ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE Chargé de cours : Alexandre Filion DÉPARTEMENT DE GÉNIE DE LA PRODUCTION AUTOMATISÉE Session : ÉTÉ 2014

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1 ÉCOLE DE TECHNOLOGIE SUPÉRIEURE Chargé de cours : Alexandre Filion DÉPARTEMENT DE GÉNIE DE LA PRODUCTION AUTOMATISÉE Session : ÉTÉ 2014 GPA-754 CELLULES DE PRODUCTION ROBOTISÉE PROJET #1 : Programmation d une petite cellule robotisée 1 Objectifs 1. Programmer une cellule robotisée comprenant un automate, un réseau de terrain, un HMI, un robot industriel et un système d alimentation de pièces; 2. Mieux comprendre la notion d intégration de technologies dans un contexte d automatisation et d informatisation de la production; 3. Réaliser un projet concret d automatisation se rapprochant de la réalité industrielle. 2 Mandats à réaliser Au local A-0610, une équipe d étudiants doit effectuer la programmation d une des quatre cellules robotisées : 1. Mandat #1 cellule 1 : le déchargement d un convoyeur en boucle (#06) ; 2. Mandat #2 cellule 2, poste 5 : l assemblage d un tube sur le gabarit (#31); 3. Mandat #3 cellule 3 : le déchargement d un bol de bouchons (#11); 4. Mandat #4 cellule 4 : le déchargement d un bol de pistons (#9). Pour ce faire, l équipe devra réaliser un document de références (à remettre à la fin) permettant de bien définir et préserver les décisions de conceptions. Il devra au minimum contenir : 1. Il devra définir les états de son système (GEMMA). 2. La liste des tâches (avec une bonne description) que l automate aura à faire réaliser et ceux à faire exécuter par le robot. Il est important de spécifier les tâches qui peuvent être faites en parallèle et ceux en synchro. 3. L équipe doit identifier et commenter correctement les entrées / sorties utilisées dans l automate. 4. L équipe doit identifier et commenter les registres qui serviront pour l interaction entre les trois programmes de votre projet d automate, mais également avec le pupitre de commande (idéalement en structure). 5. La présence des trois programmes dans le projet automate sous peine d avoir la note de zéro. page 1/9

2 La figure 1 illustre les principales interactions entre les différentes composantes d une cellule robotisée. Dans chaque cas, l automate interagit avec un HMI, un robot et un système d alimentation de pièces. Ainsi, le mandat de chaque équipe est très similaire : 1. Développer un programme robot réalisant les tâches à accomplir; 2. Développer un pupitre de commande via un ordinateur (HMI); 3. Programmer un automate faisant la gestion générale de la séquence, la gestion d un système d alimentation, la gestion d une alarme associée à un équipement et la communication avec un robot; 4. Développer un protocole de communication simple entre l automate et le robot. La description particulière à chaque mandat est donnée à la fin de cette section. Automate Organigramme 2 Organigramme 1 Organigramme 3 ROBOT (physique) Communication HMI Organigramme 4 Gestion générale de la séquence Alimentation de pièces (physique) Gestion du système d alimentation Orga. 5 Alarme Figure 1 Interactions générales entre les différents sous-systèmes page 2/9

3 2.1 Description générale des mandats A. Programmation du robot Le programme du robot permet deux modes de fonctionnement : le mode manuel et le mode automatique. La figure 2 présente de manière générale le déroulement du programme robot permettant une interaction correcte avec la cellule de production. DÉBUT Initialisation du système non Position sécuritaire oui Demande de retour en manuel En mode automatique Prêt au travail Demande de mouvement Gestion Manuel Attente d une tâche non Position sécuritaire acceptation de la tâche oui Action exécutée FIN exécution de la tâche confirmation de la tâche terminée Figure 2 Organigramme du programme du robot Mode manuel. En mode manuel, la communication avec l automate est inactive. Ce mode se présente sous la forme d un menu sur le boîtier de commande permettant à l opérateur de : 1. Déplacer le robot à une position de retrait : le robot doit être à cette position avant de le mettre en mode automatique; 2. Exécuter les tâches du robot; 3. Mettre le robot en mode automatique; 4. Mettre fin au programme. * Le passage en ce mode durant la production force le système à repartir au début d un cycle. Mode automatique. En mode automatique, le robot est esclave de l automate. Il attend la demande d une tâche provenant du PAC. Afin de connaître l état du robot, des messages sont affichés. À tout moment, l opérateur peut remettre le robot en mode manuel en pressant une touche. page 3/9

