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    Les clients exigent une maintenance et une taille d'équipement réduites, ainsi qu'un débit et une configuration de la machine plus rapides. Pour répondre à ces exigences, les équipementiers privilégient le mouvement asservi aux composants mécaniques.

    Le contrôle de mouvement définit les capacités et les limites d'une machine. Par conséquent, pour maximiser son débit et sa flexibilité, et pour réduire la maintenance, vous devez souvent mettre à niveau la façon dont le mouvement est contrôlé au sein de cette machine. La plupart des raisons de passer des conceptions et dispositifs de commande traditionnels à la servocommande sont d'obtenir un ou plusieurs de ces avantages :

    • Augmenter le débit. Les servomoteurs produisent des taux d'accélération et des vitesses élevés.
    • Augmenter la précision. Les servos peuvent offrir la haute précision nécessaire pour traiter une pièce en mouvement rapide.
    • Augmenter la flexibilité. Les servos proposent des versions électroniques de composants mécaniques traditionnels. Par exemple, les profils de came électronique peuvent être modifiés presque instantanément. Les profils de mouvement programmables peuvent s'adapter à différentes tailles et configurations de produits. Les rapports de « démultiplication » électroniques peuvent changer pour s'adapter à différentes vitesses de la machine. Également avec l'engrenage électronique, les moteurs peuvent être placés n'importe où qui convient à l'application, car ils éliminent le besoin de longs arbres, engrenages et courroies.

    De plus, un « arbre de ligne » électrique peut être relié à un nombre presque illimité d'axes. Pour les machines à configurations multiples, cela signifie que les axes de mouvement supplémentaires ne nécessitent pas de liaisons mécaniques supplémentaires.

    Les servos ajoutent également de la flexibilité en raison de l'augmentation des informations disponibles. Par exemple, de nombreux servocontrôleurs stockent un historique des défauts et des conditions d'erreur qui facilitent le dépannage. La plupart des systèmes d'asservissement peuvent également afficher des diagrammes de style oscilloscope pour l'analyse des performances. • Réduisez l'entretien. Les servos aident à réduire le nombre de pièces mécaniques sur une machine. Les engrenages électroniques remplacent les courroies. Les cames électroniques ne sont pas affectées par l'usure. Les interrupteurs de fin de course électroniques n'ont pas besoin de réajustement ou de remplacement occasionnels.

    Les servos nécessitent une certaine quantité d'études et d'expérience. Si vous débutez dans la servocommande, attendez-vous à passer du temps à sélectionner et à appliquer votre premier système. (Note sur la terminologie d'asservissement : le mot contrôleur trouve plusieurs utilisations. Le système ou  le  contrôleur de moteurcontrôle un  moteur. Pour réduire la confusion, nous appellerons les contrôleurs de moteur des entraînements).

    Dimensionnement et sélection des applications

    La sélection et le dimensionnement des composants d'asservissement peuvent paraître complexes en raison du nombre de composants : moteurs, variateurs, contrôleur, et la possibilité d'un PC industriel ou d'un automate. Si votre formation est mécanique, cela peut être intimidant. Heureusement, les entreprises (fournisseurs de composants et intégrateurs de systèmes de contrôle) regroupent ces composants et proposent une assistance aux applications. Qu'il s'agisse de le faire soi-même ou d'acheter un forfait, le processus de base est le suivant :

    Tout d'abord, sélectionnez le moteur . Démarrez la sélection du moteur en choisissant la forme du moteur. Les moteurs avec de grands rapports d'aspect (longs avec un petit diamètre) sont les plus courants. Ils peuvent être carrés ou ronds, et ils offrent une excellente valeur et des performances. Les moteurs à disque (courts avec un grand diamètre) s'adaptent dans des endroits restreints et offrent une accélération élevée grâce à leurs rotors à faible inertie. Ces deux moteurs sont disponibles en versions scellées et non scellées.

    Moteurs sans cadre ou intégrés, séparent le rotor et le stator pour une intégration dans la machine. Ces moteurs permettent une conception compacte et améliorent le fonctionnement à entraînement direct en augmentant la précision et en réduisant les vibrations.

    Les moteurs linéaires, qui remplacent un moteur rotatif standard et les mécanismes d'entraînement associés, créent directement un mouvement linéaire. Ils peuvent simultanément augmenter le débit et la précision de plusieurs fois.

