Rapport étape final - UQAC · 3.5.3.3 Programme qui corrige le signal 36 3.5.3 ... 60, 63, 70 et...

Université du Québec à Chicoutimi

Rapport étape final

Projet de synthèse en ingénierie

6GIN555

Développement d’un instrument de mesure industriel pour la mesure de la conductivité électrique des anodes

Département des Sciences Appliquées Module d’ingénierie

Coordonnateur Conseiller

M. Jacques Paradis M. Daniel Audet

Auteur Éric Goudreault

Projet de synthèse 6GIN555

D é v e l o p p e m e n t d ’ u n i n s t r u m e n t d e m e s u r e d e l a c o n d u c t i v i t é é l e c t r i q u e d e s a n o d e s

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TABLE DES MATIÈRES

1. INTRODUCTION 1

1.1 Contexte 1

1.2 Présentation synthétique des différentes parties 2

2. PRÉSENTATION DU PROJET 2

2.1 Description de l’entreprise 2

2.2 Description de l’équipe de travail 3

2.3 Problématique 3

2.4 Objectifs du projet 3

3. TRAVAIL RÉALISÉ 4

3.1 Principe de fonctionnement de la sonde 4 3.1.1 Principe de la bobine d’excitation 4 3.1.2 Principe des bobines réceptrices 5 3.1.3 Influence des anodes 7 3.1.4 Familiarisation avec le programme de monitoring 11

3.2 Conception de la mesure de la conductivité électrique 12 3.2.1 Contraintes de réalisation 12

3.2.1.1 Fréquence de fonctionnement 12 3.2.1.2 Facteur de sécurité relié au champ magnétique des bobines 13

3.2.2 Méthodologie utilisée pour le dimensionnement des bobines 13 3.2.3 Calcul des valeurs importantes du prototype miniature 15 3.2.4 Calcul du prototype industriel 17 3.2.5 Résultat de la bobine émettrice 18 3.2.6 Résultat des bobines réceptrices 19 3.2.7 Comparaison entre le prototype miniature et le prototype industriel 19 3.2.8 Conception du circuit émetteur 20 3.2.9 Conception du circuit récepteur 20 3.2.10 Conception des bobines enfichables 20

3.3 Conception et installation des bobines 21

3.4 Composantes mécaniques 22 3.4.1 Manutention des anodes 22 3.4.2 Conception des supports complets des bobines 23 3.4.3 Centrage des anodes 24



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3.5 Automatisation 26 3.5.1 Matériel nécessaire 26

3.5.1.1 Processeur de l’automate 26 3.5.1.2 Protocole de communication avec usine 26 3.5.1.3 Écran tactile 27 3.5.1.4 Acquisition des données de la sonde par l’automate 27

3.5.2 Relations et facteurs importants à considérer pour la programmation de l’automate 27 3.5.2.1 Relation entre le signal réel de la conductivité électrique entre une anode non cuite et cuite 27 3.5.2.2 Facteur extérieur indésirable pour le signal de la sonde 31 3.5.2.3 Augmentation de l’acquisition de données (voir différence avec les courbes pour montrer qu’on ne voit plus les sommets du signal) 31 3.5.2.4 Correction du signal en fonction du temps 33 3.5.2.5 Correction du signal en fonction de la température 34

3.5.3 Programmation de l’automate 35 3.5.3.1 Diagramme de flux niveau 1 35 3.5.3.2 Programme calculant la valeur inférieure moyenne et supérieure 35 3.5.3.3 Programme qui corrige le signal 36 3.5.3.4 Programme vérifiant si la donnée est positive ou négative et la fiabilité du signal 37

3.5.4 Interface homme-machine 39

4. BILAN DES ACTIVITÉS 41

4.1 Arrimage formation pratique/universitaire 41

4.2 Travail d’équipe 41

4.3 Respect de l’échéancier 41 4.3.1 Diagramme de Gantt 42 4.3.2 Changement à l’échéancier 44

4.4 Analyse et discussion 44

5. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS 45

6. ANNEXE A : CAHIER DES CHARGES 46

INTRODUCTION 46

Objectif du document 46

DESCRIPTION DU PROJET 46

Contexte 46

Réalisation du projet 46 1. Conception de la mesure de la conductivité électrique 46



Page III

1.1 La bobine d’excitation 46 1.2 Les deux bobines réceptrices 47

2. Composantes mécaniques 47 2.1 Moyen de manutention 47 2.2 Supports complet des bobines 47

3. Automatisation 47 3.1 Pièce nécessaire 47 3.2 Programmation de l’automate 48 3.3 Interface homme-machine 48

4. Vue d’ensemble 48

7. ANNEXE B : DEVIS 49

INTRODUCTION 49

Objectif du document 49

DESCRIPTION DU PROJET 49

Contexte 49

Réalisation du projet 49 1. Conception de la mesure de la conductivité électrique 50

1.1 La bobine d’excitation 50 1.2 Les deux bobines réceptrices 51

2. Composantes mécaniques 51 2.1 Moyen de manutention 52 2.2 Supports complets des bobines 52

3. Automatisation 53 3.1 Achat 53 3.2 Programmation de l’automate 53 3.3 Interface homme-machine 55

5. Vue d’ensemble 57

8. REMERCIEMENTS 59

9. RÉFÉRENCE 59



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Liste des figures

Figure 1 : Schéma du système permettant de mesurer la conductivité électrique des anodes avant la cuisson selon le brevet #7576534. 2 Figure 2: Circuit électrique de la bobine d'excitation 5 Figure 3: Représentation schématique de la loi permettant de calculer le champ que créé chaque spire à un point donné 6 Figure 4: Schéma électrique des bobines réceptrices connectées en différentiel 7 Figure 5: Représentation d'une bobine réceptrice et d'une anode 8 Figure 6: Programme de visualisation des données de la sonde en temps réel sur ordinateur via port série RS-232 12 Figure 7 : Bobines secondaires enfichables une dans l'autre 21 Figure 8: Convoyeur à rouleau non métallique «NMR-6689» de la compagnie «Globe Composite Solutions Ltd.» 23 Figure 9: Convoyeur et support à bobine 24 Figure 10: Support à bobine vue de face 25 Figure 11: Partie réelle du signal de la sonde de 6 anodes cuites passées dans le mauvais sens (53, 58, 60, 63, 70 et 71µΩ-m) 28 Figure 12:Valeur du signal réel de 6 anodes cuites passées debout à travers la sonde 29 Figure 13: Signal imaginaire en fonction de la mesure de la conductivité mesurée en usine 30 Figure 14: Partie réelle 16 bits du signal de la sonde de 9 échantillons d’anodes non cuites 30 Figure 15: Signal réel 16 bits d'une anode non cuite en fonction du temps 32 Figure 16: Exemple d'échantillonnage inadéquat du signal de la sonde 33 Figure 17: Variation de la référence du signal réel pour le temps maximum de passage d’une anode dans la sonde 34 Figure 18: Diagramme de flux niveau 1 du programme général 35 Figure 19: Représentation schématique du programme de vérification de l'exactitude du signal 37 Figure 20: Représentation schématique pour savoir si le côté positif est plus fiable que le côté négatif 38 Figure 21: Représentation de l'IHM 39 Figure 22: Tableau du diagramme de Gantt 1/2 42 Figure 23: Tableau du diagramme de Gantt 2/2 43 Figure 24: Schéma du circuit de la bobine d’excitation 50 Figure 25: Représentation de l'IHM 55 Figure 26: Vue d'ensemble du système de mesure et d'automatisation 57 Figure 27: Schéma de représentation du convoyeur et des supports complets des bobines 58



Page 1

1. Introduction

1.1 Contexte L’entreprise Hades et M. Daniel Audet, ing. Ph.D, ont élaboré d’un système capable de

mesurer la conductivité électrique d’une anode non cuite. Actuellement, il faut attendre

que ces anodes soient cuites afin de mesurer cette conductivité et leur temps de cuisson

est d’environ de 10 à 15 jours. Ces anodes sont utilisées même si la conductivité

électrique n’est pas idéale puisque leur coût de production est très élevé.

Un tel système permettrait de contrôler la qualité des anodes avant qu’elles ne soient

cuites. Les anodes non conformes retourneraient au remoulage jusqu’à ce qu’elles soient

conformes. Puisque les anodes auraient une conductivité électrique moyenne plus élevée,

la perte de chaleur et la dégradation des anodes seraient moindres. Donc, le principal

avantage viendrait du fait que le coût énergétique pour produire de l’aluminium

diminuerait. En fait, cela permettra aux usines de produire plus d’aluminium pour le

même prix.

Le principe de fonctionnement de l’appareil de mesure est schématisé à la figure 1 ci-

dessous [1]. Premièrement, un courant sinusoïdal est créé par le générateur AC (#18 de

la figure 1). La bobine primaire (#14 de la figure 1) génère un champ magnétique

lorsqu’un courant la traverse. Les anodes, servant de noyau, passent dans le centre des

bobines et ont une conductivité différente l’une de l’autre. Ce champ magnétique

alternatif est donc capté par 2 bobines (#20 et #22) de sens opposés équidistantes de la

bobine alimentée, ce qui induit un courant. La présence d’une anode dans une bobine a

pour effet de changer son impédance. La différence de ces 2 courants est transmise à un

capteur, ce qui permet de déduire la conductivité électrique des anodes avant que celles-ci

soient cuites. Un brevet du système de mesures a été accepté, il reste maintenant à

concevoir le prototype et à l’implanter de manière à être capable de faire fonctionner dans

un environnement industriel.



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Figure 1 : Schéma du système permettant de mesurer la conductivité électrique des anodes avant la

cuisson selon le brevet #7576534.

1.2 Présentation synthétique des différentes partie s

Le rapport contient premièrement la présentation du projet qui discute de l’équipe, la

problématique ainsi que les objectifs du projet. Les aspects techniques et les éléments de

conception sont dans la partie suivante. Cette partie contient toutes les étapes nécessaires

à l’implantation du projet. La section suivante traite des bilans des activités du projet.

