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Étude de cas

Production efficace de produits en plastique

Conçue et construite par Orex, la rotomouleuse SHUTTLE-5700 HYBRID permet d'utiliser des sources d'énergie renouvelables dans le processus de moulage du plastique tout en permettant des économies de matière et une productivité accrue.

Orex fabrique des machines de rotomoulage spécialisées utilisées dans la production de produits en plastique par le biais du procédé de rotomoulage. Ces machines sont utilisées pour produire des réservoirs d'eau, des jouets, des boîtiers et d'autres articles aux formes complexes. Pour un client en Allemagne, Orex a conçu et fabriqué une machine sur mesure : la SHUTTLE-5700 HYBRID. C'est la première machine de cette taille et de cette sophistication technologique développée par l'entreprise polonaise. Comparée aux autres solutions disponibles sur le marché, elle se distingue par sa flexibilité dans l'utilisation des sources d'énergie et son haut rendement, ce qui lui permet de réaliser d'importantes économies. La solution est basée sur la technologie Siemens et les armoires de commande fournies par Rittal.

Comment fonctionne le rotomoulage ?

Le rotomoulage, également connu sous le nom de rotomoulage, est un procédé de fabrication utilisé pour fabriquer des produits en plastique tridimensionnels.

« Le rotomoulage présente des avantages significatifs par rapport aux autres méthodes de formage des plastiques. Cela minimise le gaspillage de matériaux, contribue à améliorer la qualité des produits et réduit les coûts de production en petites séries. Cela permet également de fabriquer des produits aux formes et aux géométries complexes, »
explique Sławomir Kocur, spécialiste des achats et de la logistique au sein du département d'automatisation d'Orex.

L'élément central des machines de rotomoulage Orex est le four. À l'intérieur du four, la matière plastique est déposée sur les parois du moule à haute température pendant que le moule tourne sur deux axes. Le système de chauffage joue un rôle clé dans ce processus, qui inclut des composants tels que des brûleurs à gaz et d'autres technologies de chauffage. La formation du produit est rendue possible par le système de rotation, qui garantit une répartition uniforme du plastique fondu sur les surfaces intérieures du moule, ce qui donne une épaisseur de paroi uniforme. Une fonction supplémentaire des machines de rotomoulage est assurée par le système de refroidissement. Il refroidit le produit après le moulage, ce qui lui permet de conserver sa forme finale.

Pour obtenir des produits de haute qualité, il faut un contrôle précis des processus. Les rotomouleuses Orex, y compris la SHUTTLE-5700 HYBRID, sont équipées de systèmes d'automatisation et de contrôle avancés qui garantissent non seulement un contrôle précis du processus de moulage, mais permettent également de surveiller les paramètres et de programmer les différents cycles de production et configurations de moules.

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Le processus de rotomoulage nécessite le strict respect des paramètres technologiques et une surveillance étroite à chaque étape de la production.

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Le processus de moulage peut être contrôlé manuellement ou automatiquement. Au cœur du système de contrôle se trouve un automate SIMATIC S7-1500, tandis que la gestion et la surveillance des processus sont assurées via une interface tactile SIMATIC Comfort HMI.

Solutions hybrides

Le SHUTTLE-5700 HYBRID combine différentes technologies de chauffage des moules afin d'augmenter l'efficacité énergétique, de réduire les émissions de gaz à effet de serre et d'améliorer la productivité des processus. L'un des principaux avantages des machines hybrides est la possibilité d'utiliser alternativement des brûleurs à gaz ou des radiateurs électriques alimentés par des sources d'énergie renouvelables, telles que des panneaux solaires et des éoliennes, pour chauffer la chambre de moulage.

« Les solutions hybrides mises en œuvre par Orex sont extrêmement importantes dans le contexte de la protection du climat. Le remplacement des sources d'énergie classiques par des sources renouvelables permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre et l'empreinte carbone globale, »
souligne Marcin Koter, directeur des ventes chez Siemens Poland.

Le SHUTTLE-5700 HYBRID est l'un des modèles de machines hybrides les plus importants fabriqués par Orex pour le traitement thermique de matériaux en polyéthylène (PE) en poudre par le procédé de rotomoulage. Ces machines sont équipées de systèmes de surveillance et de diagnostic avancés qui permettent une analyse continue des paramètres de la machine et aident à prévenir d'éventuels problèmes de fonctionnement. En outre, les solutions Orex basées sur la technologie Siemens permettent un contrôle précis des processus, ce qui se traduit par une meilleure qualité des produits et une gestion de la production plus efficace.

