Actionneurs électriques conçus pour remplacer les systèmes de puissance hydraulique et pneumatique : guide pratique de l’automatisation industrielle

Depuis des décennies, les vérins pneumatiques et les actionneurs hydrauliques dominent la commande de mouvement industrielle. Leur popularité repose sur des méthodes de commande simples, une force robuste et une installation directe. Une vanne est alimentée, le fluide se déplace et l’actionneur se déploie ou se rétracte. Le concept est facile à comprendre et encore plus facile à entretenir.

Cependant, les sites de fabrication modernes subissent une pression croissante pour améliorer leur efficacité énergétique, réduire les besoins de maintenance, éliminer les fuites et obtenir une plus grande précision de positionnement. Ces exigences ont accéléré l’adoption des actionneurs électriques dans des secteurs allant de l’emballage et de l’assemblage à la fabrication de semi-conducteurs et à l’automatisation des procédés.

Contrairement aux systèmes traditionnels alimentés par fluide, les actionneurs électriques offrent un contrôle précis de la position, des profils de mouvement programmables, des déplacements répétables et des capacités de diagnostic en temps réel. Les ingénieurs peuvent contrôler l’accélération, la vitesse, la décélération et la position d’arrêt sans dépendre de régulateurs de pression, de dispositifs de réglage du débit ou d’ajustements mécaniques.

Historiquement, ces avantages s’accompagnaient d’un inconvénient important. Les systèmes de mouvement électrique nécessitaient souvent des variateurs servo, une programmation d’API, des réseaux de communication, des logiciels de réglage, des systèmes de retour d’information par codeur et une expertise spécialisée en commande de mouvement.

Pour de nombreux sites, notamment ceux qui remplacent de simples vérins pneumatiques, cette complexité constituait un obstacle majeur à l’adoption.

Les plateformes modernes d’actionneurs électriques intégrés cherchent à éliminer ce problème en combinant la mécanique de l’actionneur, l’électronique de commande du moteur et le logiciel de configuration en un seul ensemble. Il en résulte un système qui offre les avantages du mouvement électrique tout en conservant la simplicité opérationnelle qui a rendu les systèmes pneumatiques si populaires.

Cet article examine la plateforme e-Actuator de SMC et explore comment les systèmes intégrés de mouvement électrique aident les fabricants à abandonner progressivement les technologies traditionnelles de transmission de puissance par fluides.

Pour les sites qui modernisent leur infrastructure d’automatisation, ces technologies complètent de plus en plus les systèmes PLC et PAC, les plateformes IHM industrielles et les solutions de commande de mouvement avancés utilisés dans les opérations de fabrication modernes.

Figure 1. La série e-Actuator dans une unité de démonstration de SMC.

Pourquoi les fabricants remplacent les actionneurs pneumatiques et hydrauliques

Les systèmes pneumatiques restent l’une des technologies de mouvement les plus utilisées dans l’automatisation industrielle. L’air comprimé est facilement disponible dans la plupart des usines, et les vérins pneumatiques offrent un fonctionnement fiable pour de nombreuses applications.

Les systèmes hydrauliques restent prédominants dans les applications nécessitant une force de sortie extrêmement élevée, notamment les presses, les machines lourdes, les équipements de formage des métaux et les grands actionneurs industriels.

Malgré ces avantages, les technologies de puissance fluidique présentent plusieurs difficultés opérationnelles.

Les systèmes à air comprimé sont intrinsèquement inefficaces. Des pertes d’énergie importantes surviennent lors de la compression, de la distribution, du stockage et de l’échappement de l’air. Des fuites d’air apparaissent souvent dans les installations vieillissantes, ce qui augmente les coûts énergétiques sans produire de travail utile.

Les systèmes hydrauliques présentent d’autres difficultés. La contamination du fluide, la dégradation des joints, les fuites, les considérations environnementales et les exigences permanentes d’entretien augmentent les coûts sur l’ensemble du cycle de vie.

Les actionneurs électriques répondent directement à bon nombre de ces problèmes.

• Aucune consommation d’air comprimé
• Aucun entretien du fluide hydraulique
• Aucun risque de fuite
• Bruit de fonctionnement réduit
• Précision de positionnement améliorée
• Profils de mouvement programmables
• Diagnostics intégrés
• Efficacité énergétique accrue

Plus important encore, les actionneurs électriques permettent de contrôler précisément le mouvement au lieu de se contenter de se déplacer entre deux positions finales fixes.