Finalement, une conclusion et des recommandations sur le projet et la suite seront de

mise.

2. Présentation du projet

2.1 Description de l’entreprise

L’entreprise Hades, en collaboration avec M. Daniel Audet, ont vendu leur brevet à

l’UQAC afin de rendre possibles les tests possibles pour la mise en marché industriel de



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ce produit. Exigeant de grosses sommes d’argent, l’UQAC devra s’affilier avec des

compagnies à l’aise financièrement afin de produire et faire les tests d’un tel système en

usine. La compagnie Hades serait ensuite intéressée de faire la mise en marché de ce

produit dans les usines.

2.2 Description de l’équipe de travail Équipe : Éric Goudreault Superviseur : M. Daniel Audet Spécialiste des équipements Siemens : M. Jimmy Chabot (Siemens) Support technique des équipements Siemens : M. Pascal Lavoie (Franklin empire) Spécialiste du procédé de fabrication des anodes : M. Luc Parent (Hades) Spécialiste des convoyeurs industriel : Groupe Génitique

2.3 Problématique La problématique reliée au présent projet porte sur la conception et la mise en place d’un

instrument de mesure de la conductivité électrique des anodes non cuites sur une chaîne

de production industrielle. Il est déjà possible de mesurer la conductivité électrique des

anodes cuites, mais pas celle des anodes non cuites avec le prototype puisque le signal

généré est beaucoup plus faible. Le milieu de travail est un facteur important pour le

choix des matériaux, le dimensionnement et le choix des pièces. Puisque la manière de

mesurer prend en compte le champ magnétique, il faut évidemment éviter les matériaux

ferromagnétiques à proximité de l’instrument de mesure. La température des

composantes devra être mise à l’étude pour la mesure. La mesure de la conductivité

électrique par induction d’une force électromotrice dans une bobine impose un certain

nombre de contraintes, il est donc clair que cette méthode demande une analyse attentive

de tous les facteurs qui pourraient fausser les mesures. Il est nécessaire de prouver le

principe du système de mesures dans un environnement industriel et avec des anodes non

cuites. Les produits utilisés pour la programmation devront tenir compte des produits déjà

utilisés dans l’usine visée par ce système.

2.4 Objectifs du projet



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Ce projet a pour objectif principal de développer un système de mesures permettant de

mesurer la conductivité électrique d’anodes non cuites dans une chaîne de production

industrielle. Le projet consiste en 3 parties importantes, soit la conception du système de

mesures de la conductivité électrique pour des anodes non cuites, la partie mécanique

pour le fonctionnement du système dans une chaîne de production industrielle et la partie

automatisation et interface homme-machine pour la convivialité de fonctionnement en

usine. Ce système devra permettre la réalisation de tests d’installations ainsi que d’opérer

en continu dans une chaîne de production. Une interface homme-machine, l’acquisition

des données ainsi qu’un protocole de communication simple devront être développés. Le

choix des composantes nécessaires est aussi une étape à réaliser. Un mode étalonnage et

analyse devront être créés afin de permettre les tests en usines.

Vu qu’il n’a pas été possible d’avoir des anodes miniatures en cube, la fabrication d’un

prototype a été annulée puisque ça devenait inutile. N’ayant eu aucune anode non cuite

avec une conductivité électrique connue, il n’a pas été possible de trouver la relation

entre le signal reçu et sa conductivité.

3. Travail réalisé

3.1 Principe de fonctionnement de la sonde

3.1.1 Principe de la bobine d’excitation

Une source de tension variable est commandée par un programme afin d’injecter un

courant de 0,5 A dans la bobine d’excitation. Comme on peut le voir à la figure 2, le

programme lit la tension d’entrée d’une résistance fixe et joue sur la tension de la source

afin de maintenir constante la tension aux bornes de la résistance, ce qui correspond à un

courant de 0,5 A dans le circuit. Sachant que l’impédance maximum de la bobine est de

19Ω, on peut en déduire que la source de tension variable est de 0 à 9,5 V

(V=RI=19Ω*0,5A=9,5V). Pmax= RI2= 19 * 0,52 = 4,75 W. Le condensateur fait un filtre

passe-bande à 980 Hz et permet aussi de mettre le circuit en résonance et d’annuler la

réactance du circuit. De ce fait, le circuit est moins énergivore et permet une source

moins puissante.



Page 5

constantrV =

variablesourceV =

Figure 2: Circuit électrique de la bobine d'excitation

3.1.2 Principe des bobines réceptrices Un champ magnétique variable est généré lorsqu’un courant de 0,5 A sinusoïdal traverse

la bobine d’excitation. Il est possible de calculer la densité du flux magnétique le long de

l’axe central de la spire [4] :

02 2 3/2

( )4 ( )

=+ ∫i i i

∼r I r

B dlr x

µ µπ

(1)

r : rayon de la spire

x : distance horizontale entre le centre de la spire et le point calculé

circonférence de la spire=∫dl

Selon la figure 3, on peut bien voir la représentation schématique de la formule 1.



Page 6

Pr

xdli

Figure 3: Représentation schématique de la loi permettant de calculer le champ que créé chaque spire à un point donné Vu que la susceptibilité magnétique (χm) du carbone est de 0,5*10-6 et que les anodes sont

pratiquement faites de carbone, on peut négliger cette susceptibilité et dire que la

perméabilité magnétique des anodes (µr=1+χm) est de 1. Un flux magnétique est ensuite

généré dans les bobines réceptrices

( ) ( )B Sφ =∼ ∼ i (2)

S : surface intérieure de la bobine

Ce flux génère une différence de potentiel aux bornes de la bobine.

sd

Ndtφε =

(3)

Ns : Nombre de spires au secondaire des bobines

Cette différence de potentiel induit un courant dans les bobines.

sbobine

IZ

ε= (4)



Page 7

La figure 4 montre le schéma électrique des bobines réceptrices connectées en mode

différentiel. Lorsqu’aucune anode n’est présente, la tension aux bornes des deux bobines

est identique, sauf de sens contraire. Les deux diodes Zener branchées en inverse servent

à empêcher les surtensions des bobines lors de son déchargement.

Figure 4: Schéma électrique des bobines réceptrices connectées en différentiel

3.1.3 Influence des anodes Un matériau ayant une certaine conductivité électrique (anode) génère un champ

magnétique variable traversant des courants de Foucault à l’intérieur de ce dernier. Ces

courants tournent dans l’anode, ce qui fait en sorte qu’elle se comporte comme une

inductance à une spire. La figure 4 montre les valeurs utiles des bobines réceptrices et des

anodes.



Page 8

0

0

0

spires

: Résistance bobine

: Inductance bobine

N

R

L

1 spire

: Résistance anode

: Inductance anodea

a

R

L

ai

i

Figure 5: Représentation d'une bobine réceptrice et d'une anode La tension dans une bobine est en fait la force électromotrice vue à l’équation 3. Cette

tension peut s’écrire d’une différente manière. [5]

0 0b aV R i jL i jM iε ω ω= = + + (5)

M : inductance mutuelle entre les bobines secondaires et l’anode

La tension aux bornes de l’anode est nulle puisqu’il forme une boucle fermée.

0= = + +a a a a aV R i jL i jM iω ω (6)

De façon générale, l’inductance d’une bobine est égale à2

0

1= i iN SL

Lµ , donc d’après

cette formule et la figure 5, on tire : 2

0 00 0_ _ _ 0 0

1 11; ;= = =i i i ii

a bobine sans noyau

N S N SSL L M

L L Lµ µ µ (7)

S : surface de l’anode

L : longueur de l’anode

L’inductance des anodes sera identique dans une même usine puisque leur dimension et

leur perméabilité magnétique sont analogues. Pour ce qui est des inductances des bobines

réceptrices, il sera primordial qu’ils aient les mêmes caractéristiques. Un noyau fait



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changer l’inductance d’une bobine à cause de sa perméabilité magnétique (µr). Dans notre

cas, µr=1, donc l’inductance restera constante peu importe les positions des anodes. De

l’équation 6, on en déduit que les courants de Foucault dans l’anode sont :

aa a

M ii j

R jL

ωω

= −+ (8)

En remplaçant l’équation 8 dans l’équation 5, on peut obtenir la force électromotrice et

l’impédance de la bobine ayant l’influence d’une anode comme noyau à l’équation 9 et

10. 2 2 2 3

0 02 2 2 2 2 2a a

ba a a a

R M L MZ R j L

R L R L

ω ωωω ω

= + + − + + (9)

2 2 2 3

_ 0 02 2 2 2 2 2

= = + + − + + a a a a

a abobine récep b

R M L MV i R j L

R L R L

ω ωε ωω ω

(10)

La fréquence restant fixe, la seule valeur changeant l’inductance de la bobine est la

résistance de l’anode qui est directement reliée à la conductivité de celle-ci et

l’emplacement de l’anode qui fait varier l’inductance mutuelle «M». Ainsi, pour un

matériau ayant une résistance élevée, la partie réelle est beaucoup plus affectée par la

résistance de l’anode que la partie imaginaire. C’est pourquoi la partie réelle de la tension

mesurée de la sonde sera utile afin d’y trouver une correspondance avec la conductivité

électrique. La partie imaginaire, quant à elle, est plus affectée par l’inductance de l’anode

que la résistance.



