Eolienne – 2019

 Remerciements


Nous souhaitons dans un premier temps remercier l’IUT de Mulhouse, pour nous avoir permis de réaliser ce projet.

Nous remercions également tous nos professeurs pour les connaissances qu’ils nous ont transmis durant ces deux années de DUT GEII et tout particulièrement M.Steger ainsi que M.Cudel pour l’accompagnement dont nous avons bénéficié tout au long de la réalisation de ce projet.

Enfin nous remercions nos camarades pour leur aide lors de la rédaction de ce rapport.

Membres du projet :

  • Guilhem LEMAIRE
  • Loïc SCHMITT
  • Louise RIEFFEL

Sommaire


  1. Présentation du projet
  2. Analyse fonctionnelle
  3. Éolienne HY-600
  4. Equipements sélectionnés
  5. Dimensionnement des câbles

1. Présentation du projet


Dans le cadre d’un projet GEII, nous devions remettre en fonctionnement une éolienne pour l’IUT de Mulhouse. L’éolienne sur laquelle nous devions travailler était destinée à la casse suite à la démolition du site sur laquelle elle était installée, mais a été récupérée par l’IUT pour pouvoir la réutiliser. Malheureusement des parties étaient manquantes. L’IUT a pu récupérer uniquement la structure de l’éolienne, il nous faut alors reconstituer toute la partie électrique allant de pair avec l’éolienne. Nous disposons donc des pales, du moteur de l’éolienne, ainsi que de son mat.

2. Analyse fonctionnelle


Problématique : Réhabiliter et installer une éolienne sur le site de l’IUT de Mulhouse.

Ce diagramme répond au besoin en 3 questions : A qui ? / Sur quoi ? / Dans quel but ?

L’intérêt d’une éolienne est de transformer l’énergie cinétique du vent en une énergie électrique :

Schéma explicatif des composants d’une éolienne :

Fonctionnement souhaité de l’éolienne : L’éolienne génère de l’énergie électrique, cette énergie est ensuite transmise au contrôleur qui (?), l’énergie est ensuite stockée dans la batterie. L’onduleur est lui raccordé à la batterie ainsi qu’au réseau électrique. Si il reste de l’électricité dans la batterie, l’onduleur transfert cette électricité au réseau électrique de l’IUT, sinon il transfert à l’IUT l’énergie provenant du réseau électrique général.

Il nous fallait alors trouver les équipements suivants :

  • Contrôleur -> Régulateur de charge
  • Batterie
  • Onduleur
  • Connecteur de charge (celui initialement présent dans l’éolienne était défectueux)

3. Éolienne HY-600



Avec la référence trouvée sur l’éolienne nous avons pu trouver les documentations suivantes :

  • Phaesun : Small ind Turbie User Manual HY-400, HY-600, HY-1000
  • Windmax : Wind Turbine Guidbook HY-400, HY-600, HY-1000, HY-2000, HY-3000

Nous ne pouvons pas être sûrs qu’une de ces documentation correspond parfaitement à l’éolienne que nous disposons mais elles apportent des informations intéressantes qui nous serons plus qu’utiles pour la suite du projet.

On relève alors les informations issues des diverses documentations :

  • Plus la vitesse moyenne du vent est élevée, plus l’éolienne sera génératrice d’énergie. La puissance disponible dans le vent augmente avec le cube de la vitesse du vent. Une turbulence plus faible entraîne également plus de puissance.
  • Les obstacles (arbres, bâtiments, etc.) réduiront la vitesse du vent et, par conséquent, dégraderont les performances de l’éolienne. Une tour immédiatement sous le vent d’un bâtiment doit avoir au moins deux fois sa hauteur.
  • Un dimensionnement correct des fils est important pour la sécurité et l’efficacité énergétique. Des câbles sous-dimensionnés entraîneront une perte d’énergie dans le système, créeront une surchauffe et augmenteront le risque d’incendie. Plus la taille du fil est grande, plus la perte d’énergie est faible. Cependant, les câbles de plus grande taille sont plus coûteux.

4. Equipements sélectionnés


Régulateur de charge

Nous avons choisi un régulateur de charge capable de charger des batteries 12/24V, qui fonctionne en mode standard (régulateur d’éolienne seule) ou en mode hybride (éolienne/solaire). La puissance de cet équipement est à 600w car c’est la puissance crête produite par notre éolienne.

 

 

Pour l’instant on souhaite utiliser cet équipement en mode standard, mais la perspective du mode hybride est une bonne chose pour permettre, dans le futur, la modification et/ou l’amélioration du système actuellement souhaité.

 

Batteries

Recherche de deux batteries  correspondant aux caractéristiques du régulateur de charge :

Fonctionnement des batteries selon leur assemblage:

On dispose les batteries en série pour  additionner les tensions et obtenir une tension de sortie de 24V.

On obtient alors les caractéristiques suivantes :

  • Une puissance de 600W
  • Une tension de 24V
  • Un courant de : 600/24 =25A
  • Une capacité de 75Ah ou de 50Ah, selon le modèle de batterie choisi

5. Dimensionnement des câbles


De l’éolienne au régulateur

Nous avons 40 mètres qui séparent l’éolienne du régulateur.

Ayant une puissance P = 600W et une tension U = 24V on en déduit la relation P = U*I*√3

D’où : I =P/(U∗√3) =600/(24∗√3)  ≈ 15A

Chute de tension pour : S = 10 mm² et L = 40m

Chute de tension pour : S = 16 mm² et L = 40m

Un câble d’une section de 16mm² garantissait une plus faible chute de tension, mais après réflexion, en fonction de nos besoin et pour des raisons budgétaires, on choisira un câble de section 10mm².

D’après les caractéristiques ci-dessus nous avons choisi le câble suivant :

 

 

Du régulateur à la batterie

10 mètres séparent le régulateur des batteries.

A la sortie du régulateur nous avons une puissance P = 600W et une tension U = 24V

D’où I = P/U =600/24  ≈ 25A

 

Chute de tension pour : S = 6 mm² et L = 10m

Sachant qu’en sortie du régulateur nous sommes en monophasé, nous avons choisi les deux câbles suivants :

Cosse batterie + Embout de câble 6mm²

Du côté du régulateur le câblage se fera à l’aide d’embouts, du coté de la batterie le câblage se fera à partir de cosses à  oeillet.

 

 

Du régulateur à l’onduleur

10 mètres séparent le régulateur de l’onduleur. A la sortie du régulateur nous avons une puissance P = 600W et une tension U = 24V

D’où I = P/U =600/24  ≈ 25A

Chute de tension pour : S = 6 mm² et L = 10m

Sachant qu’en sortie du régulateur nous sommes en monophasé, nous avons choisi les deux câbles suivants :

 

 

 

De l’onduleur au réseau IUT

Sachant qu’en sortie de l’onduleur nous sommes en triphasé, nous avons choisi le câble suivant :

 

 

Liaisons équipotentielles

30 mètres séparent l’éolienne du point de terre, on pourrait prendre une section similaire à celle du câble de l’éolienne jusqu’au régulateur mais pour question de sécurité on prendra du 16mm²

Ci dessous le câble choisi :

Choix de la cosse :

On a choisi de percer le mât afin de pouvoir y fixer le câble de mise à la terre à l’aide de cosses.

Conclusion


Fin mars/début avril nous avons eu la responsabilité de remettre en état une éolienne qui allait partir à la casse. La structure était conservée, mais la partie électrique de l’installation n’a pu être récupérée.Il nous fallait donc reconstituer cette partie.

Nous avons alors effectuer des recherches sur les différents équipements à intégrer afin de reconstituer l’installation.

Nous avons alors pu identifier et commander les équipements de base nécessaires au fonctionnement du système souhaité :

  • Contrôleur
  • Batterie
  • Câbles

Il ne reste plus qu’à trouver l’onduleur et connecteur de charge qui assurera la liaison entre le moteur et le régulateur ainsi que toute la partie concernant la protection de l’ouvrage.