Cette capacité permet aux ingénieurs de créer des systèmes de production flexibles capables de prendre en charge plusieurs produits, recettes et modes de fonctionnement sans réglages mécaniques.

La complexité traditionnelle des systèmes électriques de contrôle des mouvements

Bien que les actionneurs électriques offrent des avantages considérables en matière de performances, les systèmes traditionnels de contrôle des mouvements à base de servomoteurs nécessitent souvent beaucoup plus d’efforts d’ingénierie que les installations pneumatiques.

Une solution électrique conventionnelle de contrôle des mouvements comprend généralement les éléments suivants :

• Moteur servo
• Variateur servo
• Contrôleur de mouvement
• Retour d’information du codeur
• Réseau de communication
• Logiciel de programmation
• Matériel de distribution électrique
• Intégration de la sécurité

Dans de nombreux sites industriels, les ingénieurs ont simplement besoin qu’un vérin se déplace de la position A à la position B. Installer un système servo complet pour répondre à une exigence aussi simple peut entraîner une complexité et des coûts inutiles.

Cette difficulté explique pourquoi les vérins pneumatiques restent courants malgré leurs limites.

L’effort d’ingénierie nécessaire pour configurer, mettre en service et entretenir un système traditionnel de contrôle des mouvements dépasse souvent les avantages qu’il offre pour les applications de déplacement linéaire simple.

Les actionneurs électriques intégrés tentent de combler cet écart en offrant des performances de positionnement de niveau servo tout en conservant la simplicité des méthodes traditionnelles de commande des systèmes de puissance fluidique.

Comprendre le concept d’e-actionneur SMC

La gamme d’e-actionneurs SMC EQFS aborde le contrôle des mouvements sous un angle pratique.

Au lieu d’obliger les ingénieurs à acheter séparément les moteurs, variateurs, systèmes de retour d’information et contrôleurs, l’actionneur intègre ces composants dans un ensemble compact.

Cette architecture réduit considérablement la complexité de l’installation.

Le contrôleur intégré gère automatiquement :

• Commande de la position
• Commutation du moteur
• Commande de l’accélération
• Commande de la décélération
• Retour de position
• Séquençage des mouvements
• Surveillance des défauts

L’utilisateur interagit ainsi avec l’actionneur un peu comme avec un vérin pneumatique.

Des entrées numériques simples commandent le mouvement, tandis que le contrôleur interne gère les calculs complexes et les algorithmes de commande qui fonctionnent en arrière-plan.

Figure 2. Contrôleur intégré avec interfaces dédiées pour l’alimentation, les E/S et la configuration.

Contrôleurs intégrés : simplifier le déploiement des systèmes de mouvement électriques

La complexité des contrôleurs a historiquement constitué l’un des principaux obstacles à l’adoption des actionneurs électriques.

Les systèmes servo traditionnels nécessitent souvent une configuration approfondie et une expertise spécialisée.

Les architectures à contrôleur intégré simplifient le déploiement en intégrant l’intelligence de mouvement directement dans l’ensemble de l’actionneur.

Du point de vue de l’installation, les ingénieurs interagissent principalement avec trois connexions :

• Entrée d’alimentation 24 VCC
• Interface d’E/S numériques
• Interface de configuration

Cette conception élimine une grande partie de la complexité du câblage couramment associée aux systèmes de commande de mouvement autonomes.

Les constructeurs de machines bénéficient d’un encombrement réduit dans les armoires, d’une documentation simplifiée et de procédures de mise en service plus rapides.

Le personnel de maintenance en bénéficie également, car le dépannage devient nettement plus facile lorsque le variateur et l’actionneur fonctionnent comme un système unifié.

Avantages de l’infrastructure électrique par rapport aux systèmes fluidiques

L’infrastructure des installations constitue également l’un des avantages des actionneurs électriques souvent négligés.

Les systèmes pneumatiques nécessitent de nombreux équipements auxiliaires avant même qu’un seul actionneur puisse fonctionner.

Cette infrastructure peut inclure :

• Compresseurs d’air
• Sécheurs
• Filtres
• Régulateurs de pression
• Réservoirs de stockage
• Tuyauterie de distribution
• Programmes de gestion des fuites

Les systèmes hydrauliques nécessitent des investissements tout aussi importants dans les infrastructures.

