Les clients exigent une maintenance et une taille d'équipement réduites, ainsi qu'un débit et une configuration des machines plus rapides. Pour répondre à ces exigences, les fabricants d’équipements choisissent le mouvement asservi plutôt que les 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 améliorer 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 grande précision nécessaire pour traiter une pièce en mouvement rapide.
• Augmenter la flexibilité. Les servos proposent des versions électroniques de composants traditionnellement mécaniques. Par exemple, les profils de cames électroniques 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 machine. Grâce à l'engrenage électronique, les moteurs peuvent être placés n'importe où, ce qui convient à l'application, car ils éliminent le besoin d'arbres, d'engrenages et de courroies longs.

De plus, un « arbre de ligne » électrique peut être relié à un nombre presque illimité d'axes. Pour les machines avec plusieurs configurations, cela signifie que des 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 type 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 ne nécessitent pas de réajustement ou de remplacement occasionnels.

Les servos nécessitent une certaine quantité d’études et d’expérience. Si vous débutez dans le domaine de la servocommande, attendez-vous à passer du temps à sélectionner et à appliquer votre premier système. (Une note sur la terminologie des servos : le mot contrôleur trouve plusieurs utilisations. Le système oumouvementle contrôleur exécute normalement le programme qui contrôle le mouvement ; lemoteurle contrôleur en contrôle unmoteur. Pour réduire la confusion, nous appellerons les contrôleurs de moteur des lecteurs).

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 de la possibilité d'un PC industriel ou d'un automate. Si votre expérience 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 pour les 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. Commencez la sélection du moteur en choisissant la forme du moteur. Les moteurs à grand allongement (longs avec un petit diamètre) sont les plus courants. Ils peuvent être carrés ou ronds et offrent un excellent rapport qualité-prix et d'excellentes performances. Les moteurs à disque (courts et de grand diamètre) s'adaptent aux 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 l'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 plusieurs fois.

Dimensionner le 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 détectées 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 la marge dans vos calculs. Si vous êtes nouveau dans le processus, vous devriez probablement vous fier aux ingénieurs d'application des constructeurs automobiles.

Sélectionnez le commentaire. Les dispositifs de rétroaction 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, notamment à haute résolution. Les résolveurs sont des dispositifs électromécaniques qui détectent la position absolue en un tour de 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 de 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. Toutefois, si votre application nécessite une résolution plus élevée, vous devez sélectionner le capteur de manière appropriée. Un mot d’avertissement : faites la différence entre résolution et 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 une alimentation 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 seul axe, les alimentations intégrées s'adaptent généralement mieux. Avec deux axes, les deux solutions sont à peu près identiques.

Si vous envisagez d'enfermer le disque, gardez à l'esprit que les tailles des disques varient considérablement et peuvent affecter la taille globale de l'équipement. En fonction de la taille du boîtier, vous devrez peut-être également étudier différentes 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 du 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 à l’aide d’une électronique simple. Bien que moins coûteux, le système à six étapes fonctionne difficilement à basse vitesse.

Flexibilité de réglage. Le réglage, le processus de sélection des gains dans les boucles de rétroaction, est nécessaire pour obtenir des performances élevées et maintenir un fonctionnement stable. Dans le passé, le réglage était plus un art qu’une science. Aujourd'hui, les servomoteurs modernes fournissent une multitude d'outils pour aider les concepteurs de machines. L'auto-réglage (ou auto-réglage), 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 disques sont réglés avec des gains numériques, vous n'aurez donc pas besoin de fer à souder ou de coupe-pot (petit tournevis). Vous n’aurez peut-être besoin des méthodes les plus complexes qu’occasionnellement, mais leur disponibilité offre plus 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.

Piloter la communication. De 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 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 destiné au contrôle de mouvement appelé Sercos.

Tension. Sachez qu’il peut être difficile de trouver une alimentation 110 V CA dans l’usine. En Europe, le 460 Vca est populaire ; l'utilisation de variateurs 230 Vca peut nécessiter un transformateur dans les machines destinées à être utilisées à l'étranger. Malheureusement, les variateurs 460 VCA peuvent être coûteux. Un compromis est l'alimentation universelle qui utilise des semi-conducteurs de puissance pour convertir les niveaux de tension. Pour les systèmes dotés d'alimentations modulaires, une alimentation universelle peut utiliser n'importe quelle tension comprise entre 230 et 480 VCA pour alimenter plusieurs axes en 230 VCA.

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 unique ou plusieurs axes. Les contrôleurs mono-axe combinent un contrôleur de mouvement, un variateur et souvent une alimentation intégrée dans un seul boîtier. Dans les systèmes à un ou deux axes, ces contrôleurs peuvent réduire le coût, la taille, le câblage et la complexité du système.

Les contrôleurs multi-axes conviennent généralement mieux 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 de synchronisation puisqu'ils permettent généralement à n'importe quel axe d'être lié à n'importe quel autre axe, et ils vous permettent de modifier cette liaison pendant l'exécution du programme.

Après la sélection de votre contrôleur, vous devrez choisir soit une configuration « boîtier » ou « carte ». Une configuration de boîtier est un contrôleur fermé capable de fonctionner de manière autonome. Les contrôleurs de carte se branchent sur les ordinateurs industriels. Si vous disposez déjà d'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 des fonctionnalités

Enfin, évaluez les fonctionnalités du contrôleur. Considérez les fonctions évoquées jusqu'à présent : engrenage, came, enregistrement à grande vitesse et fins 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 caméra 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 ? Est-ce que cela conviendra 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 la 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, d’autres questions se posent. 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.

Il peut être difficile de répondre à toutes ces questions, surtout si vous débutez dans le contrôle de mouvement électronique. La plupart des entreprises qui proposent des contrôleurs les prennent bien en charge. Lors de votre processus de sélection, posez de nombreuses questions. Cela vous aide non seulement à évaluer le produit, mais également à évaluer le support. Enfin, réfléchissez à l’avenir des activités de développement dans votre entreprise. Choisissez des fournisseurs capables de fournir des produits et une assistance dès maintenant et dans les années à venir.