Webographie




Image principale éolienne :https://www.amazon.fr/TOPQSC-R%C3%A9sidentiel-Imperm%C3%A9able-D%C3%A9marrage-Efficacit%C3%A9/dp/B071QWM9RX/ref=sr_1_28?keywords=Mini+eolienne&qid=1560246280&s=gateway&sr=8-28

Image éolienne schéma : <a href=https://fr.pngtree.com>Graphiques de pngtree.com</a>

Schéma explicatif composants éolienne : https://www.connaissancedesenergies.org/quels-sont-les-constituants-d-une-eolienne-130125

Régulateur de charge : https://www.future-tech.fr/regulateur-de-charge-solaire-eolienne-12v-24v-600w,fr,4,757.cfm

Batterie 75Ah : https://fr.rs-online.com/web/p/batteries-au-plomb/7270439/

Batterie 50Ah : https://fr.rs-online.com/web/p/batteries-au-plomb/8720096/


Banc de vision 2019


INTRODUCTION

Le projet « Banc de Vision » a été effectué en collaboration avec des étudiants GMP. Il a été nécessaire d’allier les compétences des uns et des autres afin de mener à bien ce projet.

Ce banc de vision à été étudié et conçu afin de répondre à différents besoins: il permet d’une part la numérisation d’une pièce de fonderie sous différents angles de vue et facilite d’autre part la détection des défauts de surface éventuels sur une pièce. La structure du banc est commune avec d’autres projets tels que le banc de vision à éclairage multi-spectral et permet donc d’augmenter les possibilités proposées à l’utilisateur.

 


SOMMAIRE

1. DIAGRAMMES
2. CAHIER DES CHARGES
3. LISTE DU MATÉRIEL
4. MOTEUR PAS À PAS
5. CLAVIER 16 TOUCHES
6. CAPTEUR DE FIN DE COURSE
7. PAN-TILT
8. CONCEPTION DES PIECES MECANIQUES
9. CONCLUSION
10. ANNEXES

1. DIAGRAMMES

1.1. DIAGRAMME PIEUVRE

Ce banc de vision s’adresse à quiconque souhaite avoir une première approche de la géométrie d’un pièce de fonderie, en la visionnnant sous différents angles afin de numériser par exemple cette pièce ou de détecter des défauts de surface.

1.2. FONCTIONS

FP1: capturer une pièce de fonderie

FC1: s’adapter aux dimensions des pièces de fonderie

FC2: respecter le budget

FC3: se fixer au châssis prédéfini avec le projet « éclairage multi-spectral »

FC4: assurer une prise de vue sous différents angles et à différentes hauteurs

FC5: Permettre le stockage et le transfert des photos


2. CAHIER DES CHARGES

 

Il est demandé aux élèves l’étude préalable et la conception d’un banc de vision permettant de numériser une pièce (de fonderie par exemple) sous différents angles.

Ce banc est constitué d’une glissière verticale sur laquelle une caméra peut se déplacer de haut en bas et s’incliner grâce à un support pan-tilt. Ce mécanisme doit s’intégrer au sein d’une structure aluminium multifonctions, commune à différents projets.

Le cahier des charges stipule que le banc peut accueillir des pièces de fonderie de 300 mm de longueur, 300 mm de largeur et 400 mm de hauteur. La caméra permettant la prise de clichés doit être située à 400 mm minimum de la pièce à analyser. La pièce peut être posée sur un plateau tournant (autre projet) afin de visualiser toutes ses faces. Si l’on souhaite une vue de la partie haute de la pièce, la caméra pourra être déplacée le long d’un axe afin d’augmenter son altitude de prise de vue. Un moteur pas à pas assure la translation verticale de la caméra.

La capture de la pièce pourra être effectuée soit manuellement, soit à l’aide de programmes préétablis à l’aide d’un clavier de commande.

Afin de ne pas forcer le mécanisme et endommager les différentes pièces, deux butées de fin de course assurent la pérennité de l’ensemble du système.

 

Le diagramme FAST ci-dessous permet de retrouver toutes les fonctions de services , les solutions constructives ainsi que les critères auxquels le banc de vision doit répondre.

 

 


3. LISTE DU MATÉRIEL

Notre première mission a été de sélectionner le matériel nécessaire à nos tests.

  • une carte Arduino Mega
  • un moteur pas à pas de 12V, 1.2A
  • un shielda vis pour faciliter les branchements
  • une alimentation de 230V en entrée et 12V + 5V en sortie est utilisée pour alimenter l’ensemble du banc de vision.
  • un servo-moteur pour le pan-tilt
  • un clavier 16 touches
  • 2 capteurs de fin de course

 


4. MOTEUR PAS À PAS

Qu’est-ce qu’un moteur pas à pas ?

Un moteur pas à pas est un moteur permettant de commander précisément le positionnement de son rotor quel que soit le nombre de tours qu’il a à exécuter. Chaque moteur a un nombre de pas définis par révolution, c’est-à-dire un nombre de secteurs bien déterminé. Dans notre cas chaque pas fait 1,8°,  soit 200 pas pour effectuer un tour de 360°.

Afin d’assurer l’entrainement permettant la translation verticale de la caméra, nous avons utilisé un moteur pas à pas de 12V, 1.2A, un microstep driver permettant l’alimentation en puissance ainsi que la gestion partielle de la rotation du moteur et un Arduino Mega en guise d’électronique de commande.

Voici le schéma simplifié de l’installation:

La carte Arduino transmet un signal carré au micro step driver (partie puissance) qui se charge en interne d’alimenter alternativement chaque bobine du moteur. Plus la durée entre deux impulsions consécutives est courte, plus la vitesse de rotation du moteur est importante.

La cadence de rotation est déterminée par le temps séparant deux impulsions. Plus le temps est court, plus le moteur est rapide, plus le temps est grand, plus le moteur sera lent.

PINs:

  • PUL+/-: vitesse de rotation du moteur en fonction de la cadence des impulsions de l’Arduino
  • DIR+/-: sens de rotation du moteur
  • ENA+/-: alimentation du moteur (désactiver l’alimentation quand le moteur n’est pas en rotation, sinon il surchauffe!)
  • A et B: bobines du moteur

 


5. CLAVIER 16 TOUCHES

Un clavier 16 touches est utilisé afin de permettre aux utilisateurs de contrôler facilement le banc. Il est possible de démarrer des programmes automatiques, mais aussi de commander le banc en mode manuel.

Description des touches:

  • Carré noir: entrer en mode automatique
  • Carré blanc: entrer en mode manuel
  • 0,1,2,3: programmes automatiques
  • 9: trigger photos
  • Flèches Haut/Bas: monter/descendre le banc en mode manuel
  • Flèches Gauche/ Droite: monter/descendre le pan-tilt par pas de 10°
  • Autres touches: non utilisées pour l’instant

 

 

Le clavier fonctionne de la manière suivante:

Il est constitué de lignes et de colonnes, le tout étant relié aux ports de l’Arduino. Les lignes sont connectées sur des sorties et les colonnes sur des entrées. Chaque ligne du clavier est alimentée tour à tour en 5V (balayage).

 

 

Lors d’un appui sur une des touches du clavier, un contact se crée entre une ligne et une colonne et la détection de la touche est effectuée par l’Arduino. L’Arduino n’a plus qu’à réaliser la correspondance entre la ligne alimentée et la colonne d’où vient le signal pour connaître le numéro de la touche enfoncée. Une librairie permet de réaliser ce traitement.

 


6. CAPTEUR DE FIN DE COURSE

Les capteurs de fin de course que nous avons utilisés sont des capteurs infrarouges (E18-DN80K). Ils sont équipés d’un émetteur et d’un récepteur. L’émetteur crée un faisceau lumineux de manière constante. Temps que le faisceau n’est pas réfléchi, cela signifie qu’aucun obstacle n’est présent devant le capteur. Si au contraire le faisceau est réfléchi vers la cellule réceptrice, c’est qu’un obstacle est dans la trajectoire du faisceau. Le capteur transmet alors un signal de 5V continu au port de l’Arduino.

Dans notre cas, nous avons placé deux de ces capteurs sur le banc, un en haut de la glissière et l’autre en bas.