4 B. Interface de communication (HMI) L opérateur utilise l interface de communication pour demander un des trois modes de fonctionnement de la cellule robotisée : 1) mettre en marche le système, 2) faire une pause de production et 3) commander une fin de production. Ce pupitre de commande doit afficher l état courant des équipements de la cellule. Il est important que les couleurs utilisées soient en harmonie avec celles de leur chapiteau de lumière. Mise en marche. En pressant le bouton de mise en marche, un signal est envoyé à l automate via un bit (ex. bit interne de l automate relié au HMI HMI_Bouton_Depart). Un voyant (ex. HMI_Indic_Marche) approprié doit alors s allumer. Pause de production. L opérateur peut demander une pause de production par le HMI. Le système finit alors la tâche en cours sans nécessairement finir la pièce, dégage le robot et s immobilise. Le système passe également en pause si une alarme est détectée (voir les sections suivantes pour la gestion d alarmes associées à votre sous-système) et déclenche une faute au HMI. Un avertissement doit à ce moment s allumer sur le HMI. Fin de production. L opérateur peut demander une fin de cycle par le HMI. Un voyant approprié s allume. Le système finit la pièce en cours de production, renvoie le robot à la position de retrait puis s arrête. À la fin, le voyant de mise en marche doit s éteindre Alarme. Le HMI doit être en mesure d afficher les erreurs en provenance de l automate. La signification des erreurs dépend du mandat à réaliser. Les erreurs doivent apparaître dans le sommaire d alarme, le sommaire doit-être dans une page dédiée à ce mandat. Cadence. Le HMI doit afficher, en tout temps, les trois derniers temps de cycle mémorisés par l automate lors de la production, le format d affichage est le suivant «minute: seconde: milliseconde». Il doit également offrir le compte de pièces fait avec la possibilité de remettre à zéro le compteur. Figure 3 Exemple d un pupitre de commande d'une cellule robotisée page 4/9

5 C. Gestion générale de la séquence (la solution doit-être un programme autonome) L automate gère l exécution générale de la séquence (voir la figure 4) : 1- L automate doit attendre une demande de mise en marche venant du HMI ; 2- Le système boucle continuellement tant qu une fin de cycle n est pas demandée; 3- En mode normal (automatique), l automate demande une pièce au système d alimentation. Le robot exécute les tâches correspondantes. Voir la section 2.2 pour les particularités reliées à chaque mandat. 4- Le système est prêt pour une nouvelle séquence. 1 Système en attente Départ de prodution 2 Place système en conditions initiales - Robot prêt au travail et à la position retrait - Équipement de production sans alarme Système en condition initiale 3 Alimentation en travail 5 Envoi le robot à la source d alimentation Pièce en position et robot prêt pour la prise 6 Transfert d une pièce de l alimentation au robot hors production et Cycle terminé par robot 7 Pièce dans le robot Envoi le robot déposer la pièce hors production et pièce deposée Piece déposée et en production 4 8 Cycle terminé «1» Figure 4 Exemple d une séquence générale dans l'automate À NOTER : La séquence ci-dessus décrit le mode de fonctionnement général du système. Votre programme doit se servir des différents capteurs, actionneurs et temporisateurs afin d obtenir un système stable et fluide. page 5/9

6 D. Gestion du système d alimentation (la solution doit-être un programme autonome) Le document Description du fonctionnement des équipements labo 0610_XXX.pdf décrit en détail les particularités de fonctionnement de chaque système d alimentation. Les systèmes doivent pouvoir répondre à une séquence similaire à l exemple de la figure 5, soit une séquence de gestion, une séquence d avertissement que les ressources baissent et finalement un système qui vérifie le problème d alimentation et qui force une pause pour défaillance. 1 Système en attente Demande de travail et pas d alarme 2 Alimente en matière première 5 Place une pièce si pas présente Hors production Zone tampon pleine Pièce en position Hors production 3 6 Pièce traitée par le robot Hors production Hors production Zone tampon vide «5» «2» 4 7 «1» Sys. arrêté En remplissage de matière première En positionnement de pièce 11 Active Alarme si la zone tampon ne se rempli pas 21 Active Alarme si la pièce ne se place pas Réamorce le système d alimentation Chute pleine Pièce en position En Alarme 22 Acquittement de l alarme 23 Départ Figure 5 Exemple d une séquence d'alimentation avec alarmes page 6/9

