{"id":77637,"date":"2024-02-16T13:56:46","date_gmt":"2024-02-16T18:56:46","guid":{"rendered":"https:\/\/mayahtt.com\/?p=77637"},"modified":"2024-02-19T14:13:25","modified_gmt":"2024-02-19T19:13:25","slug":"conception-broyeur-voitures-simulations-systeme-mise-en-service-virtuelle","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.mayahtt.com\/fr\/blog\/conception-broyeur-voitures-simulations-systeme-mise-en-service-virtuelle\/","title":{"rendered":"Conception d\u2019un broyeur de voitures : des simulations syst\u00e8me \u00e0 la mise en service virtuelle"},"content":{"rendered":"

Parfois, un test d\u2019acceptation usine r\u00e9v\u00e8le qu’une pi\u00e8ce d\u2019un \u00e9quipement ne fonctionne pas comme pr\u00e9vu. Cette situation peut avoir de nombreuses causes, comme des erreurs de sp\u00e9cifications sur des composantes ou des conceptions du syst\u00e8me, ou encore des algorithmes de contr\u00f4le peu performants. La mise en service virtuelle permet de d\u00e9voiler ces probl\u00e8mes bien avant le test d\u2019acceptation usine.<\/p>\n

Dans cet article de blog, nous pr\u00e9sentons une approche typique du d\u00e9veloppement de produits avec l’ing\u00e9nierie syst\u00e8me bas\u00e9e sur les mod\u00e8les (ISBM). L\u2019objectif consiste \u00e0 d\u00e9velopper un syst\u00e8me hydraulique et le logiciel de contr\u00f4le d\u2019automate programmable industriel (API) correspondant pour un broyeur de voitures \u00ab\u00a0aplatisseur\u00a0\u00bb (compacteur), le type d\u2019appareils utilis\u00e9 pour aplatir les voitures envoy\u00e9es \u00e0 la casse en abaissant une plaque hydraulique. Le syst\u00e8me hydraulique est d\u00e9velopp\u00e9 dans le logiciel Simcenter Amesim<\/a> et l\u2019API dans le portail Totally Integrated Automation (TIA) de Siemens. La validation des contr\u00f4les est men\u00e9e \u00e0 bien avec un dispositif de \u00ab\u00a0logiciel dans la boucle\u00a0\u00bb (software-in-the-loop<\/em>), o\u00f9 Simcenter Amesim et TIA Portal fonctionnent en co-simulation.<\/p>\n

\"Animation<\/p>\n

Simulation syst\u00e8me<\/h2>\n

Simcenter Amesim<\/a> offre une biblioth\u00e8que de composants pour un domaine physique d\u2019int\u00e9r\u00eat donn\u00e9, ce qui est tr\u00e8s utile pour r\u00e9duire le volume de mod\u00e9lisation de physique n\u00e9cessaire avant de commencer le processus de conception. Dans le cas de la mod\u00e9lisation d\u2019un syst\u00e8me hydraulique, celle-ci est r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l\u2019aide de la biblioth\u00e8que hydraulique (Fig.\u00a01).<\/p>\n

\"Fig.

Fig. 1 Contenu de la biblioth\u00e8que hydraulique<\/p><\/div>\n

Consid\u00e9rations de conception<\/h3>\n

Lorsqu\u2019on parle de performance du broyage de voitures, deux facteurs sont importants\u00a0: la vitesse et la puissance. Un broyeur plus rapide r\u00e9alise plus de cycles par minute, tandis qu\u2019un appareil plus puissant broie plus de voitures par cycle.<\/p>\n

Bien que le syst\u00e8me hydraulique pour un appareil de ce type ne soit pas excessivement complexe, des d\u00e9cisions de conception doivent cependant \u00eatre prises. Les ing\u00e9nieurs doivent comprendre les compromis entre les diff\u00e9rentes courses de v\u00e9rins, leurs diam\u00e8tres de tige et de piston, les tailles des pompes et les caract\u00e9ristiques des soupapes.<\/p>\n

Construire un syst\u00e8me r\u00e9el n\u2019est pas une fa\u00e7on rentable d\u2019explorer diff\u00e9rentes conceptions de syst\u00e8mes et d\u2019\u00e9valuer leur performance. C\u2019est l\u00e0 que la simulation s\u2019av\u00e8re tr\u00e8s pratique. Un mod\u00e8le Simcenter Amesim d’un broyeur de voitures est pr\u00e9sent\u00e9 dans l\u2019image ci-dessous (Fig.\u00a02).<\/p>\n

\"Mod\u00e8le

Fig. 2 Mod\u00e8le Simcenter Amesim d\u2019un broyeur de voitures (compacteur) avec un diagramme \u00e9tats-transitions.<\/p><\/div>\n

Dans ce mod\u00e8le, le contr\u00f4le du broyeur est r\u00e9alis\u00e9 \u00e0 l\u2019aide d\u2019un diagramme \u00e9tats-transitions (Fig.\u00a03).<\/p>\n

La fonctionnalit\u00e9 de ce diagramme est enti\u00e8rement int\u00e9gr\u00e9e \u00e0 Simcenter Amesim, offrant ainsi une d\u00e9finition graphique, une simulation et une analyse pour la logique de contr\u00f4le et de fonctionnement. En se fondant sur la th\u00e9orie des automates finis de Harel, il utilise une s\u00e9mantique du langage claire et robuste.<\/p>\n