Si le capteur haut détecte un obstacle, il envoie un signal à l’Arduino afin de stopper la montée du plateau. Même principe avec le capteur bas, lorsque le plateau descend.

 


7. PAN-TILT

Afin de permettre à la caméra se s’incliner, nous avons utilisé un support un pan-tilt.

Un servo-moteur de modélisme permet l’inclinaison de celui-ci. Les GMP ont réalisé un support de caméra sur mesure afin d’épouser les formes du servo-moteur.

 

Au niveau de la programmation, nous avons fait le choix de donner au servo-moteur une course maximale de 90° par pas de 10°. Il peut donc se déplacer de l’horizontale à la verticale et inversement.

 


 

 

8. CONCEPTION DES PIECES MECANIQUES

8.1   Choix de conception

 

Le cahier des charges demande d’assurer la prise de vue de clichés dans différents angles et surtout à différentes hauteurs. De ce fait un guidage en translation de la caméra est nécessaire. Plusieurs solutions pouvaient être utilisées :

Guidage en translation par galet                                        Guidage en translation par patin                                   Guidage en translation par profilés ronds

 

Peu importe la choix de conception l’entrainement du plateau s’effectue avec un système poulie cranté / courroie.

Après réflexions c’est le guidage en translation par profilés ronds qui va être utilisé pour des raisons de coût, de faisabilité et d’assemblage. Le chariot (partie qui translate sur les profilés ronds) sera lié sur un profilé rond par une liaison pivot et sur l’autre profilé par une liaison bi-ponctuelle.

 

8.2   Vue d’ensemble

 

Pour avoir un aperçu de l’ensemble, ci-dessous une vue du projet modélisé sur Créo :

 

Parmi tous ces composants certaines pièces ont été achetées soit :

  • Les profilés ronds
  • Les supports d’arbres
  • Les deux poulies
  • Le bâti

 

8.3   Usinage de la plaque support

 

Ci-dessous la plaque support où tout les éléments du banc de vision vont se fixer. L’objectif de cela est de pouvoir avoir une interface amovible qui peut se démonter par l’intermédiaire de 4 vis. Cette plaque à été réalisée sur la machine de découpe jet d’eau dans l’atelier GMP.

 

8.4   Fabrication additive 3D

8.4.1  Conception du chariot

 

Comme dit précédemment, le chariot va coulisser sur deux profilés ronds mais avec deux liaisons différentes :

  • Une liaison pivot glissant d’un côté assurée par une douille à billes
  • Une liaison bi-ponctuelle pour empêcher la rotation de la pivot glissant

Les deux liaisons permettent d’aboutir à une liaison glissière qui correspond bien au mouvement recherché.

 

Nous avons décidé de nous orienter vers la fabrication additive 3D pour faire cette pièce, ci-dessous la conception finale du chariot :

Face avant du chariot                                                                                 Face arrière du chariot

 

Sur la face avant il  y a un trou qui permet par l’intermédiaire d’un boulon de fixer le pantilt qui à été fait également en impression 3D.

 

8.4.2  Support moteur

 

Pour fixer le moteur (qui va entraîner une poulie crantée) à la plaque support, un support à du être réalisé.

Le support répond bien à sa fonction mais plusieurs axes d’améliorations seraient envisageables. En effet la pièce n’est pas rigide et fléchit, il serait nécessaire d’ajouter des renforts sur la pièce ou bien de la faire en métal (Découpe jet d’eau + Pliage).

 

8.4.3  Pan tilt

 

Pour permettre l’inclinaison de la caméra, nous avons utilisé un servomoteur mais aucune interface n’était fournie avec. De ce fait toujours en fabrication additive plastique nous avons réalisé cette interface qui permet d’obtenir des prises de vues dans différents angles.

 

L’ensemble est composé de deux pièces :

  • Une pièce en liaison avec le chariot
  • Une pièce en liaison avec la caméra

Bien que le plastique offre une légèreté incomparable par rapport au métal, des renforts ont été prévus pour éviter toute flexion.

 

Ci-dessous un court aperçu du résultat final, aboutissement du travail effectué par les GEII et les GMP :

 

 


9. CONCLUSION GEII

Nous avons trouvé ce projet très intéressant. Le fait de pouvoir travailler en équipe avec un groupe de GMP très investis dans leur travail était un réel plaisir et nous a permis de mener à bien ce projet.

Ce projet nous a permis de découvrir le fonctionnement d’un moteur pas à pas mais aussi celui d’un clavier et d’un capteur infrarouge. Nous avons aussi pu approfondir nos connaissances en programmation et voir le potentiel impressionnant des cartes Arduino, pourtant vendues à un prix raisonnable. Ces dernières permettent de réaliser des projets aboutis avec une grande liberté et de multiples fonctionnalités.

Nous sommes satisfaits du résultat final et espérons que ce projet pourra évoluer dès l’an prochain!

 


10. ANNEXES

DATASHEET:

LIEN CAPTEUR DE FIN DE COURSE

LIEN CLAVIER 16 TOUCHES

LIEN CODE ARDUINO

LIEN CODE PRÉSENTATION POWER POINT


Banc de Vision à éclairage multi-spectral

Sommaire :

  1. Introduction
  2. Etude du projet
  3. Partie GMP
    1. Les solutions adoptées
    2. La CAO
    3. La réalisation du projet
  4. Partie GEII
    1. L’éclairage
    2. La capture d’images
    3. La motorisation
    4. Les supports des LEDs et le boitier de commande
  5. Conclusion

Introduction :

Le projet de « Banc d’éclairage multi-spectral » fut un projet en collaboration entre le département Génie Mécanique et Productique et le département Génie Electrique et Informatique Industrielle. Il nous a été confié par Monsieur Christophe Cudel, professeur dans le département GEII et responsable des apprentis de ce département.

Ce projet a pour but de prendre des photos en noir et blanc, sous différents spectres sélectionnés, de plusieurs pièces défilant sur un plateau motorisé. Ces différentes vues nous permettrons ensuite de mettre en évidence les défauts de la pièce. Nous pourrons aussi, avec les images de certains spectres, reconstituer une image couleur à partir de ceux-ci.

Pour cela, un groupe de 5 personnes fut constitué, 3 élèves de GMP et 2 élèves de GEII.

Les étudiants de GMP se sont occupés de toute la partie mécanique et du bâti et les étudiants de GEII ont développé toute la partie éclairage, la capture de l’image et la commande du moteur.

Le bâti ci-dessus, situé dans le département GEII, sera notre modèle. Pour notre projet, un bâti similaire a été commandé avec les dimensions adéquats. Il a été décidé que le bâti sera commun avec le projet de « Banc de vision » d’un autre groupe.

Etude du projet :

Pour débuter le projet, nous fûmes, tous les 5, une étude de celui-ci. Nous avons donc commencé par une bête à cornes afin de répondre aux questions : pour qui ? Sur quoi ? Pour quoi ?

Une fois ces questions résolues, nous avons pu établir une analyse fonctionnel du projet.

Le principe découlant de cette analyse est simple. Depuis un boitier de commande, nous commandons l’exécution des tâches suivantes : la couleur de l’éclairage, le nombre de pièces à analyser et le départ du traitement.

Les commandes effectuées depuis la console sont envoyées à l’arduino qui contrôle toute la procédure. Ainsi, en fonction des couleurs et du nombre de pièces choisies,l’arduino va envoyer les informations aux différents actionneurs aux moments voulus.

 

Partie GMP :

Les solutions adoptées :

Pour ce projet, l’idée nous ayant semblé la plus simple à réaliser s’est rapidement avéré être la réalisation d’une plaque circulaire avec des emplacements pour les pièces à photographier, cette solution ne nécessitant qu’un unique moteur, la ou une table se déplaçant sur deux axes en aurait nécessité deux.

Par la même, ce projet devant s’adapter dans un bâti composé de profilés, il nous est rapidement venu à l’idée d’ajouter à ce bâti une barre verticale, au fond au centre de ce bâti, sur laquelle nous pourrions fixer notre caméra et notre éclairage, ce à la verticale du plateau tournant qui emmènerait les pièces sous la caméra.

