Les clients exigent une maintenance réduite, des équipements plus compacts, ainsi qu'une cadence de production et une configuration machine plus rapides. Pour répondre à ces exigences, les fabricants d'équipements privilégient les systèmes à servocommande aux composants mécaniques.

La commande de mouvement définit les capacités et les limites d'une machine. Par conséquent, pour optimiser son rendement et sa flexibilité, et réduire la maintenance, il est souvent nécessaire de moderniser le système de commande de mouvement interne. La plupart des raisons de passer des systèmes de commande traditionnels à la servocommande visent à obtenir un ou plusieurs des avantages suivants :

• Augmenter le débit. Les servomoteurs produisent des taux d'accélération et des vitesses élevés.
• Améliorer la précision. Les servomoteurs offrent la haute précision nécessaire au traitement de pièces se déplaçant rapidement.
• Augmentez la flexibilité. Les servomoteurs offrent des versions électroniques de composants traditionnellement mécaniques. Par exemple, les profils de came électroniques peuvent être modifiés quasi instantanément. Les profils de mouvement programmables s'adaptent aux variations de taille et de configuration des produits. Les rapports de transmission électroniques peuvent être ajustés en fonction des différentes vitesses de la machine. De plus, grâce à la transmission électronique, les moteurs peuvent être placés à l'endroit le plus pratique pour l'application, car ils éliminent le besoin d'arbres, d'engrenages et de courroies de grande longueur.

De plus, un seul arbre de transmission électrique peut alimenter un nombre quasi illimité d'axes. Pour les machines à configurations multiples, cela signifie que les axes de mouvement supplémentaires ne nécessitent pas de liaisons mécaniques additionnelles.

Les servomoteurs offrent une plus grande flexibilité grâce à la richesse des informations disponibles. Par exemple, de nombreux contrôleurs de servomoteurs conservent un historique des pannes et des erreurs, facilitant ainsi le dépannage. La plupart des systèmes de servomoteurs peuvent également afficher des diagrammes de type oscilloscope pour l'analyse des performances. • Maintenance réduite. Les servomoteurs contribuent à diminuer le nombre de pièces mécaniques d'une machine. Les engrenages électroniques remplacent les courroies. Les cames électroniques sont insensibles à l'usure. Les interrupteurs de fin de course électroniques ne nécessitent aucun réglage ni remplacement.

Les servomoteurs nécessitent un certain apprentissage et une bonne expérience. Si vous débutez dans le contrôle des servomoteurs, prévoyez du temps pour choisir et mettre en œuvre votre premier système. (Remarque sur la terminologie des servomoteurs : le terme « contrôleur » a plusieurs significations. Le système oumouvementLe contrôleur exécute normalement le programme qui contrôle le mouvement ;moteurLa manette contrôle unemoteurPour éviter toute confusion, nous désignerons les contrôleurs de moteur par le terme « variateurs ».

Dimensionnement et sélection de l'application

Le choix et le dimensionnement des servocomposants peuvent paraître complexes en raison de leur nombre : moteurs, variateurs, contrôleur et éventuellement un PC industriel ou un automate programmable. Si vous avez une formation en mécanique, cela peut être intimidant. Heureusement, des entreprises – fournisseurs de composants et intégrateurs de systèmes de contrôle – proposent des kits de composants et une assistance à l’application. Que vous optiez pour une installation maison ou un kit, le processus de base est le suivant :

Commencez par sélectionner le moteur.Commencez par choisir la forme du moteur. Les moteurs à grand rapport d'aspect (longs et de petit diamètre) sont les plus courants. Ils peuvent être carrés ou ronds et offrent un excellent rapport qualité-prix. Les moteurs à disque (courts et de grand diamètre) s'adaptent aux espaces restreints et offrent une forte accélération grâce à leurs rotors à faible inertie. Ces deux types de moteurs sont disponibles en versions étanches et non étanches.

Les moteurs sans carter ou intégrés séparent le rotor et le stator pour une intégration facilitée 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 les moteurs rotatifs classiques et leurs mécanismes d'entraînement, génèrent directement un mouvement linéaire. Ils permettent d'accroître simultanément le débit et la précision de façon significative.

