Conception d’un asservissement en température pour une machine industrielle: demande de conseils

[Edgoupille]

Bonjour à tous,

Je suis actuellement étudiant en école d'ingénieur et je travaille sur un projet de conception d'une machine à commande numérique destinée à appliquer du mastic sur des carters de feux de signalisation. Une des contraintes majeures de notre projet est de maintenir la température du mastic à 25°C. Le problème est que, durant l'hiver, l'usine de l'entreprise partenaire peut descendre jusqu'à 15°C, ce qui nécessite de préchauffer les cartouches de mastic pour éviter des temps d'attente entre deux changements.

Je dois donc concevoir un asservissement en température pour maintenir la bobine de mastic à une température constante. Bien que j'aie une bonne connaissance théorique des modèles de commande continue (grâce aux cours sur les schémas-blocs et les fonctions de transfert basées sur une analyse thermique), je rencontre des difficultés pour passer à la mise en œuvre pratique.

Voici les points sur lesquels j'aimerais avoir des conseils :

Matériel de commande : Quel type de carte serait le plus adapté pour commander cet asservissement en température ? Arduino, Raspberry Pi, ou une autre carte de commande ? Cette conception doit répondre à des exigences industrielles et assurer une fiabilité sur au moins 10 ans.

Correcteur PID : Pour stabiliser le système, je dois intégrer un correcteur PID bien réglé. En pratique, comment ce correcteur est-il implémenté ? Est-il intégré à la carte de commande ou doit-on le programmer séparément ?

Commande discontinue : En me renseignant, j’ai découvert que certains utilisent un modèle de commande discontinue (ON/OFF) pour maintenir la température, avec des seuils Tmin et Tmax. Mon professeur m’a indiqué que ce type de régulation est faisable, mais pourrait endommager certains composants en raison des commutations fréquentes. Cela dit, il pourrait suffire pour une précision de ±2°C. Que pensez-vous de cette approche ?

Enfin, j'aimerais savoir comment je pourrais mettre en pratique les connaissances théoriques que j'ai acquises à l'école pour répondre à ces contraintes industrielles.

Merci pour vos retours !
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[Henrix]

Bonjour,
Pour avoir de la stabilité, il vaut mieux passer par un fluide caloporteur (eau).
La régulation est triviale, quoiqu'on utilise.

[Edgoupille]

J'ai envisagé d'utiliser de l'eau, mais des raisons de sécurité me rendent hésitant. Si le fluide circule à l'intérieur de ma CNC, une simple fuite pourrait potentiellement mettre l'ensemble de la machine hors service.

[antek]

Tu maintiens les cartouches en température dans une enceinte "à peu près" close ? Comment est mesurée la température du mastic ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Vincent PETIT]

Bonjour,

Quel type de carte serait le plus adapté pour commander cet asservissement en température ? Arduino, Raspberry Pi, ou une autre carte de commande ? Cette conception doit répondre à des exigences industrielles et assurer une fiabilité sur au moins 10 ans.

Ce genre de cartes de développement : Arduino, RPI, Beaglebone black, ESP32Wroom etc... n'intègrent aucune protection CEM et ne respectent aucune règle normative, elles ont été développé dans le seul but de faire du prototypage à bas coût. Dans un contexte industriel, une vraie fiabilité et un MCO de 10 ans c'est déjà beaucoup (je parle de vraie fiabilité quand on en apporte la preuve) et peut t'emmener sur des choses complexes : une AMDEC pour s'assurer que ton système ne va pas mettre le feu, bruler quelqu'un, casser quelque chose, etc... il faut gérer l'obsolescence, il faut envisager des architectures à systèmes redondant comme le 1oo2, faire des démonstrations de fiabilité avec le MTBF/FIT des composants électroniques, prévoir les mode de défaillance pour s'assurer de la sécurité du système, ...

En me renseignant, j’ai découvert que certains utilisent un modèle de commande discontinue (ON/OFF) pour maintenir la température, avec des seuils Tmin et Tmax. Mon professeur m’a indiqué que ce type de régulation est faisable, mais pourrait endommager certains composants en raison des commutations fréquentes. Cela dit, il pourrait suffire pour une précision de ±2°C. Que pensez-vous de cette approche ?

Les phénomènes thermiques sont parfois suffisamment lent et tolérant pour être gérer de cette façon. Pour envisager une telle gestion il faudrait une réponse à la question de antek. Par exemple souffler continuellement de l'air à 25°C dans une enceinte même sans étanchéité pourrait être un moyen très robuste de maintenir le mastique à 25°C même en ayant 10°C de moins à l'extérieur de l'enceinte.

[antek]

Les Bulgares font des cartes https://www.olimex.com/Products/SOM204/A20/A20-SOM204/ avec
RoHS: EN IEC 63000:2018
EMC : EN 55032:2015, EN 55035:2017, EN 61000-3-2:2014, EN 61000-3-3:2013
-> ça compte pour une application industrielle ?

Et les mêmes en EVB deux couches (pour pouvoir modifier les cartes facilement).

[Povogla]

Bonjour à tous,
Pour faire de la régulation de température en industrie il existe des modules tout fait que l'on trouve chez tous les bons crémiers.
Un pris au hasard : https://www.conrad.ch/fr/p/enda-et44...mm-197560.html

Ça répond au normes pertinente de l'industrie et ce sera dispo pendant le temps nécessaire vu que c'est largement utilisé.
Ça intègre (généralement) une entrée analogique pour sonde de température (PT100, PT1000, Thermocouple, ...), une sortie pour piloter "relais solid state" (un tyristor), un PID avec tout ce qu'il faut pour faire un auto-apprentissage de chauffe.

Au final le plus compliqué dans l'histoire ce sera comment faire la mesure de température et comment et à quelle puissance chauffer le truc à chauffer.

[Vincent PETIT]

Les Bulgares font des cartes https://www.olimex.com/Products/SOM204/A20/A20-SOM204/ avec
RoHS: EN IEC 63000:2018
EMC : EN 55032:2015, EN 55035:2017, EN 61000-3-2:2014, EN 61000-3-3:2013
-> ça compte pour une application industrielle ?

Ca donne quelques gages mais pour des applications multimédias (EN 55032 = Compatibilité électromagnétique des équipements multimédia - Exigences d'émission et EN 55035 = Compatibilité électromagnétique des équipements multimédia - Exigences d'immunité), en plus comme il ne s'agit pas d'un produit fini Olimex échappe à certaines exigences.

Les normes c'est la jungle !

[antek]

Merci !