 

La CAO :

(CAO initiale de notre projet)

(CAO suite à modifications : pignons et roue-dentée ont été inversés – la barre verticale a été décalée sur un des cotés afin de pouvoir modifier le support des LEDs ainsi que le support caméra)

[Transmission entre le moteur qui vient se fixer sous l’adaptateur rouge et le plateau tournant, guidé par l’axe vert fixe dans le bâti, par un système roue dentée (jaune) – pignon (bleu). Nous nécessitons un rapport important de par la faible puissance du moteur que nous avions à utiliser. Les engrenages sont ici inversés (erreur de notre part, corrigé dans la version finale)]

[L’entraxe de l’engrenage est géré à l’aide de trous oblongs dans la plaque maintenant le moteur (en bleu), le pignon étant fixé sur l’adaptateur qui est directement sur la sortie du moteur]

(Cette plaque vient supporter une caméra. Il y a de nombreux trous dans la zone à droite permettant d’accueillir divers modèles de caméra)

[Cette plaque sert à tenir les deux anneaux de LEDs (1 RGB, 1 IR/UV). Sous les anneaux de LEDs sera fixé un diffusant (plaque de plastique semi-transparente)].

 

[Ces deux plaques sont fixées au bâti par des équerres, permettant d’en régler la position en hauteur. On peut voir sur cette image le plus gros des modèles de caméra que nous avions à adapter sur le support, et le plus grand des anneaux de LEDs (en rouge). La caméra peut passer au travers du support de LEDs à l’aide du trou situé en son milieu]

[Le plateau tournant (jaune) peut accueillir deux plateaux différents, avec respectivement six et neuf cases, mis en position par les deux goujons gris]

La réalisation du projet :

Nous n’avons pas eu le temps de réaliser toutes les pièces de notre projet : seul ont été réalisés : le palier lisse venant sur l’axe du plateau tournant pour permettre la rotation de ce dernier, l’adaptateur sortie du moteur, et l’axe du plateau tournant.

 

La partie GEII :

L’éclairage :

Afin d’éclairer le banc de vision, 2 cercles de LEDs furent utilisés. Un premier, petit, composé de 24 LEDs et un second, plus grand, composé de 4 quart de cercle, pour un total de 60 LEDs.

Le premier cercle fut utilisé pour l’éclairage du banc dans les spectres visibles par l’œil humain. Le second cercle aurait dû être utilisé pour l’éclairage du banc dans les spectres invisibles par l’homme, l’infrarouge et l’ultraviolet. Malheureusement, les LEDs infrarouges et ultraviolettes étant relativement chère, le second cercle n’a pas pu être modifier. Il éclairera donc sous le même spectre que le premier.

Les cercles sont composés de LEDs adressables WS2812B. La spécificité de celles-ci est qu’elles sont transmetteuses. C’est à dire qu’une LED, connectée en série avec les autres, va recevoir une trame de n fois 24 bits. Cette trame constitue le paramétrage des LEDs. La première LED va être paramétrée par les premier 24 bit puis, va transmettre le reste de la trame à la LED suivante. Cette opération va se produire le nombre de fois, n, équivalent au nombre de LEDs que possède le cercle paramétré.

Afin de commander nos cercles, nous avons utilisé un arduino UNO, qui sera aussi utilisé pour la capture d’image et la commande du moteur, et la bibliothèque  de fonctions fourni par le constructeur.  Le programme de la gestion de l’éclairage peut être résumé par le diagramme suivant :

L’entièreté des programmes sont disponible en téléchargement ici.

La capture de l’image :

Pour la capture d’images nous avions comme obligation de pouvoir accepter une caméra standard ou une caméra intelligente, pour le projet un caméra cognex. Ces caméra ont la possibilité de prendre des photos grâce à un signal déclencheur, nous avons donc utilisé cela lors de ce projet.

Nous avons intégré le déclenchement de la capture dans le programme de la gestion des éclairages comme le diagramme ci-dessous peut vous le montrer.

Après l’allumage des LEDs dans la couleur souhaité nous envoyant une impulsion, par le biais d’un signal haut puis bas, sur l’entrée de déclenchement de la caméra.

Les caméra étant différentes, un soucis se posa. La caméra standard acceptant un signal de déclenchement de 5V n’a aucun soucis pour fonctionner en étant branchée sur l’arduino. En revanche, la caméra Cognex a un déclenchement plus élevé.

Nous avons donc utilisé un optocoupleur afin de le piloter. Pour cela l’optocoupleur a dû être modifié car le signal sortie était encore trop faible. En effet, l’optocoupleur possédait une résistance de 10kΩ  qui, couplé avec les 10kΩ déjà présent, était beaucoup trop élevé. Pour abaisser cette résistance, nous avons donc rajouté une résistance de 10kΩ  en parallèle à celle de l’optocoupleur.

Cela nous a permis de baisser suffisamment la résistance pour que le signal de déclenchement soit détecté par la caméra.

Le fonctionnement du moteur :

Pour le défilement des pièces nous avons utilisé un moteur pas à pas, contrôlé par l’arduino, via un shield moteur.Ce moteur est composé de deux bobines qui fonctionne de manière alterné afin de faire tourner l’axe. Cette gestion alternative est gérer par le shield moteur, il nous a permis de commander le sens du moteur, sa rotation ainsi que son alimentation.

Lors de l’exécution du programme, l’arduino envoie une demande de rotation au shield moteur via une impulsion en 5V. Celui-ci envoie ensuite la commande au moteur via un signal en 12V.

Cette impulsion faisant tourner le moteur que d’un seul pas, nous avons donc bouclé cette partie de code afin de l’exécuter le nombre de fois nécessaire. Notre programme possédant 2 modes de fonctionnement, le premier permet de traiter 6 pièces et le second 9 pièces, celui-ci devra donc boucler un nombre différent de fois.

Afin de calculer ce nombre nous savions que le moteur possédait 200 pas, nous avons donc divisé ce nombre par le nombre de pièce observées afin de connaitre le nombre de pas à effectuer entre chaque pièce. Lors ce ces calculs, nous avons remarqué un reste dans ces division. Ainsi pour supprimer le décalage qui sera créé, nous avons ajouté une rotation de 2 pas à la fin du programme.

Les supports des LEDs et le boitier de commande :

Les supports des cercles de LEDs n’ayant pas pu être usinés par le GMP par manque de temps, nous les avons donc fait à l’IUT LAB. Pour cela nous les avons dessinés sur le logiciel CorelDraw puis fait découper par une découpeuse/graveuse laser (CNC) sur une plaque de contreplaqué de 5mm. Nous avons aussi découpé les diffusants sur une plaque de plastique transparent de 3mm.

Une fois les pièces finalisées, nous avons vissé/collé les cercles de LEDs sur leur support et mis en  place leurs diffusants.

Nous en avons aussi profité pour créer notre boitier de commande. Pour cela nous avons réutilisé la CNC afin de découper notre boîte dans une planche de contreplaqué de 5mm. Sur la face avant nous avons ajouté des trous afin de pouvoir fixer les différentes commandes sur le boîtier. Nous y avons aussi fait graver la fonction de chaque commande afin que l’interface soit clair pour l’utilisateur et quelques éléments esthétiques pour finalement obtenir ce résultat :

Conclusion :

Lors de ce projet nous avons pu apprendre beaucoup de choses. Nous avons notamment pu découvrir ce qu’était un optocoupleur et comment cela fonctionnait, ou encore comment contrôler un moteur pas à pas grâce à un arduino. La plus grande découverte fut le fonctionnement des LEDs adressables ainsi que la manière de les programmer grâce à sa bibliothèque de fonctions.

Au final, ce projet a pu nous apporter beaucoup de chose, tant en apprentissage qu’en mise en oeuvre de connaissances. Nous avons aussi pu découvrir et utiliser des machines complexes à l’IUT LAB ainsi que leurs logiciel d’exploitation. Tout cela fut très instructif malgré certains points n’ayant pas pu êtres testé en conditions réelles, dû à certaines pièces manquantes.

Ce projet pourrait donc être amélioré de plusieurs façons :

Pour commencer, nous pourrions usiner les différents plateaux initialement pensés.

