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

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

Cependant, les installations de fabrication modernes subissent une pression croissante pour améliorer leur efficacité énergétique, réduire les besoins de maintenance, éliminer les fuites et atteindre 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 des fluides, 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 électriques 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 nombreuses installations, notamment celles 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 cette difficulté en combinant la mécanique de l’actionneur, l’électronique de commande du moteur et les logiciels de configuration dans un ensemble unique. Il en résulte un système qui offre les avantages du mouvement électrique tout en conservant la simplicité d’utilisation qui a rendu les systèmes pneumatiques si populaires.

Cet article examine la plateforme e-Actuator de SMC et explique comment les systèmes de mouvement électriques intégrés aident les fabricants à abandonner progressivement les technologies traditionnelles de puissance hydraulique et pneumatique.

Pour les installations 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 continuent de dominer 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 transmission de puissance fluidique introduisent plusieurs difficultés opérationnelles.

Les systèmes à air comprimé sont intrinsèquement inefficaces. Des pertes énergétiques 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 d’entretien continu 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 déplacer un élément entre deux points d’extrémité 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 fondés sur des servomoteurs nécessitent souvent beaucoup plus d’efforts d’ingénierie que les installations pneumatiques.

Une solution électrique conventionnelle de contrôle des mouvements comprend généralement :

• 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 introduire 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 fluidiques.

Comprendre le concept de l’e-actionneur SMC

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

Ainsi, l’utilisateur interagit avec l’actionneur comme avec un vérin pneumatique.

Des entrées numériques simples commandent le mouvement, tandis que le contrôleur interne gère les calculs sophistiqués et les algorithmes de commande qui s’exécutent 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 toujours constitué l’un des principaux obstacles à l’adoption des actionneurs électriques.

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

Les architectures à contrôleur intégré simplifient le déploiement en intégrant l’intelligence de commande du mouvement directement dans l’ensemble 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 généralement associée aux systèmes de commande de mouvement autonomes.

Les constructeurs de machines bénéficient d’un encombrement réduit des 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 des infrastructures électriques par rapport aux systèmes fluidiques

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

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

Cette infrastructure peut comprendre :

• 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.

Les infrastructures de distribution électrique existent déjà dans la plupart des installations industrielles. Il est souvent beaucoup plus facile d’étendre les connexions électriques jusqu’aux emplacements éloignés que d’installer de nouveaux réseaux d’air comprimé ou hydrauliques.

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

Les ingénieurs peuvent déployer des systèmes de mouvement dans des endroits où l’air comprimé peut être indisponible ou trop 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 la 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 d’E/S numériques utilisées par le contrôleur intégré.

L’architecture des entrées numériques diffère légèrement de celle de nombreux modules d’entrée d’automates programmables 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 perturbations 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 être automatiquement 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 agroalimentaire 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.

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

Configuration logicielle : quand le mouvement électrique devient pratique

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

Les plateformes traditionnelles de commande de mouvement nécessitent souvent une configuration approfondie 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 d’exposer 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 de performance de la motorisation électrique.

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

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

Connexion à l’e-Actuator Setup Tool

La configuration s’effectue à l’aide de l’e-Actuator Setup Tool 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
• Réglages actuels des paramètres

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

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

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

Figure 4. Modes de fonctionnement disponibles dans l’e-Actuator Setup Tool.

Présentation 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 de la motorisation électrique est considérablement réduite.

La plateforme propose trois modes de fonctionnement principaux.

Mode solénoïde unique

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 initiale.

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 de 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 les systèmes d’automatisation pneumatique.

Une entrée numérique commande la sortie, tandis qu’une seconde entrée commande la rentrée.

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 de machines industrielles.

Les applications comprennent :

• Systèmes de transfert
• Équipement de manutention
• Stations d’assemblage automatisées
• Mécanismes d’indexage
• Équipements d’emballage

Mode centre fermé

Le mode centre 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 vers 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 de mouvement servo complet.

Les applications comprennent :

• Manipulation de pièces multipositions
• 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 hydrauliques et pneumatiques conventionnelles.

Combler le fossé entre la pneumatique et le contrôle des servomoteurs

Les modes de fonctionnement illustrent une tendance importante qui se manifeste 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 une grande partie de la complexité associée aux plateformes complètes de servomouvement.