Page 10

Anode au travers de la bobine réceptrice de gauche Lorsque l’anode est entre la bobine 1 de la figure 4 du secondaire, l’inductance mutuelle

est au maximum. Le courant traversant la résistance de mesure est donc :

( ) ( )

( ) ( )

2 2 2 3max max

1 0 02 2 2 2 2 2

1 1_ max 1_ max

2 2 2 3min min

2 0 02 2 2 2 2 2

2 2 _ min 2_ min

= + + − + +

= +

= + + − + +

= +

a abobine

a a a a

bobine

a abobine

a a a a

bobine

R M L MZ R j L

R L R L

Z R j X

R M L MZ R j L

R L R L

Z R j X

ω ωωω ω

ω ωωω ω

Pour mieux visualiser, la tension de sortie calculée sera:

_ _1 _ _ 2= −sortie bobine récep bobine récepV ε ε

Considérant que 2 min 0= ≈bobM M (inductance mutuelle entre la bobine de droite et l’anode) :

( )( )2 2 2 3

_1 0_ 1 0_ 1 _ 2 0_ 2 0_ 22 2 2 2 2 2

0_ 1 0_ 2

0_ 1 0 _ 2

_1 _ 2

= + + − − + + +

=

=

= =

a a a a

a asortie bob bob bob bob bob bob

bob bob

bob bob

bob bob

R M L MV i R j L i R j L

R L R L

R R

L L

i i i

ω ωω ωω ω

2 2 2 3

2 2 2 2 2 2

= + − + + a a a a

a asortie

R M L MV i j

R L R L

ω ωω ω

(11)

Anode au travers de la bobine réceptrice de droite Calculé de manière analogue au cas précédant :

2 2 2 3

2 2 2 2 2 2

= − + + + a a a a

a asortie

R M L MV i j

R L R L

ω ωω ω

(12)

Anode au travers de la bobine émettrice



Page 11

0≈sortieV (13)

Il est intéressant de remarquer que le signal réel et imaginaire du signal est stimulé de la

même façon par rapport à l’inductance mutuelle. Mais la valeur de la conductivité

électrique et l’inductance de l’anode font en sorte que les signaux réels et imaginaires

vont être affectés à des échelles différentes.

3.1.4 Familiarisation avec le programme de monitori ng Un programme permettant de visualiser les données reçues de la sonde à l’ordinateur a

été créé. Ce système permet de faire des tests et de visualiser les résultats facilement via

le port série de l’ordinateur.

C’est un programme principal (main.c) qui appelle plusieurs sous-programmes qui à leur

tour appellent d’autres sous-programmes. Le programme initialise les ports de la sonde et

regarde si le minimum et le maximum des sondes sont configurés. Il va ensuite chercher

les valeurs prédéfinies du courant dans la bobine primaire (CURRENT_LEVEL), de la

fréquence de la source (DEF_CONS_FREQ) et du gain sur la tension de

sortie(DEF_GAINS) dans la mémoire EEPROM. Il s’agira de changer ces valeurs afin de

correspondre aux exigences du nouveau prototype. Le programme envoie ensuite un

courant à une fréquence donnée à la bobine du primaire deux fois par seconde. Il définit

l’amplitude à la sortie désirée. Le reste du programme reçoit les données, les traite et les

envoie à l’ordinateur. Il fait une correction en fonction de la température. Le prototype

initial ne contenait qu’une bobine réceptrice contrairement au nouveau qui en contient

deux branchés en différentiel. La correction due à la température devra être modifiée

puisque le fait de connecter deux bobines en différentiel permettra de négliger les effets

de la température des bobines réceptrices puisqu’ils seront toujours d’impédance égale. Il

restera à prendre la température de la résistance de sortie et de l’anode afin de les prendre

en considération pour l’algorithme de calcul. Un programme permet déjà d’acquérir les

données sur un ordinateur via le port série de l’ordinateur.



Page 12

Figure 6: Programme de visualisation des données de la sonde en temps réel sur ordinateur via port

série RS-232

3.2 Conception de la mesure de la conductivité élec trique

3.2.1 Contraintes de réalisation

3.2.1.1 Fréquence de fonctionnement

La source intégrée à la sonde qui alimente la bobine émettrice fonctionne à 980 Hz. La

profondeur de pénétration où le champ magnétique produit la majeure partie de ses effets

est définie par la formule suivante.

76

2 211.92

12 980 1 4

55−

−

= = =i i i i

cme

e

δωµσ π π

[1] (14)

0 =perméabilité magnétique du matériau et de l'air

1/ conductivité électrique de l'anode (pris une valeur moyenne)

= ⋅= =

rµ µ µσ ρ



Page 13

On peut réaliser que la conductivité est inversement proportionnelle au carré de la

profondeur de pénétration. Il en va de même pour la fréquence. La profondeur calculée

est suffisante pour le passage des courants de Foucault et donc l’analyse de la

conductivité électrique des anodes.

3.2.1.2 Facteur de sécurité relié au champ magnétique des bobines

Les normes de sécurité quant à la limite d’exposition au champ magnétique pour un

humain au Canada n’existent pas dû au manque de donnée suffisante à ce sujet. Selon

plusieurs organismes, la limite d’exposition des champs magnétiques des différentes

parties du corps est représentée au tableau suivant. [2].

Tableau 1: Résumé des recommandations d’exposition au champ magnétique statique en milieu de

travail

Le champ magnétique maximum de la bobine émettrice est de 0,91 * 10-3 T, ce qui est de

beaucoup inférieur à la valeur maximale. En plus, à l’extérieur des bobines, le champ

magnétique s’amenuise de beaucoup. Il sera même possible d’augmenter le champ de

beaucoup si nécessaire.

3.2.2 Méthodologie utilisée pour le dimensionnement des bobines



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Le courant dans la bobine primaire étant assez faible (0,5 A), le nombre de tours devra

être assez important afin d’avoir un champ magnétique suffisamment élevé sans dépasser

les normes précisées précédemment. Plus le champ magnétique sera élevé, plus la tension

de sortie sera sensible aux passages de l’anode et donc plus les données reçues seront

précises. Le but de la bobine primaire est de générer un champ magnétique élevé, mais

aussi un champ magnétique qui pourra être induit le plus possible dans les bobines

réceptrices.

En plus, afin de garder la source existante de la sonde, il ne faut pas dépasser une

impédance de 19 Ω. En montant un circuit résonant, on a plus qu’à s’occuper de la

résistance du fil de la bobine puisque la réactance du condensateur annule la réactance de

la bobine.

Afin que le système soit capable de mesurer la conductivité électrique des anodes non

cuites, il est nécessaire que la différence de force électromotrice entre la valeur maximale

et minimale soit beaucoup plus grande sur le prototype industriel que sur le prototype

miniature. D’après les figures 12 et 14, le signal reçu avec le passage d’une anode cuite

est environ 100 fois plus élevé qu’avec le passage d’une anode non cuite. Pour ce faire, il

faut que le courant dans la bobine réceptrice et l’inductance mutuelle soit au moins égal.

Le courant est fonction de la force électromotrice et l’impédance de la bobine réceptrice

comme montré à l’équation 4. Le calcul l’inductance théorique de bobines avec ce genre

de géométrie étant difficile, on s’occupera d’avoir une tension induite la plus élevée

possible aux bornes des bobines. Plus la tension sera élevée, plus la différence de la

tension réelle sera élevée lorsqu’une anode sera présente au travers d’une bobine

réceptrice. L’inductance mutuelle, comme à l’équation 7, est dépendante du nombre de

spires de la bobine, de la surface de l’anode et de la longueur de la bobine. Des calculs

seront donc faits à partir du prototype miniature afin de dimensionner le prototype

industriel.

Pour ce faire, il sera de mise de calculer la densité de flux du prototype qui est créé par la

bobine émettrice au point milieu des bobines réceptrices à l’aide de l’équation 1 et d’en

déduire le flux induit dans les bobines réceptrices.

Il sera ensuite nécessaire d’utiliser Matlab afin de vérifier les calculs théoriques et

d’optimiser le flux. En choisissant la grosseur de fil, la largeur de la bobine et la distance



Page 15

entre le milieu de la bobine émettrice et réceptrice, il sera possible d’avoir le nombre de

spires, l’impédance de la bobine et la densité de flux que la bobine aura. Les résultats

obtenus seront normalement fiables, mais pas parfaitement exacts. C’est pourquoi un

système de bobines enfichables sera nécessaire afin d’enlever ou d’ajouter des spires à la

bobine. Il sera peut-être aussi nécessaire de mettre plusieurs bobines en parallèle afin de

diminuer l’impédance.

3.2.3 Calcul des valeurs importantes du prototype m iniature

Densité de flux magnétique du prototype miniature :

Pour le rayon, les formules pour calculer la densité de flux sont toutes par rapport à une

bobine circulaire. Vu que les bobines sont rectangulaires, l’aire a été pris en considération

afin de calculer un rayon correspondant à une bobine circulaire[4] . Ce rayon devrait

donner des résultats plus concluants que prendre le rayon maximum du rectangle (Forme

des bobines).

0.106 .060.045

⋅≈ = =aire m mr m

π π

02 2 3/2

76

1_ 2 2 3/2

6 4_ 1_

( )4 ( )

4 0.5 0.045( ) (.332 ) 3.3

4 (0.045 0.04 )

( ) ( ) 253 3.3 8.52

−−

− −

=+

= =+

= = =

∫i i

∼

i i i

∼ i

∼ i ∼ i

proto

spire

tot proto proto spire

I rB dl

r x

eB m e T

B N B e T e T

µπ

ππ

Flux magnétique du prototype miniature :

3 2

4 3 2 6

0.106 0.06 6.36

( ) ( ) 8.52 6.36 5.39

−

− − −

= == = =i

∼ ∼ i iproto

S m m e m

B S e T e m e Wbφ

Impédance des bobines réceptrices :



Page 16

24.25= ΩbobineZ

Force électromotrice dans les bobines réceptrices :

6 35.59 3,354

600 (donc valeur max)(1/ 2 ) (1/ 2 )

− −

= = =ise Wb e V

cycle cycle

dN

dtε φ

Inductance mutuelle maximum du prototype miniature entre l’anode et les bobines réceptrices:

0 0_

76

_

0,05 0,1 0,005

0,05

4 10 600 0,00575,4

0,05

⇒

−−

⇒

=

= ==

= =

i i

i

i i i

anode bobine réceptrice

anode

anode


N SM

LS m

L m

eM e

µ

π

L=longueur effective du noyau N0=nombre de spires des bobines réceptrices S=section effective du noyau Selon la formule 8 décrite plus haut, l’anode fait changer l’impédance de la bobine réceptrice où l’anode se situe. La fréquence reste identique dans les 2 cas. Donc, la différence d’impédance réelle est :

2 2

_ 2 2 2⇒ =+

a a

aanode bob réceptrice

R MR

R L

ωω

L’impédance de la bobine émettrice doit être plus petite ou égale à 19 Ω.