7 E. Communication afin d exécuter une tâche avec le robot (la solution doit-être un programme autonome) Sous la forme d un schéma, la figure 6 illustre les entrées et les sorties qui permettent la communication entre le robot et l automate. Entr é es Numéro de tâche Demande d une tâche Robot Sorties Robot prêt (com. permise) Robot en travail Robot tâche complétée Robot mode auto Robot mode manuel Figure 6 Communication entre le robot et l'automate Conditions initiales. Avant d initier une communication, il faut s assurer de mettre toutes les entrées/sorties à zéro. Voici la séquence de communication : Initialisation de la communication : Remise à zéro des entrées/sorties du robot et de l automate; Demande d une tâche faite par le Grafcet général : L automate attend de voir si le robot est disponible pour la réception de la tâche (si le bit «Robot prêt» est à 1). 1 Système en attente 2 Demande d envoi d une tâche robot prêt a communiquer L automate inscrit une valeur numérique signifiant «La tâche demandée» et avise le robot de la présence d une tâche («Data Prêt» est mis à 1). 3 Envoi la tâche, attend un peu et avise le robot de la présence d une tâche a faire Attend confirmation robot en travail L automate attend d avoir la confirmation de l exécution de la tâche par le robot («Robot en travail» à 1). 4 Attend confirmation robot terminer le travail L automate attend d avoir la confirmation que la tâche est accomplie par le robot («Robot Complété» à 1). 5 Retire sa demande de travail Robot prêt au travail L automate retire la demande de tâche et attend que le robot soit prêt pour une nouvelle tâche. «1» Figure 7 Séquence de communication page 7/9

8 F. Avertisseurs lumineux Les états du système doivent être représentés par le code de couleur suivant : Vert : système en fonctionnement normal; Jaune clignotant : fin de cycle demandée; Jaune : système en pause; rouge : système en arrêt; rouge clignotant : alarme en cours. page 8/9

9 2.2 Particularités des mandats A. Mandat #1 cellule 1 : le déchargement d un convoyeur en boucle Le robot réalise une seule tâche : à la demande du PLC, enlever un tube de sur un chariot du convoyeur en boucle et le déposer dans une boîte. Le poste de travail est composé d un automate ControlLogix 5000 relié à son propre réseau de terrain DeviceNet, d une interface de communication (HMI), du robot #1 effectuant les tâches demandées par l automate et du convoyeur en boucle incluant les butées de l indexeur #17. Alarme. L automate doit faire la gestion d une alarme associée à l absence de tube sur le convoyeur. B. Mandat #2 cellule 2, poste 5 : l assemblage d un tube sur le gabarit Au départ, le stock tampon (#32) contient douze tubes. L automate apporte un gabarit à l indexeur #15 en actionnant le convoyeur #31. À la demande du PLC, le robot y dépose un tube provenant du stock tampon. Le convoyeur #31 sort la pièce terminée. Il est à noter que l entrée et la sortie du gabarit se font manuellement. Le poste 5 est composé d un automate ControlLogix 5000 relié à son propre réseau de terrain DeviceNet, d une interface de communication (HMI), du robot #2, de blocs-moteurs en file d attente sur le convoyeur en U (convoyeur #31), d un indexeur de blocs-moteurs (indexeur #15) et du stock tampon contenant les sous-assemblages. Gestion d une alarme. L automate doit faire la gestion d une alarme associée à l absence de gabarit dans la file d attente. À NOTER : Le convoyeur #31 ne doit pas fonctionner en tout temps, car la friction entre le tapis du convoyeur et les blocs-moteurs engendrent une usure des pièces. Pour minimiser cette usure, le convoyeur en U est mis en marche seulement pour apporter les blocs-moteurs dans la file d attente, pour déplacer un bloc-moteur de la file d attente vers l indexeur #15 ou pour sortir un produit terminé. C. Mandat #3 cellule 3 : le déchargement d un bol de bouchons (#08) Le robot réalise une seule opération : à la demande du PLC, enlever un bouchon à la sortie du bol #08 et le déposer dans une boîte. Alarme. L automate doit faire la gestion d une alarme associée à l absence de bouchon à la sortie du bol vibrant. D. Mandat #4 cellule 4 : le déchargement d un bol de pistons (#09) Le mandat #4 est similaire au mandat #3. Le bol #08 est remplacé par le #09. page 9/9