Ensuite, nous pourrions tester notre programme de commande du moteur et le corriger aux besoins.

Une fois ces éléments fait, nous pourrions installer notre système sur le bâti initial.

Ces étapes importantes faites, nous pourrions refaire le câblage des éléments du projet, afin que notre boîtier de commande ne s’ouvre plus sous la pression des câbles à l’intérieurs.

Nous pourrions aussi le modifier en y ajoutant un bornier. Cela nous facilitera le câblage, le branchement/débranchement et le changement de caméra. Cela isolerait aussi le câblage à l’intérieur du boitier, ce qui nous garantira l’intégrité du câblage de la boite.

 

Nous espérons que ce projet pourra être continué l’année prochaine et que les améliorations citées ci-dessus pourront être mise en oeuvre.


Bobineuse d’imprimante 3D


I.           Introduction

II.         Cahier des charges

     1)      « Bête à corne » : énoncé du besoin

     2)      Diagramme « pieuvre » : analyse des besoins

     3)      Contraintes

III.         Conception

     1)      Solution retenue : schéma cinématique

     2)      Calcul du rapport d’engrenages

     3)      Modélisation

     4)      Définition du nombre de tour de la bobine

IV.         Réalisation

V. Conclusion

 

I.                   Introduction

Le projet tuteuré de notre DUT a pour objectif de réaliser un système permettant de rembobiner le fil d’imprimante 3D d’une bobine achetée sur une bobine type de l’imprimante afin de faciliter la le transfert.

Nous sommes deux étudiants de GMP à réaliser ce projet :

VUILLEMIN Joffrey
CONSALVO Matteo

II.                Cahier des charges

 

1)     « Bête à corne » : énoncé du besoin

 

 

2)     Diagramme « pieuvre » : analyse des besoins

 

FP1 : Permettre à l’utilisateur de rembobiner un fil facilement et sans effort.

FP2 : Transmettre le fil d’une bobine achetée sur la bobine type de l’imprimante.

FC1 : S’adapter à la diversité de bobine achetée.

FC2 : Permettre à l’utilisateur une mise en place rapide du système.

FC3 : S’adapter à l’énergie du secteur.

FC4 : S’adapter à l’environnement : être maniable.

3)     Contraintes

Pour réaliser le système, nous sommes libres de sa conception mais avec quelques contraintes :

  • Enrouler une bobine de 1 kg de fil d’ABS de Ø 1,75mm
  • Temps pour l’enroulage : +/- 1h
  • Vitesse max de la bobine : 150tr/min
  • Variété de bobine achetée
  • Enrouler le fil de façon à faire des spires propres
  • Un seul moteur pour la rotation de la bobine et le guidage du fil
  • Budget de 500 €

III.              Conception

1)     Solution retenue : schéma cinématique

Nous avons décidé de réaliser ce système avec une liaison crémaillère et demi-pignon afin que ceux-ci, qui tournent dans le sens opposé, font faire des aller-retours à la crémaillère de la distance de la largeur de la bobine pour enrouler le fil de manière propre. Nous avons alors réalisé une suite d’engranges comme sur le schéma cinématique suivant :

2)     Calcul du rapport d’engrenages

Largeur de la bobine = 56mm

Diamètre du fil = 1,75mm

S=R*θ

Or on veut un angle d’entrainement pour chaque demi pignon de π rad.

On peut donc déterminer le rayon primitif : 56/π =17,825mm

La condition pour que la bobine enroule le fil de façon correcte : 1 tour bobine doit correspondre à une avance de 1,75mm

Il faut donc que le pignon tourne d’un angle de 1,75/17,825=0,09818 rad quand la bobine fait un tour.

On détermine donc le rapport de réduction qui est de 0,09818/2π= 0,01563

R=0,01563

R=(Z1*Z3) / (Z2*Z4) = 0,01563

En prenant Z1=Z3=17

Et Z2=Z4=136

On obtient un R=0,015625

3)     Modélisation

Pour commencer la conception, on a d’abord réalisé un squelette pour définir l’emplacement de chaque engrenage et chaque axe. On a donc pu ensuite réaliser le bâti.

Pour le concevoir, on a pris en compte les entraxes entre les différents engrenages pour ainsi créer les différents supports. Ensuite on a réalisé chaque axe en faisant son assemblage pour créer ainsi des chaines de côtes et avoir une cotation fonctionnelle des arbres. On a ensuite réalisé les plans de fabrications des différentes pièces à fabriquer.

Pour avoir un réglage possible des entraxes des pignons, on a décidé d’attacher les axes au bâti avec des vis et avec un trou de passage permettant du jeu.

Afin de pouvoir régler la position d’un des deux demi-pignon, on a ajouté une plaque réglable axialement permettant de contrôler la position du demi-pignon qui lui sera fixé dessus.

Pour régler la position de la crémaillère on a mis des trous oblongs sur celle-ci pour son réglage par rapport à un axe et sur le bâti pour son réglage par rapport à la crémaillère :

 

Pour la réalisation des plans, on a fait les chaînes de côtes afin de coté l’arbre fonctionnellement. En voici quelques exemples :

        

 

 

 

4)     Définition du nombre de tour de la bobine

Pour que le moteur s’arrête de tourner, on a prévu un capteur qui va compteur le nombre de tour et qui va s’arrêter à un certain nombre. Celui-ci va être défini de la manière suivante :

Il faut qu’on rembobine 1kg de fil ce qui correspond à 410 m de fil. La largeur de la bobine étant de 56 mm et le fil de diamètre 1.75 mm. On peut donc faire 32 tours par rangée de fil sur la largeur de la bobine. Le diamètre de la bobine vide est de 148mm. On a donc une suite arithmétique pour calculer le nombre de tour pour arriver à 410m : Un = (32*π*148) + 0.351n

On trouve r= 0.351 car à chaque tour on ajoute 1.75*2 au diamètre d’enroulement :

U1=32*π*(148+2*1.75) = 15,230 m

U0=32*π*148 = 14,879 m

Donc r = 15,230-14,879 = 0.351 m

On a donc la relation suivante : Un = 14.879 + 0.351n

Avec la formule de la somme des suites arithmétiques, on trouve que U0+U1+……+U21 = 408.42m

Il faut donc que la bobine fasse 21*32 = 672 tours pour qu’elle ait rembobiné 1 kg de fil.

IV.             Réalisation

Pour la réalisation des pièces, nous avons décidé d’usiner à la machine traditionnelle les axes et les supports. De plus, nous avons réalisé le bâti en aluminium en découpe jet d’eau. Nous voulions créer notre série d’engrenages avec cette machine découpe jet d’eau mais elle est tombée en panne. Nous avons donc changé de méthode et alors utilisé l’impression 3D en plastique pour les réaliser.

V.                Conclusion

 

Ce projet nous a permis de voir comment fonctionne le déroulement d’un projet, de la phase d’avant-projet, d’étude, de commande et enfin de réalisation. Manquant beaucoup de temps en atelier, nous n’avons pas pu finir la réalisation.


Course en cours 2019

LE PROJET COURSE EN COURS

Objet : Concevoir et réaliser un modèle réduit de voiture à moteur électrique dans le but de participer à la finale de course en cours se déroulant à Paris le 05 Juin 2019

 

Tout d’abord, nous devions respecter un certain nombre de contraintes comme les dimensions du véhicule, le poids, le moteur imposé…

Nous étions un groupe de 3 étudiants constitué de 2 GMP et un GEII :  – Delimata Thomas – Nambot Maxime  –  Meyer Robin

Notre équipe, composée de 3 passionnés d’automobile, plus ou moins ancienne sellons les affinités de chacun, s’est orienté vers la conception d’une voiture au style néo-rétro, inspiré d’un modèle mythique des années 70 et 80, championne d’Europe de rallycross en 1977. Fabriqué par une marque qui vient de renaître de ses cendre dernièrement,nous parlons évidement de l’Alpine A310.

Pour faire plaisir à Maxime, on peut également retrouver des air de Bx dans le design de la caisse, mais chuttt….

