MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT

SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
I NSTITUT S UPÉRIEUR P OLYTECHNIQUE P RIVÉ
*******

Projet de Fin d’Etudes

En vue de l’obtention du Diplôme National d’Ingénieur en Génie Electrique et

Informatique Industrielle

Elaboré par :
M OKAADI FATMA E ZZAHRA

M ISE EN PLACE D ’ UN SYSTÈME DE CONTRÔLE DE QUALITÉ DANS

UNE CHAINE DE MISE EN BOUTEILLE AUTOMATISÉE .

Réalisé au sein de
Cristal Tunisie

Encadré par
Encadrant(s) universitaire(s) Encadrant(s) industriel(s)
Maher JAOUADI AbdelWaheb KHEDHRI

Année Universitaire
2019 - 2020
Dédicaces

Je tiens à dédier ce travail

Mes parents :
Ma mère Achouek pour sa patience et son amour,
Mon père Fathi pour son soutien et ses conseils,
Nos chers professeurs :
En gratitude à votre motivation et votre patience pour avoir la meilleure formation
A mes chers amis :
Votre précieuse coopération et votre soutien amical m’ont apporté d’inspiration et
d’encouragement. Que Dieu vous accorde le bonheur et la prospérité.
A ceux qui sont la source de mon inspiration et mon courage, à qui je dois de l’amour et de
la reconnaissance.
A mon Chers frère et Sœur et toute ma famille je dédie ce travail
Remerciements

Avec les quelques lignes qui suivent, je tiens tout d’abord à exprimer mes sincères re-
connaissances envers tous ceux qui, de près ou de loin, m’a apporté leur aide, leurs encoura-
gements et leur soutien pour me permettre de mener à bien ce projet, en espérant n’oublier
personne.

En premier lieu, J’adresse mes sincères remerciements à mon responsable de l’entreprise

Monsieur "AbdelWaheb KHEDHRI " qui a dirigé le présent travail. La richesse de leurs
renseignements et leurs longues expériences nous ont été d’une grande utilité pour mener à
terme mes connaissances de ce travail dans ces mois.

Je profite de l’occasion pour remercier mon encadreur au sein de l’université libre de

Tunis Mr Maher JAOUADI, parce qu’il a accepté de me superviser et suivre les détails de
l’avancement de mon travail, et m’a fourni son aide et ses conseils dans plusieurs étapes du
projet.

Mes remerciements vont également à Monsieur Mohamed SLIM et à tout le personnel du

pole polytechnique pour leur gentillesse et leur soutien pendant toute la durée de mes études.

Mes remerciements s’adressent également à la direction de mon école ULT qui m’a of-
fert l’occasion et la chance d’effectuer mon projet dans des conditions favorables. Je tiens
également à remercier tous mes enseignants.

J’exprime toute mes remerciements aux membres du jury qui ont bien voulu m’honorer
par leur précieuse évaluation de ce modeste travail.

Finalement je tiens également à exprimer ma gratitude à ma famille et mes amis, pour

leurs aides à mener à terme ce travail.
Table des matières

Introduction générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1 Présentation générale 2
I Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II Présentation de l’entreprise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II.1 Présentation Cristal Tunisie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
II.2 Historique de Lesieur Cristal[1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
II.3 Fiche d’identité[2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
II.4 Organigramme de l’entreprise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
III Description de la ligne de production . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
III.1 Fabrication des emballages (souffleuse) . . . . . . . . . . . . . . . 4
III.2 Conditionnement des huiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
IV Cadre général du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
IV.1 Contexte général . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
IV.2 Contexte du sujet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
IV.3 Présentation du projet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
IV.4 Objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
V Planification et déroulement du projet (Gantt)[3] . . . . . . . . . . . . . . . 13
VI Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2 Étude théorique 14
I Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
II Étude fonctionnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
II.1 Contrôle de validité de besoin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
II.2 Analyse des besoins (Diagramme bête à cornes) . . . . . . . . . . . 15
II.3 fonctionnalités du produit (Diagramme pieuvre) . . . . . . . . . . . 16
II.4 Diagramme SADT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
II.5 Arbre fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
III Étude du système existant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
III.1 Systèmes de remplissage (Mise en situation) . . . . . . . . . . . . 18
III.2 Schéma synoptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
 III.3 Problématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
III.4 La solution adoptée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
IV Étude de la solution de contrôle qualité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
IV.1 Système de détection des objets métallique . . . . . . . . . . . . . 19
IV.2 Système de pesage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
V Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

3 Conception et automatisation 29
I Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II Environnement logicielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II.1 Autocad Electrical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
II.2 Solide works[6] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
II.3 Simatic step7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
III Conception électrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
IV Conception mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V Automatisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V.2 Objectifs de l’automatisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V.3 l’automatisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
V.4 Système automatisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
V.5 la structure d’un système automatisé . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
V.6 Les avantages et les inconvénients d’un système automatisé . . . . 34
V.7 Automate Programmable industriel (API) . . . . . . . . . . . . . . 34
V.8 Programmation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
VI Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Conclusion générale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

webographie 42

Annexe 1 43

Annexe 2 44

Annexe 3 45
Table des figures

1.1 Logo de la société . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 L’organigramme de la société . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Principe de la souffleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 L’unité de remplissage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.5 Remplisseuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.6 Boucheuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.7 Étiqueteuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.8 Dateuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.9 Banderoleuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.10 diagramme de Gantt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.1 Diagramme bête à cornes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2 Diagramme pieuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3 Diagramme SADT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.4 Arbre fonctionnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.5 Schéma synoptique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.6 Les étapes de choix d’un capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.7 Capteur à ultrasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.8 Système de mesure de poids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.9 Capteur pesage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.1 Interface Autocad Electrical . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.2 Interface Solide works . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 Interface Simatic Manager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 Entrées CPU API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.5 Support de capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6 Structure d’un system automatisé . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.7 Architecture d’un API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.8 API . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.9 La configuration matérielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.10 Mnémoniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.11 La structure du programme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Liste des tableaux

1 Les types de détecteurs photoélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2 Les critères de choix d’un capteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 Caractéristiques d’un capteur Ultrasons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4 Caractéristiques d’un capteur de poids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Liste des abréviations

PET :Polytéréphtalate d’éthylène

GANTT :Generalized Activity Normalization Time Table

SADT :Structured analysis and design technique

LED :Light Emitting Diode

ASI :Actuators Sensors Interface

API :Automate programmable industriel

TOR :Tout ou rien

IHM :Interface homme machine

CPU :Central processing unit

Introduction générale

Le monde industriel est en évolution technologique, cette évolution conduit de plus en

plus vers l’automatisation des systèmes de production pour réduire au minimum le coût des
différentes étapes de la production, d’améliorer la qualité des produits et de remplacer l’être
humain dans les actions pénibles, délicates ou répétitives.