    Dimensionnement du moteur . La taille du moteur est basée principalement sur le couple : crête et continu. Le dimensionnement des moteurs peut être difficile et les erreurs peuvent ne pas être trouvées avant la fin du cycle de développement. Comme la taille du moteur peut être difficile à augmenter à ce stade, il est sage d'inclure une marge dans vos calculs. Si vous débutez dans le processus, vous devriez probablement vous fier aux ingénieurs d'application des constructeurs automobiles.

    Sélectionnez les commentaires . Les dispositifs de retour les plus courants sont les codeurs et les résolveurs. Les codeurs sont des dispositifs optiques qui produisent un train d'impulsions. Le nombre d'impulsions est proportionnel à la course angulaire. Ils offrent une grande précision, en particulier à haute résolution. Les résolveurs sont des dispositifs électromécaniques qui détectent la position absolue dans un tour du moteur et sont connus pour leur robustesse. Choisissez celui qui correspond le mieux à votre application.

    Après avoir sélectionné les types de capteur de retour, vous devez sélectionner sa résolution. Généralement, un encodeur de 1 000 lignes ou, de manière équivalente, un résolveur 12 bits, fournira une résolution suffisante. Les deux produisent environ 4 000 positions différentes par tour, ce qui équivaut à une résolution d'environ 0,1 degré. Cependant, si votre application nécessite une résolution plus élevée, vous devez sélectionner le capteur de manière appropriée. Un mot d'avertissement : faites la différence entre la résolution et la précision. De nombreux servos offrent une résolution sélectionnable pour le retour du résolveur ; cependant, la précision (généralement entre 10 et 40 minutes d'arc) peut ne pas être affectée.

    Sélectionnez le lecteur . Déterminez si vous souhaitez que l'alimentation soit modulaire (séparée) ou intégrée dans un variateur. Avec trois disques ou plus de la même famille à proximité, les alimentations modulaires fonctionnent bien. Avec un axe, les alimentations intégrées s'adaptent généralement mieux. Avec deux axes, les deux solutions sont à peu près les mêmes.

    Si vous prévoyez d'enfermer le lecteur, gardez à l'esprit que les tailles de lecteur varient considérablement et peuvent affecter la taille globale de l'équipement. Selon la taille du boîtier, vous devrez peut-être également étudier diverses options de refroidissement.

    Commutation sinusoïdale vs six étapes

    La forme d'onde de puissance du variateur au moteur a tendance à se présenter de deux manières pour les servomoteurs sans balais : à six étapes et à onde sinusoïdale. En onde sinusoïdale, la forme d'onde de courant produite par le variateur produit un courant qui se rapproche d'une onde sinusoïdale. Cela produit un couple plus doux et moins de chauffage. La méthode en six étapes produit une onde carrée à six segments en utilisant une électronique simple. Bien que moins coûteux, le six-étape a un fonctionnement approximatif à basse vitesse.

    Flexibilité de réglage . Le réglage, le processus de sélection des gains dans les boucles de rétroaction, est nécessaire pour des performances élevées et pour maintenir un fonctionnement stable. Dans le passé, le réglage était plus un art qu'une science. Désormais, les servomoteurs modernes fournissent une multitude d'outils pour aider les concepteurs de machines. L'autoréglage (ou autoréglage), le processus par lequel le variateur excite le système mécanique et génère un ensemble de gains de boucle, est presque un standard. La plupart des lecteurs sont réglés avec des gains numériques, vous n'aurez donc pas besoin d'un fer à souder ou d'un coupe-pot (petit tournevis). Vous n'aurez peut-être besoin des méthodes les plus complexes qu'occasionnellement, mais leur disponibilité offre davantage d'options.

    Les lecteurs analogiques peuvent être moins chers, mais vous devrez peut-être ajuster les boucles en ajustant les potentiomètres ou en changeant les composants passifs. Quel que soit votre choix, le réglage fait partie de la courbe d'apprentissage et nécessite quelques études et expérimentations.

    Conduire la communication . De nombreux variateurs utilisent un signal analogique pour fournir les commandes de vitesse et de couple. Cependant, la communication numérique gagne en popularité, car elle réduit le câblage de communication et augmente la flexibilité du système. De nombreux variateurs sont compatibles avec des réseaux tels que DeviceNet, Profibus et un nouveau réseau spécialement conçu pour le contrôle de mouvement appelé Sercos.