Solutions de rotomoulage basées sur la technologie Siemens

Le processus de rotomoulage nécessite le strict respect des procédures technologiques et une surveillance étroite des paramètres à chaque étape de la production. Pendant la fabrication, un moule correctement préparé contenant du polyéthylène en poudre fait tourner à l'intérieur de la chambre du four pendant une période spécifiée, à des vitesses appropriées et avec des changements programmés du sens de rotation. L'un des facteurs clés pour garantir l'exactitude du processus est d'atteindre et de maintenir la bonne température de moulage. La machine HYBRIDE OREX SHUTTLE-5700 a été adaptée pour fonctionner avec des éléments chauffants électriques composés de 24 panneaux chauffants de 40 kW chacun, ainsi qu'un système de chauffage au gazole composé de deux brûleurs d'une puissance de 1 250 kW chacun. Comme les brûleurs sont installés dans un échangeur de chaleur, cette solution permet une circulation d'air propre dans la chambre du four tout en améliorant les conditions de combustion du gaz naturel et du mazout.

« La machine SHUTTLE est équipée de systèmes modernes de contrôle du mouvement et de la position, de régulateurs de chauffage PID, de contacteurs SSR rapides et de capteurs de température, de pression et de position. Cela permet d'adapter précisément le processus technologique, garantissant ainsi une production et des capacités technologiques étendues, »
explique Sławomir Kocur.

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La machine construite par Orex intègre une gamme de solutions Siemens issues des familles de produits SIMATIC, SIMATIC NET et SINAMICS, ainsi que des équipements de commutation et de protection basse tension SIRIUS/SENTRON.

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Les solutions basées sur Siemens utilisées par Orex permettent un contrôle précis des processus, ce qui se traduit par une meilleure qualité des produits et une gestion de la production plus efficace.

Le processus de moulage peut être contrôlé manuellement ou automatiquement. Au cœur du système de contrôle se trouve un PLC SIMATIC S7-1500, qui gère les composants d'actionnement, collecte les données de mesure et traite les informations acquises pour exécuter les algorithmes de processus. La gestion des processus, la surveillance et l'acquisition des données sont assurées par le biais d'un IHM SIMATIC Comfort interface à écran tactile. Un autre aspect important est l'utilisation de dispositifs de commutation et de protection fiables provenant du SIRIUS/SENTRON famille de produits.

« Le système de contrôle intègre les dernières technologies Siemens, garantissant un contrôle précis du processus. Les principaux composants responsables du contrôle de la machine sont les suivants Servovariateurs SINAMICS équipée de fonctions de sécurité avancées. Leur mise en œuvre permet une régulation fluide de la vitesse pour les axes de rotation majeurs et secondaires, dans une plage de 0,5 à 7 tr/min, » explique Krzysztof Staszek, expert en programmation d'automatisation industrielle chez Orex Rotomoulding.

L'utilisation de codeurs absolus sur les axes d'entraînement permet de contrôler avec précision le mouvement de rotation des bras de la machine. Grâce à cette technologie de pointe, le moule peut être positionné avec précision, garantissant à la fois la sécurité opérationnelle et une manipulation rapide pendant les activités de chargement, de déchargement et de maintenance.

De série, la machine Orex est équipée d'un compteur de consommation électrique, d'un analyseur de qualité de l'alimentation et d'un compteur de consommation de gaz.

La sécurité d'abord

L'un des aspects clés de toute chaîne de production est la protection du personnel contre les blessures et de l'équipement contre les dommages. Dans la solution Orex, ces exigences sont strictement respectées et supervisées par des systèmes de sécurité dédiés soutenus, entre autres, par la technologie Siemens.

« La sécurité de la machine SHUTTLE pendant toute sa durée de vie est garantie par un ensemble complet de dispositifs et de systèmes de sécurité, soutenus par des systèmes modernes de détection de gaz actifs, des détecteurs de flamme, des serrures à verrouillage et des verrouillages antimouvement. Associée à des zones de travail spécialement désignées et protégées, ainsi qu'à un personnel d'exploitation formé et soucieux de la sécurité, la machine fournit un environnement de travail sûr et moderne, » explique Krzysztof Staszek.

Pour améliorer encore la sécurité opérationnelle, la chambre du four est équipée d'un système d'extraction d'urgence des gaz d'échappement et d'un ventilateur d'échange de chaleur supplémentaire. De plus, l'accès à la machine est sécurisé par une clôture de sécurité dotée de portes d'accès dédiées aux processus et à la maintenance. La machine comprend des zones désignées auxquelles seul le personnel autorisé peut accéder pour effectuer des tâches opérationnelles ou de maintenance.

Le fonctionnement du SHUTTLE-5700 HYBRID et le suivi du processus de production se font via un panneau de commande à écran tactile.

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La sécurité de la machine SHUTTLE pendant toute sa durée de vie opérationnelle est garantie par un système complet de dispositifs et de dispositifs de protection, soutenu par des systèmes modernes de détection de gaz actifs, des détecteurs de flamme, des verrous de sécurité à verrouillage et des dispositifs antimouvement.