Dimensionnement du moteurLe dimensionnement d'un moteur repose principalement sur son couple : de crête et continu. Le dimensionnement des moteurs peut s'avérer complexe et les erreurs peuvent ne se révéler qu'en fin de cycle de développement. Comme il est alors difficile d'augmenter la taille du moteur, il est judicieux de prévoir une marge dans vos calculs. Si vous débutez dans ce domaine, il est conseillé de vous appuyer sur les ingénieurs d'application des fabricants de moteurs.

Sélectionnez le commentaireLes dispositifs de retour d'information les plus courants sont les codeurs et les résolveurs. Les codeurs sont des dispositifs optiques qui génèrent un train d'impulsions. Le nombre d'impulsions est proportionnel à la course angulaire. Ils offrent une grande précision, notamment à haute résolution. Les résolveurs sont des dispositifs électromécaniques qui mesurent la position absolue à une rotation du moteur près et sont réputés pour leur robustesse. Choisissez celui qui convient le mieux à votre application.

Après avoir sélectionné le type de capteur de retour d'information, il faut choisir sa résolution. En général, un codeur 1 000 lignes ou, de manière équivalente, un résolveur 12 bits, offre une résolution suffisante. Ces deux capteurs produisent environ 4 000 positions différentes par tour, ce qui correspond à une résolution d'environ 0,1°. Toutefois, si votre application requiert une résolution supérieure, il convient de choisir un capteur adapté. Attention : il est important de distinguer résolution et précision. De nombreux servomoteurs offrent une résolution réglable pour le retour d'information du résolveur ; cependant, la précision (généralement comprise entre 10 et 40 minutes d'arc) peut ne pas être affectée.

Sélectionnez le lecteurDéterminez si vous souhaitez une alimentation modulaire (séparée) ou intégrée au variateur. Avec trois variateurs ou plus de la même famille à proximité, les alimentations modulaires sont idéales. Pour un seul axe, les alimentations intégrées sont généralement plus adaptées. Pour deux axes, les deux solutions se valent.

Si vous prévoyez d'installer le disque dur dans un boîtier, sachez que sa capacité varie considérablement et peut influencer l'encombrement global de l'équipement. Selon la taille du boîtier, il vous faudra peut-être également envisager différentes solutions de refroidissement.

Commutation sinusoïdale vs. commutation à six étapes

Pour les servomoteurs sans balais, le signal d'alimentation transmis au moteur se présente généralement sous deux formes : à six segments et sinusoïdale. En mode sinusoïdal, le courant produit par le variateur se rapproche d'une sinusoïde, ce qui assure un couple plus régulier et un échauffement moindre. Le mode à six segments génère un signal carré à six segments à l'aide d'une électronique simple. Bien que moins coûteux, ce mode présente un fonctionnement irrégulier à basse vitesse.

Flexibilité de réglageLe réglage, qui consiste à sélectionner les gains des boucles de rétroaction, est essentiel pour des performances élevées et un fonctionnement stable. Autrefois, le réglage relevait davantage de l'intuition que de la science. Aujourd'hui, les servovariateurs modernes offrent une multitude d'outils pour faciliter le travail des concepteurs de machines. L'autoréglage, processus par lequel le variateur excite le système mécanique et génère un ensemble de gains de boucle, est devenu quasiment la norme. La plupart des variateurs sont réglés numériquement, ce qui évite d'avoir recours à un fer à souder ou à un potentiomètre. Les méthodes plus complexes ne seront peut-être nécessaires que ponctuellement, mais leur disponibilité offre davantage de possibilités.

Les variateurs analogiques peuvent être moins chers, mais il faudra peut-être ajuster les boucles en modifiant les potentiomètres ou en changeant les composants passifs. Quel que soit votre choix, le réglage fait partie intégrante de l'apprentissage et nécessite un peu d'étude et d'expérimentation.

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

TensionIl est important de noter que l'alimentation 110 Vca peut être difficile à obtenir en atelier. En Europe, le 460 Vca est courant ; l'utilisation de variateurs 230 Vca peut nécessiter un transformateur sur les machines destinées à l'étranger. Malheureusement, les variateurs 460 Vca sont souvent onéreux. Une solution de compromis consiste à utiliser une alimentation universelle qui convertit les niveaux de tension grâce à des semi-conducteurs de puissance. Pour les systèmes à alimentation modulaire, une seule alimentation universelle peut alimenter plusieurs axes 230 Vca avec n'importe quelle tension comprise entre 230 et 480 Vca.