De la conception à la réalisation de la voiture puis la course

La conception du châssis

Nous sommes partis dans l’idée de réaliser un châssis en impression 3D

 

 

Nous avons prévus des supports pour la batterie ainsi que notre moteur

Ci dessous, un éclaté de la voiture complète:

projetsgeii.iutmulhouse.uha.fr/…/eclate.pdf

La conception des autres éléments

Sur ce châssis, nous avons du prévoir des fixations pour un support d’axe avant.

Ce support d’axe a été réalisé en fraisage sur commande numérique à partir d’un brut en aluminium.

Robin s’est occupé de réaliser la FAO de cette pièce, et Maxime s’est occupé des réglages sur machine.

 

Afin de réaliser la liaison entre le support d’axe et les roues, nous avons usine des axes en acier à partir de diamètres existants. Robin s’est occupé de l’usinage des gorges pour les anneaux élastiques sur tour traditionnel ainsi que des logements pour l’alésage des roues. Maxime, de son côté à commander des roulements pour afin d’assurer la liaison entre l’axe et le support d’axe.

 

 

 

 

Ensuite nous avons fabriqué les roues en impression 3D avec un surmoulage en silicone, réalisé à l’IUT Lab.

Sur ces roues nous avons dû ajouter des créneaux et modifier la section pour la bonne cohésion de la matière lors de l’impression et la bonne adhérence du silicone lors du moulage, suivi d’un passage sous cloche à vide afin de retirer les bulles d’air prises au piège dans le silicone.

 

Une fois tous les éléments conçus, fabriqués, et finalisés, nous avons pu assembler la voiture et la faire rouler.

Puis la caisse a été conçue à l’aide du logiciel Créo.

 

Une fois le design validé, nous avons imprimé la caisse en 3D, en 2 parties assemblées par la suite. L’impression ne voulant pas fonctionner sur les imprimantes de l’IUT, la caisse ci-dessous a été imprimée sur l’imprimante personnelle de Maxime, une Creality CR10-S.

Ensuite viennent les finitions réalisées par Maxime : ponçage, masticage, 2ème ponçage au papier de verre de carrossier, mise en après, peinture, finitions, poses des autocollants et vernis.
Pour obtenir le résultat final suivant : Le but étant de rester fidèles aux codes esthétiques d’une voiture de rallye des années 80’s.

 

Projet innovation GEII

 D

La course à Paris

 

 Une nouvelle Apline A110 à l’entrée de l’événement Notre stand Les pistes

La concurrence est rude!

 

 


Baby Foot connecté 2019

Equipe de projet

  • BASLE Valentin (2ème année DUT GEII)
  • CHEMCHI Mochine (2ème année DUT GMP)
  • TOZLU Deniz (2ème année DUT GMP)

 

Introduction

Dans le cadre de nos études en Génie Électrique et Informatique Industrielle (GEII), nous sommes ammenés cette année à réaliser un projet en collaboration avec le département Génie Mécanique et Productique (GMP). L’objectif du projet est de rénover un baby foot pour en créer un baby foot connecté et confortable à jouer. A travers ce document, nous allons présenter les différentes études menées, les problématiques rencontrées et les solutions proposées pour répondre à la problématique du projet.

Qu’est-ce que le baby foot ?

Pour faire simple, le baby foot c’est une table avec des rebords, 8 barres, des poignées sur chacune de celles-ci, des joueurs et une balle. Il y a une cage de chaque côté du terrain de jeu. Chaque joueur/équipe utilise ses poignées pour faire bouger leurs joueurs afin qu’ils tapent la balle dans la cage adverse. On attaque toujours vers la droite et l’on défend à sa gauche. Il existe différentes sortes de « tables de jeu », que nous appellerons plus communément « baby-foot », qui ont chacune leur caractéristiques propres, c’est pour cela que l’écartement entre les joueurs, leur taille/proportion, le type de barre… diffère selon le modèle de baby-foot utilisé. Le baby foot est joué dans pratiquement le monde entier.
Le jeu est très rapide, amusant et convient à absolument tout le monde, personne n’est exclu. Vous pouvez jouer des années sans jamais être lassé.

Présentation du projet

Nous avons choisi de rénover un baby foot inemployé car son état était défectueux, pour en créer un baby foot connecté performant et confortable à jouer. Notre démarche favorise la convivialité au seins de notre amical à l’IUT de Mulhouse. Aujourd’hui, l’innovation est au cœurs du monde, c’est aussi pourquoi nous sommes particulièrement motivé sur le fait d’innover un objet « banal » et de le transformer en un objet technologique, cela représente en vrai défi technique. Notre baby foot connecté sera principalement équipé d’un Raspberry PI 3, d’un écran, de capteurs et de leds. Il pourra compter les buts inscrits afin de les afficher sur un écran ainsi qu’allumer les leds de la couleur adéquate lors d’un but selon l’équipe l’ayant marqué, et tout cela de façon autonome !

 

PARTIE GEII

 

Etat des lieux

Nous avons retrouvé le baby-foot dans un état critique.

Les extrémités du baby foot comportant les buts se sont effondrées en conséquence les câbles et fils ont été endommagés

 

Partie Câblage:

– Câbles dessoudés, scotchés entre eux

– Cuivre de leds qui s’enlève

– Gaines abimées

  

Partie programmation :

-Carte micro SD endommagée, données perdus

 

Cahier des charges

Diagramme pieuvre :

 

Cahier des charges fonctionnel :

Budget

Prix : 185,92 €

Economie :  421,20 €

 

Câblage

Schéma électrique Baby-Foot Connecté

Programmation

Pour effectuer le programme j’ai utilisé le logiciel Node-Red

 

Il s’agit d’une application reposant sur Node.js, programmation graphique par assemblage de blocs fonctionnels qui permet de développer des objets connectés (et beaucoup d’autres choses). Node-Red est un projet Open Source (et gratuit) soutenu par IBM. On programme avec Node-RED en liant des fonctions présentées sous la forme de briques, cela réduit fortement le codage. Le flux de données passe d’un traitement à l’autre (d’une fonction à l’autre). Certaines fonctions proposent des paramètres qu’il suffit de définir à l’aide d’une liste de choix ou d’un champ à remplir (par exemple un clé d’API pour un service météo). Il existe plusieurs centaines de bibliothèques dans tous les domaines : enregistrer les données sur une base de données (MySQL, MongoDB…), piloter les E/S d’un Arduino ou d’un Raspberry, ajouter une interface graphique (UI) pour tracer des graphiques, afficher des jauges, commander un relai à l’aide d’un bouton…

 

Palettes téléchargées pour réaliser le programme : 

 

 

               

 

Le programme est composé de 3 Menus

 

Pour lancer Node Red depuis le navigateur -> http://ADRESSE_IP_DE_VOTRE_PI:1880/

Les fonctions/blocs fonctionnels utilisés pour réaliser le programme :

 

Template : permet d’insérer du texte et des images. La programmation s’effectue en langage HTML.

Rpio gpio :Input gpio

Rpi gpio : Output gpio

Button : Permet l’ajout d’un bouton

Counter : Permet l’ajout d’un compteur

Trigger : Ce nœud peut être utilisé pour créer un délai d’attente au sein d’un flux. Par défaut, lorsqu’il reçoit un message, il envoie un message avec une charge utile de 1. Il attend ensuite 250 ms avant d’envoyer un deuxième message avec une charge utile de 0. Cela pourrait être utilisé, par exemple, pour faire clignoter une LED attachée à un poste.

Rising edge : Un noeud qui transfère son message entrant uniquement si la valeur numérique de la charge utile du message dépasse un seuil spécifié

Change: Définir, modifier, supprimer ou déplacer les propriétés d’un message, d’un contexte de flux ou d’un contexte global. Le nœud peut spécifier plusieurs règles qui seront appliquées dans l’ordre dans lequel elles ont été définies.

Text input : Ajoute un champ de saisie de texte à l’interface utilisateur. Le mode peut être un texte normal, un courriel ou un sélecteur de couleur.

