Contrôle de mouvement
Pour qu’un processus de production soit le plus rentable possible, il faut que les machines de production utilisées répondent à un certain nombre d’exigences essentielles :
- Efficacité énergétique: pour comprimer les coûts énergétiques et diminuer l’impact sur l’environnement
- Vitesse de production élevée: pour obtenir le rendement le plus élevé possible par machine
- Fiabilité : pour limiter les temps d’arrêt des machines
- Maintenance aisée: les intervalles de maintenance sont espacés et la maintenance est aussi courte que possible
- Précision: les biens produits doivent satisfaire aux spécifications imposées, les rejets sont à éviter
- Flexibilité: pour la conversion rapide de la production et la minimisation du temps de conversion
Autant de points où les systèmes d’entraînement excellent. Pour les mouvements et les fonctions basiques, des moteurs asynchrones simples, souvent pilotés par un variateur de fréquence, peuvent assurer l’entraînement. Les servosystèmes sont mis en œuvre lorsque les mouvements sont plus dynamiques, les vitesses, les accélérations et les décélérations plus élevées, et lors d’un suivi précis d’un profil de mouvement. Un contrôleur de mouvement pilote les servovariateurs (aussi appelés servocontrôleurs) via un bus de terrain et veille à une synchronisation précise des différents mouvements dans la machine.
Si le contrôleur de mouvement peut piloter des mouvements en point à point simples, sa véritable force réside cependant dans la réalisation de profils de mouvement plus complexes, souvent des mouvements coordonnés entre plusieurs actionneurs. Il peut s’agir d’une belle synchronisation de deux mouvements linéaires voire de l’exécution de tâches CNC complexes comme avec un banc de tournage ou une table de fraisage.
Servovariateur
Mais qu’est-ce qu’un servosystème ? Par définition, un servosystème régule la position, la vitesse, l’accélération et le couple (ou la force) dans un système mécanique (pas nécessairement les quatre paramètres simultanément).
Un servosystème électrique se compose généralement :
- d’un moteur avec un retour (intégré) de la position du rotor,
- d’un servovariateur,
- d’une mécanique entraînée (linéaire ou rotative).
Un servomoteur n’est pas un type de moteur spécifique. Chaque moteur équipé d’un codeur et intégré dans une boucle d’asservissement peut être considéré comme un servomoteur : un moteur asynchrone et un codeur, un moteur pas à pas et un codeur, un moteur DC sans balais (BLDC), un moteur synchrone à aimant permanent et un codeur, etc.
Comme les moteurs (synchrones ou asynchrones) à rotors minces sont souvent utilisés pour les applications servo, on les appelle souvent ‘servomoteur’.
Par une modulation de largeur d’impulsions (PBM ou PWM), le servomoteur régule la fréquence, la tension et le courant envoyés au moteur afin d’atteindre la vitesse et le couple requis. La position du rotor est mesurée, généralement par un codeur, et la valeur de mesure est lue par le servovariateur. La vitesse peut donc être ajustée très précisément et la position actuelle calculée est amenée à la position demandée. C’est ce qu’on appelle une commande en boucle fermée.
La grande différence entre les servomoteurs et les moteurs pas à pas est que le moteur pas à pas peut aussi être utilisé en boucle ouverte pour les applications de positionnement. Le moteur pas à pas n’a pas besoin de retour (lisez : de codeur) pour pouvoir être utilisé comme système de positionnement, et il est entrainé un certain nombre de pas supplémentaires par le variateur du moteur pas à pas, 1 pas correspondant à une rotation angulaire spécifique du rotor (par exemple 1,8° par pas). Par définition, ce n’est plus un servosystème suite à l’absence de retour de la position du rotor.
Pour les servosystèmes plus petits dont la puissance est limitée et qui utilisent des moteurs pas à pas ou des moteurs BLDC, on utilise souvent des servorégulateurs alimentés en 24 ou 48 VDC (très basse tension). Les servosystèmes de puissance supérieure utilisent souvent des servovariateurs alimentés en 230 ou 400 VAC (basse tension). Cette tension alternative est d’abord redressée et stockée dans une boucle intermédiaire, après quoi la tension DC est reconvertie par une commutation PWM en une tension alternative selon une amplitude et une fréquence spécifiques pour l’entraînement du servomoteur.
Les servovariateurs modernes sont souvent pilotés par un automate ou un contrôleur de mouvement supérieur via un bus de terrain (Profinet, EtherCat, EthernetIP, Profibus, CAN bus, ...). Ils obtiennent dès lors la position, la vitesse, l’accélération et le couple (ou la force) souhaités pour les mouvements en point à point simples ou un flux continu isosynchrone de consignes de position pour la position et/ou la vitesse s’il s’agit de réaliser des mouvements complexes synchronisés ou liés à la CNC.
Consultez notre blog 'Que sont les servovariateurs' si vous souhaitez de l’explication détaillée sur les servosystèmes.
Acheter un servovariateur
La détermination des composants les plus optimaux pour la réalisation d’un système de positionnement électrique dimensionné précis et performant peut s’avérer complexe car il faut tenir compte de nombreux paramètres mécaniques, électriques et de régulation.
Bien heureusement, il existe des applications logicielles qui peuvent apporter une aide. L’une d’entre elle est l’Electric Motion Sizing app de Festo, un outil en ligne qui - selon les données de l’application comme la masse à déplacer, la longueur et le temps de positionnement - compose un système de positionnement électrique complet incluant la mécanique, le moteur, le réducteur et le servovariateur. En appuyant sur une touche, vous obtenez la liste des pièces, complétée par les accessoires comme les câbles moteur pour le raccordement du servomoteur.