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RÉSUMÉ
Cet article décrit les principes, les fonctions, les technologies de construction des modulateurs électropneumatiques de puissance (souvent nommés composants pneumatiques proportionnels). En outre, il définit les caractéristiques fonctionnelles et décrit les méthodes expérimentales pour les obtenir. Deux exemples donnent une illustration des applications industrielles potentielles de tels composants.
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Daniel HUBERT : Ingénieur CNAM, Responsable Recherche et Développement chez Asco Joucomatic - Chargé de cours à l'UTC et à l'Université Marne la Vallée
INTRODUCTION
Retenus pour leur robustesse, leur vitesse d'exécution, leur facilité d'installation et de maintenance, leur faible coût, les actionneurs et distributeurs pneumatiques (cf. [BM 6 111]) occupent une large place dans les automatismes séquentiels et combinatoires (cf. [BM 6 112]) du milieu industriel manufacturier.
L'augmentation toujours croissante des performances souhaitées, du développement avancé de l'électronique numérique et de puissance et de l'élaboration de lois de commande robuste a entraîné, durant la dernière décennie, le développement de systèmes électropneumatiques à commande continue, dits « technologie pneumatique proportionnelle » et, en particulier, le développement et la commercialisation de modulateurs électropneumatiques de puissance.
Cet article s'inscrit dans ce contexte, ces nouveaux composants «proportionnels» sont ici présentés dans leur principe, dans leur technologie de construction, puis dans leurs caractéristiques fonctionnelles. À titre d'exemples, nous étudions deux applications industrielles en décrivant très succinctement les systèmes électropneumatiques dans leur globalité. Ce dossier, volontairement limité aux modulateurs de puissance électropneumatique et à deux applications typiques, n'expose pas les méthodologies d'élaboration et de traitement des lois de commande qui peuvent être trouvées dans les ouvrages cités en bibliographie.
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1. Modulateurs électropneumatiques de puissance
Un grand regret, le départ prématuré de M. S. SCAVARDA qui devait écrire ce fascicule. Je lui dédie ce travail en espérant ne pas avoir dévié des bases de réflexion qu'il a su initier avec ses équipes du LAI devenu aujourd'hui le laboratoire Ampère de l'INSA de Lyon.
1.1 Fonction des modulateurs
La fonction des modulateurs électropneumatiques de puissance consiste à établir une correspondance entre une grandeur électrique d'entrée, courant ou tension, et des sections de passage du fluide entre la source et l'échappement et ayant un point commun relié à l'utilisation (figure 1).
Le contrôle des transferts d'air, soit de la source vers l'utilisation, soit de l'utilisation vers l'atmosphère, implique le contrôle des transferts de puissance (débit, pression) véhiculée par l'air comprimé. La grandeur de sortie n'est encore à ce stade ni un débit ni une pression.
Cela est possible tant que la valeur de la pression est comprise entre la pression source et la pression d'échappement. Le composant idéal est caractérisé par une correspondance statique et linéaire, le modulateur peut être constitué de plusieurs étages.
HAUT DE PAGE1.2 Structure des modulateurs
La nature de la grandeur d'entrée nécessite la présence d'un actionneur électrique qui sera piloté par une électronique de puissance. Cette première partie réalise la conversion de la puissance électrique en puissance mécanique nécessaire à la modulation de la puissance pneumatique. L'étage pneumatique, qui assure cette modulation au travers du réglage des sections passantes, sera classiquement soit un système à tiroir, soit un dispositif à clapets.
La puissance pneumatique est le produit de deux grandeurs physiques : le débit et la pression ; on associe un capteur à la grandeur physique que l'on désire commander, et son électronique d'élaboration de la commande qui pilotera l'électronique de transmission de puissance. Suivant le cas, la grandeur de sortie du modulateur sera :
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un débit ; si la commande d'entrée règle une section de passage, donc un débit massique pour un rapport donné entre...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - Transmission de puissance pneumatique. Introduction. - [BM 6 110] (2007).
-
(2) - Transmission de puissance pneumatique. Composants. - [BM 6 111] (2008).
-
(3) - HUBERT (D.) - Transmission de puissance pneumatique. Automatismes séquentiels et combinatoires. - [BM 6 112] Base Fonctions et composants mécaniques (2008).
-
(4) - HERNIARD (J.-M.) - Automatisation pneumatique. Actionneurs linéaires : vérins. - [B 6 100] Base Fonctions et composants mécaniques (1995).
Références
FAISANDIER (J.) et coll - Mécanismes hydrauliques et pneumatiques. - 9e édition, Dunod, ISBN 2 10 049948 3.
SCAVARDA (S.) - Les asservissements électropneumatiques de position. - Collection « technologies de pointe », Hermès, ISBN 2-86601-180-5, Paris (1989).
ThèsesYE (N.) - Contribution à la préhension robotisée pour la saisie d'objets fragiles et/ou fortement déformables. Modélisation et commande d'un préhenseur électropneumatique instrumenté. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 93ISAL 0015 (1993).
SESMAT (S.) - Modélisation, simulation et commande d'une servovalve électropneumatique. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 96ISAL0019 (1996).
OLABY (O.) - Robotique pour l'apprentissage des gestes médicaux, mise en œuvre de séquences d'accouchement automatisées - . Laboratoire Ampère, INSA, Lyon, ISAL0082 (2006).
RICHARD (E.) - De la commande linéaire et non linéaire en position des système électropneumatiques. - Laboratoire d'Automatique Industrielle, INSA, Lyon, 90ISAL0010 (1990).
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ISO 6358 (10-89), Transmissions pneumatiques ; éléments traversés par un fluide compressible. Détermination des caractéristiques de débit
ISO 8778 (07-03), Transmissions...
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