Menu Princpal :

 

 

Menu Règles du jeu  :

 

 

Menu Score/Match  :

 

 

Le programme permet :

  • La détection de buts hors gamelles
  • L’affichage du score des deux équipes (score max 10)
  • Le clignotement des leds lors d’un but (bleu ou rouge en fonction de l’équipe qui à marqué)
  • Bouton remise à zéro permet de réinitialiser les score des deux équipes à 0
  • Boutons gamelles qui permet d’ajouter +1 à l’équipe qui marqué en réalisant une gamelle

 

Etude du capteur pour la détection de gamelles 

Pour la détection de gamelles nous sommes parties sur un capteur de vibration

SW-420 :

 

Principe de fonctionnement :

Le capteur serait installé sur une plaque métallique légèrement surélevée en bas (plaque métallique fixé dans la cage) ce qui permet de faire trembler la plaque et donc le capteur, qui pourra ensuite détecter un mouvement

Test de la détection de mouvement/ vibration sur python :

 

branchement du catpeur sur le rasberry pi

 

Programme sur python

 

Résultat :

Bilan :

Le projet n’a pas pu être terminé suite à l’état dans lequel était le baby foot et les données perdues de la micro SD du Rasberry PI

La remise en état physique + peinture (partie GMP ) du baby foot à mis plus de temps que prévu.

Pendant cette période le baby-foot n’était pas exploitable pour remettre en place le câblage et tester le programme.

Les plaques pour fixer les capteurs de vibrations n’ont pas été réalisées.

 

Solution pour remédier à ces problèmes :

 

Avoir les heures en commun avec les différents départements (GMP GEII)

-Définir un chef de projet

-Une meilleur communication et une meilleur écoute entre les départements

-Organiser des réunions hebdomadaires pour parler de l’avancement


Tracker Solaire

Sommaire

  1. Introduction
  2. Définition du besoin
  3. Analyse solaire
  4. Analyse mécanique
  5. Analyse électrique
  6. Réalisation
  7. Conclusion

 

Introduction

Dans le cadre d’un projet de deuxième année de DUT partagé entre le département GEII et le département GMP, nous travaillons sur un système de tracker solaire. L’objectif du projet est de créer un système asservi capable de suivre la trajectoire du soleil afin de maximiser le rendement de la production d’un panneau solaire. A travers ce document, nous allons présenter les différentes études menées, les problématiques rencontrées et les solutions proposées pour répondre à la problématique du projet.

Notre groupe est ainsi composé de 6 étudiants :

  • Kelian Khassani – GMP
  • Arnaud Zehringer – GMP
  • Timothé Roussel – GMP
  • Boubacar Diallo – GEII
  • Sofian Beldi – GEII
  • Hugo Houillon – GEII

Définition du besoin

La première étape de la réalisation de ce projet est la réalisation du cahier des charges et la définition du besoin ainsi que des différentes contraintes que nous serons amenés à rencontrer.

La but premier de ce projet est d’établir un système permettant pour l’instant à un panneau solaire de suivre la trajectoire du soleil afin de maximiser sa production.

 

Analyse solaire

La trajectoire du soleil se définie selon deux paramètres exprimés en degré :

 

  • L’azimut : Représente la position du soleil selon les 4 points cardinaux

 

  • La hauteur : Représente l’inclinaison du soleil par rapport à l’origine du plan horizontal

 

Les panneaux solaires devront donc être orientés de façon à être perpendiculaire aux rayons du soleil.

 

Afin de déterminer exactement les intervalles de position des panneaux selon ces deux paramètres, nous avons utilisé le site internet SunEarthTool. Ce site permet de calculer automatiquement la position du soleil dans l’année selon des coordonnées GPS.

Nous avons donc renseigné à ce site internet la position à laquelle nous souhaitons installer les panneaux solaires :

Une fois le site choisi, le site nous donne la position du soleil selon les mois de l’année :

 

Nous avons donc pu déterminer que le panneau solaire devra avoir une course de 50 à 310 ° en azimuth et de 20 à 90 ° en hauteur.

Afin d’estimer la production du panneau solaire tracké sur deux axes, nous avons utilisé un second site qui calcule automatiquement la production d’un panneau solaire selon les mois de l’année.

Nous avons renseigné les caractéristiques du panneau dont on dispose :

  • Puissance maximale : 145 W
  • Courant de court-circuit : 4,7 A
  • Tension maximum : 34 V
  • Courant maximum : 4,26 A

Nous avons regardé combien produirai potentiellement un panneau fixe incliné à 35° et combien produirai potentiellement un panneau tracké sur deux axes. Nous avons ensuite comparé les deux tableaux pour voir s’il est rentable d’effectuer un panneau solaire tracké sur deux axes.

 

En moyenne, nous remarquons qu’un système de panneau solaire tracké sur deux axes pourrait produire 30% de plus qu’un panneau fixe et incliné à 30°.

Il faut également faire attention au fait que le tracker ne doive pas consommer plus que le surplus produit par un système tracké pendant le mois le plus défavorable. Il faut donc que le tracker ne consomme pas plus de 1,2 kWh mensuel.

Analyse mécanique

Afin de permettre au panneau solaire de se déplacer sur 2 axes les GMP ont imaginé un système équipé d’un motoréducteur pour suivre l’azimut du soleil et d’un vérin électrique pour suivre la hauteur du soleil.

 

Analyse électrique

Toute l’énergie produite par le panneau solaire est acheminée au travers d’un régulateur de charge qui va s’occuper de charger les batteries correctement.

Pour ce projet, nous avons fait le choix de travailler en 24V. C’est pourquoi, nous avons acheté 2 batteries de 12V 12Ah branchées en série. Le motoréducteur et lé vérin électrique fonctionneront donc en 24V.

D’après l’analyse mécanique et électrique, nous devions trouver un vérin électrique avec les caractéristiques suivantes :

  • Course du vérin : 300mm
  • Force : 900N
  • Tension de fonctionnement : 24V

Nous avons donc acheté le vérin électrique MPP-EC 90kg 300mm 900N 24V.

 

Nous avons également acheté un motoréducteur qui fonctionne en 24V capable de faire tourner l’axe du système du tracker solaire.

 

Afin de capter la position du soleil, nous avons nous avons conçu un système composé de 3 photorésistances qui délivrent une tension analogique en fonction de l’intensité lumineuse. Ces trois photos résistances sont séparées chacune par une paroi opaque. Ce capteur est perpendiculaire aux rayons du soleil lorsque les trois photorésistances mesurent la même valeur d’intensité lumineuse.

 

Nous avons réalisé ce capteur et voici à quoi il ressemble :

 

Une fois que nous savons capter la position du soleil, nous avons donc réfléchi à comment piloter le motoréducteur et le vérin électrique pour orienter le panneau perpendiculairement aux rayons du soleil.

Pour se faire, nous avons décidé de travailler avec des modules Arduino. Premièrement, un Arduino UNO est utilisé pour interpréter les mesures des trois photorésistances. En fonction des valeurs lues, l’arduino va estimer s’il est nécessaire de modifier l’angle du panneau en azimut ou en hauteur. Il va envoyer les informations de commande à un Arduino Motoshield qui lui va piloter le motoréducteur et le vérin électrique.

Le MotorShield pilote les actionneurs en PWM. Il utilise en entrée le courant des batteries pour piloter les actionneurs.

Voici le schéma global de notre installation électrique :

 

 

Voici l’algorithme simplifié de l’Arduino qui va permettre d’orienter le panneau dans la bonne direction :

 

 

Nous avons mis en place un coffret électrique qui contient les batteries, le régulateur de charge et les modules Arduino :

 

Réalisation

Afin d’installer toute la structure du tracker et du panneau solaire, nous avons coulé une petite dalle en béton (1.20m * 0.8m) :

 

Conclusion

Nous n’avons pas pu continuer ce projet, malheureusement il nous manquait des pièces mécaniques, ce qui nous a empêché d’installer toute la structure. Nous laissons à disposition du futur groupe d’étudiant un dossier de conception du système de tracker solaire.

Ce projet nous aura permis d’apprendre à travailler en groupe et également a appréhender un projet : les contraintes qui s’y appliquent, la réalisation d’un cahier des charges, le travail de groupe, les dates limites, etc..