Les technologies numériques et les systèmes automatisés et supervisés jouent un rôle pri-
mordial dans tous les secteurs de l’industrie, en effet, la maitrise de tels systèmes permet, aux
entreprises, le pilotage des processus de production pour répondre aux attentes des clients et
aux besoins du marché.

Pour résoudre un problème d’automatisation industrielle ou pour élaborer un système de

commande automatisée, l’Automaticien doit d’abord connaitre toutes ses ambigüités et les
exigences de son fonctionnement. Ensuite, en utilisant des outils et des méthodes pour faci-
liter cette tâche, il entame une suite de procédures d’analyse, d’étude et d’essais.

Le présent rapport comporte trois volets. Le premier volet sera consacrée à la présenta-
tion du cadre du projet ainsi que la description du système objectif de notre étude. Ensuite,
nous allons faire une étude, afin de concevoir une solution.Le dernier chapitre est dédié la
conception et l’automatisation.

1
Chapitre 1

Présentation générale

I Introduction
Toute démarche d’amélioration continue est basée sur la caractérisation de l’ensemble
des facteurs qui composent l’environnement physique ou humain qui influencent sur l’entre-
prise.

Dans ce premier chapitre, on présente l’entreprise d’accueil par la suite on s’intéresse à

la description de la ligne de production.

II Présentation de l’entreprise

II.1 Présentation Cristal Tunisie

CRISTAL TUNISIE est spécialisée dans l’emballage des huiles végétales : soja et maïs.
Elle est un acteur majeur du secteur des huiles alimentaires qui s’appuie sur le savoir-faire et
l’expertise.

F IGURE 1.1 – Logo de la société

2
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

II.2 Historique de Lesieur Cristal[1]

Derrière la bouteille d’huile présente sur toutes les bonnes tables se cache une belle
histoire d’une famille. Celle de Georges LESIEUR. Tout commence en 1908. Alors qu’il
pourrait goûter aux plaisirs d’une retraite bien méritée, l’ancien président de la chambre de
commerce de Paris n’a qu’une idée en tête : entreprendre.

La première usine LESIEUR sort de terre dans le nord de la France. Les ventes explosent
et de nouveaux entrepôts voient le jour. Dès 1941, LESIEUR ouvre sa première filiale afri-
caine, au Sénégal. Deux autres naissent l’année suivante, au Maroc et en Algérie.

Au fil des décennies, la vie de la maison LESIEUR a ainsi été rythmée par une suc-
cession d’innovations dont certaines font encore autorité : la bouteille en PVC en 1963, la
bouteille en polyéthylène téréphtalique (PET) en 1985, le bouchon équipé d’un bec verseur
en 1997. . . ..

UNIGRAL CRISTAL a été créée en 1937 par un groupe d’obédience danoise sur le nom
de SIHAM (Société Industrielle des Huiles au Maroc), à cette époque, sa production ne dé-
passait pas les cinq tonnes par jour, son activité était limitée au raffinage des huiles avant de
se diriger vers la production des savons en 1955, cependant la production des huiles a été
améliorée surtout avec la création en 1954, d’une union industrielle des grandes huileries
(SIHAM, HSM, GALIA et SIMON) .

A la fin de l’année 1989, la société LESIEUR AFRIQUE a fusionné avec la société

UNIGRAL CRISTAL donnant naissance à LESIEUR CRISTAL et en 1993, la société d’ex-
ploitation des produits oléagineux (SEPO) rejoint LAUC pour constitue la société LESIEUR
CRISTAL, grande filiale d’ONA et leader au Maroc dans le secteur des corps gras.

II.3 Fiche d’identité[2]

Année de création : 2005
Localisation : Z.I SIDI REZIG RUE DES USINES MEGRINE 2033 Ben Arous, Tunisie.
Forme juridique : Société Anonyme (S.A.)
Certification : ISO-9001

3
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

II.4 Organigramme de l’entreprise

L’organigramme de Lesieur Cristal se présente comme suit :

F IGURE 1.2 – L’organigramme de la société

III Description de la ligne de production

III.1 Fabrication des emballages (souffleuse)

C’est une machine destinée à la production des bouteilles à partir des préformes qui ont
une forme de tube, fabriquées dans l’unité plastique.

Avant de commencer à verser les huiles, la souffleuse assure la production de ces bou-
teilles selon un procédé de production appelé Soufflage, qui est en quelque sorte une opéra-
tion de sous-traitance.

4
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Cela se fait en parallèle avec d’autres opérations.

F IGURE 1.3 – Principe de la souffleuse

Fonctionnement

Le soufflage de bouteilles est le processus de fabrication de corps creux. Ce processus

comprend deux étapes. Tout d’abord, un produit semi-fini appelé préforme est injecté. Il
s’agit d’un tube à essai relativement épais (2 à 4 mm) et relativement court (100 mm pour un
flacon de 1 litre).

La préforme est ensuite réchauffée puis introduite dans un moule en forme de bouteille.
Ce moule est refroidi à 11 ° C. La bouteille se fait en 3 étapes :

Tout d’abord, une tige métallique est insérée dans la préforme et en pousse le fond (à
une vitesse d’environ 1 m / s). Ensuite, la pression d’air de 5 à 9 bars est soufflée dans la
préforme tout en continuant à s’étirer pendant un moment, puis s’arrête. Les étapes cumulées
d’étirage, d’étirage-soufflage et de soufflage durent de 0,2 à 0,3 s.

La pression est finalement augmentée à 40 bars pour presser le matériau contre le moule
froid qui refroidit le PET. Cette étape dure 4 s. Par conséquent, la préforme amorphe épaisse
est transformée en une mince bouteille semi-cristalline (300 à 500 mm).

5
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Nous pouvons donc résumer les étapes :

• Les préformes sont chauffées dans un four équipé des lampes à infrarouge pour trans-
former le matériau en moule.
• Un étirage avec une tige d’extension pour que la bouteille atteigne la hauteur atten-
due.
• Le pré soufflage avec une pression à 7 bar est conçu pour préparer le matériau à être
soumis à une pression élevée lors du soufflage.
• Le soufflage à une pression de 40bar.
• Grâce au dégazage, la bouteille s’échappe du moule avec le dégagement de l’air qui
donne la forme définitive à la bouteille.
Une fois les bouteilles soufflées obtenues, elles sont acheminées vers la machine de rem-
plissage par un convoyeur à air comprimé.

III.2 Conditionnement des huiles

L’unité de conditionnement d’huile permet la production Emballage plastique et la mise
en bouteille d’huile raffinée.
Pour que le produit soit conditionné et prêt à être consommé, les étapes sont présent comme
suites.

