Séquence : analyser et manipuler les systèmes pluri-techniques CAPSULEUSE DE BOCAUX A ANALYSER : A3 Appréhender les analyses fonctionnelles structurelles - A3.1 Analyser les architectures fonctionnelle et structurelle - A3.2 Identifier les fonctions des différents constituants - A3.6 Repérer les constituants dédiés aux fonctions d'un système - A3.7 Identifier et décrire la chaîne d'information et la chaîne d'énergie du système - A3.8 Identifier les liens entre la chaîne d'énergie et la chaîne d'information - A3.9 Identifier les constituants de la chaîne d'information réalisant les fonctions acquérir, coder, communiquer, mémoriser, restituer, traiter - A3.10 Identifier les constituants de la chaîne d'énergie réalisant les fonctions agir, alimenter, convertir, moduler, transmettre, stocker D COMMUNIQUER : D1 Rechercher et traiter des informations - D1.1 Extraire les informations utiles d'un dossier technique - D1.2 Lire et décoder un diagramme D2 Mettre en œuvre une communication - D2.1 Choisir les outils de communication adaptés à l interlocuteur - D2.2 Faire preuve d'écoute et confronter des points de vue - D2.3 Présenter les étapes de son travail - D2.4 Présenter de manière argumentée une synthèse des résultats -D2.5 Décrire le fonctionnement du système en utilisant un vocabulaire adéquat E EXPERIMENTER : E1 S'approprier le fonctionnement d'un système pluri-technologique - E1.1 Repérer les différents constituants de la chaîne d'énergie - E1.2 Repérer les différents constituants de la chaîne d'information -E1.3 Régler les paramètres de fonctionnement d'un système -E1.4 Mettre en évidence l'influence des paramètres sur les performances du système E3- Mettre en œuvre un protocole expérimental - E3-1 Mettre en œuvre un système complexe en respectant les consignes de sécurité - E3-2 Régler les paramètres de fonctionnement d'un système 1. PRESENTATION Exemples vidéo de capsuleuse industrielle https://www.youtube.com/watch?time_continue=53&v=omb24zlzgn8 http://www.dailymotion.com/video/x19u106 1.1. Mise en situation Le conditionnement de nombreux produits alimentaires est réalisé dans des bocaux en verre fermés par des capsules vissées. La société RAVOUX, spécialisée dans le conditionnement, a créé ce prototype afin d optimiser ses machines de production. La variété des produits conditionnés nécessite des dispositifs de remplissage différents mais le système de mise en place et de serrage de la capsule est souvent du même type que celui de cette capsuleuse. Chaînes d information : Le constituant assurant le traitement des informations est un automate Télémécanique TSX 37-10 à 64 entrées/sorties, programmé en PL7 Micro et équipé d une prise permettant de le connecter sur un micro-ordinateur. 1
Des capteurs de technologies diverses (mécanique, magnétique, inductifs) assurent quant à eux la transmission des informations entre les chaînes d énergie et la chaîne d information par un câblage électrique faible tension. Chaînes d énergie : Composés de différents actionneurs (électriques et pneumatiques), on peut distinquer trois tâches ou activités : Le convoyage linéaire des bocaux par le tapis. Le transfert des bocaux par le plateau et motoréducteur tapis, Le vissage de la capsule sur le bocal par générateur de vide et vérins linéaire et rotatif. L'ensemble des chaînes, ainsi constituées, étant disposé sur un châssis en profilé d'aluminium. 1.2. Mise en œuvre du système automatisé Suivre précisément la procédure suivante pour permettre le fonctionnement du système. La mise en marche de la machine nécessite une initialisation : - Placer des bocaux vides sur le convoyeur de gauche et des capsules à l'endroit dans le magasin vertical. - Vérifier qu'il n'y a aucun bocal dans l'indexeur à croix de malte. - Déverrouiller éventuellement l'arrêt d'urgence. - Fermer le carter mobile de protection. - Mettre la manette du sectionneur électrique situé à droite de l'armoire électrique sur la position "ON". Le voyant blanc "sous tension" doit s allumer. - Appuyer sur le bouton poussoir "en service", le voyant "vert" intégré s'allume, le voyant "défaut" clignote lentement. - Vérifier que le commutateur "expérimentation/production" soit sur "production". - Vérifier que le potentiomètre réglage vitesse plateau ne soit pas sur "zéro". - Appuyer sur le bouton "initialisation" pour mettre la machine en position initiale. La machine est prête, le voyant "machine prête" s'allume. Après la procédure d initialisation, on peut lancer le fonctionnement automatique : - Placer le sélecteur "expérimentation/production" sur "production". - Placer le sélecteur "auto/main" sur "auto" et appuyer sur le bouton "marche". Le convoyeur se met en route et les opérations de transfert, vissage, s'effectuent 2
