Système de contrôle automatisé pour machines à briques de béton : comment la technologie PLC permet un contrôle précis de la production

Système de contrôle automatisé pour machines à briques de béton : comment la technologie PLC permet un contrôle précis de la production

Dans le secteur de la construction moderne, les briques de béton, matériau de base, ont un impact direct sur la sécurité des chantiers et l'efficacité des projets, notamment en termes de qualité de production. La production traditionnelle de briques de béton repose sur des opérations manuelles et un jugement empirique, ce qui engendre des problèmes tels que d'importantes variations de qualité, un gaspillage considérable de matières premières et une faible productivité. Aujourd'hui, grâce à l'intégration poussée de la technologie des automates programmables (PLC), les machines à fabriquer des briques de béton ont franchi une étape décisive, passant d'une production extensive à une production intelligente et de précision. Cet article explore comment la technologie PLC, par un contrôle précis et intelligent, maîtrise chaque aspect de la production de briques de béton.

I. Technologie PLC : le « cerveau industriel » des machines à briques de béton

En tant que contrôleur central de l'automatisation industrielle, l'automate programmable (PLC) possède une grande fiabilité, une forte résistance aux interférences et une grande flexibilité de programmation, ce qui en fait le choix privilégié pour les systèmes de commande des machines à briques de béton. Ses principales fonctions sont les suivantes :

1. Planification multitâche : Gestion synchrone de plus de dix actionneurs, incluant l’alimentation en matières premières, le moulage hydraulique, le compactage par vibration et la préhension robotisée, assurant une liaison fluide entre chaque étape. Par exemple, sur un certain type de briqueterie, la coordination par automate programmable des actions du vérin hydraulique et du moteur vibrant permet de réduire le cycle de pressage d’un moule à 12 secondes, soit un gain de productivité de 40 % par rapport aux équipements traditionnels.

2. Acquisition de données en temps réel : Plus de 200 points de surveillance, incluant des capteurs de pression, de déplacement et de température, sont connectés afin de créer un « jumeau numérique » couvrant l’intégralité de la ligne de production. À titre d’exemple, sur une ligne de production, l’automate programmable collecte 50 ensembles de données par seconde, surveillant en temps réel des paramètres clés tels que la pression du système hydraulique (précision ±0,1 MPa) et la température du moule (±1 °C).

3. Prise de décision intelligente et rétroaction : À partir d’une bibliothèque de paramètres de processus prédéfinis, l’automate programmable ajuste dynamiquement le fonctionnement de l’actionneur grâce à un algorithme de contrôle PID. Par exemple, lorsque le capteur de pression détecte un écart entre la pression de moulage et la valeur de consigne (15 MPa), l’automate programmable ajuste l’ouverture de la vanne proportionnelle en 0,2 seconde, limitant ainsi la fluctuation de pression à ±0,3 MPa.

II. Principaux cas d'application de la technologie PLC pour un contrôle précis de la production. Les principaux processus de production de briques de béton comprennent le dosage des matières premières, le mélange, la distribution des matériaux, le moulage, le démoulage et le transport. La technologie PLC assure l'automatisation et la précision de l'ensemble du processus de production grâce à un contrôle précis de chaque étape. Voici quelques exemples de cas d'application :

