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 neufs 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 IdO 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, qui fonctionne avec un système Linux embarqué. Il est 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 et construire une interface web de contrôle et de commande avec CODESYS. 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 du nouvel automate.
L’ancien automate programmable Télémécanique © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
Le nouvel automate programmable WAGO © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
L’ancien terminal de commande en façade de l’armoire électrique a été remplacé par un petit écran industriel tactile. Cet écran est branché sur un ordinateur monocarte Raspberry Pi qui embarque un système Linux et un navigateur web. Le tout permet d’afficher l’interface web de contrôle et de commande :
Le Raspberry Pi sur lequel est branché l’écran tactile © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
L’ancien synoptique en façade de l’armoire électrique a aussi été remplacé par un grand écran industriel tactile branché sur un deuxième ordinateur monocarte Raspberry Pi qui embarque un système Linux et un navigateur web. Le tout permet d’afficher le nouveau synoptique :
L’armoire de commande avant modification © David VANTYGHEM, licence CC BY-SA 4.0
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.
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.
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, avant sa remise en service.
Par sécurité, l’automate programmable et les caméras sont branchés dans un réseau informatique dédié à l’Internet des Objets, séparé logiciellement (VLAN) du reste du réseau privé. Les flux dans le réseau IdO sont surveillés, pour se protéger d’une éventuelle attaque depuis les autres réseaux.
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.
Documentation technique avant modification de la sablerie
Schémas électriques de la sablerie.
Programme de l’ancien automate Télémécanique.
Indicateur statique de poids – Exploitation-Maintenance.
Documentation technique après modification de la sablerie
Capteur d’humidité ENVEA M-Sens WR3 :
- Information produit ;
- Manuel d’utilisation ;
- 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 (fichier LibreOffice ou fichier PDF).
Commutateur réseau WAGO 852-102 :
Documentation pédagogique et données
Bientôt disponibles.
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