Avec Matlab, les calculs prennent en compte le rayon, la distance et la résistance qui

change selon la position de chaque spire et les valeurs obtenues ressemblent beaucoup à

celle approximée en théorie, mais sont en principe plus fiables. La simulation a donné les

résultats suivants :



Page 17

4_ 1_

6_

_ _

( ) ( ) 8,79

( ) ( ) 5,59

24,25

−

−

= =

= =

= Ω

∼ i ∼

∼ ∼ i

tot matlab proto spire

proto matlab

proto bobine récept

B N B e T

B S e Wb

Z

φ

Les valeurs de «M» et de «I» seront prises de ceux de la théorie puisque le calcul sur

Matlab est inutile.

3.2.4 Calcul du prototype industriel Approximation de la densité de flux magnétique du prototype industriel :

_ min

78

1_ 2 2 3/2

8_

( )

1.016 1.24460.6344

4 0.5 0.6344( ) (4.5212 ) 21.054

4 (0.6344 0.6096 )

( ) 432 21.054 90.95

−−

−

≥

⋅≈ = =

= =+

= =

∼

i i i

∼ i

∼ i

grandeur nature iature

spire

grandeur nature

B B

aire m mr m

e A mB m e T

B e T T

π ππ

πµ

Flux magnétique du prototype industriel induit aux bobines secondaires:

2

2

1.016 1.2446 1.2645

( ) ( ) 90.95 1.2645 115.01

= =

= = =

i

∼ ∼ i i

bobine

proto

S m m m

B S T m Wbφ µ µ

On peut remarquer que la surface des bobines réceptrices fait augmenter de beaucoup le

flux induit.

Longueur totale du câble :

câble

4.5212ml 432spires 1953.15m

spire= =i

Poids total du câble

câblePoids 1953.15m 0.02947kg / m 57.56kg= =i

Impédance des bobines réceptrices :



Page 18

-3432 4,5215 5.20864e / 10.17= Ω = Ωi ibobineZ spires m m

Cette valeur d’impédance est correcte puisqu’elle permet de rajouter du bobinage en cas de besoin. La source limite l’impédance à 19 Ω, donc un peut rajouter quasiment le double de bobinage en cas de besoin.

Avec Matlab :

6

_ 1_

6_ _

_ _ _ _

_

_

( ) ( ) 91.592

( ) ( ) 110.62

10.27

1971

58.07

−

−

= =

= =

= Ω

=

=

∼ i ∼

∼ ∼ i

tot matlab proto spire

grandeur nature matlab

grandeur nature bobine récept matlab

câble matlab

câble matlab

B N B e T

B S e Wb

Z

l m

Poids kg

φ

Force électromotrice des bobines réceptrices : D’après les courbes plus basses

6 3110.62 132.75

1200 (donc valeur max)(1/ 2 ) (1/ 2 )

− −

= = =ise Wb e V

cycle cycle

dN

dtε φ

Inductance mutuelle du prototype industriel entre l’anode et les bobines réceptrices :

0 0_

2

76

_

0,6096 0,5334 0,3252

1,524

4 10 1200 0,3252321.78

1,524

⇒

−−

⇒

=

= ==

= =

i i

i

i i i


anode

anode


N SM

L

S m m m

L m

eM e

µ

π

3.2.5 Résultat de la bobine émettrice La bobine émettrice aura donc 432 tours de câble AWG12. Les bobines trouvées

d’AWG12 se vendent avec des longueurs totalisant 169 m. Il faudra donc connecter 12



Page 19

bobines en série de 36 tours (6X6). Chaque bobine nécessitera environ 163m de fil

(4.5212m *36 tours). La longueur sera de 0,5 pouce. Il faudra donc 12 bobines

d’AWG12.

3.2.6 Résultat des bobines réceptrices Les bobines réceptrices seront constituées de 1200 tours de câble AWG26, soit deux fois

plus que le prototype miniature. Aucune contrainte n’est présente pour les bobines

réceptrices. Il faut que la largeur de la bobine soit d’une largeur minimale afin que les

défauts dans les anodes n’affectent pas trop la valeur du signal. Chaque bobine réceptrice

aura 4 bobines de 300(30X10) tours en série. Les bobinages trouvés d’AWG26 ont une

longueur de 4217,82m. De cette façon, les bobines seront remplaçables plus facilement

s’ils sont brisés par quoi que ce soit. Trois bobinages seront nécessaires afin de fabriquer

les 2 bobines réceptrices. La longueur sera de 0,16 pouce.

3.2.7 Comparaison entre le prototype miniature et l e prototype industriel

Table 1: Comparaison de la FEM et de l’inductance mutuelle entre le prototype miniature et industriel qui affecte la sensibilité du signal

Prototype Prototype Rapport

miniature industriel grand/min

Inductance mutuelle 75,4e-6

321,78 e-6

4,27

Force électromotrice (mV) 3,354 132,75 39,58

On peut remarquer que le prototype industriel sera 40 fois plus réceptif que le prototype

miniature et c’est exactement ce que l’on veut puisque les anodes non cuites offrent une

variation sur le signal beaucoup plus petit que les anodes cuites. De plus, l’inductance

mutuelle prouve que les anodes changeront beaucoup plus les propriétés des bobines avec

le prototype industriel.



Page 20

3.2.8 Conception du circuit émetteur

Le circuit émetteur sera identique à la figure 2. Afin d’annuler la réactance de la bobine

afin de diminuer l’impédance au maximum, l’ajout d’un condensateur de résonance sera

de mise. Il faudra donc utiliser les calculs suivants afin de mettre le circuit en résonance à

980 Hz :

0

0

20 _

980

1

1

=

=

=⋅compensation

bobine émettrice

F Hz

FLC

CF L

L’inductance de la bobine réceptrice devra être mesurée après sa confection afin de

trouver le condensateur à mettre puisque la géométrie des bobines rend le calcul de son

inductance impossible.

3.2.9 Conception du circuit récepteur

Le montage sera deux bobines branchées en différentiel comme le montre la figure 4. Les

deux diodes Zener connectées en inverse empêchent les surtensions et déchargent

l’énergie dans les bobines. Ayant un courant très faible, les diodes Zener choisies

n’auront pas une grande puissance à décharger. Les diodes «2EZ11D5» de la compagnie

MCC empêchent une tension de 11 V comme sur le prototype et permettent de décharger

2W, qui sont amplement suffisants pour les petits courants parcourus dans les bobines

réceptrices.

3.2.10 Conception des bobines enfichables Le principe des bobines secondaires est assez simple, il faudra mettre au moins autant de

spires que celui du prototype miniature afin d’avoir une précision semblable, mais

seulement les tests sur le terrain prouveront le nombre de spires nécessaire pour

l’optimisation du signal. C’est pourquoi l’idée de confectionner des bobines assez minces

qui pourront s’enficher l’une dans l’autre afin d’additionner leur nombre de spires si



Page 21

nécessaire comme le montre la figure ici-bas. N’ayant pas trouvé de bobines assez

longues à commander pour fabriquer les 2 bobines réceptrices et la bobine émettrice, il

est nécessaire d’avoir un système de bobines enfichables. L’ajout, la réduction et la

réparation des bobines seront possibles avec cette méthode de fabrication.

Figure 7 : Bobines secondaires enfichables une dans l'autre

3.3 Conception et installation des bobines La fabrication des trois bobines devra être réalisée de manière minutieuse afin d’avoir

une tension de sortie nulle lorsqu’aucune anode ne sera présente. Ceci implique que les

bobines réceptrices aient les mêmes caractéristiques. La distance prévue entre les 2

bobines secondaires est la longueur d’une anode. La longueur des anodes diffère d’une



Page 22

usine à l’autre, la longueur choisie sera de 5 pieds puisque c’est environ la longueur la

plus longue rencontrée.

3.4 Composantes mécaniques

La partie mécanique a montré que c’est réalisable. Tous les détails de cette partie ne sont

qu’une suggestion et devront être vérifiés quand même.

3.4.1 Manutention des anodes

Contraintes

Les anodes pèsent environ de tonne. La dimension des anodes diffère d’une usine à

l’autre. La dimension choisie à partir d’informations et de photos est de 5 pieds de long, 2

pieds de large et de 1,75 pied de haut. Ces dimensions sont un peu plus élevées que la

moyenne pour assurer que le dimensionnement des bobines soit suffisamment grand pour

accommoder plusieurs usines. Le transport des anodes durant son passage dans la sonde

ne devra contenir aucun matériel ferromagnétique afin de ne pas fausser les données.

Méthodologie choisie

Le convoyeur ci-dessous est un convoyeur non métallique pouvant supporter le poids des

anodes. La largeur du convoyeur sera de 4 pieds pour laisser un jeu de 1 pied de chaque

côté entre l’anode et les supports des bobines du convoyeur. Ces convoyeurs sont conçus

pour absorber les vibrations, ce qui est bien pour la sonde. Sa longueur devrait être

d’environ 2 fois la longueur d’une anode pour empêcher les matériaux du convoyeur

standard de fausser les données de la sonde, soit de 10 pieds.



