Conception d'un système de paquetage automatique de parquets

CHAPITRE 6 : REALISATIONS ET ESSAIS

6-1 REALISATIONS

6-1-1 REALISATION DU PROGRAMMATEUR

De nombreux montages font, aujourd'hui, appel à des microcontrôleurs PIC et à des mémoires série. Parmi tous les prototypes disponibles, nous avons choisi de réaliser celui représenté par les figures 6-1, 6-2, 6-3 ci après.

PC

PORT PARALLELE

1

14

2

15

3

16

4

17

5

18

6

19

7

20

8

21

9

22

10

23

11

24

12

25

13

D0 (DATA) Ecriture

D 1 (CLK)

D2 (+VDD)

D3 (+VPP1)

D4 (+VPP2)

D5 (+VPP3)

ACK (DATA ) Lecture

TRANSFORMATEUR

D1

2x15V 3,2VA

1N4007

BC557C

T1

1K

R1

1K

R2

1K

R3

1K

R4

1K

R5

1K

R6

CI1 = N1 à N6 = 7407

R14 10K

D2

1N4007

11

13

9

3

5

1

R9 2,2K

N1

N2

N3

N4

N5

N6

8

2 D5

4 D6

1N4148

D7

6

1N4148

10

12

C1

1000uF

1N4148

+5V

CI2

7812

D3 1N4148

D4 1N4148

R10 10K

+13V +5V

10uF

+5V

+13V

+5V

CI3

7805

L2

ORANGE

L3

ROUGE

R7 2,2K

R13 10K

10K

R12

R8 2,2K

+5V

R11 10K

C3

10uF

R16 330

R17 1K

L1 VERTE

R15
330

+13V

+5V

CI1

14

7

T2 BC557C

T3
BC55C

C5
330pF

C4

100nF

C7

C6

100nF

100nF

DATA

CLK

GND

EEPROM 24LCxx 8b	MICROCONTROLEURS
	8b 18b 28b 40b
SUP1	SUP2 SUP3 SUP4 SUP5
5	7	13	28	40
6	6	12	27	39
1-2-3-4-7	8	5	8 - 19	12 - 31
8	1	14	20	11 - 32
	4	4	1	1

FIGURE 6-1 : SCHEMA ISIS DU PROGRAMMATEUR PROPIC 2

Ce montage, grâce à sa simplicité va pouvoir être réalisé sur une petite carte pré sensibilisée simple face selon le typon de la figure 6-2 réalisé avec le logiciel ARES de PROTEUS. Ce schéma n'a pas été modifié et les connexions demeurent telles que l'auteur les a conçues.

FIGURE 6-2 : TYPON POUR PROGRAMMATEUR PROPI

Suivant ce typon nous avons réalisé la carte représentée à la

figure 6-3.

FIGURE 6-3 : PROGRAMMATEUR DE PIC REALISE

6-1-2 REALISATION DE LA CARTE DE CONTROLE

La mise en oeuvre de ce travail requiert l'utilisation de ressources diverses. Les études mécaniques faites ici ne sont pas à même de produire après réalisation un résultat fiable. Elles ont été menées dans le seul but de donner une image de la représentation réelle de la bâtisse mécanique afin qu'ayant par la suite fait une évaluation des différents mouvements nous déterminions les différents mécanismes d'entrainement et appareil de détection.

La carte de contrôle à microcontrôleur dont le schéma a été présenté plus haut est entièrement réalisée avec le logiciel proteus de LABCENTER dont les versions d'évaluation sont téléchargeables gratuitement sur le site du fabricant. Elle tient sur une plaque pré- sensibilisée double face de 20 cm x 13 cm. Le type de relais doit répondre à la disposition du perçage sur le typon. En effet, sur cette carte, seul le relais R8 a ses deux contacts NO (Normally open, ouvert au repos) et NC (Normally Closed, fermé au repos) utilisés. Les autres relais notamment R1 à R6 et R9 n'ont que le contact NO utilisé. Pour ce qui est de l'alimentation, bien s'assurer que tous les relais utilisés supportent la même tension d'alimentation. Pour le cas d'une alimentation par transformateur, prévoir un transformateur de 2 x 15 V. Cette carte utilise en tout 3 tensions différentes à savoir :

· 5V pour l'alimentation des circuits intégrés

· 12V pour l'alimentation des relais

· 220V pour l'alimentation des bobines des contacteurs externes

Il est conseillé de prendre toutes les dispositions nécessaires pour éviter tout contact avec les parties actives sous tensions ou même après la mise sous tension du fait de la charge rémanente qui pourrait rester existante aux bornes des condensateurs de filtrage.