\"Diagramme

Fig. 3 Diagramme \u00e9tats-transitions contr\u00f4lant le fonctionnement du broyeur.<\/p><\/div>\n

Le contr\u00f4le de la presse comprend sept \u00e9tapes\u00a0:<\/p>\n

    \n
  1. D\u00e9but du processus<\/li>\n
  2. La presse descend \u00e0 grande vitesse<\/li>\n
  3. Arr\u00eat pour modifier le mode vitesse<\/li>\n
  4. La presse s\u2019abaisse lentement<\/li>\n
  5. Compression de la\/des voiture(s)<\/li>\n
  6. Arr\u00eat pour maintenir la position<\/li>\n
  7. La presse est relev\u00e9e pour revenir \u00e0 sa position de d\u00e9part<\/li>\n<\/ol>\n

    Am\u00e9liorer la performance du broyeur de voitures<\/h3>\n

    Une fa\u00e7on d\u2019acc\u00e9l\u00e9rer le fonctionnement du broyeur de voitures consiste \u00e0 mettre en place un circuit de r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique. En quelques mots, la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique pendant l\u2019extension du cylindre permet de recirculer l\u2019huile provenant du v\u00e9rin vers son orifice d\u2019entr\u00e9e, la combinant avec le flux issu de la pompe. Gr\u00e2ce \u00e0 Simcenter Amesim, il est facile d\u2019\u00e9tudier l\u2019impact du circuit de r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique sur la performance de la presse.<\/p>\n

    \"Comparaison

    Fig. 4 Comparaison de la performance du syst\u00e8me avec (courbes rouges) et sans (courbes bleues) r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique (1 cycle).<\/p><\/div>\n

    Les r\u00e9sultats de la simulation de la figure\u00a04 montrent le fonctionnement de la presse sur un cycle avec la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique activ\u00e9e (courbes rouges) et d\u00e9sactiv\u00e9e (courbes bleues). Il est clairement visible que la phase de descente de la presse est plus courte quand la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique est activ\u00e9e. Toutes les autres phases ne sont pas affect\u00e9es par la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique\u00a0; la puissance de la presse est donc \u00e9gale dans les deux cas.<\/p>\n

    La figure\u00a05 illustre 50\u00a0secondes de fonctionnement de la presse. Ici, il est facile de voir que le nombre de cycles achev\u00e9s en 46\u00a0secondes par le syst\u00e8me sans et avec la r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique est respectivement de 6 et 7. Par cons\u00e9quent, la productivit\u00e9 augmente de pr\u00e8s de 17\u00a0%.<\/p>\n

    \"Comparaison

    Fig. 5 Comparaison de la performance du syst\u00e8me avec (courbes rouges) et sans (courbes bleues) r\u00e9g\u00e9n\u00e9ration hydraulique (50 secondes de fonctionnement).<\/p><\/div>\n

    Co-simulations sous Simcenter Amesim et portail TIA (logiciel dans la boucle)<\/h2>\n

    Les machines industrielles sont habituellement pilot\u00e9es par des contr\u00f4leurs de type API. Le portail TIA est con\u00e7u pour configurer, programmer et mettre en service des syst\u00e8mes d\u2019automatisation de fa\u00e7on rapide et efficace. La figure\u00a06 montre un diagramme fonctionnel en s\u00e9quence (langage graphique S7) pour contr\u00f4ler le fonctionnement de la presse, qui est \u00e9quivalent au diagramme \u00e9tats-transitions de la figure\u00a03.<\/p>\n

    \"Logique

    Fig. 6 Logique de contr\u00f4le du broyeur de voitures dans le portail TIA.<\/p><\/div>\n

    La figure\u00a07 pr\u00e9sente un mod\u00e8le Simcenter Amesim dans lequel le bloc du diagramme \u00e9tats-transitions est remplac\u00e9 par une interface Automation Connect. Cette interface est un point d\u2019acc\u00e8s pour que le mod\u00e8le Simcenter Amesim \u00e9change des signaux avec un contr\u00f4leur virtuel Siemens SIMATIC S7, \u00e9mul\u00e9 par PLCSIM Advanced. Ce processus est appel\u00e9 logiciel dans la boucle et offre une fa\u00e7on de valider les contr\u00f4les sur un PC de bureau en utilisant le v\u00e9ritable programme API.<\/p>\n

    \"Mod\u00e8le

    Fig. 7 Mod\u00e8le Simcenter Amesim d\u2019un broyeur de voitures (compacteur) avec une interface Automation Connect.<\/p><\/div>\n

    Un API fonctionnel d\u00e8s la premi\u00e8re utilisation et associ\u00e9 \u00e0 un jumeau num\u00e9rique<\/h2>\n

    Simcenter Amesim permet la mise en service virtuelle d\u2019un API avec un jumeau num\u00e9rique, il est utilis\u00e9 pour la conception de syst\u00e8mes et l\u2019analyse de leur performance. Les mod\u00e8les cr\u00e9\u00e9s par Simcenter Amesim peuvent \u00eatre ex\u00e9cut\u00e9s en temps r\u00e9el et d\u00e9ploy\u00e9s pour le test de mat\u00e9riel et de logiciels dans la boucle.<\/p>\n

    Les principaux avantages de ce processus sont les suivants\u00a0:<\/p>\n