F IGURE 1.4 – L’unité de remplissage

6
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

III.2.1 Remplissage (Remplisseuse)

Cette étape consiste à remplir la bouteille d’huile à l’aide d’une machine de remplissage
rotatif, qui sera ensuite fermée dans la Bouchonneuse.

La remplisseuse se compose d’un réservoir qui est remplie d’huile arrivée du raffinage .

Ce réservoir donne une indication sur le niveau d’huile à l’intérieur à l’aide des voyants
lumineux qui sont connectés aux capteurs. La vitesse de cette machine peut être variée.

Le remplissage d’une bouteille advient lorsque le liquide est transféré d’une cuve de
stockage à un contenant.

F IGURE 1.5 – Remplisseuse

7
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

III.2.2 Fermeture(bouchonneuse)

La bouchonneuse est intégrée dans la machine de remplissage pour permettre la ferme-

ture des bouteilles juste à la fin du remplissage pour éviter le chevauchement.

Les bouchons sont produits et préparés par une autre unité, de sorte qu’ils peuvent être
directement utilisés.

F IGURE 1.6 – Boucheuse

III.2.3 Etiquetage

Une fois les bouteilles fermées par la boucheuse, elles sont transportées via un convoyeur
vers une étiqueteuse pour l’étiquetage.

=> C’est L’opération de coller des étiquettes aux bouteilles.

8
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Elles sont amenées par les étoiles d’entrée et de sortie et maintenus par des plateaux
et mis en contact avec des rouleaux adhésifs, puis arrivent au magasin d’étiquettes pour le
marquage final.

F IGURE 1.7 – Étiqueteuse

III.2.4 Datage

La dateuse contient trois éléments importants :

• Un clavier qui permet de modifier le programme.

• Un afficheur pour déclencher les erreurs et afficher le nombre des bouteilles.
• La tête de tirage qui contient un détecteur de bouteille pour imprimer la date le nu-
méro de la ligne de production, la référence de bouteille.

9
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

Ce type d’impression numérique est rapide et peut être mis à jour en temps réel, de sorte
qu’un package peut avoir un code différent.

F IGURE 1.8 – Dateuse

III.2.5 Fardelage

Le fardelage est une solution qui remplace favorablement le carton par le plastique. Dans
cette étape les bouteilles sont séparés en 2 est entourées par un film en plastique, mis au four.

L’ensemble est refroidit sur place immédiatement après la sortie du four par des ventila-
teurs et devient un paquet.

III.2.6 Palettisation

Regroupement manuel des lots sur palettes de 4 étages. La méthode de palettisation dif-
fère selon le matériau d’emballage qui répond au demande des clients.

III.2.7 Banderolage

La banderoleuse est une machine semi-automatique qui permet l’enveloppement des pa-
lettes par un film à l’aide d’un plateau tournant.

10
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

L’enveloppement permet entre autre à assurer la propreté des bouteilles Lors de la livrai-
son en magasin, augmenter la rigidité de la palette lors du transport.

F IGURE 1.9 – Banderoleuse

III.2.8 Stockage final

Le stockage de l’huile conditionnée est réalisé dans des conditions d’éclairage spéci-
fiques (faible luminosité) et température (inférieure à 28 ° C) avant d’être commercialisé.

Cette étape est effectuée par des chariots élévateurs qui sortent les palettes de La bande-
roleuse et les placent dans la zone de stockage.

11
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

IV Cadre général du projet

IV.1 Contexte général

Dans de très nombreuses industries, les processus d’emballage sont automatisés. Par
conséquent, en particulier pour les industries de conditionnement d’huile végétale.

Il existe de nombreuses façons de s’assurer que la bonne quantité d’un produit soit condi-
tionnée avec précision et que les bouteilles ne contiennent aucun d’objet métallique.

Les producteurs d’usines d’embouteillage doivent donc proposer des systèmes qui me-
surent la quantité exacte de remplissage avec une bonne précision et qui fournissent une
solution appropriée pour la détection d’objets étranges.

IV.2 Contexte du sujet

Dans le cadre du développement des plans de productivité et de l’amélioration de la qua-
lité de produits pour répondre aux exigences des clients en termes de qualité, de coûts et de
délais.

Cristal Tunisie a opté pour une solution de contrôle de la qualité sur la ligne de produc-
tion d’embouteillage automatique qui permet de mesurer le poids de chaque bouteille et de
détecter la présence d’un corps étranger en métal.

IV.3 Présentation du projet

Étude et conception de la mise en place de capteur de métaux et de mesure de poids dans
une chaine de mise en bouteille automatisée (Contrôle qualité).

IV.4 Objectifs
Les objectifs de notre PFE ont été fixés en fonction des données disponibles et des diffé-
rentes contraintes existantes (moyens, temps, etc.).

Et une planification bien documentée et respectée pour effectuer diverses tâches de pro-
grammation.
• Étude du système existent
• Étude de la solution de contrôle qualité
• Programmation
• Test et validation

12
 CHAPITRE 1. PRÉSENTATION GÉNÉRALE

V Planification et déroulement du projet (Gantt)[3]

La planification du projet est une étape très importante qui nous permet de répartir tout
ce qu’on doit faire en respectant les exigences de réalisation et en respectant les contraintes
de temps.

Nous avons construit un diagramme de Gantt en utilisant qui va montrer les phases qu’on
a pris pour le déroulement du projet.

F IGURE 1.10 – diagramme de Gantt

VI Conclusion
Dans ce chapitre nous avons pris une idée générale de l’entreprise d’accueil ainsi que
ses différentes unités. Pour cela, nous avons opté pour un cahier des charges et une solution
adéquate pour le bon fonctionnement du notre système.

13
Chapitre 2

Étude théorique

I Introduction
Le conditionnement doit être capable de garantir les caractéristiques et l’état «loyal et
marchand» du produit à partir du moment sa sortie de la production jusqu’à sa bonne utili-
sation par le consommateur ciblé.

Dans ce chapitre, nous allons commencer par faire une analyse fonctionnelle puis une
étude de l’existant. Ensuite, nous présenterons le choix de matériel.

II Étude fonctionnelle
L’analyse fonctionnelle est une approche destinée aux concepteurs de produits, consis-
tant à identifier, caractériser, hiérarchiser et améliorer les fonctions d’un produit (ou système)
pour répondre aux besoins de son utilisateur.

Lorsque l’analyse fonctionnelle concerne l’utilisation d’un produit c’est-à-dire qu’elle

doit exécuter des fonctions qui répondent aux besoins des clients.

Après avoir identifié et déterminer les caractéristiques de la solution, le concepteur peut

évaluer son état de progrès et de réussite en fonction de normes objectives.