Cette carte a les capacités de fonctionner dans des applications diverses par juste changement du code source en mémoire du microcontrôleur par un autre adéquat. Il est plus indiqué de prévoir dans le matériel un support de circuit intégré de 40 pattes sur lequel on pourra à volonté embrocher le microcontrôleur. Cela permettra de s'épargner les multiples soudures chaque fois ou le microcontrôleur devra être reprogrammé.

Les figures 6-4, 6-5, 6-6 représentent le typon, et l'implantation des composants.

Pour ce qui est des difficultés de fabrication, en fabricant la carte électronique avec les typons des deux faces du schéma, les pistes réalisées étaient d'une très mauvaise qualité pour celles qui sont apparues constituant pour la plupart des court circuits. D'autres par contre avait simplement été effacées.

Pour pouvoir réaliser une carte assez présentable et assurant un minimum de risque de court circuit entre les pistes, le moyen utilisé était de modifier le schéma donnant ainsi la possibilité de tracer des pistes un peu plus grandes avec un espace assez sécurisant entre elles et réduisant le risque de coupure ou de court circuit après les procédés chimiques de réalisation.

La figure 6-4 est celle qui représente la face supérieure de la carte électronique double face. C'est sur cette face que sont montés les

composants. Le nombre de pistes sur cette face a été réduit au minimum pour diminuer le nombre de vias et pour minimiser les imperfections de gravure.

FIGURE 6-4 : FACE SUPERIEURE COTE COMPOSANTS

La figure 6-5 ci-après représente le typon coté soudure. Cette face est le lieu principal des différentes connexions du montage. Du fait de sa complexité, l'image a perdu ses propriétés d'origine et tout contrairement à la précédente, elle ne pourrait pas être utilisée comme typon de réalisation.

FIGURE 6-5 : FACE INFERIEURE

Pendant la disposition des composants de la carte de commande, le souci principal était de les placer tel que les relais qui pourraient véhiculer des courants importants assez loin du microcontrôleur. Cela permet d'éviter des dysfonctionnements qui pourraient résulter des effets dus à l'incompatibilité électromagnétique de ces différents composants avec le microcontrôleur au regard des niveaux de courants d'usage.

FIGURE 6-6 : IMPLANTATION DES COMPOSANTS

6-1-3 LE CLAVIER

La majeure partie du travail de conception électronique de ce projet est faite avec le logiciel proteus. Dans sa bibliothèque de composants intégrée, on trouve deux claviers de même type. Un clavier de 15 touches et un autre de 12 touches. La configuration ici est du type matriciel. Ce type de clavier est aussi meilleur dans la réalisation électronique à cause de son nombre de broches de sorties réduit. En effet, un clavier matriciel de 12 touches comporte 4 lignes et 3 colonnes. Cette configuration permet de gérer plusieurs états externes avec le moins possible d'entrées du microcontrôleur utilisées. Par contre, il existe des types différents mais aucun dans sa configuration n'offre le même avantage.

Sur le marché local il n'a pas été possible de trouver le clavier de type matriciel. Celui que nous avons pu avoir est du type à sortie commune réalisé sur une logique selon laquelle chaque bouton poussoir du clavier a une de ses bornes raccordée à un point commun et l'autre borne représentant la touche correspondante. Cette configuration est assimilable à un montage en étoile. Il offre pour un nombre total de touches d'entrées N, un nombre de sorties S=N+1. Pour avoir un maximum de broches d'ENTREE/SORTIES configurables sur le microcontrôleur, il suffira juste de supprimer certaines lignes de la carte du clavier et de refaire certaines nouvelles connexions nécessaires pour avoir notre clavier matriciel. Les deux types de clavier cités dans cette section se présentent sous les schémas électriques de la figure6-7.

com

#

1

FIGURE 6-7: CLAVIER A POINT COMMUN ET CLAVIER MATRICIEL

Les valeurs des autres composants utilisés sont spécifiées sur la liste des composants de la page suivante. Pour ce qui est des résistances, pour un souci de taille physique, celles utilisées sont des résistances de 0.25Watt.

6-1-4 IMAGES DE LA CARTE DE CONTROLE

Apres avoir réalisé le circuit imprimé, soudé les différent composants, la carte qui résulte de notre étude se présente comme l'illustrent les figures 6-8, 6-9 et les compléments placés en annexe.