    Tension . Sachez que l'alimentation 110 Vca peut être difficile à trouver dans l'usine. En Europe, 460 Vac est populaire ; l'utilisation de variateurs 230 Vca peut nécessiter un transformateur dans les machines à utiliser à l'étranger. Malheureusement, les disques 460 Vca peuvent coûter cher. Un compromis est l'alimentation universelle qui utilise des semi-conducteurs de puissance pour convertir les niveaux de tension. Pour les systèmes avec alimentations modulaires, une alimentation universelle peut utiliser n'importe quelle tension de 230 à 480 Vac pour alimenter plusieurs axes 230 Vac.

    Dernier point à considérer, en n'utilisant qu'un petit nombre de familles de variateurs sur une machine, vous simplifiez la liste des pièces détachées.

    Sélectionnez le contrôleur

    Lors de la sélection du contrôleur, choisissez un axe ou plusieurs axes. Les contrôleurs à axe unique combinent un contrôleur de mouvement, un entraînement et souvent une alimentation intégrée dans un seul package. Dans les systèmes à un ou deux axes, ces contrôleurs peuvent réduire les coûts, la taille, le câblage et la complexité du système.

    Les contrôleurs multi-axes sont généralement mieux adaptés aux systèmes plus complexes. Premièrement, ils réduisent généralement les coûts, d'autant plus que le nombre d'axes augmente. Deuxièmement, ils réduisent la complexité du système car un seul programme peut contrôler tous les mouvements. Ces contrôleurs de mouvement offrent également une plus grande flexibilité dans la synchronisation car ils permettent généralement de relier n'importe quel axe à n'importe quel autre axe, et ils vous permettent de modifier ce lien pendant l'exécution du programme.

    Après la sélection de votre contrôleur, vous devrez choisir une configuration « boîte » ou « carte ». Une configuration de boîtier est un contrôleur fermé capable de fonctionner de manière autonome. Les contrôleurs de carte se branchent sur des ordinateurs industriels. Si vous avez déjà un ordinateur industriel sur la machine, une carte compatible peut réduire les coûts et améliorer l'intégration de la commande et de la machine. Si vous ne prévoyez pas d'utiliser un ordinateur industriel, le contrôleur basé sur un boîtier est généralement plus facile à ajouter.

    Évaluer l'ensemble de fonctionnalités

    Enfin, évaluez les fonctionnalités du contrôleur. Considérez les fonctions discutées jusqu'à présent : engrenage, came, enregistrement à grande vitesse et interrupteurs de fin de course programmables. La plupart des contrôleurs offrent ces fonctionnalités sous une forme ou une autre, mais les spécificités doivent être comparées aux besoins de votre application. Avez-vous besoin de changer les rapports de démultiplication pendant le fonctionnement ? Avez-vous besoin de modifier les profils de came à la volée ? De quelle précision d'enregistrement avez-vous besoin ? Avez-vous besoin d'un changement de vitesse ou de position cible pendant le fonctionnement ? Le contrôleur prend-il en charge suffisamment d'axes pour cette application ? Convient-il aux futures versions de votre machine ?

    Faire face aux coûts

    Le coût des composants d'asservissement est souvent plus élevé que celui des composants mécaniques qu'ils remplacent. Cependant, certains facteurs importants atténuent ce coût plus élevé. Par exemple, l'élimination de dispositifs mécaniques complexes peut réduire le coût total et la taille de la machine, ce qui peut augmenter la valeur du système. Le servocontrôleur remplace souvent un automate ; dans ce cas, le coût total de conversion en servos peut être compensé. La flexibilité supplémentaire peut réduire le nombre de modèles de machines ou de processus requis pour produire une gamme de machines, réduisant ainsi les coûts de fabrication.

    Considérations générales

    Au-delà des fonctions de mouvement, il y a d'autres questions à se poser. Le langage est-il capable de prendre en charge vos processus ? Est-ce si complexe que vous devrez passer trop de temps à l'apprendre ? Le produit prend-il en charge le multitâche ? Technique qui permet d'écrire différents programmes pour différents processus, le multitâche simplifie la programmation de machines complexes.

    Toutes ces questions peuvent être difficiles à répondre, surtout si vous débutez dans le contrôle de mouvement électronique. La plupart des entreprises qui proposent des contrôleurs les prennent bien en charge. Au cours de votre processus de sélection, posez de nombreuses questions. Cela vous aide non seulement à évaluer le produit, mais aussi à évaluer le support. Enfin, réfléchissez à l'avenir de l'activité de développement dans votre entreprise. Choisissez des fournisseurs qui peuvent fournir des produits et une assistance maintenant et dans les années à venir.


    Heure de publication : 16 août-2021
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