==> Satisfaction des besoins

• Pour répondre à ce besoin, vous devez le savoir.
• Pour le comprendre, vous devez l’exprimer en termes de fonction.
• Pour identifier les fonctions il doit y avoir les méthodes d’analyse.

14
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

II.1 Contrôle de validité de besoin

Après avoir identifié, le besoin à aboutir par le produit sa durabilité dans le temps doit
être vérifiée. Pour cela, vous devez répondre aux questions de base suivantes.

Pourquoi ce besoin existe-t-il ?

• Pour réduire le coût de production.
• Pour augmenter la cadence de travail.
• Pour gagner du temps.
• Pour améliorer la qualité du produit
Qu’est ce qui pourrait faire disparaître ce besoin ?
• L’apparition d’une nouvelle technologie plus performante et rentable en termes de
production et de rapidité.
==>Le besoin est validé à moyen terme.

II.2 Analyse des besoins (Diagramme bête à cornes)

Pour établir la bête à cornes, il est essentiel de se poser les trois questions suivantes :
• À qui, à quoi le produit rend-il service ?
• Sur qui, sur quoi agit-il ?
• Dans quel but ? (pour quoi) ?
L’expression du besoin est un outil de représentation de ces questions fondamentales :

F IGURE 2.1 – Diagramme bête à cornes

15
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Le besoin est la nécessité ou le désir éprouvé par l’utilisateur d’un système et peut évoluer
au fil du temps en fonction des innovations concurrentes. Il est donc nécessaire de confirmer
la pérennité du besoin.

II.3 fonctionnalités du produit (Diagramme pieuvre)

Le diagramme pieuvre nous permet de lister toutes les fonctionnalités de notre produit.
En effet nous rappelons que pendant le processus de conception, chaque fonction à satisfaire
doit avoir la meilleure solution ce qui donnera le produit final.

FP = Fonction principale : lien entre le produit et 2 objets environnants.

FC = Fonction de contrainte : lien entre le produit et 1 objet environnant.

F IGURE 2.2 – Diagramme pieuvre

Permettre à l’utilisateur de superviser la ligne travers une interface

FP1 homme machine(HMI)
FP2 Permettre à l’utilisateur de commander la ligne
FC1 Assurer l’énergie électrique nécessaire pour le fonctionnement
FC2 Respecter l’environnement.
FC3 Répondre aux normes de sécurité.

16
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

II.4 Diagramme SADT

SADT est une méthode de modélisation d’un système complexe ou d’un processus opé-
ratoire.

F IGURE 2.3 – Diagramme SADT

II.5 Arbre fonctionnel

Comme suite on résume les fonctions contraintes de notre solution :

F IGURE 2.4 – Arbre fonctionnel

17
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

III Étude du système existant

III.1 Systèmes de remplissage (Mise en situation)

Le système proposé à l’étude représente une unité de remplissage de produits liquides.
Nous avons cité les composants de cette unité dans le chapitre 1. Ce qui différencie une
technique de remplissage d’une autre, c’est la manière dont on détermine la quantité exacte
de produit distribué dans chaque contenant.

III.2 Schéma synoptique

Suite à l’étude du système de remplissage, nous rappelons sur la figure . . . le schéma
Synoptique simplifié de l’installation existante.

F IGURE 2.5 – Schéma synoptique

III.3 Problématique
Le conditionnement des bouteilles de huile peut survenir des erreurs pendant l’opération
de remplissage.

Notre problématique se constate sur la précision de remplissage du produit ce qui Conduire

au gaspillage de la matière et la contenance d’objets étranges métallique.

Ce qui engendre :
La présence d’un opérateur pour faire la commande de chaque zone de production est obli-
gatoire.

18
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

III.4 La solution adoptée

Pour résoudre ces problèmes et améliorer la production de produit conditionnée en termes
de qualité et quantité. Le capteur de pesage est l’élément crucial des machines de condition-
nement performantes.

Nous proposons :
• Mise en place de deux capteurs.
• Élimination des bouteilles défectueuse.

IV Étude de la solution de contrôle qualité

IV.1 Système de détection des objets métallique

IV.1.1 Choix des capteurs

Les installations industrielles utilisent principalement des capteurs classiques dans la par-
tie opérative, donc les coûts et le temps d’installation soient imposés par la dimension et la
précision de ces capteurs.

Comme nous le savons, les capteurs transforment une grandeur physique en une grandeur
électrique. Ils obtiennent des informations sur le comportement de la partie opérative et la
transforme en informations qui peuvent être utilisées par la partie commande.

IV.1.2 Différents types de capteurs[4][5]

Cinq technologies principales occupent les premières places dans le classement du mar-
ché actuel de la détection de présence sans contact :

Les détecteurs photoélectriques : Les détecteurs photoélectriques fonctionnent en détec-

tant les changements du niveau de lumière reçu par une cellule photosensible.

Ce changement de niveau lumineux permet au détecteur de capter la présence ou l’ab-

sence de l’objet.

19
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Il existe trois types de détecteurs photoélectriques :

Les détecteurs de type

barrage Détecteurs réfléchissants Détecteurs de proximité
Le faisceau lumineux est
Le faisceau lumineux est réfléchi par l’objet à
réfléchi par le réflecteur. détecter. Le récepteur
Ils se composent d’un En effet l’objet à détecter commute la sortie en
émetteur et d’un coupe le faisceau du présence du faisceau
récepteur. Lorsque l’objet récepteur pour commuter lumineux. Un
à détecter coupe le la sortie lorsqu’il n’y a pas inconvénient de ce type de
faisceau, le récepteur de faisceau. détecteur est qu’il peut
commute la sortie sans le L’inconvénient de ce être difficile à utiliser si
faisceau. L’inconvénient détecteur est le risque de L’arrière-plan derrière
de ce détecteur est qu’il ne détecter des objets l’objet est suffisamment
peut pas détecter les transparents et réfléchissant et proche de
objets transparents. réfléchissants. l’objet.

TABLE 1 – Les types de détecteurs photoélectriques

Les détecteurs inductifs :[4] Ils intègrent un circuit oscillant qui produit un champ élec-
tromagnétique alternatif. A l’approche d’une pièce métallique, cela devient le siège des
courants induits. Ce phénomène d’induction dissipe alors l’énergie du circuit oscillant. Par
conséquence, les oscillations s’amortissent et déclenchent la commutation du détecteur.

Avantage :
• Faible coût (moins de la moitié de celui d’un détecteur photoélectrique)
• Tenue aux environnements sévères
• Fréquence de commutation relativement élevée (plusieurs kHz), ce qui leur permet
de contrôler le passage de pièces défilant à grande vitesse, ou la rotation d’éléments
métalliques
Inconvénient :
• Portée relativement faible (inférieure à 80 mm)
• Champ d’application est limité aux seules pièces métalliques.