(I) Contrôle précis du dosage des matières premières : de l'estimation empirique à la quantification numérique. La précision du dosage des matières premières détermine directement les performances des briques de béton, telles que leur résistance et leur durabilité. Les méthodes de production traditionnelles reposent sur un pesage manuel, source d'erreurs importantes et sensible aux facteurs humains. La technologie PLC, associée à des capteurs de poids et des variateurs de fréquence, permet un contrôle automatisé et précis du dosage des matières premières. L'opérateur saisit d'abord la formule de production (proportions de ciment, sable, cendres volantes et eau, par exemple) via une interface homme-machine. Le contrôleur PLC calcule le poids cible de chaque matière première à partir des paramètres de la formule et envoie des instructions aux variateurs de fréquence situés dans chaque silo. Pendant l'alimentation, un capteur de poids collecte en temps réel les données de poids des matières premières et les transmet au contrôleur PLC. Ce dernier ajuste en temps réel la fréquence de fonctionnement du doseur grâce à un algorithme de contrôle PID : lorsque le poids de la matière première approche la valeur cible, la vitesse du doseur diminue, réduisant ainsi le débit. Lorsque le poids cible est atteint, l'alimentation s'arrête immédiatement. Le temps de réponse du processus est inférieur à 0,5 seconde et l'erreur de poids est maîtrisée à ±0,5 %, une précision bien supérieure à celle d'une opération manuelle. Parallèlement, le système PLC peut mémoriser plusieurs formules de production, permettant un passage rapide d'un type de brique à l'autre (briques standard, briques creuses, briques perméables) et améliorant considérablement la flexibilité de la production.

(II) Contrôle intelligent du processus de malaxage : Garantir un mélange homogène des matières premières. L’homogénéité du mélange des matières premières du béton influe directement sur la densité et la résistance des briques. La technologie PLC permet une optimisation intelligente du processus de malaxage grâce à un contrôle précis de la vitesse du moteur de malaxage et de la durée de malaxage. Avant le malaxage, le PLC ajuste automatiquement la vitesse du moteur en fonction de la sécheresse des matières premières (données collectées par un capteur d’humidité) : lorsque les matières premières sont relativement sèches, la vitesse est augmentée pour renforcer le malaxage ; lorsqu’elles sont relativement humides, la vitesse est réduite pour éviter les projections de coulis. Pendant le malaxage, le PLC surveille la durée en temps réel et définit un cycle de malaxage fixe en fonction des exigences des différentes formulations (généralement de 60 à 120 secondes). À la fin du cycle, il déclenche automatiquement l’arrêt du malaxage et le début du déchargement. De plus, le système PLC intègre une fonction de surveillance des anomalies de malaxage. En cas de fluctuation anormale du courant du moteur de malaxage (par exemple, une agglomération des matières premières entraînant une surcharge), le système déclenche immédiatement une alarme et arrête la machine afin de prévenir tout dommage matériel. Grâce au contrôle précis de l'automate programmable, l'homogénéité du mélange des matières premières peut être améliorée de plus de 30 %, réduisant ainsi efficacement les problèmes tels que la fissuration des briques et l'insuffisance de résistance causées par un mélange inégal.

(III) Contrôle précis de la mise en place et du formage des matériaux : obtention d'une taille et d'une densité de briques uniformes
Le placement et le moulage des matériaux constituent l'étape clé de la production de briques en béton. La technologie PLC, grâce à la commande coordonnée de la machine de placement des matériaux, du système hydraulique et du moule, assure un contrôle précis de la quantité de matériau déposée, de la pression de moulage et du déplacement du moule. Lors de l'alimentation en matériau, le PLC calcule la quantité nécessaire en fonction des dimensions du moule et du type de brique, et contrôle la vitesse et la durée d'alimentation de la machine. Simultanément, des capteurs de déplacement surveillent les mouvements de la machine afin de garantir que la zone d'alimentation couvre l'intégralité de la cavité du moule, évitant ainsi les manques ou les excès de matériau. Pendant le moulage, le PLC collecte en temps réel les données de pression du système hydraulique via des capteurs de pression. Une pression cible (généralement de 15 à 30 MPa) est définie en fonction des exigences de résistance de la brique. Lorsque la pression hydraulique atteint cette valeur cible, le PLC émet une commande de maintien de la pression. La durée de maintien est automatiquement ajustée selon les paramètres de la formule (généralement de 5 à 10 secondes) afin de garantir une densité uniforme des briques. Simultanément, des capteurs de déplacement surveillent en temps réel les mouvements de levage et d'abaissement du moule. L'automate programmable contrôle avec précision la vitesse d'ouverture et de fermeture du moule en fonction des données de déplacement, évitant ainsi la casse des briques due à des mouvements excessifs du moule. Grâce à ce contrôle coordonné, les erreurs dimensionnelles des briques sont maîtrisées à ±2 mm près, l'uniformité de la densité est améliorée de plus de 25 % et le taux de conformité des produits est considérablement accru.

