Durant leur cursus au campus Arts et Métiers de Metz, les élèves sont formés aux techniques de moulage en sable de pièces en alliage d’aluminium. Le sable utilisé pour fabriquer les moules est préparé avec une sablerie :
La sablerie © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
La sablerie permet de peser et de mélanger du sable à vert de fonderie, du graphite, de la bentonite (argile) et de l’eau :
Le système de pesée et le malaxeur © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
Le mélange est ensuite acheminé sur un tapis roulant vers des trémies où il est déversé dans des machines à mouler automatiques ou récupéré pour le stand de moulage manuel :
Les trémies © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
La résistance mécanique des moules dépend de plusieurs paramètres : proportion des composants neuf et recyclés du mélange, température et taux d’humidité du sable, température et taux d’humidité de l’air ambiant, temps de malaxage, nombre de coups de serrage de la presse, etc. Nous souhaitons déterminer quels paramètres sont déterminants pour la résistance des moules et dans quelles plages de valeurs. Nous avons donc ajouté les capteurs de mesure manquants et nous transmettons toutes les données vers une plateforme IoT sur internet, pour les traiter ensuite avec de l’apprentissage automatique (intelligence artificielle).
La fonderie d’une entreprise locale est intéressée par cette étude.
Modification de la sablerie
Certains capteurs étaient déjà présents dans la sablerie : pesage du sable, volume d’eau ajouté. Une sonde à résistance a été ajoutée pour mesurer la température du sable, ainsi qu’une sonde de température/humidité de l’air ambiant et un capteur pour mesurer l’humidité du sable. Le capteur d’humidité du sable devait être très précis. Après avoir testé plusieurs capteurs, nous avons choisi le capteur M-Sens WR3 de l’entreprise ENVEA.
Le capteur d’humidité monté sur le système de pesage © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
Le capteur d’humidité du sable a été étalonné avec différents mélanges de 0 à 5 % d’humidité :
Mélanges avec différents taux d’humidité © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
La sablerie était pilotée par un automate programmable Télémécanique TSX 17-20. Afin de rendre la sablerie communicante sur Internet, nous avons remplacé cet automate par un automate programmable plus récent, de marque WAGO, capable de transmettre les données de mesure et de fonctionnement avec le protocole de communication MQTT. Le programme de l’ancien automate n’avait pas été fourni, seuls les plans de câblage de l’armoire électrique étaient disponibles. Une analyse fonctionnelle de la sablerie a donc été faite pour programmer le nouvel automate. En parallèle, le programme de l’ancien automate a été récupéré, ce qui a permis de valider l’analyse fonctionnelle. Tous les capteurs ont été branchés sur les modules d’entrées analogiques du nouvel automate.
L’ancien automate programmable Télémécanique © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
L’ancien terminal en façade de l’armoire électrique a été remplacé par un écran industriel tactile. Cet écran intègre un ordinateur monocarte Raspberry Pi, avec un serveur web et une application web d’affichage et de commande.
Sur la plateforme IoT, nous avons redessiné un synoptique d’affichage et un synoptique de commande, qui sont accessibles depuis internet sur n’importe quel ordinateur, tablette ou smartphone. Le synoptique d’affichage permet de visualiser l’état de la sablerie et est accessible aux élèves. Le synoptique de commande permet de commander la sablerie à distance et n’est accessible qu’aux enseignants et au personnel technique.
Deux caméras ont été installées pour filmer la sablerie en fonctionnement. Les flux vidéo sont transmis sur le Web avec une faible latence, via une plateforme de diffusion vidéo en continu et en direct.
Par sécurité, les câbles réseau de l’automate programmable et des caméras sont branchés sur un réseau informatique local dédié à L’Internet des Objets, séparé logiciellement (VLAN) du réseau privé. Les flux dans ce réseau sont surveillés. Cela est recommandé, car la commande de la sablerie depuis internet est possible avec MQTT.
Un pré-audit a été fait par un organisme de contrôle pour savoir si d’autres modifications de la sablerie étaient nécessaires. Un audit final a été fait après modification de la sablerie afin de s’assurer de sa conformité aux normes de sécurité. Le recâblage complet de l’armoire de commande, l’installation des capteurs et d’un nouveau terminal tactile et la programmation du nouvel automate programmable ont été faits par les entreprises Becomanager et SETEA. Un plan de prévention a été établi avant leur intervention.
L’armoire de commande avant modification © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
À notre demande, tous les plans, schémas, logiciels et notices techniques seront diffusés sur le blog de CaMéX-IA sous licence Open Source. Les données transmises avec MQTT seront stockées sur une plateforme IoT et disponibles sous licence Open Data, ce qui permettra de les visualiser, de les exporter et de les exploiter librement dans un cadre pédagogique.
Ancienne documentation :
Documentation actuelle :
- Indicateur statique de poids – Exploitation-Maintenance.
- Capteur d’humidité ENVEA M-Sens WR – Information produit.
- Capteur d’humidité ENVEA M-Sens WR3 – Mode d’emploi.
- Communication Modbus entre l’unité de traitement MSE 300-DR et l’automate.
- Logiciel + documentation pour la mesure et la calibration avec l’unité de traitement MSE 300-DR.
- Changer un fusible dans le boîtier d’amplification C1-Box ou dans l’unité de traitement MSE 300-DR.
Auteurs : Nicolas BONNET, David VANTYGHEM. Ce document est mis à disposition selon les termes de la Licence Creative Commons Attribution – Partage dans les Mêmes Conditions 4.0 International.
Image en vignette : Synoptique © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0.
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