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Disposer de packs de 28 bouteilles d’eau n’est pas seulement plus commode ; c’est aussi et avant tout une prouesse d’ingénierie. Production Automation Inc. (PAI), un constructeur américain de machines spécialisé dans les palettiseurs, a usé d’ingéniosité et d’innovation pour concevoir une machine de conditionnement suffisamment polyvalente pour prendre en charge différents formats et configurations de packs (6, 12, 24 et maintenant 28 bouteilles) ; et suffisamment délicate pour éviter d’endommager des bouteilles en plastique aujourd’hui beaucoup plus fines.

Défi :

Bien que PAI possède une grande expérience de la construction de palettiseurs, ses conceptions précédentes ne satisfaisaient pas les exigences fluctuantes des embouteilleurs. Les palettiseurs traditionnels utilisent en effet des trieurs pour trier les produits selon des schémas spécifiques au type de conditionnement. Chaque nouveau format ou configuration de pack requiert un nouveau schéma, ce qui suppose d’ajouter, d’enlever ou de ré-agencer les trieurs. Cette adaptation nécessite généralement un temps d’arrêt d’environ trois jours, tests compris. Ces coûts cumulés peuvent se chiffrer en dizaines de milliers de dollars ; sans compter les frais de main-d’œuvre pour la maintenance et l’installation, qui peuvent s’élever à quelques milliers de dollars...

Qui plus est, il est souvent difficile pour ces palettiseurs traditionnels de trier et conditionner à grande vitesse des bouteilles à parois fines sans occasionner de dommages sur les produits : bouteilles cabossées, bouchons ouverts, liquide répandu... Avec, pour conséquence, des pertes financières pour l’embouteilleur.

Il existe bien une alternative aux trieurs : les palettiseurs à bras robotisé. Ces machines robotisées sont capables de fonctionner rapidement et sans à-coups, mais leurs coûts d’exploitation et de maintenance sont souvent plus élevés : les usines d’embouteillage ne stockent généralement pas de pièces de rechange pour les bras robotisés ; nombre de ces bras nécessite des plates-formes de commande séparées, voire des réseaux de communication distincts pour exécuter des mouvements rapides et précis ; et comme les opérateurs et le personnel de maintenance sont également moins familiers avec ces composants et logiciels, les travaux de maintenance et de réparation sont généralement confiés à des prestataires extérieurs.

PAI a développé une solution de palettisation rapide, polyvalente... et délicate avec le produit : un palettiseur hybride à portique qui utilise la commande d’axe intégrée sur EtherNet/IP pour offrir flexibilité et facilité d’utilisation, sans sacrifier la vitesse ni la qualité de manutention.

Le palettiseur de PAI comprend un portique grue à double tête qui surplombe un convoyeur transportant un flux régulier de packs de bouteilles. Un bras robotisé vient saisir chaque caisse en douceur et la positionne selon un schéma prédéterminé pour la palettisation. La précision et la délicatesse du bras lui permettent de saisir des caisses conditionnées dans n’importe quel matériau, y compris du film plastique ou du carton. Des butées sur le convoyeur maintiennent les caisses en place, ce qui permet à la machine de transporter et d’aligner un plus grand nombre de caisses. Au bout du convoyeur, les caisses sont empilées sur une palette, prêtes à être expédiées en fonction des commandes. Ce nouveau palettiseur peut traiter plus de 80 caisses par minute.

Pour mettre en réseau sa machine, PAI a choisi la technologie EtherNet/IP, seul protocole industriel reconnu conçu pour assurer une connectivité de l’instrumentation jusqu’à l’infrastructure informatique et entre les applications, notamment entre les commandes discrètes, de procédé, de sécurité, de mouvement et d’entraînement. Contrairement à d’autres solutions basées sur Ethernet, la technologie EtherNet/IP utilise des composants d’infrastructure standard et peut être intégrée dans le réseau Ethernet de l’usine entière sans passerelles ni routeurs. Les clients de PAI utilisent d’ailleurs ce réseau depuis plusieurs années dans les applications de commande et de visualisation en raison de sa capacité à traiter très rapidement de grandes quantités de données.

Avec sa commande d’axe intégrée sur EtherNet/IP, la nouvelle machine possède une seule architecture de réseau ouverte et un seul environnement de conception logicielle pour la programmation. Les instructions de mouvement pour le bras robotisé du palettiseur transitent par le réseau EtherNet/IP depuis un contrôleur d’automatisme programmable Allen-Bradley® ControlLogix® de Rockwell Automation. Des servovariateurs Allen-Bradley Kinetix® 6500 compatibles EtherNet/IP commandent des moteurs Allen-Bradley MP-Series™ à faible inertie. Des switchs administrés Allen-Bradley Stratix 6000™ gèrent le trafic réseau et réduisent la quantité de données qui y circulent. Les moteurs et les servovariateurs sont configurés avec le même logiciel de conception et de configuration Rockwell Software® RSLogix™ 5000 que celui utilisé pour la programmation des contrôleurs d’automatisme programmables.

« Le fait d’éviter l’intégration de logiciels tiers et l’ajout de réseaux de communication supplémentaires constitue un avantage clé pour nos clients », affirme Terry Davis, président-directeur général de PAI.

La technologie EtherNet/IP utilise la synchronisation temps réel pour obtenir les performances et la précision qu’exige la commande de mouvement. Le référentiel temps est distribué entre les nœuds, ce qui évite d’avoir à séquencer le réseau. Le trafic réseau est considérablement réduit, car la taille et le contenu des paquets de données peuvent être modifiés dynamiquement.

PAI a réduit les délais de conception de sa machine en utilisant le kit de développement Allen-Bradley DMAT pour variateurs et commande de mouvement et le logiciel de conception Motion Analyser.

« Nous avons pu commercialiser la machine rapidement, avec des coûts de développement réduits », souligne M. Davis.

Le kit d’outils a aidé PAI à sélectionner les composants, créer les schémas de CAO, écrire le code, développer les écrans de l’interface homme-machine. Avec le logiciel Motion Analyzer, PAI a d’abord simulé et réglé le palettiseur dans un environnement numérique avant de commencer à travailler sur la machine en fonctionnement. Ces outils ont aidé PAI à concevoir et produire un modèle physique fonctionnel du palettiseur en seulement trois mois, soit moins de la moitié du délai de développement habituel.

« Nous avons ajouté les caractéristiques détaillées de notre machine dans le kit d’outils, notamment le système de commande que nous utilisions, la vitesse requise, etc., et nous avons obtenu une nomenclature complète en quelques minutes ! », déclare Kevin Davis, responsable de la conception des commandes électriques. « Le programme nous a également fourni des schémas électriques que nous avons directement transmis aux électriciens chargés du câblage du palettiseur. »

Le code de commande a également été généré automatiquement. Les ingénieurs de PAI n’ont eu qu’une soixantaine de lignes de code à écrire pour la machine complète. Ils n’ont pas eu non plus à développer les faces avant tactiles.

« Nous avons utilisé les modèles préconfigurés du kit d’outils », indique M. Davis. « Motion Analyser nous a également montré que nous pouvions utiliser des moteurs et des variateurs plus petits que ceux prévus initialement, ce qui nous a aidé à réduire la consommation électrique et le coût des composants pour nos utilisateurs finaux. »