(IV) Démoulage, convoyage et durcissement : contrôle de l’interverrouillage pour la mise en place d’un processus de production en boucle fermée
La technologie PLC permet non seulement un contrôle précis de chaque étape, mais aussi la mise en place d'un processus de production en boucle fermée grâce à la régulation interconnectée de chaque étape. Après la formation des briques, le PLC détermine, à partir des données de temps et de pression de moulage, si elles ont atteint la résistance requise pour le démoulage. Il émet alors une commande de démoulage, pilotant le mécanisme de démoulage et le convoyeur pour acheminer les briques vers la zone de séchage. Pendant le transport, des capteurs photoélectriques surveillent en temps réel la position des briques et le PLC ajuste automatiquement la vitesse du convoyeur en fonction du nombre de briques afin d'éviter leur accumulation ou un espacement excessif. Lors du séchage, le PLC collecte les données environnementales du four de séchage grâce à des capteurs de température et d'humidité, et les compare à des paramètres prédéfinis (température : 20-30 °C, humidité : supérieure à 90 %). En contrôlant le démarrage et l'arrêt des dispositifs de chauffage et de pulvérisation, il assure un contrôle précis de l'environnement de séchage. Après durcissement, l'automate programmable commande automatiquement le convoyeur qui transporte les briques finies vers la zone de stockage, tout en effectuant simultanément le comptage de la production. L'ensemble du processus est entièrement automatisé, de la matière première au produit fini, et ne nécessite aucune intervention manuelle, ce qui permet d'accroître la productivité de plus de 50 %.

III. Principaux avantages de la technologie PLC dans le contrôle de précision
Comparée aux méthodes de contrôle traditionnelles, la technologie PLC offre des avantages significatifs dans le contrôle automatisé des machines de fabrication de briques en béton, principalement sur les trois aspects suivants :

Tout d'abord, une fiabilité et une stabilité élevées. Les automates programmables industriels (PLC) possèdent une forte résistance aux interférences et fonctionnent de manière stable dans des environnements complexes, notamment en présence de poussière, de vibrations et de fluctuations de tension. Leur temps moyen entre les pannes (MTBF) peut dépasser 100 000 heures, réduisant considérablement les temps d'arrêt des équipements et garantissant une production continue.
Deuxièmement, une précision de contrôle élevée. Grâce à la commande numérique et aux algorithmes de réglage PID, les automates programmables permettent un contrôle précis de paramètres tels que le poids, la pression, le déplacement et le temps, avec des erreurs bien inférieures à celles obtenues par commande manuelle ou par relais, améliorant ainsi la stabilité et la qualité des produits.
Troisièmement, une grande flexibilité et une excellente évolutivité. Les automates programmables industriels (API) adoptent une conception modulaire, permettant l'ajout de divers modules d'entrée/sortie. Des fonctions de contrôle (telles que la surveillance à distance et l'analyse statistique des données) peuvent être intégrées en fonction des besoins de production. Parallèlement, les programmes des API peuvent être modifiés facilement par logiciel, ce qui permet de passer rapidement d'une formule de production à un autre et d'un type de brique à un autre afin de s'adapter à l'évolution du marché.

De la mesure précise du poids à un environnement de durcissement constant, de la coordination des actions à la milliseconde près à la traçabilité complète des données, la technologie PLC, grâce à sa fiabilité, sa précision et sa flexibilité inégalées, confère à la production de briques de béton une vision et une précision optimales. Elle assure non seulement le contrôle automatisé, mais constitue également un levier essentiel pour une production allégée, une qualité standardisée et une gestion numérique. Forte de son évolution technologique continue, la technologie PLC continuera de guider l'industrie de la fabrication de briques de béton vers un avenir plus efficace, économe en énergie et intelligent .