Les détecteurs capacitifs : Un condensateur situé sur la surface active du détecteur gé-
nère un champ électromagnétique alternatif. La présence d’une pièce à proximité change la
valeur de la capacité, et provoque une variation de la fréquence des oscillations du circuit.
Ils peuvent détecter la présence de tous types de pièces et de matériaux (solides, liquides,
fluides visqueux ou pulvérulents) et Légèrement plus chers.

20
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Les détecteurs magnétiques : Ils fonctionnent également comme des détecteurs inductifs,
sauf qu’ils contiennent une lame (constituée d’un mélange de métal et de verre), qui est très
rapidement magnétisée en présence d’un aimant et très rapidement démagnétisée en son
absence. Portées relativement importantes (compte tenu de leurs petites dimensions, très
durables et leur permet d’être utilisés dans des conditions difficiles ou à des températures
élevées. Ces détecteurs sont par exemple utilisés dans des vérins pneumatiques pour localiser
la position du piston de l’extérieur ou à nouveau pour détecter le niveau de remplissage des
réservoirs à l’aide de l’aimant monté sur le flotteur

Les détecteurs à ultrasons : Leur principe est basé sur l’émission et la réception d’ondes
ultrasonores à haute fréquence (ordre de 200 kHz). Le retour de l’onde permet de détecter
la présence de la pièce et même de savoir à quelle distance elle se trouve (en mesurant le
temps qu’il faut à l’onde pour faire un aller-retour). Tout comme l’optique, les détecteurs à
ultrasons peuvent être utilisés pour la détection directe ou comme barrières. Bien que leur
temps de réponse soit forcément limité par la vitesse du son dans l’air.

Avantage :
• Détecter tous types de pièces (solides, liquides, poudres, métalliques, plastiques,
cartons, bois, verre translucide, etc.) à l’exception des absorbeurs de bruit à quelques
mètres.
• Très peu sensibles à l’environnement
Inconvénient :
• Coût, relativement élevé.
• Destine plutôt à des applications spécifiques : détection à longue distance en
environnement difficile, détection d’objets transparents ou hautement réfléchissants,
etc.

IV.1.3 Les critères de choix

Le choix d’un détecteur « tout ou rien » (TOR) repose sur les contraintes de l’application.
Les principaux critères à prendre en compte sont :
• le type de pièces (matériaux, dimensions, couleur, brillance, transparence, absorp-
tion. . . )
• la distance de détection,
• l’environnement
• le coût.

21
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

De manière plus hiérarchique les critères sont donnés dans le tableau pour déterminer ses
besoins :

Le besoin de
Les critères de choix l’application
Détection de passage, Détection présence
de pièce, Détection de niveau de solides
ou de liquides et Détection de repères ou Détection
de couleurs . présence de pièce
Le type de détection
Distance objet-détecteur,Vitesse de
défilement, précision et reproductibilité
attendues précision
Matériau : solide, liquide, pulvérulent,
métallique ou non, transparent, Solide ,
réfléchissant, absorbant phonique. . . métallique
La nature de l’objet
Dimensions : valeurs nominales,
variations variations
Humidité, température, présence de
salissures, milieu corrosif, vapeurs,
projections diverses, perturbations Humidité,
électromagnétiques. . . température...
L’environnement Présence ou non d’un arrière-plan (tapis,
boîte. . . ) ou d’un premier plan
(container, flacon. . . ) ainsi que leur premier plan
nature (matériau, aspect. . . ) (bouteille)
Contraintes mécaniques pour
l’implantation du détecteur : espace
disponible, possibilité de n’accéder qu’à Espace
un seul côté de la pièce. . . disponible

TABLE 2 – Les critères de choix d’un capteur

IV.1.4 La méthodologie de choix et de dimensionnement

Les critères à prendre en compte sont successivement :

• le type de détection (présence, position, passage, niveau).
• la nature de la pièce (métallique, non métallique. . . ).
• la portée de détection.
• l’environnement (présence ou non de pollution).

22
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

On peut citer les étapes à suivre pour choisir un capteur :

F IGURE 2.6 – Les étapes de choix d’un capteur

IV.1.5 Choix de détecteur (capteur de métaux)

Pour la détection des pièces métalliques dans les bouteilles d’huile on va intégrer un
capteur à ultrasons qui se caractérise par sa portée élevée dans un environnement non propre
(industrie).

F IGURE 2.7 – Capteur à ultrasons

23
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Tableau des Caractéristiques d’un capteur Ultrasons :

Référence Sonar BERO 3RG62

Technologie de détection Ultrasons
Type de sortie Analogique
Tension d’alimentation 
12 30 V c.c
Courant de commutation 150 mA
Plage de détection 
50 300 mm

TABLE 3 – Caractéristiques d’un capteur Ultrasons

IV.1.6 L’implantation de détecteur dans le système

L’emplacement des détecteurs doit être soigné pour optimiser la fiabilité des systèmes
automatiques ou des produits mécatroniques. Quand on sait que près de 80 pour cent des
pannes d’automatisation proviennent des détecteurs nous comprenons mieux l’importance
que l’on doit accorder à cette partie de l’étude.

Les principales règles à suivre sont :

• Assemblage mécanique fiable, durable et insensible aux perturbations (vibrations,
chocs, interférences mécaniques, projections. . . ).
• un réglage de position sécurisé pour détecter dans un une zone beaucoup plus petite,
si possible, que la portée réelle .Afin d’assurer la fiabilité des informations.
• une possibilité d’ajuster la position afin de réglé la portée de détection si nécessaire
pour fournir un écart de position très inférieure à l’hystérésis(fiche de réglage, mode
de détection, verrouillage du réglage, repérage des positions de réglage. . . ).
• une maintenabilité aisée (LED de contrôle pour affichage d’état, alimenté ou com-
muté, connecteur boucle de câble rapide , boucle de réserve de câble, fixation mé-
canique repositionnable, repérage des détecteurs et câble liés selon les références du
schéma câblage électrique...).
• des passages de câble bien étudiés pour Répondre à toutes les situations : protection
contre-attaques mécaniques ou les projections, flexibilité des câbles pour accompa-
gner les mouvements du système, guidage des grands mouvements de câble pour-
suivre des parties mobiles. . .
• câblage facile pour limiter les risques d’erreur et réduire les coûts de la machine (bloc
d’entrée à distance, Réseau ASi. . . ).

24
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

IV.2 Système de pesage

Différentes méthodes de mesure de remplissage ont été développées spécifiquement pour
les liquides. Actuellement, il existe quatre méthodes pour mesurer la quantité de remplissage.