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 influencer 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.

Il en résulte 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.

À lui seul, cet avantage justifie souvent la transition des systèmes pneumatiques vers les technologies de mouvement électrique.

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

Le plus grand avantage des actionneurs électriques par rapport aux systèmes à énergie fluidique est peut-être le contrôle complet des caractéristiques du mouvement.

Avec les vérins pneumatiques, les ingénieurs ajustent généralement les vannes de régulation du débit et les réglages du régulateur afin d’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 cohérence 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 via le logiciel de configuration.

Pourquoi les profils de mouvement sont importants dans la fabrication moderne

La qualité des mouvements 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 se déployait et se rétractait 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 hautement 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
• Réduction des niveaux de vibration
• 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.

Si une position différente est requise, les ingénieurs doivent souvent installer des butées mécaniques, repenser le matériel ou sélectionner une autre longueur de course d’actionneur.

Les actionneurs électriques offrent une flexibilité considérablement supérieure.

Le logiciel permet aux ingénieurs de définir des positions de fonctionnement indépendamment des limites physiques de course 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 au produit
• Formats d’emballage multiples
• Opérations d’assemblage flexibles
• Changements de format 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 d’ajuster 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 selon les nouveaux paramètres de configuration.

Avantages de l’Industrie 4.0 et de la fabrication intelligente

La transition de l’hydraulique et du 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.

Dans le meilleur des cas, les ingénieurs peuvent installer des capteurs externes pour déterminer les positions sortie et rentrée.

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 soutenir les initiatives de maintenance prédictive et améliorer l’efficacité globale des équipements.

Lorsqu’ils sont intégrés à des réseaux de communication industriels et à des plateformes informatiques industrielles modernes, 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 fabrication.

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 conduites de distribution
• Chutes de pression
• Fuites d’air
• Pertes au niveau 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 exploitant 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 liées à la 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 du joint
• Entretien du filtre
• 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 mettant en œuvre des programmes de maintenance axée sur la fiabilité considèrent de plus en plus les systèmes de motorisation 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 le plus de 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 bénéficient pas de la même manière de la motorisation 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 tirent fréquemment parti des 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 électronique
• 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 offre 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 d’assurer les fonctions suivantes :

• 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 peinent souvent à gérer des procédures de changement de série longues.

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

Les actionneurs électriques permettent d’effectuer automatiquement ces réglages.

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 capacité réduit considérablement le temps de changement de série tout en améliorant la répétabilité.

De nombreux fabricants OEM d’équipements d’emballage associent désormais des actionneurs électriques à des systèmes HMI 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 produisant 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 :

• Réduction de la consommation d’énergie
• Amélioration de la régularité du positionnement
• Besoins de maintenance réduits
• Procédures d’assainissement simplifiées
• Amélioration de la répétabilité 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 fournisseurs 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 :

• Réduction du nombre de composants
• Conception électrique simplifiée
• Assemblage plus rapide
• Réduction de l’espace requis 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 différentes 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 aisée 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 minimise les besoins en programmation tout en préservant la compatibilité avec les infrastructures d’automatisation existantes.

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 de cycle 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 difficiles
• Un déplacement simple de bout en bout suffit

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

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

L’avenir de la commande des mouvements industriels

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

Plusieurs tendances du secteur continuent de favoriser cette transition :

• Initiatives liées à l’industrie 4.0
• Programmes de maintenance prédictive
• Objectifs d’efficacité énergétique
• Exigences en matière de fabrication flexible
• 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 continue de progresser, 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 des technologies modernes de commande moteur en matière de précision, de flexibilité et d’efficacité.

En intégrant les contrôleurs directement à l’ensemble de l’actionneur, en simplifiant les besoins en câblage et en fournissant des outils intuitifs de configuration logicielle, ces systèmes éliminent bon nombre des obstacles qui décourageaient auparavant l’adoption du 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 constituent une alternative convaincante aux systèmes hydrauliques et pneumatiques conventionnels. Bien que les technologies pneumatiques et hydrauliques continuent de jouer un rôle industriel important, les solutions de mouvement électrique intégrées deviennent une option de plus en plus attrayante pour les systèmes d’automatisation de nouvelle génération.