Page 23

Figure 8: Convoyeur à rouleau non métallique «NMR-6689» de la compagnie «Globe Composite

Solutions Ltd.» Source:http://www.globecomposite.com/files/Non-metallic_Roller_Brochure_Pictures.pdf

3.4.2 Conception des supports complets des bobines Les supports des bobines devront être fixés ensemble afin qu’ils soient perturbés de la

même manière. Les attaches seront fixées directement sur le béton afin d’empêcher toutes

vibrations même si le convoyeur est spécialement conçu pour enlever le plus possible

toutes les vibrations. Un croquis de la structure du montage en bleu et du convoyeur en

noir est présenté plus bas à la figure 8. Les bobines seront bobinées autour des 3 supports

en bleu. Le matériel utilisé sera du nylon naturel de 1/2 de pouces d’épais puisqu’il offre

une solidité plus qu’acceptable à bon marché et que c’est un matériau non

ferromagnétique. Il n’aura donc aucune influence sur le signal de la sonde. Sachant que la

bobine primaire doit être plus large afin d’uniformiser le champ magnétique, le support à

bobine du centre sera de 18 pouces de large et le support des bobines secondaires sera de

12 pouces. En laissant des trous, la réparation ou la maintenance sera beaucoup plus

facile. Deux morceaux fixeront tous les supports afin qu’ils réagissent de la même façon

aux perturbations externes (vibration, etc.). La liste de matériaux se limite à des

morceaux de nylon naturel qu’on peut visualiser sur la figure 7 et 8 :



Page 24

• Nylon naturel 12'' x 39,5'' x 1/2'' : 4 X • Nylon naturel 18'' x 39,5'' x 1/2'' : 2 X • Nylon naturel 12'' x 49'' x 1/2'' : 4 X • Nylon naturel 18'' x 49'' x 1/2'' : 2 X • Nylon naturel 12'' x 60'' x 1/2'' : 2 X • Nylon naturel 30'' x 24'' x 1/2'' : 2 X • Nylon naturel 24'' x 13.5'' x 1/2'' : 2 X • Nylon naturel 24'' x 13.5'' x 1/2'' : 4 X

60''30''

18''12''

31''

Figure 9: Convoyeur et support à bobine

La façon de fixer les matériaux ensemble sera de prendre des boulons d’aluminium qui ont une perméabilité magnétique de 1.

3.4.3 Centrage des anodes Les anodes devront être centrées afin d’assurer que la position des anodes change le

signal de la sonde uniformément et aussi pour empêcher que la structure du montage ne

soit abîmée en aucun moment. Un entonnoir à l’entrée de la sonde a été suggéré afin de



Page 25

résoudre ce problème par une personne ressource du groupe «Génitique». Le montage de

la figure 8 montre le principe d’entonnoir dessiné en vert. Ces plaques seront faites de

morceaux de nylon naturel (dernier sur la liste précédente) et seront fixées de la même

manière que les supports à bobines. Les pieds de fixation seront achetés avec le

convoyeur, il en faudra 10 de plus pour les supports et l’entonnoir.

21''

24''

12''

39,5

''48''

Anode

Supportà bobine

Convoyeur

49''

Figure 10: Support à bobine vue de face



Page 26

3.5 Automatisation

3.5.1 Matériel nécessaire • Processeur Siemens «CPU315-2DP» 1* 6ES7315-2AG10-0AB0 • Carte mémoire micro 2 Mb 1* 6ES7953-8LL11-0AA0 • CP-340 communication série RS232C 1* 6ES7340-1AH02-0AE0 • Carte d’entrée digitale (16DI, 24VCC, S7-300) 1* 6ES7321-1BL00-0AA0 • Carte de sortie digitale (32DO, 24VCC) 1* 6ES7322-1BL00-0AA0 • Connexion frontale 40 PIN 3* 6ES7392-1AM00-0AA0 • PS PS-307 (120-230AC, 24CC, 5A) 1* 6ES7307-1EA00-0AA0 • Rail de montage 530 mm 1* 6ES7390-1AF30-0AA0 • Écran tactile 10 pouces MP277 1* 6AV6652-3PB01-DAA0 • Connecteur Profibus 1* 6GK1500-0EA02 • Connecteur Profibus 90 degré 1* 6ES7972-0BA12-0XA0 • Interrupteurs de position 2* 3SE5000-0AE10-1AJ0 • Boitier pour automate • Boitier pour sonde

3.5.1.1 Processeur de l’automate

Le processeur utilisé a été un «CPU315-2DP». Plusieurs facteurs ont décidé du choix de

ce processeur. Premièrement, l’usine visée possède des processeurs de ce genre. Il

contient aussi le protocole de communication «Profibus» qui est aussi présent dans ce

secteur d’usine. Les autres processeurs Siemens ne contenaient soit pas de protocole de

communication intégrée ou soit il n’était pas présent dans les usines visées.

3.5.1.2 Protocole de communication avec usine

Le processeur «CPU315-2DP» contient le protocole de communication «Profibus DP».

Ce protocole de communication est présent dans le secteur de fabrication chez ‘Alouette’

selon une personne ressource de chez «Génitique» et une autre de chez ‘Franklin

Empire’.



Page 27

3.5.1.3 Écran tactile

L’écran tactile «MP277» est compatible avec les automates S7 via le protocole de

communication «Profinet»(Ethernet).

3.5.1.4 Acquisition des données de la sonde par l’automate

La sonde devra être reconfigurée afin qu’elle envoie le bon signal à l’automate. La sonde

a un signal de sortie analogique de 4 à 20 mA et un signal de sortie numérique. La sortie

analogique n’étant pas assez précise, il faut utiliser le port RS-232 afin de transmettre le

signal numérique. Le choix de l’automate dépend des automates et des protocoles de

communication présents dans les usines visées. Un grand nombre d’usines utilisent des

automates S7-300 et des PC-S7 de Siemens et leur protocole de communication est

surtout Profibus dans le centre de production des anodes. Cette information provient d’un

technicien (groupe «Génitique») et d’un fournisseur (Franklin empire) faisant affaire avec

ces usines. Un logiciel de visualisation des données du port RS-232 de la sonde est déjà

créé, il restera à faire l’analyse des données reçues.

La carte CP-340 sert à communiquer entre un automate et un appareil avec une interface

RS232C. L'interface RS232C est une interface tension servant à la transmission de

données en série selon la norme RS232C.

http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/1137332/HB_CP340_c.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=1261015&forcedownload=true [3].

3.5.2 Relations et facteurs importants à considérer pour la programmation de l’automate

3.5.2.1 Relation entre le signal réel de la conductivité électrique entre une anode non

cuite et cuite

La conductivité électrique des anodes cuites est beaucoup plus élevée que celle non cuite.

Le prototype prendra la mesure sur des anodes non cuites, il faudra donc trouver une

relation entre la conductivité électrique d’une anode cuite et non cuite lorsque ce sera



Page 28

rendu à l’essai en usine. Une très bonne précision sera nécessaire pour la conductivité

électrique des anodes non cuites.

La figure 11 montre bien que le signal n’est pas proportionnel à la valeur mesurée en

usine. Mais le problème de ces données vient du fait que les anodes été analysés avec des

échantillons d’anodes couchées au lieu de debout.

Figure 11: Partie réelle du signal de la sonde de 6 anodes cuites passées dans le mauvais sens (53, 58,

60, 63, 70 et 71µΩ-m) Sur la figure 12, on peut bien voir que la valeur du signal réel est inversement

proportionnelle à la conductivité électrique des anodes. Bref, il sera primordial que les

anodes qui passent dans la sonde soit toujours dans le même sens, c'est-à-dire comme

quand ils sont dans la cuve à cause de la méthode de fabrication qui se fait par pressage et

qui créer des stratifications horizontales dans l’anode (matériau anisotrope).

8500

9000

9500

10000

10500

11000

11500

12000

12500

13000

149 97 14

519

324

128

933

738

543

348

152

957

762

567

372

176

981

786

591

396

110

0910

5711

05 1153

1201

1249

1297

1345

1393



Page 29

Figure 12:Valeur du signal réel de 6 anodes cuites passées debout à travers la sonde

Sur le graphique de la figure 13, on peut voir l’équation reliant la valeur du signal en

fonction de la conductivité électrique. La figure 13 montre bien que la conductivité

électrique est inversement proportionnelle au signal reçu, ce qui prouve qu’un mode

étalonnage avec 2 anodes sera possible afin de créer l’équation. Il s’agira de faire la

même chose pour les tests en usine avec les anodes non cuites pour en déduire la

conductivité électrique.

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0,47

11,2

822

,09

32,9

43,7

154

,52

65,3

376

,14

86,9

597

,76

108,

5711

9,38

130,

19 141

151,

8116

2,62

173,

4318

4,24

195,

0520

5,86

216,

6722

7,48

238,

2924

9,1

259,

9127

0,72

281,

5329

2,34

303,

1531

3,96

324,

77

Valeur réelle du signal 16 bits de 6 anodes non cuites de 53,58,60,63,X et 71 µΩ-m en fonction du temps en

secondes



Page 30

Figure 13: Signal imaginaire en fonction de la mesure de la conductivité mesurée en usine

La figure 14 ici-bas représente le signal réel d’échantillons d’anodes non cuites. La

vitesse d’acquisition des données devra être augmentée pour s’assurer d’avoir les vraies

valeurs maximales et minimales du signal.

Figure 14: Partie réelle 16 bits du signal de la sonde de 9 échantillons d’anodes non cuites

y = -0,0107x + 126,8650

55

60

65

70

75

5000 5500 6000 6500 7000

Ré

sist

ivit

é (

μΩ

-m)

Valeur maximal du signal numérique 16 bits

Valeur positive par rapport à la référence du signal réel 16 bits pour les 6 anodes cuites en fonction des valeurs de

conductivité électrique mesurées en µΩ-m

-150

-100

-50

0

50

100

150

127 53 79 105

131

157

183

209

235

261

287

313

339

365

391

417

443

469

495

521

547

573

599

625

651

677

703

729

755

781



Page 31

3.5.2.2 Facteur extérieur indésirable pour le signal de la sonde

Le transport des anodes n’étant pas isolé de tous facteurs extérieurs, le programme gérant

les informations devra détecter les anomalies n’ayant aucun lien avec la sonde. Par

exemple, le passage d’un chariot élévateur, qui est grandement constitué de matériaux

ferromagnétiques, fera changer significativement la valeur imaginaire de la tension de

sortie. Il sera impératif de supprimer ces valeurs indésirables afin que l’acquisition des

valeurs concernant la conductivité électrique de la sonde soit significative.