Ces systèmes comprennent généralement des pompes, des réservoirs, des vannes, des échangeurs de chaleur, des systèmes de filtration et de vastes réseaux de tuyauterie.

Les actionneurs électriques éliminent bon nombre de ces exigences.

L’infrastructure de distribution électrique existe déjà dans la plupart des installations industrielles. Étendre les connexions électriques à des emplacements éloignés est souvent nettement plus facile que d’installer de nouveaux réseaux d’air comprimé ou hydrauliques.

Cet avantage devient particulièrement important lors des projets d’agrandissement et de modernisation des installations.

Les ingénieurs peuvent déployer des systèmes de mouvement dans des emplacements où l’air comprimé peut être indisponible ou extrêmement coûteux à installer.

Comprendre les connexions d’alimentation et d’E/S

L’e-Actuator utilise une méthode de câblage simple, conforme aux pratiques courantes de l’automatisation industrielle.

Le connecteur d’alimentation reçoit une alimentation de commande standard de 24 V CC, ce qui permet sa compatibilité avec les systèmes d’alimentation industriels existants.

La plupart des plateformes d’automatisation modernes utilisent déjà des architectures d’alimentation 24 V CC pour les capteurs, les contrôleurs, les IHM et les équipements de communication.

Cette compatibilité simplifie l’intégration du système.

Figure 3. Affectation des broches d’alimentation et des E/S numériques utilisées par le contrôleur intégré.

L’architecture des entrées numériques diffère légèrement de celle de nombreux modules d’entrée d’automates conventionnels.

Comme l’actionneur utilise en interne la tension d’alimentation comme référence, les appareils externes doivent partager une référence électrique commune.

Il est important de comprendre cette relation lors de l’intégration du système.

Une mise à la terre appropriée et une gestion correcte de la référence commune contribuent à garantir un fonctionnement fiable tout en réduisant les parasites électriques et les problèmes de communication.

Les ingénieurs qui intègrent des actionneurs électriques à des systèmes Allen-Bradley ControlLogix, Siemens SIMATIC S7 ou Schneider Modicon Quantum doivent vérifier les pratiques courantes de référence d’alimentation lors de l’installation.

Applications industrielles qui bénéficient le plus des actionneurs électriques

Toutes les applications pneumatiques ou hydrauliques ne doivent pas automatiquement être converties au mouvement électrique.

Cependant, certaines applications peuvent tirer un grand bénéfice de la technologie des actionneurs électriques.

Voici quelques exemples :

• Machines d’emballage
• Systèmes de prélèvement et de dépose
• Équipements d’assemblage
• Fabrication électronique
• Transformation pharmaceutique
• Production alimentaire et de boissons
• Automatisation de laboratoire
• Équipements pour semi-conducteurs

Ces applications nécessitent souvent un positionnement répétable, des profils de mouvement flexibles et une maintenance réduite.

Les actionneurs électriques offrent des avantages difficiles à obtenir avec les systèmes traditionnels de transmission de puissance par fluides.

Alors que les environnements de production adoptent de plus en plus des stratégies d’usine intelligente, les systèmes de mouvement à commande électrique s’alignent davantage sur les objectifs de l’Industrie 4.0, axés sur la connectivité, le diagnostic, l’efficacité et la visibilité opérationnelle.

Configuration logicielle : quand le mouvement électrique devient pratique

Pour de nombreux ingénieurs, la configuration logicielle représente la principale difficulté lors du passage des vérins pneumatiques aux actionneurs électriques.

Les plateformes traditionnelles de commande de mouvement nécessitent souvent une configuration poussée des paramètres, une affectation des communications, une configuration des axes, des procédures de réglage et une expertise en programmation.

L’objectif de la plateforme e-Actuator est fondamentalement différent.

Plutôt que de présenter des centaines de paramètres de mouvement, le logiciel se concentre uniquement sur la configuration des réglages nécessaires aux applications industrielles courantes.

Cette approche réduit considérablement le temps de mise en service tout en préservant les avantages du mouvement électrique en matière de performances.

Le logiciel de configuration identifie automatiquement le modèle d’actionneur connecté et présente uniquement les paramètres pertinents à ajuster.

Ainsi, les ingénieurs consacrent moins de temps à parcourir des menus complexes et davantage à optimiser les performances de la machine.

Connexion à l’outil de configuration e-Actuator

La configuration s’effectue à l’aide de l’outil de configuration e-Actuator dédié fourni par SMC.