Ne pouvant plus nous rendre à l’université, il nous est impossible de joindre les codes arduino utilisés. Afin d’aider les futurs étudiants à la programmation de l’arduino, il va falloir utiliser une librairie arduino motorshield capable de piloter les actionneurs en PWM. Il faut également savoir lire et interpréter les valeurs analogiques fournies par les photorésistances.

Nous remercions l’ensemble des enseignants ainsi que le personnel de l’UHA qui nous auront permis de réaliser et d’avancer au mieux dans notre projet.

Dossier de conception Tracker Solaire


Microbrasserie

Groupe du projet

       Didierjean Romain

       Kettela Antoine

       Kontzler Louis


Sommaire

  1. Présentation du projet

  2. Analyse fonctionnelle

  3. Réalisation du projet

  4. Production de la bière

  5. Conclusion

  6. Annexes


Présentation projet

La bière est une boisson alcoolisée millénaire obtenu par fermentation d’un moût végétal. Il s’en boit des millions de litres chaque années et chaque pays revendique un savoir-faire unique. Nous allons donc nous plonger dans cette boisson et produisant notre propre bière.

Pour produire une bière, il faut 4 ingrédients :

  • De l’eau
  • Du malt
  • Du houblon
  • De la levure

Il y a ensuite plusieurs étapes de la production à respecter pour réussir sa bière :

  • Le concassage
  • Le brassage
  • La fermentation
  • La garde au froid
  • L’embouteillage et la refermentation

Le choix des ingrédients, des quantités utilisées et le temps de fermentation détermineront le goût, le degré d’alcool et la couleur de la bière. Il faut aussi veuillez à respecter au mieux les étapes pour ne pas rater la boisson.

Nous allons donc faire une analyse fonctionnelle du projet, puis nous allons réaliser la partie technique du projet en câblant l’armoire électrique chargé d’alimenter le malaxeur, le malaxeur qui brassera la bière, il faudra aussi créer un GRAFCET et un programme afin d’automatiser le brassage. Ensuite, nous détaillerons la production de notre bière. Et pour finir, nous conclurons sur ce que nous à apporter le projet et des possibles évolutions qu’on pourrait lui apporter.


Analyse fonctionnelle

Un projet de bière avait déjà été fait par initiaux en 2018. Nous avons donc pour objectif de partir de leur projet et de l’améliorer en automatisant le brassage afin de simplifier et fiabiliser cette étape. Le cahier des charges est de faire une bière légèrement ambrée tout en respectant des paliers de températures/ Il faut donc automatiser le brassage avec un automate Siemens S7-1200 pour réguler la température.

La diagramme bête à cornes du projet est le suivant :

Les paliers de températures à respecter :


Réalisation du projet

     1. Câblage de l’armoire

L’armoire était déjà câblée. Il fallait donc optimiser les branchements, sertir des fils, et rendre l’armoire fonctionnelle pour le projet. Pour cela, nous avons utiliser des relais de commandes, des relais de puissance, l’automate, un variateur et il a fallu relier les fils au malaxeur.

Les contacteurs utilisés ont les fonctions suivantes :

  • KVAR  =     Mise sous tension
    variateur
  • KA0     =    Relais de maintien du
    disjoncteur de la
    partie puissance
  • KA2     =    Fin de course bas
  • KA1     =    Fin de course haut
  • KAdef  =    Défauts
  • KADE   =    Descendre la pâle
  • KDET   =  Chauffage
  • KAMO =  Monter la pâle

     2. Câblage du malaxeur

Les étapes que nous avons suivi pour faire la partie câble ont été :

  1. Enlever tous les câbles de l’Ecolsab Habils
  2. Câbler selon les anciens schémas
  3. Noter les modifications effectuées
  4. Ajouter une sonde PT100
  5. Modifier les schémas sur QElectroTech (Annexe 1)

     3. Programmation de l’automate

L’automate utilisé est un siemens S7-1200, il nous a été prêté pour le projet et par la suite il faudra en acheter un. Nous avons aussi utiliser un écran pour  d’IHM.  Un switch a fait le lien entre l’IHM  et l’automate.

Il a ensuite fallu élaborer les GRAFCET (Annexes 2 et 3) et développer le ladder sut TIAGrafcet_Choix_du_Mode Portal.

     4. Création de l’IHM

L’IHM a deux vues : vue principale(à gauche) et vue Recette (à droite).

La vue Principale sert à choisir le mode de fonctionnement, acquitter une étape, mettre en marche/ arrêter et de voir si la résistance électrique chauffe. Elle permet d’avoir des informations en temps réel, pour le moment seulement la température relevé par la sonde PT100. Changer le temps et la température des paliers est possible dans la vue Recette.


Production de la bière

     1. Concassage

Concasser les grains permet de mieux faire infuser le malt dans l’eau durant le brassage. La photo nous montre la différence entre le grain concassé (à gauche) et le grain entier (à droite).

Pour notre bière ambrée, nous avons utilisé :

  • 2250g de malt Munich
  • 2250g de malt Vienna

     2. Brassage

Durant cette étape, il faut chauffer et brasser en respectant les paliers du cahiers des charges (voir Analyse fonctionnelle) que nous avons défini dans notre programme. Cette étape va caractériser notre bière.

     3. Rinçage

Le rinçage des drêches permet de séparer les grains du moût à l’aide d’un filtre. Sur l’image, nous observons bien l’utilité du filtrage. Tous les grains son rester dans la cuve, tandis que le moût est passé à travers.

     4. Ébullition

C’est le dernier palier de chauffe, il permet de stériliser la bière. C’est aussi à ce moment que l’on ajoute le houblon. Il y a deux types d’houblon:

  • L’amérisant : nous avons utiliser 33g de Styrian Goldinds pour notre première bière que nous avons du  laisser 60 minutes.
  • L’aromatique : nous n’en avons pas utiliser pour la première bière. Pour la deuxième nous l’avons mis 10 minutes avant la fin.

     5. Refroidissement

La cassure de la température permet de produire des protéines dans la bière. La bière doit impérativement ne pas être chaude pour ne pas tuer les levures incorporées par la suite.

Le refroidissement idéal est rapide et doit se faire avec un serpentin ou refroidisseur à plaque. Nous avons refroidis la première bière en mettant la cuve dans l’eau, ce qui n’est pas un refroidissement optimal.

     6. Fermentation

C’est à cette étape que l’on ajoute la levure pour la première fermentation.La fermentation dure 3 semaines dans une cuve avec un barboteur, à température ambiante (25°).

     7. Mise en bouteille

Avant de mettre en bouteille, on ajoute le sucre dans la bière. C’est la deuxième fermentation. Il faut faire attention a ne pas mettre trop de liquide dans les bouteilles car il y a un risque d’explosion s’il y  a trop de pression. Il faut ensuite mettre les capsules manuellement.

     8. Création d’une étiquette

Nous avons décider de créer une étiquette à mettre sur les bouteilles que nous avons produites. Romain s’est chargé de la créer, elle est libre de droit pour de futures bières.


Conclusion

Ce projet nous a permis de mettre en pratique les notions de supervision et d’automatismes que nous avions reçu. Il nous a aussi permis de nous familiarisé avec des schémas électriques et prendre en main un logiciel pour les modifier. il nous a aussi appris a mieux gérer notre temps car il fallait avoir fini assez tôt pour pouvoir produire la bière en comptant les fermentations.

Donc, c’était un projet très intéressant. Nous avons découvert l’univers de la bière avec pédagogie et il y a eu du concret grâce à la production de notre propre bière, il reste cependant quelques améliorations à faire.

Les futures améliorations du projet auxquelles nous avons pensé sont :

  • Pouvoir lire la température de la plaque dans l’automate sur l’IHM
  • Améliorer l’étape de refroidissement (en ajoutant un serpentin ou un refroidisseur à plaques)
  • Utiliser un PWM ou PID pour la régulation de la température

Annexes

Annexe 1 :  Schémas électrique de l’Ecolsab Habilis

Annexe 2 : Grafcet Choix du Mode

Annexe 3 :  Grafcet du mode Auto