Il a été remarqué que les matériaux ferromagnétiques font varier le signal imaginaire au

moins 1,3 fois plus que le signal réel. Pour les anodes non cuites, le signal réel est plus

sensible que le signal imaginaire. En plus, la variation du signal est beaucoup plus élevée

pour les matériaux ferromagnétiques que les anodes non cuites. En sachant ces éléments,

il sera possible de négliger les données faussées par le passage de matériaux

ferromagnétiques à proximité de la sonde. Ceci nous permettra d’avoir des données

fiables et si le cas surviendrait qu’un élément ferromagnétique resterait tout le long de

l’analyse d’une anode, un message d’avertissement disant que l’anode n’a pas pu être

analysée apparaitra. Il n’est pas dramatique d’ignorer l’analyse d’une anode sur un lot

puisqu’en principe chaque lot présentera des similitudes en ce qui concerne la

conductivité électrique.

3.5.2.3 Augmentation de l’acquisition de données (voir différence avec les courbes pour

montrer qu’on ne voit plus les sommets du signal)

En examinant les courbes de la conductivité électrique des anodes non cuites (comme la

figure 14 et surtout 15), on peut remarquer que l’acquisition de la valeur maximale et

minimale n’est pas toujours faite. Souvent, une seule valeur est au maximum. Ceci nous

fait dire qu’il peut arriver que la valeur maximale enregistrée ne corresponde pas au

maximum de la courbe à partir duquel la conductivité électrique est évaluée. Il a donc été

pensé d’alléger le plus possible le programme de la sonde afin de faire l’acquisition de

donnée à intervalle encore plus rapide. Peu importe la vitesse du convoyeur, plus

l’acquisition de données sera rapide, plus précises seront les données. En ayant des

anodes de plus grande dimension, il sera plus facile de faire l’acquisition de la valeur

maximum et minimum du signal. Les petites variations brusques sont dues au défaut dans



Page 32

le matériau et ne doivent être tenues en compte sur la valeur maximale et minimale du

signal.

Figure 15: Signal réel 16 bits d'une anode non cuite en fonction du temps

La figure 16 explique pourquoi la sonde ne prend pas la valeur maximum quelquefois.

4440

4460

4480

4500

4520

4540

4560

4580

4600

0,5

3,3

6,2

9,0

11,9

14,8

17,6

20,5

23,3

26,2

29,0

31,9

34,7

37,6

40,5

43,3

46,2

49,0

51,9

54,7

57,6

60,5

63,3

66,2

69,0

71,9

Sig

na

l ré

el

sur

16 b

its

Temps en secondes

Signal réel d'une anode non cuite en fonction du temps en secondes



Page 33

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-1

-0.8

-0.6

-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1A

mpl

itude

du

sign

al r

éel

temps

Figure 16: Exemple d'échantillonnage inadéquat du signal de la sonde

3.5.2.4 Correction du signal en fonction du temps

Un autre graphique ici-bas présente les fluctuations plus précises pour environ le temps

de passage d’une anode qui ne sera jamais plus de 60 secondes. Le signal varie entre

6673 et 6671, ce qui est une très faible variation. Une moyenne entre la référence avant le

passage de l’anode et la fin du passage de l’anode sera fait même si ce n’est qu’une

précaution.



Page 34

Figure 17: Variation de la référence du signal réel pour le temps maximum de passage d’une anode

dans la sonde

3.5.2.5 Correction du signal en fonction de la température

La température est un autre facteur influant sur le système. Le fait que les bobines

réceptrices soient raccordées en différentiel amenuise l’effet de la température. La valeur

de la résistance de sortie et la conductivité de l’anode pourront être des facteurs qui

seront influencés par la température. En fait, cette température accentuera la pente de

l’équation d’étalonnage comme représenté à la figure 13. Il s’agira donc de mesurer cette

température à l’aide d’un laser et de trouver la relation entre la température et l’influence

sur la conductivité électrique des anodes. La programmation devra intégrée le

changement de l’équation d’étalonnage en fonction de la température acquise.

0

5

10

15

20

25

30

35

6668,56669

6669,56670

6670,56671

6671,56672

6672,56673

6673,5

0,5 3

5,5 8

10,5 13

15,5 18

20,5 23

25,5 28

30,5 33

35,5 38

40,5 43

45,5 48

50,5 53

55,5 58

Variation de la référence du signal réelle lors du passage complet de 60 secondes

Valeur réelle du signal 16bits Température °C



Page 35

3.5.3 Programmation de l’automate

3.5.3.1 Diagramme de flux niveau 1

Figure 18: Diagramme de flux niveau 1 du programme général

3.5.3.2 Programme calculant la valeur inférieure moyenne et supérieure

Valeur moyenne inférieure

Il s’agit d’analyser le tableau de donnée de la valeur réelle du signal. À partir du début,

on compare chaque donnée avec la 5e donnée jusqu’à ce qu’il y est une différence jugée

assez grande pour ne plus faire partie de la valeur moyenne inférieure. On additionne



Page 36

ensuite chacune des données retenues et on divise par le nombre de données afin d’avoir

une valeur précise.

Valeur moyenne supérieure

La valeur moyenne supérieure est programmée de la même façon que la valeur moyenne

inférieure sauf qu’on décortique le tableau de valeur à partir de la fin et on décrémente le

pointeur.

3.5.3.3 Programme qui corrige le signal

Soustraction de la référence

Il a été remarqué que la référence change parfois du début à la fin d’acquisition d’une

anode. Afin de soustraire la bonne valeur, il faut simplement faire une courbe linéaire

avec la «valeur moyenne inférieure » et la «valeur moyenne supérieure ». On soustrait

ensuite la valeur de la courbe à la courbe du signal, ce qui ramène le signal de référence à

0.

Absolue du signal

Il s’agit de mettre toutes les valeurs en absolu afin de faciliter les calculs mathématiques

qui s’en suivent.

Annulation des sommets non voulus

Des perturbations telles que le choc d’une bobine modifie le signal malencontreusement.

Pour annuler ces effets, on a mis une valeur maximale de variation entre 2 points

successifs pour 5 données subséquentes de celle analysée. Lorsque la variation est trop

élevée, on regarde la seconde et si celle-ci est correcte par exemple, on annule la valeur

aberrante en le remplaçant par la moyenne des 2 valeurs qui l’entourent.

Passage de matériaux ferromagnétiques à proximité

Le passage de matériaux ferromagnétiques doit être ignoré afin de donner une bonne

valeur de la conductivité électrique. Ces matériaux modifient beaucoup plus la partie



Page 37

imaginaire que la partie réelle du signal contrairement aux anodes. De cette manière, on

fait la corrélation entre le rapport de ces signaux comme suit :

imaginaire réelSi Signal k * Signal Donnée non fiable

Sinon donnée fiable

≥ ⇒

⇒

Figure 19: Représentation schématique du programme de vérification de l'exactitude du signal

3.5.3.4 Programme vérifiant si la donnée est positive ou négative et la fiabilité du signal

Lors des corrections du signal, chaque fois qu’un signal a été corrigé, on indique s’il

vient de la partie positive ou négative.



Page 38

Figure 20: Représentation schématique pour savoir si le côté positif est plus fiable que le côté négatif

Valeur maximum

La valeur maximum est repérée en comparant donnée par donnée et lorsque la valeur

suivante est plus grande que la précédente, on la stocke dans une donnée nommée

«valeur_max». En échantillonnant le tableau au complet, la valeur maximum est repérée

à coup sûr. On ignore bien sûr les données reliées aux passages de matériaux

ferromagnétiques.

Valeur minimum

Le même algorithme est utilisé pour trouver la valeur minimum du signal.



Page 39

Valeur de conductivité

La valeur de la conductivité est calculée à partir du signal reçu et de l’équation créée lors

du mode étalonnage. En principe, il serait possible de prendre la valeur maximum ou

minimum puisqu’il devrait avoir la même valeur. En réalité, avec les facteurs externes,

les 2 valeurs ne sont pas toujours identiques. Le choix de la valeur choisie dépend de la

partie du signal qui s’est fait le moins corrigé pour avoir une valeur plus représentative.

3.5.4 Interface homme-machine

Figure 21: Représentation de l'IHM

L’interface homme machine est fonctionnel pour la réalisation de test en usine. Voici l’explication de chaque composante : 1. Hearbeat => Vérification de la communication entre l’automate et la sonde 2. Sélecteur entre mode étalonnage et mode analyse



Page 40

3. Interrupteur de position d’entrée installée à l’entrée du convoyeur 4. Affichage que l’automate est en mode acquisition de données 5. Interrupteur de position de sortie installée à la sortie du convoyeur 6. Affichage du signal réel en temps réel en 16 bits sur graphique 7. Affichage du signal réel en temps réel en 16 bits 8. Première anode d’étalonnage (celle qui a la plus petite résistivité) 9. Deuxième anode d’étalonnage (celle qui a la plus grande résistivité) 10. Limite de conductivité électrique acceptable par la personne en charge du

système 11. Équation calculée à la suite du mode étalonnage



Page 41

4. Bilan des activités

4.1 Arrimage formation pratique/universitaire Plusieurs cours ont été utiles pour l’accomplissement de ce projet. Le cours d’électromagnétisme a été primordial pour la conception du système de bobinage et la compréhension du fonctionnement du système. Pour ce qui est de l’aspect automatisation, ma technique au Cegep m’a plus été utile pour l’achat et la configuration du projet. Pour ce qui est de la programmation, le cours de programmation en «C» m’a été utile puisque le langage de programmation utilisé se ressemblait beaucoup. Ce projet m’a permis d’acquérir une expérience concernant les étapes nécessaires à la mise en industrialisation d’un produit (prototype dans mon cas). Il n’est pas toujours évident d’anticiper toutes les contraintes qu’un système peut avoir lorsqu’il sera intégré dans un milieu industriel, mais cette pratique sera sûrement utile sur le marché du travail.