Ces méthodes varient en termes de coût, de précision, de vitesse et d’hygiène.

1. Mesure gravimétrique avec un capteur de pesage
2. Mesure à l’aide d’une sonde de niveau
3. Mesure volumétrique
4. Mesure de débit

IV.2.1 Première méthode : Remplissage gravimétrique avec capteur de pesage

Dans cette méthode, une cellule de pesage numérique ou analogique peut mesurer le
poids de la bouteille vide et du contenu de remplissage.
Un capteur équipé de jauges de contrainte détecte avec précision les changements du poids
pendant le processus de remplissage. Un capteur de pesage numérique est placé sous chaque
tête de remplissage de ce carrousel tournant.

Principe de fonctionnement Pour remplir une bouteille, la machine de remplissage le

place d’abord sur une plate-forme ou la suspend par le goulot sur une fourchette. En même
temps, la machine pèse la bouteille vide.
Lors du remplissage, le capteur de pesage mesure l’évolution du poids total. Une fois le poids
total prédéfini atteint, le processus de remplissage s’arrêtera automatiquement et la bouteille
sera déchargée vers la station de capsulage.

Les avantages des capteurs de pesage Les avantages des capteurs de pesage numériques
sont principalement liés à la facilité de communication avec l’API via des entrées et des sor-
ties numériques.

Avant le début du remplissage, le capteur pèse chaque bouteille. Si le poids des bouteilles
présentant des défauts de fabrication est inférieur aux bouteilles de référence autorisées, la
machine les détectera et les sortira immédiatement. Si la bouteille dépasse le poids autorisé,
cela peut indiquer des résidus de produits de nettoyage ou de désinfectants. La machine de
remplissage enlève ces bouteilles immédiatement, évitant ainsi tout risque pour la santé.

25
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Programmation Les capteurs de pesage peuvent fonctionner de manière autonome, com-

muniquer avec le système de commande de la machine à l’aide des entrée sorties ou des bus
de terrain ou fournir en continu au contrôleur des valeurs de mesure filtrées, si l’entreprise
souhaite employer ses propres algorithmes de remplissage.

F IGURE 2.8 – Système de mesure de poids

IV.2.2 Deuxième méthode : Mesure avec une sonde de niveau

La méthode avec capteur de niveau peut détecter le niveau du liquide dans la bouteille.
Pour ce faire, une sonde de niveau est insérée dans l’ouverture de la bouteille et celle-ci est
remplie jusqu’à ce que le liquide atteigne la sonde.

Par conséquent, seuls les produits électriquement conducteurs c.à.d. des liquides ayant
une teneur saline minimum requise, conviennent à ce processus. Les huiles de végétales et
minérales, par exemple, contiennent trop peu de sel. Cette méthode avec sonde de niveau est
la technique de mesure la moins précise.

IV.2.3 Troisième méthode : Mesure volumétrique

La mesure volumétrique peut détecter la quantité de liquide s’écoulant à travers la vanne

de remplissage. Le volume du liquide dans la bouteille est mesuré par un système d’induc-
tion magnétique. Un champ magnétique divise les ions traversant le liquide, générant ainsi
une tension sur l’électrode de mesure.

26
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

Cette tension est mesurée, permettant au débit volumétrique d’être calculé. Ce procédé
ne convient que pour les liquides conducteurs. De plus, comme chaque produit contient
un nombre différent d’ions, la machine de remplissage doit être calibrée séparément pour
chaque liquide.

IV.2.4 Quatrième méthode : Mesure de débit

La mesure de débit emploie le principe de la force de Coriolis. Pour cela, le liquide pé-
nètre dans la bouteille par deux buses vibrantes et la force de Coriolis agissant sur la paire
de buses produit d’un déphasage dans ces vibrations.

Cela permet de calculer le débit de liquide qui a traversé les buses. Cette méthode
convient également aux liquides non conducteurs. Cependant, cette solution est très coûteuse
à l’achat, parce qu’elle exige un long calibrage de la sonde pendant sa fabrication.

IV.2.5 Précision

La technologie de pesage gravimétrique est de loin la plus précise de toutes les méthodes
citées. La sonde de niveau a un écart type d’environ deux à cinq pour cent du poids de rem-
plissant pour les bouteilles en verre, alors qu’elle est de 0.5 à un pour cent pour la méthode
volumétrique et de 0.2 pour cent pour la méthode de mesure du débit.Le remplissage par
pesage permet un écart type de 0.1 pour cent du poids préconisé.

Pour cette raison, pour les fabricants d’installations d’embouteillage, le remplissage gra-
vimétrique est la méthode idéale pour développer des systèmes de remplissage concurren-
tiels.

F IGURE 2.9 – Capteur pesage

27
 CHAPITRE 2. ÉTUDE THÉORIQUE

IV.2.6 Choix de la méthode

Remplissage gravimétrique avec capteur de pesage :FIT 7A de HBM

Référence K-FIT7AC35
Technologie de détection Ultrasons
Type de sortie Analogique
Tension d’alimentation 
10 30 V
Courant de commutation 200 mA
écarts type de mesure 0.1 g pour 10 kg

TABLE 4 – Caractéristiques d’un capteur de poids

V Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons analysé les domaines d’applications de notre travail. Nous
avons présenté une idée sur les différents type des capteurs pour permettre de choisir le
matériel adéquat pour notre solution.

28
Chapitre 3

Conception et automatisation

I Introduction
La conception du système de contrôle des processus automatisés est la partie la plus
importante dans tout projet industrielle. C’est une étape qui affecte directement le fonction-
nement du système et détermine son comportement. Après avoir décrit le système d’étude,
nous abordons la phase de l’automatisation.

II Environnement logicielle

II.1 Autocad Electrical

Ce logiciel permet de créez, modifiez et documentez efficacement les systèmes de com-
mande électrique avec un ensemble d’outils spécifiques à l’industrie pour la conception élec-
trique.

F IGURE 3.1 – Interface Autocad Electrical

29
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

II.2 Solide works[6]

C’est un logiciel dédié à la conception mécanique. Il aide à créer n’importe quel objet
par une conception 3D. Le SolidWorks permet également aux utilisateurs de visualiser les
sections horizontale, verticale et transversale de leur produit.

F IGURE 3.2 – Interface Solide works

II.3 Simatic step7

Ce logiciel permet de concevoir, configurer, programmer, tester, mettre en service et
maintenir les systèmes d’automatisation.

F IGURE 3.3 – Interface Simatic Manager

30
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

III Conception électrique

Pour mettre en œuvre notre projet, nous devons réaliser les schémas de câblage des en-
trées adaptés à la nouvelle opération.
En effet, les schémas électriques utilisent des symboles graphiques pour représenter les dif-
férentes parties d’un réseau, d’une installation et des équipements qui sont reliés et connectés
fonctionnellement.