Le logiciel communique via le port de configuration M12 dédié, situé sur le contrôleur intégré.

Après l’établissement de la communication, le logiciel détecte automatiquement :

• Type d’actionneur
• Longueur de course
• Version du contrôleur
• Modes de fonctionnement disponibles
• Paramètres actuels

Ce processus de détection automatique élimine bon nombre des procédures de configuration manuelle traditionnellement associées aux systèmes asservis.

Pour les constructeurs de machines qui déploient plusieurs actionneurs, cette fonctionnalité peut réduire considérablement le temps de démarrage.

Les techniciens de mise en service peuvent rapidement vérifier les configurations, ajuster les paramètres et valider le fonctionnement sans connaissances approfondies en programmation.

Figure 4. Modes de fonctionnement disponibles dans l’outil de configuration e-Actuator.

Explication des modes de fonctionnement

L’un des aspects les plus innovants de la plateforme est sa capacité à reproduire le comportement familier des distributeurs pneumatiques.

Les techniciens de maintenance et les opérateurs de machines comprennent déjà le fonctionnement des distributeurs directionnels pneumatiques.

En reproduisant ces méthodes de commande, la courbe d’apprentissage du mouvement électrique est considérablement réduite.

La plateforme propose trois modes de fonctionnement principaux.

Mode simple solénoïde

Ce mode fonctionne de manière similaire à un distributeur pneumatique à rappel par ressort.

Lorsque l’entrée numérique est activée, l’actionneur se déplace vers la position commandée.

Lorsque le signal est supprimé, l’actionneur revient automatiquement à sa position d’origine.

Ce mode de fonctionnement est idéal pour :

• Systèmes d’éjection de pièces
• Dispositifs de positionnement simples
• Mécanismes de serrage
• Portes de rejet
• Postes de chargement

De nombreuses applications utilisant des vérins pneumatiques peuvent être remplacées directement par cette méthode de commande.

Mode double solénoïde

Le mode double solénoïde reproduit le comportement d’un distributeur directionnel à double solénoïde, couramment utilisé dans l’automatisation pneumatique.

Une entrée numérique commande l’extension, tandis qu’une seconde entrée commande la rétraction.

L’actionneur maintient sa position jusqu’à la réception d’une nouvelle commande.

Cette approche offre une plus grande flexibilité de commande et ressemble étroitement aux conceptions traditionnelles des machines industrielles.

Les applications comprennent :

• Systèmes de transfert
• Équipements de manutention
• Postes d’assemblage automatisés
• Mécanismes d’indexage
• Équipements d’emballage

Mode à point milieu fermé

Le mode à point milieu fermé offre une fonctionnalité indisponible sur la plupart des vérins pneumatiques conventionnels.

En plus des positions de sortie et de rentrée, l’actionneur peut se déplacer jusqu’à une position intermédiaire.

Cela permet un contrôle à trois positions à l’aide de seulement deux entrées numériques.

La possibilité de s’arrêter à une position centrale configurable ouvre la voie à un fonctionnement plus sophistiqué des machines, sans nécessiter de contrôleur complet de mouvement servo.

Les applications comprennent :

• Manipulation de pièces multiposition
• Systèmes de tri
• Postes d’inspection
• Mécanismes de transfert
• Systèmes de positionnement des produits

Cette fonctionnalité met en évidence l’un des principaux avantages des actionneurs électriques par rapport aux technologies conventionnelles de transmission de puissance par fluides.

Combler l’écart entre pneumatique et commande servo

Les modes de fonctionnement illustrent une tendance importante qui se dessine dans l’ensemble de l’automatisation industrielle.

Les fabricants recherchent de plus en plus des solutions qui associent la simplicité de l’automatisation traditionnelle à la flexibilité des technologies numériques modernes.

Les actionneurs électriques occupent une position unique dans cette transition.

Ils offrent une fonctionnalité nettement supérieure à celle des vérins pneumatiques, tout en évitant la plupart des complexités associées aux plateformes complètes de servomoteurs.

Cet équilibre est particulièrement intéressant pour les constructeurs de machines qui développent des équipements destinés à des clients ne disposant pas nécessairement d’une expertise spécialisée en contrôle du mouvement.

Les commandes numériques simples restent familières au personnel de maintenance, tandis que les profils de mouvement avancés restent accessibles aux équipes d’ingénierie.

Avantages des profils de mouvement intégrés

L’une des principales limites des vérins pneumatiques réside dans l’absence de contrôle précis du mouvement.