4.2 Travail d’équipe Ce projet était assigné à une seule personne, mais il n’aurait jamais été possible de le réaliser sans l’aide de plusieurs personnes. Premièrement, M. Luc Parent et M. Daniel Audet, qui ont un brevet sur lequel est basé ce projet, m’ont été d’une grande aide sur l’aspect compréhension et technique du projet. Deuxièmement, M. Christophe Volat, professeur à l’UQAC, m’a aidé grandement sur l’aspect électromagnétisme du projet. Finalement, le projet n’aurait pas été mis à terme sans l’aide de quelques compagnies, tel que Siemens pour son prêt d’équipements d’automatisation et Franklin empire pour son soutien technique de ces équipements Siemens. Équipe : Éric Goudreault Superviseur : M. Daniel Audet Spécialiste des équipements Siemens : M. Jimmy Chabot (Siemens) Support technique des équipements Siemens : M. Pascal Lavoie (Franklin empire) Spécialiste du procédé de fabrication des anodes : M. Luc Parent (Hades) Spécialiste des convoyeurs industriel : Groupe Génitique

4.3 Respect de l’échéancier



Page 42

4.3.1 Diagramme de Gantt

Figure 22: Tableau du diagramme de Gantt 1/2



Page 43

Figure 23: Tableau du diagramme de Gantt 2/2



Page 44

4.3.2 Changement à l’échéancier La conception des bobines a été beaucoup plus longue que prévu dûes aux manques

d’informations sur les courants de Foucault dans un matériau et l’influence d’un noyau

sur les caractéristiques des bobines. De plus, la géométrie des bobines a rendu le calcul

beaucoup plus difficile que prévu. Cette étape a donc été rallongée jusqu’à la fin du

projet. Le fait qu’il n’a pas été possible d’avoir des anodes de dimension différente, la

production d’un nouveau prototype était donc rendue inutile. Le prototype initial était

quand même suffisant afin de réaliser les tâches de conception du projet. Les tâches de

conception reliées à la programmation ont changé puisqu’il était nécessaire de créer un

environnement utile afin de faire des tests en usine et non l’implantation d’un produit

final. C’est donc un mode d’étalonnage et d’analyse qui a été créé et on a annulé le mode

manuel et automatique. Une banque de données était envisagée au départ, mais le but

principal du projet était de savoir si on pouvait industrialiser le principe de mesure et non

l’optimisation de l’usine.

4.4 Analyse et discussion

La partie automatisation du projet s’est bien déroulée. Le mode étalonnage et analyse

fonctionne et l’interface homme-machine a été construite en fonction des tests à réaliser

en usine. Le choix des pièces d’automatisation a bien été choisi en fonction de l’usine

visée. La partie du projet concernant les composantes mécaniques n’est qu’un croquis,

mais devrait suffire aux tests du projet. Pour ce qui est du dimensionnement des bobines,

plusieurs facteurs ne sont pas calculables théoriquement. Il a donc été pris en compte les

facteurs calculables afin d’avoir un système permettant de mesurer la conductivité

électrique des anodes non cuites en usine. Il va surement être de mise de faire des

modifications en usine puisque la théorie diffère toujours de la pratique.



Page 45

5. Conclusion et recommandations

Les étapes nécessaires à l’implantation d’un tel système sont dans le plan de devis. La

partie mécanique devra être approuvée et modifiée si nécessaire dépendamment des

facteurs et données dont il n’était pas possible d’avoir. La conception du système de

mesures devrait aussi être approuvée par un logiciel d’électromagnétisme tel que

«Infolytica MagNet» vu la complexité de calcul dû à la géométrie des bobines à

concevoir avant sa fabrication finale. Un système d’acquisition de la température des

anodes devra être intégré afin d’y trouver la corrélation entre la température de l’anode et

la conductivité électrique. Ensuite, une compensation sur l’équation d’étalonnage devra

être faite en fonction de la température de ces anodes. La section d’automatisation

fonctionne bien en continu sous le mode étalonnage et analyse. Ce projet a prouvé qu’il

était possible de fabriquer un système permettant de mesurer la conductivité électrique

des anodes non cuites dans une chaîne de production industrielle. Il s’agira donc de faire

des tests du système construit en usine afin d’y trouver la relation entre le signal reçu et la

conductivité électrique des anodes non cuites.



Page 46

6. Annexe A : Cahier des charges

Introduction

Objectif du document Ce document présente les étapes nécessaires à résoudre pour le développement d’un

instrument de mesure industriel pour la mesure de la conductivité électrique des anodes.

Description du projet

Contexte La conductivité électrique d’une anode n’est pas mesurable pour l’instant avant la cuisson

de celle-ci. Il faut la faire cuire pendant une douzaine de jours avant d’en soutirer une

carotte et de mesurer sa conductivité électrique. Le fait de connaître la conductivité

électrique d’une anode avant qu’elle soit cuite permettrait de changer le mélange de base

afin d’améliorer les anodes qui se feront mouler après. Un brevet concernant la mesure de

la conductivité électrique d’une anode a été approuvé et les inventeurs sont les

promoteurs du projet. Le principe de fonctionnement n’a donc pas à être prouvé. Un

prototype est déjà existant à petite échelle. La sonde permet d’envoyer un courant de 0,5

A dans la bobine d’excitation et d’y mesurer la valeur réelle et imaginaire de la tension de

sortie. Ces valeurs dépendent évidemment de l’anode qui passe au travers la sonde.

Réalisation du projet

1. Conception de la mesure de la conductivité élect rique

1.1 La bobine d’excitation

• Choix du courant d’excitation

• Choix du nombre de tours



Page 47

• Choix de la grosseur du fil

• Configuration

• Schéma du circuit de la bobine d’excitation • Calcul du condensateur de résonance

• Liste de matériaux nécessaires

1.2 Les deux bobines réceptrices

• Choix du nombre de tours • Choix de la grosseur du fil

• Configuration

• Schéma du circuit des bobines réceptrices • Calcul des diodes Zener

• Liste des pièces nécessaires

2. Composantes mécaniques

2.1 Moyen de manutention

• Choix du type de convoyeur sans matériaux ferromagnétiques • Choix d’un moyen afin de centraliser l’anode sur le convoyeur

• S’assurer le passage complet même si le convoyeur arrête • Moins de vibration possible

2.2 Supports complet des bobines

• Choix du matériau • Dimensionnement des supports

• Aucune vibration tolérée

• Schéma des supports • Liste de matériau nécessaire

3. Automatisation

3.1 Pièce nécessaire

• Choix de l’automate

• Choix de la carte de communication entre l’automate et la sonde • Choix des cartes d’entrées et sorties



Page 48

• Choix d’un écran tactile communiquant avec l’automate

• Choix du protocole de communication entre l’automate et le réseau futur de l’usine visée

• Choix de jauge de température pour les bobines et les résistances du circuit

• Choix du système de détection des anodes (doit fonctionner dans un environnement très poussiéreux)

3.2 Programmation de l’automate

• Acquisition des données numériques de la sonde à l’automate.

• Concevoir un mode étalonnage • Concevoir un mode analyse

• Concevoir un algorithme permettant de corriger le signal dû à des faussetés correspondant aux passages de matériaux ferromagnétiques (chariot élévateur), arrêt du convoyeur, changement du signal de référence, etc.

• Déduire la conductivité électrique des anodes • Correction de la valeur de la conductivité en fonction de la température

des bobines et de la température des résistances de mesure. • Configurer le protocole de communication afin qu’il soit prêt à

communiquer à un automate de l’usine visée.

3.3 Interface homme-machine

• Développer une interface homme machine sur ordinateur • Configurer la communication entre l’automate et l’écran tactile

• Développer une interface homme machine pour l’écran tactile

4. Vue d’ensemble • Circuit électrique et réseautage des appareils • Convoyeur et supports complets des bobines



Page 49

7. Annexe B : Devis

Introduction

Objectif du document Ce document présente les spécifications techniques du développement d’un instrument de

mesure industriel pour la mesure de la conductivité électrique des anodes. Il contient les

solutions permettant d’implanter cet instrument de mesure dans une usine. Tous les

étapes nécessaires sont décrites plus bas.

Description du projet

Contexte La conductivité électrique d’une anode n’est pas mesurable pour l’instant avant la cuisson

de celle-ci. Il faut la faire cuire pendant une douzaine de jours avant d’en soutirer une

carotte et de mesurer sa conductivité électrique. Le fait de connaître la conductivité

électrique d’une anode avant qu’elle soit cuite permettrait de changer le mélange de base

afin d’améliorer les anodes qui se feront mouler après. Un brevet concernant la mesure de

la conductivité électrique d’une anode a été approuvé et les inventeurs sont les

promoteurs du projet. Le principe de fonctionnement n’a donc pas à être prouvé

industriellement. Un prototype est déjà existant à petite échelle. La sonde permet

d’envoyer un courant de 0,5 A dans la bobine d’excitation et d’y mesurer la valeur réelle

et imaginaire de la tension de sortie. Ces valeurs dépendent évidemment de l’anode qui

passe au travers la sonde.

Réalisation du projet



Page 50

1. Conception de la mesure de la conductivité élect rique

1.1 La bobine d’excitation

• Choix du courant d’excitation

I=0,5A (fixé par la source sinusoïdale fixe de la sonde) • Choix du nombre de tours

N=432 tours • Choix de la grosseur du fil

AWG12 • Configuration

72 spires de larger X 6 spires de hauteur • Schéma du circuit de la bobine d’excitation

constantrV =

variablesourceV =

Figure 24: Schéma du circuit de la bobine d’excitation

• Condensateur de résonance

Devra mesurer l’inductance lorsque la bobine sera fabriquée et se servir de l’équation suivante pour en déduire le condensateur nécessaire :

20 _

0

_

1

Fréquence de fonctionnement (980HZ)

inductance mesurée de la bobine

=⋅

==

compensationbobine émettrice

bobine émettrice

CF L

F

L

• Liste de matériaux nécessaires 1956 m de câble AWG12 (ex : 12 x MW-12AWG10)



Page 51

Condensateur de résonance (calcul plus haut)

1.2 Les deux bobines réceptrices

• Choix du nombre de tours

N=1200 tours pour chaque bobine réceptrice • Choix de la grosseur du fil

AWG26 • Configuration

120 spires de largeur x 10 spires de hauteur • Schéma du circuit des bobines réceptrices

I1 (induction du courant

dans la bobine 1)

I2 (induction du courant

dans la bobine 2)

ε1 (Force électromotrice induit par champs

magnétique dans la bobine 1 en V)

ε2 (Force électromotrice induit par champs

magnétique dans la bobine 2 en V)

Champ magnétique créé

par la bobine primaire

Tension de sortie

(V=ε1-ε2)

B

VsR1

L1

R2

L2

Figure 2: Schéma du circuit des bobines réceptrices

• Liste des pièces nécessaires Environ 11 000 m de câble AWG26 (ex : 3 x MW-

26AWG10) 2 diodes Zener 2EZ11D5

2. Composantes mécaniques



Page 52

Le projet ne s’est pas trop attardé sur la partie mécanique du système. Mais des recherches et calculs ont quand même été faits afin de voir la faisabilité du système. Les détails plus bas sont des suggestions et reste à être approuvés.