FIGURE 6-8 : CARTE DE CONTROLE MONTEE DANS UN BOITIER

FIGURE 6-9 : VUE COMPLETE DE LA CARTE

54

6-2 ESSAIS DU PROTOTYPE

La carte de contrôle conçue ne pourra normalement fonctionner que si elle est raccordée au système à piloter. Pour pouvoir réaliser des essais, nous avons mis sur pied un banc d'essai constitué principalement de deux types de matériel.

· les interrupteurs jouant le rôle des différents capteurs de la palettiseuse et le commutateur pour la sélection des deux modes de fonctionnement.

· Les lampes qui matérialisent la commande envoyée par le microcontrôleur sur les différents récepteurs électriques du système.

Les figures 6-10 et 6-11 représentent la face avant du banc d'essai et le point de raccordement respectivement.

FIGURE 6-10 : BANC D'ESSAI REALISE POUR TEST DU PROTOTYPE

FIGURE 6-11 : POINT DE CONNEXION ENTRE LA CARTE ET LE BANC

D'ESSAI

Avant mettre la carte en marche, nous nous servons du programmateur de pic pour transférer le code source dans la mémoire du microcontrôleur. Ce transfert se fait après un paramétrage préalable du logiciel ICPROG que nous utilisons pour communiquer avec le programmateur et ainsi transmettre les instructions de fonctionnement au microcontrôleur. Ce logiciel peut être utilisé gratuitement, et même être diffusé. Il ne doit pas être modifié, tous ses fichiers doivent être distribués ensemble, et il ne doit servir qu'à des fins légales; telles sont les conditions de l'auteur.

Sur la figure 6-12 sont indiqués les différents paramétrages à effectuer dans ICPROG.

FIGURE 6-12 : PARAMETRAGE DE ICPROG POUR PROPIG 2

Après avoir ainsi paramétré le logiciel ICPROG, le programmateur branché sur le port LPT1 de l'ordinateur, la seconde étape consiste à indiquer la source du fichier programme à transférer au microcontrôleur. Ce fichier doit avoir l'une des extensions des fichiers pris en charge par ICPROG. Dans la suite nous indiquerons au logiciel le type de composant présent sur le programmateur et que nous voulons programmer. Sur l'onglet SETTINGS de l'interface utilisateur de ICPROG, on va choisir le PIC16F877 selon la figure 6-13.

FIGURE 6-13 : CHOIX DU COMPOSANT A PROGRAMMER SOUS ICPROG

Une fois le composant à programmer choisi, il ne reste plus qu'à vérifier que le programmateur est connecté au secteur. Si c'est le cas, démarrer le transfert en cliquant sur l'icône de programmation du composant.

Lorsque le transfert du code source est terminé sans erreur, le logiciel affiche un message de confirmation à la suite duquel, on peut fermer l'interface, débrancher le programmateur du secteur, le

déconnecter de l'ordinateur puis enlever le microcontrôleur et le monter sur la carte de contrôle. La figure 6-14 présente le programmateur connecté sur le port LPT1 d'un ordinateur de bureau pendant la mise en oeuvre.

FIGURE 6-14 : PROGRAMMATEUR SUR PORT LPT1

C'est au bout de toutes ces étapes préliminaires et indispensables que nous pouvons procéder aux essais proprement dits du prototype. Une fois le microcontrôleur entièrement programmé et démonté du support du programmateur, il est monté sur le support circuit intégré prévu à cet effet sur la carte de contrôle.

Avant la mise en marche, il faut s'assurer que les connexions entre la carte et le banc d'essai dans notre cas sont toutes établies. Lorsque tout cela est fait, alimenter le banc d'essai en premier puis la carte. A partir de ce

moment, le fonctionnement et les vérifications sont tous pris en charge par le microcontrôleur.

Dans l'impossibilité de joindre une vidéo à ce document, nous avons

figure 6-

pris des images de l'ensemble fonctionnant. La 15 représente une

étape de fon ctionne

ment au bout de laquelle l'utilisateur pourra choisir de restaurer les données en mémoire après les avoir consultées ou de

.

rentrer des nouvelles données de fonctionnement

FIGURE 6-15 :

SYSTEME ATTENDANT LA COMMANDE DE L'OPERATEUR

6-3 DEVIS DE REALISATION

6-3-1 DEVIS DE LA CARTE DE COMMANDE

Le tableau 6-1 suivant récapitule le matériel utilisé pour la réalisation de la carte électronique.