Un dernier point à prendre en compte : en utilisant seulement un petit nombre de familles de variateurs sur une machine, vous simplifiez la liste des pièces de rechange.

Sélectionnez la manette

Lors du choix du contrôleur, optez pour un modèle mono-axe ou multi-axes. Les contrôleurs mono-axes intègrent un contrôleur de mouvement, un variateur et souvent une alimentation électrique dans un seul boîtier. Dans les systèmes à un ou deux axes, ces contrôleurs permettent de réduire les coûts, l'encombrement, le câblage et la complexité du système.

Les contrôleurs multi-axes sont généralement plus adaptés aux systèmes complexes. Premièrement, ils permettent généralement de réduire les coûts, notamment lorsque le nombre d'axes augmente. Deuxièmement, ils simplifient le système, car un seul programme peut contrôler tous les mouvements. Ces contrôleurs offrent également une plus grande flexibilité de synchronisation, puisqu'ils permettent généralement de lier n'importe quel axe à n'importe quel autre et de modifier cette liaison pendant l'exécution du programme.

Après avoir sélectionné votre contrôleur, vous devrez choisir entre une configuration « boîtier » et une configuration « carte ». Un contrôleur « boîtier » est un contrôleur encapsulé capable de fonctionner de manière autonome. Les contrôleurs « carte » se connectent à des ordinateurs industriels. Si votre machine est déjà équipée d'un ordinateur industriel, une carte compatible peut réduire les coûts et améliorer l'intégration du système de contrôle à la machine. Si vous n'envisagez pas d'utiliser d'ordinateur industriel, le contrôleur « boîtier » est généralement plus facile à ajouter.

Évaluer l'ensemble des fonctionnalités

Enfin, évaluez les fonctionnalités du contrôleur. Prenez en compte les fonctions déjà abordées : engrenages, cames, repérage haute vitesse et fins de course programmables. La plupart des contrôleurs offrent ces fonctionnalités sous une forme ou une autre, mais leurs spécificités doivent être comparées aux besoins de votre application. Avez-vous besoin de modifier les rapports de transmission en cours de fonctionnement ? De modifier les profils de cames à la volée ? Quelle précision de repérage est requise ? Avez-vous besoin de modifier la vitesse ou la position cible en cours de fonctionnement ? Le contrôleur prend-il en charge suffisamment d’axes pour cette application ? Sera-t-il compatible avec les futures versions de votre machine ?

Gérer les coûts

Le coût des servocomposants est souvent supérieur à celui des composants mécaniques qu'ils remplacent. Cependant, certains facteurs importants atténuent ce surcoût. Par exemple, la suppression de dispositifs mécaniques complexes permet de réduire le coût total et la taille de la machine, ce qui peut accroître la valeur du système. Le servocontrôleur remplace souvent un automate programmable ; dans ce cas, le coût total de la conversion aux servocommandes peut être amorti. La flexibilité accrue peut réduire le nombre de modèles de machines ou de processus nécessaires à la production d'une ligne de machines, diminuant ainsi les coûts de fabrication.

Considérations générales

Au-delà des fonctions de mouvement, d'autres questions se posent. Le langage est-il adapté à vos processus ? Est-il si complexe que son apprentissage vous demandera un temps considérable ? Le produit prend-il en charge le multitâche ? Technique permettant d'écrire des programmes distincts pour différents processus, le multitâche simplifie la programmation de machines complexes.

Il peut être difficile de répondre à toutes ces questions, surtout si vous débutez dans le domaine du contrôle électronique de mouvement. La plupart des fournisseurs de contrôleurs offrent un excellent support. Lors de votre processus de sélection, n'hésitez pas à poser de nombreuses questions. Cela vous permettra d'évaluer non seulement le produit, mais aussi le support technique. Enfin, tenez compte des besoins futurs de développement de votre entreprise. Choisissez des fournisseurs capables de fournir des produits et un support de qualité, aujourd'hui comme dans les années à venir.