2.1 Moyen de manutention

• Choix du type de convoyeur sans matériaux ferromagnétiques

Convoyeur à rouleau non métallique «NMR-6689» de la compagnie «Globe Composite Solutions Ltd.» d’une longueur totale de 10 pieds et de 48 pouces de largeur.

• Choix d’un moyen afin de centraliser l’anode sur le convoyeur

Un entonnoir fait de nylon naturel afin de centraliser l’anode

• S’assurer le passage complet même si le convoyeur arrête

Le groupe «Génitique» s’est penché rapidement sur se sujet et a confirmé que l’anode traverserait le convoyeur complet sous sa propre poussée. Devrait quand même confirmer un autre fois avec les données du convoyeur où le système sera établi pour s’en assurer.

• Moins de vibrations possibles

Ce type de convoyeur est spécialement conçu pour éliminer le plus possible les vibrations.

2.2 Supports complets des bobines

• Choix du matériau

Nylon naturel de type 6/6 de la compagnie «Polyalto» • Dimensionnement des supports

Fichier Solidwork en fichier joint avec le devis. Reste à confirmer la hauteur du convoyeur où le système sera établi et tous les autres paramètres dont les informations étaient manquants. • Liste de matériaux nécessaire à acheter

o 4 feuilles de NYLON NATUREL FLE 1/2" X 48" X 96" de chez

Polyalto o 6 pieds supplémentaires du convoyeur à commander plus bas



Page 53

• Liste des pièces à découper

Le fichier autocad (.dwg) est en fichier joint avec le devis o Nylon naturel 12'' x 39,5'' x 1/2'' : 4 X o Nylon naturel 18'' x 39,5'' x 1/2'' : 2 X o Nylon naturel 12'' x 49'' x 1/2'' : 4 X o Nylon naturel 18'' x 49'' x 1/2'' : 2 X o Nylon naturel 12'' x 60'' x 1/2'' : 2 X o Nylon naturel 30'' x 24'' x 1/2'' : 2 X o Nylon naturel 24'' x 13.5'' x 1/2'' : 2 X o Nylon naturel 24'' x 13.5'' x 1/2'' : 4 X

3. Automatisation

3.1 Achat

• Processeur Siemens «CPU315-2DP» 1* 6ES7315-2AG10-0AB0 • Carte mémoire micro 2 Mb 1* 6ES7953-8LL11-0AA0 • Processeur de communication série RS232C 1* 6ES7340-1AH02-0AE0 • Carte d’entrée digitale (16DI, 24VCC, S7-300) 1* 6ES7321-1BL00-0AA0 • Carte de sortie digitale (32DO, 24VCC) 1* 6ES7322-1BL00-0AA0 • Connexion frontale 40 PIN 3* 6ES7392-1AM00-0AA0 • PS PS-307 (120-230AC, 24CC, 5A) 1* 6ES7307-1EA00-0AA0 • Rail de montage 530 mm 1* 6ES7390-1AF30-0AA0 • Écran tactile 10 pouces MP277 1* 6AV6652-3PB01-DAA0 • Connecteur Profibus 1* 6GK1500-0EA02 • Connecteur Profibus 90 degré 1* 6ES7972-0BA12-0XA0 • 2 interrupteurs de position 2* 3SE5000-0AE10-1AJ0

3.2 Programmation de l’automate

Le fichier principal qui gère le programme complet est le «OB1»

• Acquisition des données numériques de la sonde à l’automate. Fichier «FC22» => Acquisition du signal en temps réel Fichier «DB41» => État du mode réception RS232 Fichier «DB43» => Données acquises de la sonde Signaux principaux :



Page 54

DB43.DBW5 Signal réel DB43.DBW7 Signal imaginaire DB43.DBX20.0 Hearbeat

• Mode acquisition des données Fichier «FC4» (SCL_FC4_Acquisition )=> Fait l’acquisition et

suspend lors d’arrêt du convoyeur

• Concevoir un mode étalonnage

Il s’agit d’insérer les 2 anodes d’étalonnages à la suite de l’autre (commencer par celle avec la plus grande résistivité (μΩ-m)). L’automate calcul automatiquement les paramètres de l’équation.

Bloc «FC16»( FC16_Vimaginaire(cuite).scl)=> Corrige le signal imaginaire

Bloc «FC19»( FC19_Mode étalonnage.scl)=> Corrige le signal réel et calcul les paramètres de l’équation pour en déduire la conductivité en mode analyse

• Concevoir un mode analyse

Il s’agit d’insérer les 2 anodes d’étalonnages à la suite de l’autre (commencer par celle avec la plus grande résistivité (μΩ-m)). L’automate calcul automatiquement les paramètres de l’équation.

Bloc «FC16»( FC16_Vimaginaire(cuite) .scl)=> Corrige le signal imaginaire

Bloc «FC17»( FC17_Vimaginaire(cuite).scl)=> Corrige le signal réel et déduit la conductivité électrique à partir des paramètres calculés en mode étalonnage

• Concevoir un algorithme permettant de corriger le signal dû à des

faussetés correspondant aux passages de matériaux ferromagnétiques (chariot élévateur), arrêt du convoyeur, changement du signal de référence, etc.

Cet algorithme est fait dans le bloc FC17 (FC17_Vimaginaire(cuite).scl)



Page 55

• Déduire la conductivité électrique des anodes

Cet algorithme est fait dans le bloc FC17 (FC17_Vimaginaire(cuite).scl)

• Correction de la valeur de la conductivité en fonction de la température des bobines et de la température des résistances de mesure.

Ayant un système de bobines réceptrices connecté en différentiel, la température n’est pas supposée affecter le signal. Il restera à savoir si la température de l’anode et celle des pièces de la sonde changeront beaucoup et affectera le signal rendu en usine.

3.3 Interface homme-machine

Figure 25: Représentation de l'IHM



Page 56

L’interface homme machine est fonctionnel pour la réalisation de test en usine. Voici l’explication de chaque composante : 12. Hearbeat => Vérification de la communication entre l’automate et la sonde 13. Sélecteur entre mode étalonnage et mode analyse 14. Interrupteur de position d’entrée installée à l’entrée du convoyeur 15. Affichage que l’automate est en mode acquisition de données 16. Interrupteur de position de sortie installée à la sortie du convoyeur 17. Affichage du signal réel en temps réel en 16 bits sur graphique 18. Affichage du signal réel en temps réel en 16 bits 19. Première anode d’étalonnage (celle qui a la plus petite résistivité) 20. Deuxième anode d’étalonnage (celle qui a la plus grande résistivité) 21. Limite de conductivité électrique acceptable par la personne en charge du

système 22. Équation calculée à la suite du mode étalonnage 23. Affichage de la valeur numérique 16 bits de la dernière anode analysée reliée

à sa conductivité (celles des 9 autres plus bas) 24. Affichage de la résistivité de la dernière anode analysée en μΩ-m(celles des 9

autres plus bas) 25. Type d’anode :

Si rien => anode conforme Anode non-conforme Anode d’étalonnage • Configurer la communication entre l’automate et l’écran tactile

Reste à faire puisque n’a pas eu d’écran tactile pour le projet

• Développer une interface homme machine pour l’écran tactile

L’interface homme machine conçu pour l’ordinateur est fonctionnel pour l’écran tactile de 10 pouces qui devra être acheté. Il reste simplement à changer les paramètres pour l’envoyer dans un écran tactile «MP277» au lieu de sur un «PC».



Page 57

5. Vue d’ensemble • Circuit électrique et réseautage des appareils

Figure 26: Vue d'ensemble du système de mesure et d'automatisation



Page 58

• Structure de la conception mécanique

Figure 27: Schéma de représentation du convoyeur et des supports complets des bobines



Page 59

8. Remerciements

• M. Luc Parent et M. Daniel Audet pour leur aident et m’avoir permit de travailler sur ce projet

• La compagnie Siemens pour le prêt d’équipements d’automatisations • La compagnie Franklin Empire pour le support technique des équipements

Siemens • M. Christophe Volat pour son aide sur l’aspect électromagnétisme du projet

9. Référence

[1] D. Audet, L. Parent, System and method to forecast the electrical conductivity of anodes for aluminium production before baking, Chicoutimi, 2009, http://www.freepatentsonline.com/EP0491641.html [2] P. Levallois, D. Gauvin, Bilan des normes et recommandations d’exposition aux champs électromagnétiques et aux rayonnements ultraviolets, IRSST, 1996, p.25, (http://www.irsst.qc.ca/files/documents/PubIRSST/B-047.pdf) [3]http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll/csfetch/1137332/HB_CP340_c.pdf?func=cslib.csFetch&nodeid=1261015&forcedownload=true

[4] D. Halliday, R. Resnick, J. Walker, Électricité et magnétisme, édition du renouveau pédagogique, p.196 [5] G. Peix, Principe physique du contrôle par courant de Foucault, INSA de Lyon, Lyon, 1988

Rapport étape final - UQAC · 3.5.3.3 Programme qui corrige le signal 36 3.5.3 ... 60, 63, 70 et...

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