DEVIS MATERIELS						Désignation
Valeurs		Quantité	P.U	Total	Résistor
270		18	500	9000	Résistor
2k		3	500	1500	Condensateur
10u		2	500	500	Condensateur
100u		1	1200	1200	Circuit Intégré
PIC16F877A		1	29800	29800	Circuit Intégré
7805		2	2000	4000	Circuit Intégré
74HC112		1	1500	1500	Circuit Intégré
74HC00		1	1500	1500	Circuit Intégré
74HC112		1	1500	1500	Circuit Intégré
74HC4072		1	1500	1500	Circuit Intégré
7812		1	1500	1500	Diodes
1N4007		12	500	6000	Connecteur
CONN-SIL8		1		DIVERS	Connecteur
SIL-100-15		1		DIVERS	Jumper
JUMPER		8		DIVERS	Jumper
JUMPER2		1		DIVERS	Afficheur alphanumérique
LMO44L		1	39000	39000	Relais
G5Q-14-DC12		9	5000	45000	Clavier
4x3 touches		1	11000	11000	Support de CI
40 broches		1	800	800	Transformateur
moule 2x15 V		1	5000	5000	Plaque cuivrée
Pré sensibilisée		1	20000	20000	Frais
développement		1	20000	20000	Frais
perçage		1	3000	3000	DIVERS
				15000	TOTAL
				218300

TABLEAU 6-1: MATERIEL UTILISE POUR LA REALISATION DE LA CARTE DE

CONTROLE.

NB : Outre les divers, l'ensemble de matériel présent dans le tableau 6-1 précédent est facturé selon la grille des prix de MEGATEC ELECTRONIQUE situé à la montée aurore à Yaoundé-Cameroun.

6-3-2 DEVIS POUR ENSEMBLE ELECTRIQUE

Le tableau 6-2 suivant représente le matériel électrique à installer sur la machine pour une prise en charge complète par la carte de contrôle.

Repères	Désignation	Caractéristiques	quantité		observations	Admission
Moteur électrique	1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L	1	Sur l'arbre de ce moteur tournant dans un seul sens Seront montés deux pignons dont le rapport des dents d'engrenage est de 2		Convoyeurl
Moteur électrique	1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L	1	Moteur frein pour assure le bon positionnement des chaines du convoyeur1. 1 sens de rotation
	Interrupteur de position 3 ex : XCK-P110 ou XCK-M110	2	Ces deux capteurs montés dans le convoyeur 1 assurent la transmission au système de l'information sur la présence des pièces.
	Détecteur de proximité 1 Photo interrupteur de positionnement ex : OPKBKTIR0111S 3 détecteurs de position inductif XS ou photoélectrique XUE	1	Détecteur à rayon lumineux comportant un contact à fermeture. Il servira notamment à renseigner le système sur le passage du bois des chaines du convoyeur 1 vers les courroies du convoyeur 2		Convoyeur2
Moteur électrique avec réducteur	Moteur électrique:1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L Réducteur: 2 orthobloc 2000	1	Le fonctionnement intermittent de ce moteur freiné impose l'utilisation d'un réducteur de faible rapport à défaut d'utiliser un moteur pas à pas. En plus, pour le respect scrupuleux des intervalles pour l'aération.		Chariot
Moteur électrique	1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L	1	Utilisé pour l'entrainement des pinces, ce moteur doit être freiné pour maintenir une stabilité des pinces pendant les opérations de descente du chariot.
	Interrupteur de position 3 ex : XCK-P110	1	De même type que ceux du convoyeur1, celui-ci est chargé de transmettre au