Bien que les régulateurs de débit puissent influer sur la vitesse, il reste difficile d’obtenir des profils d’accélération et de décélération répétables.

Les vérins pneumatiques se déplacent généralement aussi rapidement que le permettent la pression du système et les conditions de charge.

Cela entraîne souvent :

• Chocs mécaniques
• Endommagement des produits
• Génération de bruit
• Usure des composants
• Précision de positionnement réduite

Les actionneurs électriques résolvent ces problèmes grâce à des profils de mouvement programmables.

Le contrôleur régule en continu la puissance du moteur afin d’obtenir un mouvement maîtrisé sur l’ensemble de la course.

Cela se traduit par un fonctionnement plus fluide, une meilleure répétabilité et une durée de vie prolongée des équipements.

Dans les environnements de fabrication à grande vitesse, la réduction des forces d’impact peut améliorer considérablement la fiabilité des machines et la qualité des produits.

Ce seul avantage justifie souvent la transition des systèmes pneumatiques vers les technologies de mouvement électriques.

Configuration des paramètres de vitesse, d’accélération et de position

Le plus grand avantage des actionneurs électriques par rapport aux systèmes à entraînement hydraulique ou pneumatique est peut-être le contrôle total des caractéristiques du mouvement.

Avec les vérins pneumatiques, les ingénieurs ajustent généralement les limiteurs de débit et les réglages du régulateur pour influencer la vitesse. Bien que cette approche fonctionne pour de nombreuses applications, les performances peuvent varier en fonction des conditions de charge, des fluctuations de la pression d’air et de l’usure des composants.

Les actionneurs électriques éliminent ces variables en permettant de définir directement les paramètres de mouvement dans le contrôleur.

Au lieu de s’appuyer sur des restrictions de pression et de débit, les ingénieurs peuvent définir des valeurs précises pour :

• Taux d’accélération
• Vitesse de déplacement maximale
• Taux de décélération
• Positions cibles
• Positions intermédiaires
• Temps de déplacement

Ce niveau de contrôle améliore considérablement la régularité entre les cycles de production.

Chaque mouvement suit le même profil, quelles que soient les légères variations environnementales ou opérationnelles.

Figure 5. Les paramètres de position, de vitesse, d’accélération et de décélération peuvent être configurés à l’aide du logiciel de configuration.

Pourquoi les profils de mouvement sont importants dans la fabrication moderne

La qualité du mouvement est devenue de plus en plus importante à mesure que les systèmes de production évoluent.

Les équipements de fabrication plus anciens privilégiaient souvent la vitesse par-dessus tout. Tant que le vérin sortait et rentrait rapidement, le système atteignait son objectif.

Les environnements de fabrication actuels exigent bien davantage.

Les lignes de production traitent désormais des produits délicats, des matériaux légers, des assemblages de précision et des variantes de produits fortement personnalisées.

Des forces d’impact excessives peuvent endommager les produits, réduire la qualité et accélérer l’usure des équipements.

Les profils de mouvement programmables contribuent à éliminer ces problèmes.

Au lieu de heurter brusquement les butées mécaniques, les actionneurs électriques peuvent accélérer progressivement, maintenir une vitesse de déplacement contrôlée et décélérer en douceur avant d’atteindre la position cible.

Les avantages comprennent :

• Réduction des chocs mécaniques
• Niveaux de vibration réduits
• Amélioration de la qualité des produits
• Durée de vie prolongée des machines
• Réduction des coûts de maintenance
• Précision de positionnement accrue

Ces avantages deviennent particulièrement importants dans des secteurs tels que la fabrication électronique, la production pharmaceutique, la fabrication de semi-conducteurs et les opérations d’assemblage automatisées.

Positionnement configurable au-delà des butées mécaniques de fin de course

Les vérins pneumatiques traditionnels fonctionnent généralement entre deux limites mécaniques fixes.

Lorsqu’une position différente est requise, les ingénieurs doivent souvent installer des butées mécaniques, reconcevoir le matériel ou sélectionner une longueur de course différente pour l’actionneur.

Les actionneurs électriques offrent une flexibilité nettement supérieure.

Le logiciel permet aux ingénieurs de définir les positions de fonctionnement indépendamment des limites de course physiques de l’actionneur.

Cela signifie qu’un seul actionneur peut prendre en charge plusieurs configurations de machines sans modification mécanique.