Par conséquent, son but est :

• Expliquer le fonctionnement de l’équipement.
• Servir les bases d’établissement des schémas de réalisation.
• Faciliter les essais et l’entretien.

Nous avons réalisé un schéma des entrées TOR, et un schéma des entrées analogiques.

F IGURE 3.4 – Entrées CPU API

31
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

IV Conception mécanique
Le détecteur des métaux nécessite un support où on va fixer. A partir d’étude bien déter-
miné nous avons fait la conception mécanique d’un support qui va fixer le capteur à proximité
des bouteilles.

F IGURE 3.5 – Support de capteur

V Automatisation

V.1 Définition
L’automatisation d’un système technique consiste à apporter une valeur ajoutée à travers
un outil technologique. L’automatisation de la production consiste à transférer tout ou partie
des tâches de coordination, auparavant exécutées par des opérateurs humains.

V.2 Objectifs de l’automatisation

L’objectif de l’automatisation des systèmes est de produire, sans l’intervention de l’être
humain, des produits de qualité avec un coût plus faible et qui satisfait la demande des clients.

V.3 l’automatisme
Les objectifs de l’automatisation sont :

32
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

• assurer une commande en utilisant un outil technologique

• enchainer des opérations de façon automatique.
• fonctionner sans l’intervention humaine.
• améliorer de la productivité

V.4 Système automatisé

Un système automatisé est un ensemble d’éléments liées entre eux et organisés dans un
but précis, qui doit agir sur une matière d’œuvre afin de lui donner une valeur ajoutée. Il
est soumis à des contraintes énergétiques, de configuration, de réglage et d’exploitation qui
interviennent dans tous les modes de marche et d’arrêt du système.

C’est un ensemble organisé de moyens techniques, associés aux moyens de commande-

ment et de contrôle, qui assurent la répétabilité de l’action, plus ou moins indépendante de
l’intervention humaine.

Ils peuvent être trouvés partout de nos jours. On peut citer comme exemple :
• Un système d’embouteillage automatisé (remplissage, capsulage et étiquetage des
bouteilles) permet d’assurer une cadence sûre, rapide et régulière.
• Un système d’une chaudière de chauffage central automatisé

V.5 la structure d’un système automatisé

Un système automatisé est composé d’une partie commande, d’une partie opérative et
d’une partie dialogue (poste de contrôle) présenté par la figure :

F IGURE 3.6 – Structure d’un system automatisé

33
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

La partie opérative C’est une unité de travail qui exécute la tâche imposée par la partie
commande et se compose d’actionneurs (moteurs, ascenseurs), c’est-à-dire des éléments qui
reçoivent l’énergie transférée pour la transformer en énergie utilisable par le système et exé-
cutent les commandes reçues.

En agissant sur la partie mécanique du système et les capteurs / détecteurs qui permettent
de lire l’état du matériau de travail et son évolution à partir de la partie opérationnelle, ils
sont capables de détecter un phénomène physique dans son environnement (mouvement,
présence, chaleur, lumière, pression, etc.), puis transforment l’information physique en in-
formations codées compréhensibles par la partie commande.

La partie commande Elle reçoit des informations des capteurs, les analyses et élabore des
ordres qui seront renvoyés vers les pré-actionneurs qui sont les composants qui autorisent le
passage de l’énergie nécessaire à l’actionneur.

La partie contrôle La partie contrôle se compose d’une console de commande et de signa-

lisation, qui permet à l’opérateur de contrôler le système (démarrage, arrêt, départ de cycle
...) Elle permet également de visualiser les différents états du système à l’aide de voyants, de
terminal de dialogue ou d’interface homme machine(IHM).

V.6 Les avantages et les inconvénients d’un système automatisé

L’automatisation des systèmes industriels donne plusieurs avantages tel que :
• L’accélération de la production.
• L’aptitude à convenir à tous les milieux de production.
• La souplesse d’utilisation.
• La création de postes d’automaticiens.

En contrepartie, on trouve que, d’une part, son coût est élevé, principalement pour les sys-
tèmes qui utilisent du matériel hydraulique, d’autre part elle nécessite une maintenance ré-
gulière. En plus, il a une grande incidence sur l’emploi.

V.7 Automate Programmable industriel (API)

V.7.1 Définition

Un automate programmable est un appareil dédié au contrôle d’une machine ou d’un

processus industriel, constitué de composants électroniques, comportant une mémoire pro-
grammable par un utilisateur non informaticien, à l’aide d’un langage adapté.

34
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

En d’autres termes, un automate programmable est un calculateur logique, ou ordinateur,

au jeu d’instructions volontairement réduit, destiné à la conduite et la surveillance en temps
réel de processus industriels.

V.7.2 Architecture interne d’un API

La structure interne d’un API, présentée par la figure est composée de :

F IGURE 3.7 – Architecture d’un API

Unité centrale Représente le cœur de la machine. Elle est constituée essentiellement d’un
processeur qui réalise toute les fonctions logiques et, ou, les fonctions de temporisation, de
comptage, de calcul à partir d’un programme contenu dans sa mémoire.

La mémoire Elle est destinée au stockage des instructions qui constituent le programme
de fonctionnement de l’automatisme, ainsi que des données.

Les modules entrées/sorties Les entrées reçoivent des informations provenant des élé-
ments de détection (boutons poussoirs, thermostats, fin de course. . .) et de pupitre opé-
rateur. Les sorties transmettent des informations aux pré-actionneurs (contacteurs, voyant,
afficheurs) et aux éléments de signalisation du pupitre. Elles peuvent être de type logique
(TOR) ou analogique.

35
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

Module d’alimentation Il fournit une tension 24 V aux divers modules de l’automate et

5V pour assurer l’alimentation de l’électronique interne de l’automate (CPU, mémoire. . .).

Le bus interne Permet la communication de l’ensemble des blocs de l’automate et des

éventuelles extensions.

V.7.3 Choix d’un API

Le choix de l’automate programmable se fait après avoir établi le cahier des charges du
système à automatiser, cela en considérant un certain nombre de critères importants :
• La capacité de traitement du processeur (vitesse, données, opération, temps réel. . . ).
• Le type et le nombre des entrées / sorties.
• Le coût de l’automate.
• La simplicité et la facilité de l’utilisation des logiciels de configuration.
• La qualité du service après-vente.

F IGURE 3.8 – API

36
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

V.7.4 Domaines d’emploi des automates

On utilise les API dans tous les secteurs industriels pour :

• la commande des machines (convoyage, emballage ...).
• la commande des chaînes de production (automobile, agroalimentaire ...).
• la régulation des systèmes (métallurgie, chimie ...).

