Bus de terrain
Aperçu des techniques d’automatisation Applications - Actuateurs et capteurs Applications Actuateurs et capteurs
Thèmes abordés
• Quelques applications de l’automatisation.
• Les solutions automatisées
• Les solutions automatisées
– Comment développe-t-on une machine dans la pratique ? – Structure générale d’un système de commande.
– Positionnement de l’électronique de commande.
• Présentation de quelques actuateurs et capteurs courants
Automatisation du bâtiment
• Gestion automatisée – du chauffage
de la ventilation – de la ventilation – de l’accès – de l’éclairage – etc.
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 2
Raffinerie
(Petroplus, Cressier)
• Surveillance et
pilotage des
pilotage des
processus
chimiques.
Fabrication de câbles et tuyaux par extrusion
S ié é M ill f SA Société Maillefer SA, Ecublens
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 4
Machine d’impression
Société Gallus, Saint Galle
Machine d’emballage
Société SAPAL, Ecublens
• Jusqu’à 350 plaques de chocolat par de chocolat par minute
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 6
Machines robotisées pour la microtechnique
Société Sysmelec, Gals (BE)
• Assemblage de haute précision
J sq ’à 1 micron – Jusqu’à 1 micron
Machines robotisées rapides
Société Demaurex, Romanel sur Lausanne
• Ex : Assortiments de chocolats
chocolats.
• 140 paquets par minute.
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 8
Machines ultra rapides pour le semiconducteur
Société Ismeca, La Chaux de Fonds
• Test, contrôle qualité,
marquage mise en bande
marquage, mise en bande
de plus de 10 composants
par seconde.
Objectifs de l’automatisation
En quelques questions
• Qu’est ce que l’automatisation ? Où f it l à l’ t ti ti ?
• Où fait on appel à l’automatisation ?
• Pourquoi automatise-t-on ?
• Que faut-il mettre en place pour automatiser ?
• Quels sont les critères importants pour juger une installation automatisée ?
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 10
Hiérarchie des commandes
Les différents niveaux production
entreprise Gestion du planning, statistiques, finances Mois Gestion de flux, ressources
Complexité des données
production Jour
Supervision SCADA (supervisory control and data acquisition)
Minute Contrôle d’atelier Seconde
contrôle de cellule (API, CNC)
A V T
( , )
0.1 s
Capteurs, actionneurs Contrôle des actuateurs
< 10 ms
Processus Rapidité
Les solutions automatisées
Un produit pluri-disciplinaire
Câblage
Système de commande (électronique) Logiciel de commande Interface Homme Machine
Electrique Pneumatique Informatique
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 12
Structure mécanique
Actuateurs Capteurs
Mécanique
Les solutions automatisées
Comment conçoit-on une machine en pratique ?
Cahier des Conception
Concept,
choix de Conception mécanique
Plans CAO mécaniques charges d’une solution capteurs et
actuateurs
mécanique détaillée
mécaniques détaillés
Conception électrique détaillée
Plans CAO électriques
détaillés
Conception logicielle détaillée
Cahier des charges et structure logicielle
Fabrication des pièces, montage
g
Câblage de la commande
Programmation du logiciel
Mise au point
finale Solution
livrée
Les solutions automatisées
Schéma synoptique d’une solution automatisée
Agit sur le processus Actuateur
Processus physique Système de commande
Commandes, ordres
p physique
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 14
Capteur Effectue une mesure sur le
processus physique Valeurs
mesurées
Les solutions automatisées
Exemple pratique
Résistance chauffante
Four à pain industriel Système de commande :
Régulation de la température à 300 °C
On/Off
Chauffe
industriel
Capteur de température (thermocouple)
Mesure de température Tension
proportionnelle à la température
Les systèmes de commande
Schéma pratique d’une solution automatisée
Actuateur
Processus physique Ordinateur
Sorties digitales ou
analogiques Adaptation de puissance
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 16
Capteur Entrées digitales ou
analogiques Conditionnement de signal
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le détecteur inductif
• Alimenté en 0 et + 24 V
Dét t l é d’ bj t ét l
• Détecte la présence d’un objet en métal
• Signal de sortie : tout ou rien 0 / 24 V
• Applications
– Détection de présence d’une pièce
– Détection de fin de course pour un vérin pneumatique
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le vérin pneumatique - Principe
• Actuateur linéaire ou rotatif.