Voici quelques exemples :

• Recettes spécifiques aux produits
• Multiples formats d’emballage
• Opérations d’assemblage flexibles
• Changements automatisés
• Systèmes de production adaptatifs

Alors que les fabricants adoptent de plus en plus des stratégies de production flexible, cette capacité devient un avantage concurrentiel majeur.

Au lieu de régler physiquement les machines entre les séries de production, les opérateurs peuvent simplement sélectionner une nouvelle recette via l’interface de la machine.

L’actionneur se déplace automatiquement en fonction des nouveaux paramètres de configuration.

Avantages de l’Industrie 4.0 et de la production intelligente

La transition de la puissance hydraulique et pneumatique vers le mouvement électrique s’inscrit étroitement dans les initiatives plus larges de l’Industrie 4.0.

Les usines modernes dépendent de plus en plus d’équipements connectés capables de fournir une visibilité opérationnelle, des informations de diagnostic et des analyses des performances.

Les vérins pneumatiques offrent généralement un retour d’information limité.

Au mieux, les ingénieurs peuvent installer des capteurs externes pour déterminer les positions déployée et rétractée.

Les actionneurs électriques génèrent intrinsèquement des données opérationnelles bien plus riches.

Voici quelques exemples :

• Retour de position
• État du mouvement
• Nombre de cycles
• Conditions d’erreur
• Temps de déplacement
• Tendances des performances
• Historique de fonctionnement

Ces informations peuvent contribuer aux initiatives de maintenance prédictive et améliorer l’efficacité globale des équipements.

Lorsqu’ils sont intégrés à des réseaux de communication industriels modernes et à des plateformes informatiques industrielles, les actionneurs électriques deviennent de précieuses sources de données au sein des environnements de production connectés.

Comparaison de l’efficacité énergétique : systèmes électriques et pneumatiques

L’efficacité énergétique reste l’un des arguments les plus convaincants en faveur de l’adoption des actionneurs électriques.

L’air comprimé est souvent décrit comme l’un des fluides les plus coûteux dans une usine de production.

La production d’air comprimé nécessite une quantité importante d’énergie électrique.

D’autres pertes surviennent notamment par :

• Inefficacités de la compression
• Pertes dans les canalisations de distribution
• Chutes de pression
• Fuites d’air
• Pertes des vannes
• Pertes à l’échappement

Les études sectorielles estiment fréquemment qu’un pourcentage important de l’air comprimé produit dans les usines n’effectue jamais de travail utile.

Les actionneurs électriques convertissent directement l’énergie électrique en mouvement mécanique.

Ce processus de conversion directe permet généralement d’atteindre une efficacité globale du système bien supérieure.

Pour les installations qui exploitent des centaines d’actionneurs sur plusieurs lignes de production, les économies d’énergie cumulées peuvent devenir considérables.

Ces économies améliorent souvent le calcul du coût total de possession lors de la comparaison des technologies électriques et pneumatiques.

Réduire les besoins de maintenance

Les considérations de maintenance vont au-delà de la consommation d’énergie.

Les systèmes hydrauliques et pneumatiques nécessitent une attention continue pour garantir un fonctionnement fiable.

Les activités de maintenance courantes comprennent :

• Détection des fuites
• Remplacement des joints
• Entretien des filtres
• Réglage de la pression
• Gestion de la lubrification
• Surveillance de la qualité de l’air
• Remplacement du fluide hydraulique

Les actionneurs électriques éliminent bon nombre de ces exigences.

Bien que les composants mécaniques nécessitent toujours des inspections périodiques, l’absence d’air comprimé et de fluides hydrauliques simplifie les stratégies de maintenance à long terme.

De nombreux sites qui mettent en œuvre des programmes de maintenance centrée sur la fiabilité considèrent de plus en plus les systèmes de mouvement électrique comme un moyen de réduire les arrêts imprévus et la charge de maintenance.

Figure 6. Les paramètres de mouvement peuvent être écrits directement dans l’actionneur, ce qui simplifie la mise en service et les futures modifications de configuration.

Applications industrielles où les actionneurs électriques offrent la plus grande valeur

Bien que les actionneurs électriques puissent remplacer de nombreux vérins pneumatiques, le meilleur retour sur investissement est souvent obtenu dans les applications nécessitant flexibilité, précision et répétabilité.

Toutes les machines ne tirent pas le même avantage du mouvement électrique.

