CRAN - Campus Sciences
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Plateau technique Prothermoverre
Département : Contrôle – Identification – Diagnostic.
Responsable scientifique : Mohamed BOUTAYEB.
Responsable technique : Rémi PANNEQUIN.

Objectifs scientifiques :

Le thermoformage du verre consiste à faire épouser la forme d'un moule par une feuille verre lors d'une cuisson. La déformation de la feuille est due à son propre poids et à l'écoulement visqueux (la viscosité du verre varie très rapidement avec la température). Le cycle thermique doit donc respecter certaines contraintes : début de montée en température lent (risque de rupture), passage rapide de la transition vitreuse, et palier de température (vers 650°C) assez long pour que la pièce épouse la forme du moule mais pas trop pour éviter l'écoulement. Ainsi, les nombreux défauts constatés sont dus à une très mauvaise régulation de la température, des écarts de 150°C entre la température de consigne et la température de la pièce en verre pouvant être constatées pour un cycle classique.
Nous avons donc cherché à concevoir un prototype de système de commande permettant d'améliorer et de garantir les performances de la conduite de fours de thermoformage quelque soient les dimensions du four et l'emplacement du capteur tout en améliorant l'interface homme-machine et en respectant une contrainte de coût.
L'approche retenue a donc consisté à développer un contrôleur adaptatif permettant d'ajuster automatiquement en temps-réel les paramètres du système de commande lorsque les caractéristiques physiques du procédé varient lentement dans le temps ou lorsque les caractéristiques des pièces à produire changent (figure 19). Ce système est de plus doté d'un ensemble de dispositifs numériques de sécurité (filet de sécurité) lui conférant une grande robustesse en cas de dysfonctionnements des algorithmes adaptatifs.
Sur le plan fondamental, dans le cadre de sa thèse, Mr. Ghattassi s'est intéressé à la modélisation, à l'observation et à la commande d'une classe d'équations aux dérivées partielles décrivant les transferts thermiques par radiation et conduction au sein des fours verriers. Plusieurs contributions ont été apportées, en particulier, la stabilité des schémas de discrétisation, le développement d'observateurs et de lois de commande d'ordre réduit ainsi qu'un code de simulation.

Description :

Ce contrôleur adaptatif a été mis en œuvre dans un système informatique embarqué pouvant être connecté à divers fours (figure 20). Ce prototype, en plus d'effectuer la fonction de régulation de la température, offre des fonctions absentes de l'offre traditionnelle telles que la gestion et le partage des courbes de température, le suivi de l'exécution d'une séquence, avec enregistrements des paramètres de température et de régulation, et la consultation et la gestion de ces enregistrements. Le matériel choisi est centré sur une carte de type « System on Chip » fonctionnant avec un système linux embarqué. Ce composant permet à la fois une grande simplicité de développement, la disponibilité des fonctions avancées du système GNU/Linux, tout en maintenant un faible encombrement et un faible coût. S'ajoutent un écran tactile LCD 7 pouces, une carte d'acquisition des sondes thermocouple, et une carte de relais servantà commander les actionneurs du four (résistances et accessoires).
Plusieurs essais ont été réalisés, en étroite collaboration avec le LEMTA, l'EEIGM et le CERFAV (Centre Eu- ropéen de Recherches et Formation aux Arts Verriers), pour la mise au point et le test du bon fonctionnement du prototype :
– dans un premier temps sur des fours expérimentaux pour la mise au point des lois de commande et du système informatique embarqué,
– ensuite, le prototype a été confié à des utilisateurs finaux pour des tests en conditions réelles, sur plusieurs fours du CERFAV.

FIGURE 19 – Principe de fonctionnement du contrôleur adaptatif
 
FIGURE 20 – Le prototype en situation sur un four de thermoformage