		ou XCK-M110			système l'information sur la position haute du chariot.
	1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L	1	Ce moteur frein supporte de grandes charges dans l'ensemble car il est appelé à soulever et décharger le chariot. Pour cela il a deux sens de marche
	Détecteur de proximité, 1 Photo interrupteur de positionnement ex : OPKBKTIR0111S 3 détecteurs de position inductif XS ou photoélectrique XUE	1	Même type que le voyant 1		Support de palette
Moteur électrique	1.5KW - 1495Trs/MIN- 3A 2 Ex: LS 80 L	1	Pour effectuer un décalage chaque fois lors du rangement, ce moteur sera chargé de mettre en rotation la vis sans fin. Ce système intégrant un embrayage pour éviter de secouer la palette pendant les multiples démarrages et arrêts.
	Interrupteur de position 3 ex : XCK-P110 ou XCK-M110	1	De même type que ceux du convoyeur1, celui-ci est chargé de transmettre au système l'information sur la Présence de la palette.		divers
contacteurs	3 LC1-K06	2	Pour moteur des convoyeurs 2 et 2
			Pour moteur du support de palette.
			Moteurs de Tapis d'admission, pinces et chariot.
			Contacteur de marche manuelle
	3 Bouton à voyant XB5-AA31	3	NO avec rappel automatique. Pour la marche par à coups de moteurs à un sen de rotation
	3 commutateur de type CMB ou Bouton à voyant XB5-AA31	1	Deux contacts et deux positions avec retour automatique à la position initiale. mise en marche du système. DCY
		3	Trois contacts et trois positions stables. Pour la marche par à coups des moteurs à deux sens de rotation.
		1	Deux positions NC et NO stables. Permet le choix du type de fonctionnement MAN/AUTO

TABLEAU 6-2: LISTE DE MATERIEL ELECTRIQUE

6-4 COMPARAISON DES CHARGES DE PERSONNEL

Actuellement, dans la figure 1-2 qui décrit le processus de production des parquets, le double service de rangement présenté aux étapes 5 et 6 utilise seize (16) personnes à la fois soit huit directement à la sortie de la machine de coupe et huit autres pour le rangement assurant la circulation de l'air pour les séchoirs. La seule idée de réduire ces deux services en un seul constitué d'un personnel réduit de moitié est un facteur avantageux pour opérer un choix technologique.

L'usage du système de la palettiseuse devra imposer la mobilisation d'un nombre inférieur d'ouvriers en permanence ; c'est ainsi que dans le cadre le plus simple du fonctionnement du système, le personnel requis pourra être caractérisé par un conducteur assisté par deux manoeuvres. En effet pour effectuer des corrections au moment où surviennent des défauts, le conducteur au moyen de son pupitre de marche manuelle se charge de faire mouvoir les différentes parties individuelles de la machine. Le mode de commande manuel ne comportant pas d'auto maintient de l'organe commandé, la commande est valide et le reste tant que le conducteur maintient son action sur l'organe de commande. Ce qui oblige l'opérateur à rester uniquement devant son pupitre.

Parmi les charges générées par le mode de rangement manuel, on note celles liées à la superficie de l'entreprise et à l'éloignement des différents services. Pour une palette pleine placée au séchoir, il faut au préalable avoir rangé le bois à la sortie de l'OPTICUT, puis transporter la palette vers le second service de rangement par un manitou, après ce second rangement, la palette est enfin transportée dans un séchoir. Par

contre, avec le rangement automatique, les palettes rangées à la sortie de l'OPTICUT sont directement destinées au séchoir. On note ici deux des avantages que possède l'automatisation du système par rapport à la marche manuelle à savoir.

· Un seul service destiné au rangement.

· Effectif réduit au quart de l'effectif de la marche manuelle.

Par ailleurs ce système automatique mis en place sera cause de mise au chômage d'un certain nombre d'employés ; à première vue le caractère social de l'entreprise conduirait au rejet de l'automatisation pour assurer un minimum de revenu à un maximum de citoyens mais la perpétuelle recherche du gain viendra dominer les conditions de choix et obligera la réduction du personnel.

6-5 PERSPECTIVES

Arrivés au terme de ce travail, nous sommes encore très loin de déclarer avoir mis sur pied un prototype parfait. L'étude menée jusqu'ici vient juste poser les jalons. En tenant compte de toutes ces bases déjà mises sur pied, des études plus poussées visant l'amélioration tant sur le plan électrique que mécanique devront être menées afin de mettre sur pied une machine répondant aux standards internationaux de l'industrie. L'autre aspect incomplet dans notre travail concerne le programme :

Les paramétrages de fréquence de fonctionnement du microcontrôleur dans le code source peuvent être revus pour assurer une fréquence de fonctionnement plus élevée et adaptée à une ligne de

production plus accélérée. Cet autre volet des améliorations provoquera un total réaménagement dans les différentes temporisations. Le dernier des aspects modifiables en vue de l'amélioration est la partie de commande de l'admission. Une stratégie différente peut être mise au point pour aboutir à la solution proposée. La liste des améliorations citées ici n'est pas exhaustive. Toutes les contributions en vue de la production d'un système plus performant seront source d'une progression significative dans ce projet.