Les applications simples de poussée et de rétraction fonctionnant en continu à grande vitesse peuvent encore privilégier la technologie pneumatique en raison de coûts initiaux plus faibles.

Cependant, les applications nécessitant un positionnement contrôlé, des changements de produit ou plusieurs modes de fonctionnement bénéficient souvent de solutions électriques.

Parmi les déploiements les plus réussis figurent :

• Systèmes d’assemblage automatisés
• Machines d’emballage
• Équipements de mise en caisse
• Postes d’inspection des produits
• Systèmes de transfert robotisés
• Lignes de fabrication de composants électroniques
• Production de dispositifs médicaux
• Équipements de traitement des semi-conducteurs

Dans ces environnements, la possibilité de modifier les paramètres de mouvement par logiciel plutôt que par des réglages matériels crée d’importants avantages opérationnels.

Modernisation des machines d’emballage

Les équipements d’emballage représentent l’un des plus grands potentiels d’adoption des actionneurs électriques.

Les systèmes d’emballage traditionnels comportent souvent des dizaines de vérins pneumatiques chargés de :

• Positionnement des produits
• Manipulation des cartons
• Fonctionnement des portillons
• Rejet des pièces
• Chargement des caisses
• Positionnement des étiquettes

À mesure que la variété des produits augmente, les fabricants rencontrent souvent des difficultés liées à la longueur des procédures de changement de format.

Les réglages mécaniques deviennent nécessaires chaque fois que les dimensions des emballages changent.

Les actionneurs électriques permettent d’effectuer ces réglages automatiquement.

Au lieu de repositionner manuellement les butées et les guides, les opérateurs sélectionnent simplement une nouvelle recette de produit.

La machine ajuste ensuite automatiquement la position des actionneurs en fonction des paramètres de configuration enregistrés.

Cette fonctionnalité réduit considérablement le temps de changement de format tout en améliorant la répétabilité.

De nombreux fabricants d’équipements d’emballage intègrent désormais des actionneurs électriques à des systèmes IHM industriels afin de créer des interfaces de configuration conviviales qui simplifient l’utilisation des machines.

Systèmes d’assemblage automatisés

Les opérations d’assemblage nécessitent souvent une précision de positionnement nettement supérieure à celle que les vérins pneumatiques peuvent fournir de manière fiable.

Les composants doivent être alignés avec précision avant les opérations d’insertion, de fixation, de soudage ou d’inspection.

Les actionneurs électriques offrent des performances de positionnement répétables qui permettent :

• Insertion de composants
• Assemblage par emmanchement
• Positionnement des éléments de fixation
• Installation de connecteurs
• Opérations de transfert de pièces

Comme le positionnement est défini par logiciel, les ingénieurs peuvent facilement modifier les profils de mouvement à mesure que les produits évoluent.

Cette flexibilité devient de plus en plus précieuse dans les environnements de fabrication qui produisent plusieurs variantes de produits sur des équipements de production partagés.

Production alimentaire et de boissons

Les sites de production alimentaire continuent d’explorer des alternatives aux systèmes pneumatiques, pour des raisons à la fois opérationnelles et environnementales.

L’air comprimé reste courant dans les usines de transformation alimentaire, mais la réduction de la consommation globale d’air peut améliorer considérablement l’efficacité énergétique.

Les actionneurs électriques offrent notamment les avantages supplémentaires suivants :

• Consommation d’énergie réduite
• Cohérence accrue du positionnement
• Besoins de maintenance réduits
• Procédures d’assainissement simplifiées
• Répétabilité améliorée des processus

Les applications telles que le remplissage, le tri, l’emballage et la manutention bénéficient souvent des caractéristiques de contrôle précis offertes par les systèmes de mouvement électriques.

Avantages de conception pour les constructeurs de machines et les fabricants d’équipements d’origine

Les constructeurs de machines subissent une pression constante pour réduire les efforts d’ingénierie tout en améliorant les performances des machines.

Les actionneurs électriques intégrés contribuent à atteindre ces deux objectifs.

Les systèmes de mouvement traditionnels nécessitent souvent une coordination entre plusieurs fournisseurs, notamment les fabricants d’actionneurs, les fournisseurs de variateurs, les fournisseurs de câbles et les prestataires de systèmes de contrôle.

Une plateforme d’actionneurs intégrée regroupe une grande partie de cette complexité.