automatiquement. Le voyant "marche" s'allume. L'absence de bocaux à l'entrée de l'étoile de transfert interrompt le cycle. Il reprend automatiquement à l'arrivée des bocaux. La saturation du convoyeur d'évacuation interrompt le fonctionnement du système, il repart automatiquement à l'enlèvement des bocaux. - L'appui sur le bouton "arrêt" provoque l'arrêt en fin de cycle du système. Le voyant "machine prête" s'allume. Pour évacuer le dernier bocal resté sous le poste de serrage, on utilise le mode pas à pas : - Placer le sélecteur "auto/main" sur "main" et appuyer sur le bouton "marche". - Le convoyeur se met en route et accumule les bocaux à l'entrée de l'étoile de transfert. Le voyant "marche" s'allume. - Appuyer sur le bouton "main". Chaque impulsion sur ce bouton déclenche successivement une étape du cycle. Le cycle de vissage s'effectue seulement s'il y a présence d'un bocal au vissage. Une impulsion sur "initialisation" ramène le système à l'origine du cycle. - L'appui sur le bouton "arrêt" provoque l'arrêt en fin de cycle du système. Le voyant "machine prête" s'allume. Pupitre de commande 3
2. ANALYSE DES PERFORMANCES GENERALES Une des exigences que doit assurer ce système est la cadence de production Question 1-a : Déterminer le nombre de bocaux n b capsulés en une heure de fonctionnement continu sans incident en fonction de la durée du vissage T v d une capsule et T r la durée de la rotation d un quart de tour du plateau. Remarque : l évaluation de cette cadence se fera à l aide de la durée comprise entre l instant où un bocal est «pris» par l étoile de transfert pour être capsulé et celui où ce même bocal est «libéré» par l étoile. Enfin T v et T r s expriment en (s). Question 1-b : Après sélection de la vitesse moyenne, calculer le nombre de bocaux bouchés par jours (utilisation de la machine 14 h par jour). 3. DIAGRAMME DE DEFINITION DES BLOCS On donne ci-dessous le «bdd» de la capsuleuse. On retrouve notamment les trois sous-systèmes générant les principales tâches du système. bdd : Capsuleuse de bocaux «system» Capsuleuse de bocaux «subsystem» Système de commande «subsystem» Système de transfert (2) 4. ETUDE DU SYSTEME DE CONVOYAGE Automate Question 2 : Peut-on faire varier la vitesse asynchrone de défilement du tapis? En déduire le type de distributeur ((bloc (1)) utilisé pour cette chaîne d énergie : relais «subsystem» (comportement tout ou rien) ou variateur. Détecteurs parts détecteur ILS [5] détecteur inductif [3] détecteur éléctromécanique [2] Moteur Bloc d alimentation électrique Réducteur Roue et Vis Croix de Malte «subsystem» Système de vissage «subsystem» parts Moteur à Courant Continu Poulies Tapis Système de convoyage Réducteur Roue et Vis (1) 4 distributeur vérin vertical distributeur vérin horizontal distributeur vérin rotatif distributeur générateur de vide distributeur vérin de serrage vérin double effet vertical vérin double effet horizontal vérin simple effet de serrage vérin rotatif générateur de vide tête de vissage ventouse Unité d alimentation en air comprimé
Question 2 : Peut-on faire varier la vitesse de défilement du tapis? En déduire le type de distributeur ((bloc (1)) utilisé pour cette chaîne d énergie : relais (comportement tout ou rien) ou variateur. Question 3 : Compléter le diagramme interne du bloc «Système de convoyage» du document DR1, on précisera : Les blocs intervenant dans cet «ibd» ; Les types d énergie circulant entre les blocs : o Energie électrique (continu ou alternatif) ; o Energie mécanique (de rotation ou de translation) ; Quels blocs assurent les fonctions alimenter, distribuer, convertir et transmettre. 5. ETUDE DU SYSTEME DE TRANSFERT Maneton : 1 Croix de malte : 3 Plateau Moteur asynchrone Galet : 2 Réducteur roue et vis sans fin Question 4 : Peut-on faire varier la vitesse de défilement du système de transfert? En déduire le type de distributeur (bloc (2)) utilisé pour cette chaîne d énergie : relais (comportement tout ou rien) ou variateur. Question 5 : Compléter le diagramme interne du bloc «Système de transfert» du document DR2, on précisera : Les blocs intervenant dans cet «ibd» ; Les types d énergie circulant entre les blocs : o Energie électrique (continu ou alternatif) ; o Energie mécanique (de rotation ou de translation) ; Quels blocs assurent les fonctions alimenter, distribuer, convertir et transmettre. 5
6. ETUDE DU SYSTEME DE VISSAGE Vérin vertical Magasin de capsules Vérin rotatif Vérin de serrage Vérin horizontal Ventouse Etoile (plateau) de transfert Manipulation : Observer le comportement de chaque actionneur à l aide du bloc de distributeurs, pour cela Aider vous du schéma pneumatique pour faire le lien (cf. ANNEXE) 6
Question 6 : Compléter le diagramme interne du bloc «Système de Vissage» du document DR3, on précisera : Les blocs intervenant dans cet «ibd» ; Les types d énergie circulant entre les blocs : o Energie électrique (continu ou alternatif) ; o Energie mécanique (de rotation ou de translation) ; Quels blocs assurent les fonctions alimenter, distribuer et convertir. 7
ANNEXE : SCHEMA PNEUMATIQUE Unité d alimentation en air comprimé: P Chaîne d énergie du vérin Horizontal Chaîne d énergie du vérin serrage Générateur de vide P Chaîne d énergie du vérin VR (rotatif) Chaîne d énergie du vérin Vertical P 8
Groupe : TP Capsuleuse de bocaux Document réponse DR1 Noms : Question 3 : 9
Groupe : TP Capsuleuse de bocaux Document réponse DR2 Noms : Question 5 : 10
Groupe : TP Capsuleuse de bocaux Document réponse DR3 Noms : Question 6 : 11