V.8 Programmation
L’entreprise dispose un programme de remplissage et de bouchage déjà développé avec
le logiciel de programmation SIMATIC MANAGER et implémenté dans l’automate S7-300.
L’utilisation de STEP 7 pour réaliser la nouvelle solution nécessite la réalisation de tâches
de base suivantes :
• La configuration matérielle.
• La configuration logicielle.
• La définition des mnémoniques.
• La Conception de la structure du programme.
• Le développement du programme.

V.8.1 La configuration matérielle

La configuration matérielle consiste à sélectionner le processeur et les modules : ali-

mentation, entrées TOR, sorites TOR, entrés analogiques et sorties analogiques adaptées au
programme.

F IGURE 3.9 – La configuration matérielle

37
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

V.8.2 La configuration logicielle

Pour la programmation, ils ont choisi un langage de programmation LADDER. Ce lan-

gage facilite la programmation et la conversion du schéma électriques vers des programmes.

V.8.3 La définition de mnémoniques

Dans le programme, ils ont utilisées des opérandes comme des signaux d’entrée/sortie,
des mémentos, des temporisations, des blocs de données et des blocs fonctionnels. On peut
donc accéder à ces opérandes par adressage absolu dans le programme.

Cependant, si vous utilisez plutôt des mnémoniques, cela améliorera la lisibilité du pro-
gramme. Donc ces opérandes du programme utilisateur sont accessibles via ces mnémo-
niques. Dans notre cas nous avons ajoutée des opérandes.

F IGURE 3.10 – Mnémoniques

V.8.4 La Conception de la structure du programme

Le logiciel de programmation STEP 7 nous permet d’organiser notre programme utilisa-

teur, c’est-à-dire de le subdiviser en différentes parties autonomes. Cela présente les avan-
tages suivants :
• Ecrire des programmes importants mais clairs.

38
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

• Standardiser certaines parties du programme.

• Simplifier l’organisation du programme.
• Modifier facilement le programme.
• Simplifier le test du programme, car on peut l’exécuter section par section.
• Faciliter la mise en service.
• On peut utiliser différents types de bloc dans un programme utilisateur S7.
Dans notre programme ils ont utilisées les blocs suivants :

Bloc d’organisation (OB) Il détermine la structure du programme utilisateur.

Fonction (FC) Il contient des routines de programmes pour les fonctions fréquemment
utilisées.

Bloc de données (DB) il s’agit d’une zone de données dans laquelle les données utiles
(variables globales) sont enregistrées.

La structure du programme el les interactions entre les différents blocs sont présentées
par la figure (. . . ).

F IGURE 3.11 – La structure du programme

39
 CHAPITRE 3. CONCEPTION ET AUTOMATISATION

V.8.5 Le développement du programme

Les automatismes complexes seront mieux traités si on les subdivise en parties plus
petites qui correspondent aux fonctions technologiques du processus d’automatisation ou
peuvent être utilisées à plusieurs reprises.

Dans le programme utilisateur, ces tâches partielles sont représentées par des parties de
programme correspondantes : les blocs (programmation structurée).

Pour notre solution on va ajouter deux nouveaux fonction.

VI Conclusion
Dans ce chapitre, nous avons décrit la différente phase élaborée pour l’automatisation
de notre solution. D’où ce chapitre résume toutes les démarches et les recherches effectuées
durant la période de ce stage.

40
Conclusion générale

Depuis sa création, la société Lesieur Cristal s’engage à améliorer son procédé de pro-
duction et assurer les demandes croissantes des clients ce qui oblige l’entreprises à améliorer
sa productivité en respectant trois facteurs : la qualité, le coût et le temps.

L’objectif de notre projet est d’élaborer un système permettant de contrôler la présence

d’un corps étranger en métal et de mesurer le poids de chaque bouteille.

D’après cette étude, l’utilisation de détection des métaux peut contribuer à supprimer les
risques de contamination et de perdre sa clientèle ceci entraine l’amélioration continue exi-
gée par le système QSE (Qualité, Sécurité et Environnement) et d’assurer sa position en tant
que leader à l’échelle nationale par la maitrise de l’excellence opérationnelle. D’autre part
l’utilisation du système de pesage conduit à une réduction des coûts et un gain de producti-
vité notable.

Nous avons eu l’opportunité d’utiliser tous nos connaissances acquis lors de notre cur-
sus d’études sur ce projet qui couvert plusieurs disciplines, allant de l’étude, la conception à
l’automatisation.

En perspective, nous espérons que notre travail pourra apporter d’autre solution de contrôle
qualité dans l’unité de remplissage d’huile et dans les autres unités.

41
webographie

[1]https://fr2.slideshare.net/rapport-de-stage-lesieur-cristal/
[2]https://tn.kompass.com/cristal-tunisie/tn101750/
[3]https://online.visual-paradigm.com/drive/
[4]https://docs.google.com/
[5]http://lycees.ac-rouen.fr/maupassant/site2/Sujets/Detect/
[6]https://www.solidworks.com/fr

42
Annexe 1

43
Annexe 2

44
Annexe 3

45
 M ISE EN PLACE D ’ UN SYSTÈME DE CONTRÔLE DE QUALITÉ DANS
UNE CHAINE DE MISE EN BOUTEILLE AUTOMATISÉE

Rapport de Stage PFE

RÉSUME

Le présent travail a été effectuer au sein de la société Industrielle Cristal Tunisie qui a un
problème au niveau de la qualité de son produit. Afin de le résoudre on a suivi une approche
précise en se basant sur l’analyse fonctionnelle en détaillant tout d’abord les besoins de la
société. Une étude d’un outil de contrôle qualité dans la chaine de production a été établie
afin de proposer une solution efficace au problématique. Puis on a fait son étude
conceptuelle. Vous trouverez également une description détaillée sur les automates
programmables industriels. Une section est consacrée à la description du logiciel SIMATIC
STEP7 en mettant en avant les étapes à suivre pour la création d’un projet d’automatisation.
Et à la fin un algorithme a été élaboré pour développer la nouvelle solution.

Mots clés : Automatisation, capteur, conception électrique, étude, analyse, API,S7-300.

SUMMARY

This internship took place at the tunisian Industrial Cristal company which had a problem
with the quality product. In order to solve it we followed a precise approach based on the
functional analysis by detailing the needs of the company. A study of a quality control tool
in the production chain was established in order to propose an effective solution to the
problem. Then we did his conceptual study. You will find a detailed description of
programmable logic controllers. A section is devoted to the description of the SIMATIC
STEP7 software, highlighting the steps to follow for creating an automation project and at
the end an algorithm which have been developed to obtain a new solution.

Keywords : Automation, sensor, electrical design, study, analysis, API,S7-300.