéma d’exemple ci-contre).

Les afficheurs
Comme les moteurs, les afficheurs fonctionnent sous l’ordre d’un signal 24 V continu de l’automate. La maquette dispose de deux éléments d’affichage : une lampe et un afficheur 7 segments. La lampe pouvait être utilisée par exemple comme voyant défaut (déclenchement de l’arrêt d’urgence), ou encore pour signaler un arrêt temporisé. De même, en fonction du grafcet, l’afficheur sept segments pouvait avoir diverses utilisations, comme par exemple indicateur de position des chariots, compte à rebour, etc.
L’affichage de l’afficheur sept segment était commandé par quatre fils constituant un signal 4 bits standard correspondant aux chiffres à afficher (0001 pour afficher un 1, 0010 pour afficher un 2, etc.).

Les capteurs
La maquette dispose de différents capteurs à induction qui renvoient un signal 24V à l’automate lorsque du métal se situe devant eux.
Ainsi les dix capteurs situé sur la plaque couvrant le rail et les chariots permettent de savoir en face de quels cuves se situent les chariots. Dans chaque chariot deux capteurs permettent de savoir si le bras est en position haute ou basse. Enfin, le chariot de gauche dispose de deux capteurs ayant un rôle de sécurité : il détecte l’approche du deuxième chariot et se déclenche grâce à une barre de métal dépassant d’environ dix centimètres du chariot de droite.

Les boutons
De la même manière que les capteurs, les boutons renvoient lorqu’ils sont actionnés un signal à l’automate, mais, bien entendu, c’est l’utilisateur qui les actionne. Les différents boutons servent à commander le déplacement des chariots ou encore à lancer un cycle de traitement determiné. Le bouton d’arrêt d’urgence, en plus d’envoyer un signal à l’automate lorqu’il est enfoncé, est associé à un système de sécurité interne à la maquette, qui permet de stopper les mouvements sans que l’automate n’en donne nécessairement l’ordre.
Enfin, la maquette dispose d’un bouton particulier : une roue codeuse. L’utilisateur peut positionner cette roue sur un des 10 chiffres dont elle dispose, et en fonction du chiffre sélectionné, un signal codé sur 4 bits (tout comme est codé l’affichage de l’afficheur 7 segments) sera envoyé à l’automate.

Le logiciel Cadepa

C’est ce logiciel qui nous a permis de programmer l’automate. Cette programmation se fait par l’intermédiaire d’un grafcet qui est ensuite traduit, grâce à un module post-processeur, dans le langage de la machine. L’utilisateur n’a donc qu’à écrire son grafcet avec l’éditeur de Cadepa et à définir à quel connecteur d’entrée ou de sortie de l’automate correspond chaque variable utilisée.

Dans le cadre du projet, nous avons conçu plusieurs grafcet mettant en oeuvre différents types de cycle de traitement en coordonnant de manière variée les mouvements des chariots. Nous avons également conçu un grafcet général regroupant l’ensemble des différents grafcet, pour que l’utilisateur puisse sélectionner n’importe quel cycle prédéfini sans avoir à recharger un programme dans l’automate. Cependant, nous n’avons pu exploiter que les plus petits de nos grafcet, faute de mémoire (nous ne disposions que de 8 ko de RAM dans l’automate) et faute de moyens pour acquérir une nouvelle carte mémoire (plusieurs milliers de francs la carte de 32 ko !).

L’automate TSX 47

Ce type d’automate est particulièrement intéressant car il est en fait constitué d’un bac (nous avons utilisé un modèle RKS 8) pouvant accueillir différents types de modules d’entrée, de sortie et de communication, et bien entendu un module central : le processeur.

Le processeur, un TSX 47, est la partie centrale de l’ensemble. Il permet de stocker les programmes (grâce à une carte de RAM), et surtout de les éxecuter en ordonnant les différents signaux de sortie (qui vont vers les moteurs et afficheurs) en fonction des signaux d’entrée (qui proviennent des capteurs et des boutons).

Bac RKS 8

Processeur TSX 47

Les modules d’entrée

Sur ce bac nous avons monté deux modules d’entrée TSX DET 16 12 disposant chacun de 16 entrées isolées prévues pour recevoir des signaux 24 V. Ces deux modules permettent d’accueillir les 31 cables de sortie de l’automate qui correspondent aux informations suivantes : 4 capteurs de position des bras, 10 capteurs de position des chariots, 1 capeur d’approche, 9 boutons poussoirs, 2 entrées correspondant à l’état d’un tri-sélécteur, 1 bouton d’arrêt d’urgence et 4 bits codant pour la roue codeuse.

Module d’entrée
TSX DET 16 12

Le module de sortie

Un seul module de sortie était nécessaire à notre installation : il s’agissait d’un TSX DST 16 82. Ce module dispose de 16 connecteurs de sortie, dont 14 son utilisés et envoient un signal aux différentes entrées de l’automate : 4 bits pour l’afficheur sept segments, 8 commandes pour l’actionnement des moteurs, une commande d’allumage de la lampe et une commande permettant d’actionner un buzzer.
Un des principaux avantages de ce module est qu’il fonctionne non pas avec des sorties relais qu’il faut alimenter indépendamment, mais de sorties délivrant directement du 24 V, qui est la tension utilisé par tout les éléments de la maquette.

Module de sortie
TSX DST 16 82

L’alimentation électrique

L’automate est alimenté par un module d’alimentation SUP 40, grâce au 220 V alternatif du secteur. Par contre le module de sortie, ainsi que différents éléments de la maquette comme les capteurs à induction ou les cartes relais pilotant les moteurs doivent être alimentés en 24 V continu. Pour celà, un générateur de courant continu indépendant de la maquette est utilisé.

Module d’alimentation
SUP 40

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