O i d l’ i i é d h b
• On envoie de l’air comprimé dans une chambre pour appliquer une force, entraînant un mouvement.
• F = P x S
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 18
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le vérin pneumatique – Adaptation de puissance
Vanne électropneumatique
Signal électrique de commande 24 V 50 mA
Air comprimé 4 à 10 bars commande 24 V, 50 mA
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le vérin pneumatique – Avec ses détecteurs de fin de course
Air comprimé 4 à 10 bars Détecteurs de
fin de course
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 20
Système de commande (automate)
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le capteur de position rotatif incrémental
• Le codeur incrémental génère
2 signa déphasés de 90 ° – 2 signaux déphasés de 90 ° – Permettant
• de comptabiliser la longueur des mouvements
• De connaître leur direction
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – définition
• Structure
Mote r électriq e associé à n capte r de position incrémental o – Moteur électrique associé à un capteur de position incrémental ou
absolu.
– Permet de contrôler précisément les mouvements pour
• Maîtriser la vitesse.
• Maîtriser la position.
– On parle de commande de mouvement (Motion Control)
• Nécessite une électronique adéquate
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 22
q q
pour piloter le moteur.
Electronique de commande
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – principe du contrôle des mouvements
Amplificateur de courant
Régulateur de position
Consigne de courant
Valeur de La position Consigne de
position Générateur de
trajectoire Commande de
déplacement
Signaux du codeur
Moteur Codeur
rotatif Compteur de
position
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – Point To Point
• But :
Aller de la position – Aller de la position
courante à une position destination.
– De façon contrôlée.
• Mise en œuvre
– Génération de trajectoire simple
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 24
• Application
– Robotique
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – Applications à la robotique
Robot delta
Robot cartésien
Robot poly articulé
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – Trajectoire interpolée
• But
Générer des trajectoires comple es en combinant le déplacement – Générer des trajectoires complexes en combinant le déplacement
de plusieurs axes.
• Mise en œuvre
– Un générateur de trajectoire complexe calcule les consignes de position de chaque axe en fonction de la position.
• Applications
– Robots delta robots poly articulés
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 26
– Robots delta, robots poly articulés.
– Machines d’usinage à commande numérique.
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – Application aux centres d’usinage
• Centre d’usinage à
commande numérique
commande numérique
Quelques actuateurs et capteurs courants
Le servomoteur – Démultiplication (Gearing)
• But
S nchroniser des a es comme s’ils étaient reliés par des – Synchroniser des axes comme s’ils étaient reliés par des
engrenages à un axe maître.
• Mise en œuvre
– La consigne de position des axes esclave est calculée en
appliquant un facteur multiplicatif à la position de l’axe maître.
• Application
– Imprimerie laminoirs
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 28
– Imprimerie, laminoirs, …
Synthèse
• Pourquoi automatiser
Prod ction en masse – Production en masse.
– Contrôle et surveillance.
– Procédé irréalisable sans automatisme.
• A quoi faut-il faire attention
– Performance technique
• Assurer la qualité du produit fini.
Performance économique – Performance économique
• Assurer la rentabilité économique de l’équipement.
• Quels sont les moyens mis en œuvre ?
– Capteurs, actuateurs.
– Electronique de commande.
Qu’avons-nous appris ?
• Comment construire une machine
Aspect mécaniq e électriq e électroniq e logiciel – Aspect mécanique, électrique, électronique, logiciel.
• Quelques capteurs et actuateurs courants
– Le vérin pneumatique.
– Les principes du contrôle de moteurs.
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 30
Remerciements
Aux sociétés qui ont fourni des supports documentaires pour ce cours…
SAPAL Demaurex
Vos questions
Bus de terrain - Aperçu des techniques d'automatisation - Actuateurs et capteurs 32
