Actionneurs électriques conçus pour remplacer les fluides : tutoriel pratique
This article explains how integrated electric actuators, such as SMC’s e-Actuator series, are transforming industrial motion control by replacing traditional pneumatic and hydraulic systems. It hig...
Les actionneurs électriques émergent comme une alternative propre et précise aux systèmes de mouvement traditionnels à base de fluides. Pourtant, de nombreux ingénieurs supposent qu’ils nécessitent un câblage complexe, des logiciels et du matériel de contrôle, contrairement à la simplicité de la pneumatique et de l’hydraulique. Dans ce tutoriel, nous explorons comment la série e-Actuator de SMC comble ce fossé en combinant une configuration facile avec les avantages du mouvement électrique. Des bases du câblage à la configuration logicielle et aux modes de fonctionnement, nous verrons comment remplacer les systèmes à fluides par un contrôle électrique simple.
Les actionneurs sont des moteurs qui créent un mouvement linéaire. Pour cela, ils utilisent des vis, des courroies et des systèmes d’engrenages pour convertir la rotation en mouvement rectiligne.
Historiquement, la façon la plus courante de créer un mouvement linéaire était avec des fluides – la pression de l’air et du fluide hydraulique. Cela reste très courant car les systèmes sont faciles à créer et simples à gérer. Cependant, il y a quelques avantages à utiliser l’électricité pour reproduire ce même mouvement.
L’électricité peut atteindre des emplacements éloignés sans infrastructure encombrante (pompes, réservoirs de compresseur, réservoirs, etc.). Elle est aussi beaucoup plus propre, car les fluides fuient souvent et nécessitent de la maintenance. Les moteurs avec encodeurs peuvent suivre les positions plus précisément, créant un profil de mouvement complet, et pas seulement en faisant aller l’actionneur d’une extrémité à l’autre.
Le point négatif de l’électricité, du moins dans la plupart des cas, est que les systèmes d’entraînement de mouvement sont très complexes : câbles de signal, logiciel de configuration, contrôleur avec un programme compatible, interfaces fieldbus, réglage de boucle PID, et plus encore ! Dans de nombreux cas, cela constitue un obstacle majeur pour simplement remplacer un système à fluide par un système électrique.
Certaines solutions tentent de reproduire la simplicité de contrôle des fluides, tout en bénéficiant des avantages du profil de mouvement de l’électricité, en utilisant des actionneurs électriques. Nous allons étudier une telle solution, la série e-Actuator de SMC.
Figure 1. La série e-Actuator dans une unité de démonstration de SMC. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’auteur
Série e-Actuator de SMC
Le contrôle de mouvement est un sujet complexe car il va d’un simple bouton qui fait bouger un axe, à une boucle de précision multi-retours avec communication fieldbus vers un contrôleur.
Si l’objectif est la facilité d’utilisation, nous préférons le premier scénario. Un actionneur électrique, où une simple pression sur un bouton ou une entrée numérique d’un capteur commande l’axe à se déplacer vers un emplacement déterminé. C’est tout.
Figure 2. Contrôleur intégré avec prises pour l’alimentation (en bas à gauche), les E/S (en bas à droite) et la connexion PC (prise ouverte en haut). Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’auteur
Nous utiliserons un actionneur de type coulissant de la série EQFS (un grand merci à l’équipe SMC pour le prêt d’un échantillon pour les tests sur banc). Ces actionneurs ne sont pas exempts de contrôleurs complexes. Cependant, celui-ci est intégré directement dans l’actionneur et gère automatiquement toute la complexité. Un coup d’œil sur le côté du module de contrôle montre une prise M12 d’entrée pour l’alimentation, une seconde prise M12 8 broches pour les signaux numériques d’E/S, et une troisième connexion M12 pour la configuration PC.
Figure 3. Brochage pour l’alimentation (à gauche) et pour les E/S (à droite). Image modifiée à partir du manuel utilisateur produit SMC
L’entrée d’alimentation reçoit +24 et 0 volts d’une alimentation DC.
L’entrée de signal a quelques subtilités. Tout d’abord, il est important de noter que, contrairement aux modules d’entrée PLC, les broches E/S sont connectées en interne à l’alimentation. Fournir 24 volts à une broche d’entrée suffit ; il n’y a pas de terminal Com. Cela signifie aussi que les dispositifs E/S externes doivent être alimentés par la même alimentation que l’actionneur lui-même, ou au moins que les masses 0 V soient reliées ensemble.
Les deux premières broches sont pour les entrées de signal. Cela sera très important à l’étape suivante lorsque nous parlerons du logiciel de configuration et des différents modes de fonctionnement.
Configuration logicielle
La programmation des actionneurs n’est pas compliquée. Le logiciel s’appelle e-Actuator Setup Tool, disponible gratuitement chez SMC.
La connexion d’un câble convertisseur M12-USB identifiera automatiquement le type d’actionneur et fournira une interface pour régler tous les paramètres pertinents.
Figure 4. Modes de fonctionnement. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’auteur
Modes de fonctionnement
Il existe trois modes différents, tous pilotables avec seulement deux entrées numériques.
- Mode simple solénoïde : l’activation de IN1 pousse l’actionneur à l’extrémité, puis sa désactivation le fait revenir à l’origine.
- Mode double solénoïde : l’activation de IN1 pousse l’actionneur à l’extrémité, puis l’activation de IN0 le fait revenir à l’origine. L’activation des deux entrées simultanément ne produit aucun effet.
- Mode centre fermé : l’activation de IN1 pousse l’actionneur à l’extrémité, puis l’activation de IN0 le fait revenir à l’origine. L’activation des deux entrées le positionne à un point central.
Figure 5. Réglages de position et de vitesse. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’auteur
Réglages de vitesse et de position
L’idée est de mettre en place un système très simple à utiliser, mais cela ne signifie pas que nous ne pouvons pas configurer certains aspects du mouvement.
Premièrement, nous pouvons sélectionner le profil de vitesse pour les deux directions de mouvement. Le profil de vitesse inclut l’accélération, la vitesse maximale et la décélération. Le temps total de déplacement est automatiquement calculé en fonction de ces vitesses et de la longueur de course.
En parlant de longueur, nous pouvons aussi définir la position de l’extrémité opposée et de l’origine ; il n’est pas nécessaire que l’actionneur aille jusqu’aux limites mécaniques. Nous pouvons également choisir la position intermédiaire exacte pour le mode centre fermé.
Une fois les paramètres de mode de fonctionnement, de vitesse et de position définis, vous pouvez enregistrer les données dans l’appareil.
Figure 6. Enregistrement des données dans l’appareil. Image utilisée avec l’aimable autorisation de l’auteur
Résumé du mouvement électrique
Bien que cette méthode de mouvement soit simple et agréable, il serait déraisonnable d’affirmer que l’électrique est toujours la meilleure solution. Il est toujours préférable de comparer les avantages et les inconvénients de chaque méthode d’alimentation afin de choisir le type de système de mouvement adapté à chaque application.