Les avantages pour les fabricants d’équipements d’origine comprennent :

• Nombre réduit de composants
• Conception électrique simplifiée
• Assemblage plus rapide
• Besoins réduits en espace dans l’armoire
• Documentation simplifiée
• Cycles de mise en service plus courts

Ces avantages peuvent réduire considérablement les coûts de développement des machines tout en améliorant la standardisation entre les plateformes d’équipement.

Intégration avec les plateformes modernes d’automates programmables industriels

L’une des raisons pour lesquelles les actionneurs électriques gagnent en popularité est leur compatibilité avec les systèmes modernes de contrôle industriel.

L’architecture à entrées numériques simples permet une intégration directe avec pratiquement toutes les plateformes d’automates programmables industriels.

Les plateformes d’intégration courantes comprennent :

• Allen-Bradley ControlLogix
• Allen-Bradley CompactLogix
• Siemens SIMATIC S7
• Mitsubishi MELSEC iQ-R
• Série Omron CJ
• Schneider Modicon Quantum

Comme le contrôleur de l’actionneur gère les calculs de mouvement en interne, l’automate programmable industriel doit uniquement fournir de simples signaux de commande.

Cette architecture réduit au minimum les besoins en programmation tout en préservant la compatibilité avec l’infrastructure d’automatisation existante.

Quand les systèmes pneumatiques restent pertinents

Malgré les avantages des actionneurs électriques, la technologie pneumatique reste très efficace pour de nombreuses applications industrielles.

Les ingénieurs doivent évaluer objectivement les exigences plutôt que de supposer que les technologies plus récentes offrent automatiquement la meilleure solution.

Les vérins pneumatiques restent souvent avantageux lorsque :

• Des cadences extrêmement élevées sont nécessaires
• La précision du positionnement n’est pas essentielle
• Une infrastructure d’air comprimé existante est disponible
• Le coût initial est la principale préoccupation
• Les conditions environnementales sont sévères
• Un mouvement simple de bout en bout suffit

Les décisions d’ingénierie les plus judicieuses résultent de l’évaluation du coût total du cycle de vie plutôt que d’une focalisation exclusive sur le prix d’achat initial.

Dans de nombreuses installations, une combinaison de technologies pneumatiques, hydrauliques et électriques de mouvement constitue la solution optimale.

L’avenir de la commande des mouvements industriels

L’avenir de l’automatisation industrielle impliquera probablement une adoption croissante des systèmes intelligents de mouvement électrique.

Plusieurs tendances industrielles continuent de favoriser cette transition :

• Initiatives de l’Industrie 4.0
• Programmes de maintenance prédictive
• Objectifs d’efficacité énergétique
• Exigences de fabrication flexibles
• Projets de transformation numérique
• Pénurie de compétences au sein de la main-d’œuvre

Les actionneurs électriques intégrés répondent simultanément à bon nombre de ces défis.

Ils offrent des diagnostics améliorés, un fonctionnement configurable par logiciel, une meilleure efficacité énergétique et une maintenance simplifiée, tout en restant accessibles aux techniciens familiarisés avec les systèmes d’automatisation traditionnels.

À mesure que la technologie des contrôleurs progresse, les actionneurs électriques deviendront probablement encore plus faciles à déployer, tout en offrant des fonctionnalités de plus en plus sophistiquées.

Conclusion

Les actionneurs électriques ne se limitent plus aux applications complexes commandées par servomoteur. Les solutions intégrées modernes, telles que la plateforme SMC e-Actuator, montrent comment le mouvement électrique peut atteindre la simplicité traditionnellement associée aux systèmes pneumatiques, tout en offrant les avantages de précision, de flexibilité et d’efficacité de la technologie moderne de commande des moteurs.

En intégrant les contrôleurs directement dans l’ensemble actionneur, en simplifiant les besoins en câblage et en fournissant des outils intuitifs de configuration logicielle, ces systèmes réduisent bon nombre des obstacles qui dissuadaient auparavant d’adopter le mouvement électrique.

Pour les fabricants qui cherchent à améliorer l’efficacité, à réduire la maintenance, à accroître la précision du positionnement et à gagner en flexibilité de production, les actionneurs électriques offrent une alternative convaincante aux systèmes conventionnels de puissance fluidique. Bien que les technologies pneumatiques et hydrauliques continuent de jouer des rôles industriels importants, les solutions intégrées de mouvement électrique deviennent une option de plus en plus attrayante pour les systèmes d’automatisation de nouvelle génération.