Chaque poste de travail est équipé d'un panneau de commande manuel indépendant. La sécurité et la qualité du processus technologique sont supervisées par un système de SÉCURITÉ mis en œuvre par le biais d'un automate Siemens Fail-Safe, ainsi que par nos servovariateurs SINAMICS haut de gamme équipés de fonctions de sécurité intégrées
Marcin Koter, Directeur des ventes, Siemens Poland

Équipement de l'armoire de commande

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La gamme de solutions proposées par Rittal constitue une partie importante de l'équipement de la machine, notamment les armoires de commande et de distribution VX25 avec climatisation intégrée, ainsi que les systèmes de distribution électrique VX25 Ri4Power et RiLine60.

Outre les solutions Siemens, la machine SHUTTLE-5700 HYBRID intègre des équipements fournis par Rittal, notamment des armoires de commande et de distribution électrique VX25 avec climatisation intégrée, ainsi que les systèmes de distribution électrique VX25 Ri4Power et RiLine60. Au total, la machine est équipée de 12 armoires Rittal abritant des équipements électriques basse tension.

« Les deux armoires d'alimentation principales sont équipées d'un disjoncteur principal Siemens 2500 A et de sectionneurs à fusibles Rittal NH3 630 A. Dans les armoires d'alimentation sortantes alimentant les différents éléments chauffants, des systèmes de barres RiLine60 avec des barres omnibus en cuivre de 30 × 10 mm ont été installés, ainsi que des interrupteurs à fusibles, des sectionneurs et des adaptateurs de connexion, » explique Bartosz Kaźmierczyk, chef de produit responsable du segment Distribution électrique chez Rittal.

Le système d'armoires et de barres omnibus constitue une solution complète pour la construction d'ensembles de commutation basse tension certifiés avec compartimentage interne. Le système VX25 Ri4Power a été testé avec des équipements électriques Siemens conformément à la norme EN 61439, y compris le disjoncteur à air (ACB) 3WL1225 2500 A utilisé dans le cadre de ce projet.

« Cette solution est conçue pour les applications dont les courants nominaux peuvent atteindre 6 300 A. Le VX25 Ri4Power combine la distribution électrique et la technologie de contrôle dans un seul boîtier. Le système modulaire complet permet une mise en œuvre rapide et flexible de n'importe quelle section d'appareillage de commutation avec des formes de séparation allant de 1 à 4b. Cela permet également de créer des compartiments de barres omnibus, des unités fonctionnelles et des zones de connexion configurés individuellement, »
explique Bartosz Kaźmierczyk de Rittal.

Le projet intègre également quatre unités de climatisation Blue e+, chacune d'une capacité de refroidissement de 2 kW. Chaque unité est montée directement sur la porte d'un tableau de commande. Pour améliorer l'efficacité énergétique, Rittal utilise une technologie hybride innovante dans ses systèmes de climatisation. Cette technologie combine un système de refroidissement classique basé sur un compresseur avec un système de caloduc qui assure un refroidissement passif. Le compresseur ne fonctionne que lorsque le refroidissement passif est insuffisant à lui seul. Par conséquent, la solution permet à la fois de réduire la consommation d'énergie et les émissions de CO₂.

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Pour garantir des conditions thermiques optimales aux équipements installés à l'intérieur des armoires, des climatiseurs Blue e+ d'une capacité de refroidissement de 2 kW ont été déployés. »

Haute qualité, économies et avantages environnementaux

L'utilisation de solutions et de matériaux respectueux de l'environnement, y compris des systèmes électriques basés sur des sources d'énergie renouvelables et à faibles émissions, est l'une des caractéristiques des machines développées par Orex. Les autres avantages des solutions hybrides de l'entreprise incluent la réduction du gaspillage de matériaux et la baisse des coûts de production, en particulier pour les petites séries.

Comparé à d'autres technologies de moulage telles que le moulage par injection ou le formage sous pression, le processus de rotomoulage ne nécessite pas les hautes pressions nécessaires pour forcer le matériau à entrer dans un moule. Cette caractéristique en fait une méthode idéale pour fabriquer de grands produits monoblocs tels que des réservoirs, des conteneurs et des boîtiers extérieurs. De plus, le rotomoulage minimise considérablement le gaspillage de matière. Contrairement aux méthodes de production concurrentes, où l'excédent de matière est souvent retiré et jeté, la quasi-totalité du plastique utilisé dans le processus de rotomoulage entre dans la composition du produit final. Cela se traduit par une utilisation plus efficace des matériaux et contribue à réduire les coûts de production globaux.

« L'outillage utilisé pour le rotomoulage est généralement plus simple et moins coûteux que l'outillage requis pour les autres technologies de moulage. Par conséquent, le processus est plus accessible aux fabricants, en particulier ceux qui produisent des lots en petites séries. De plus, les produits fabriqués selon ce procédé se caractérisent par une qualité supérieure. Ils sont sans soudure et exempts de soudures ni de joints, ce qui les rend plus résistants à l'usure, aux dommages et aux contraintes mécaniques. Tous ces avantages font du rotomoulage un choix intéressant pour les produits qui doivent être performants dans des conditions environnementales exigeantes, »
conclut Przemysław Orlik, PDG d'Orex Rotomoulding.

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