Commande d’un procédé de soudure au laser d’une unité de production de micromoteurs
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Author(s):
Jérôme Toiron - ERAI
Patrice Griot - ERAI
Industry:
Manufacturing, Electromechanics/ Electrotechnics
Products:
Datalogging and Supervisory Control, R Series, FPGA Module, PROFIBUS, Ethernet, Multifunction Real-Time Devices, Real-Time Module
The Challenge:
Développer, intégrer et réaliser le renouvellement de l’ensemble commande du procédé de soudure au laser d’une unité de production de micromoteurs, avec optimisation des temps de cycle machine et augmentation du taux d’engagement de l’outil de production.
The Solution:
Utiliser une carte FPGA pour commander un laser de marque Trumpf, avec pilotage et synchronisation en temps réel du déplacement de miroirs galvanométriques et des impulsions de tir.
"Avec une boucle principale cadencée à 1 ms, nous avons pu réduire les temps de cycle de soudure."
La société Crouzet Automatisme a chargé la société ERAI de lui renouveler le système de commande devenu obsolète d’un de ses procédés de soudure au laser. Le système précédent était développé sous OS9. Un PC maître et un bus de terrain permettaient l’automatisation et le pilotage de l’ensemble. La motivation principale de Crouzet pour renouveler cet automatisme était la maintenabilité de son installation.
Un positionnement de la mécanique et des paramètres en temps réel
Des contraintes supplémentaires, notamment en termes de temps de cycle machine, ont été imposées : un gain supérieur à une seconde pour un cycle de 13 secondes. Les gains ne pouvant être réalisés sur les déplacements mécaniques, nous avons travaillé sur le cycle de soudure. Crouzet possédant plusieurs installations similaires, l’interface homme-machine et l’ergonomie de l’installation devaient être rigoureusement identiques. Cette installation peut produire quatre formats de produits en même temps, l’installation est donc capable en temps réel de positionner sa mécanique et ses paramètres de soudure.
Un PC avec une carte FPGA, associé à un automate
L’architecture s'articule autour d’un PC industriel intégrant une carte FPGA PCI-7830R et son rack d’extension, et d’un automate Télémécanique TSX57103M et sa carte de commande d’axes TSXCFY21.
La carte FPGA PCI-7830R a pour fonction de piloter et de synchroniser le déplacement des quatre miroirs galvanométriques et les impulsions de tir cadencées à 50 ms (tâche temps réel). La commande du laser est entièrement pilotée par la carte FPGA.
L’automate sert à synchroniser l’ensemble des capteurs et des actionneurs. Une table d’échange sous Ethernet Modbus (LabVIEW Datalogging and Supervisory Control) permet la synchronisation entre la tâche soudure FPGA et l’ensemble de l’installation. L’automate a la charge du positionnement des tables X1 et X2 en fonction du produit à fabriquer.
Nous utilisons quatre sorties analogiques -10 V/+ 10 V, deux par tête SAB pour positionner les cordons de soudure. À la fin de chaque impulsion de tirs laser (entrées/sorties de la carte FPGA), les miroirs galvanométriques sont positionnés en vue du tir suivant. Pour optimiser le temps de cycle, nous les positionnons pendant le temps de charge des condensateurs ; le cycle d’une impulsion de tir étant de l’ordre de 50 ms. Ce paramètre varie en fonction du produit en fabrication. La boucle principale est cadencée à 1 ms. Ces vitesses nous ont permis de travailler sur le temps de cycle soudure et ainsi de répondre aux objectifs du cahier des charges en termes de temps de cycle machine.
Côté logiciel
L’ensemble de l’application a été développé sous LabVIEW. Nous avons exploité les modules LabVIEW FPGA, LabVIEW Real-Time et LabVIEW DSC pour développer une application hiérarchisée. La mise en œuvre des communications entre le PC et l’automate Télémécanique a été facilitée par l’existence des pilotes Modbus Ethernet au sein du module LabVIEW DSC.
Un exécutable (*.exe ) a été généré. Le client possède les fichiers sources commentés, ce qui lui permet de répondre à toute modification éventuelle de son procédé de fabrication.
Juin 2008
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