Des solutions de mouvement et de contrôle au service du rendement et de la durabilité dans l'industrie

Figure 1 : Pompes à eau dans une grande centrale électrique. (Source de l'image : Shutterstock)

Face aux défis environnementaux et au besoin d'une électronique durable, les industries du monde entier recherchent des solutions pour optimiser leurs opérations et minimiser leur empreinte carbone. Quel que soit le secteur, il est nécessaire de contrôler les processus pour réduire la consommation d'énergie, minimiser le gaspillage et maximiser la production.

Les produits de mouvement et de contrôle fonctionnent ensemble pour gérer le mouvement, la vitesse et la position des éléments mécaniques dans les applications électroniques. Ces produits sont conçus pour fournir un contrôle précis, efficace et fiable des différents aspects du mouvement, permettant aux machines et aux équipements d'exécuter leurs fonctions avec des performances optimales et un minimum d'erreurs.

DigiKey, distributeur mondial de composants électroniques, propose une vaste sélection de produits de mouvement et de contrôle de multiples fournisseurs, permettant aux clients d'améliorer la durabilité et le rendement de leurs systèmes automatisés.

Composants essentiels des systèmes de mouvement et de contrôle

Les moteurs électriques sont au cœur des solutions de mouvement et de contrôle, et constituent le principal moyen pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Plusieurs types de moteurs sont utilisés dans les applications, chacun présentant des caractéristiques et des avantages uniques. Les moteurs CA sont connus pour leur durabilité, leur rendement et leur capacité à fonctionner à hautes vitesses, et ils conviennent à une utilisation dans les machines industrielles, les systèmes CVC et d'autres applications dans lesquelles des performances fiables et à long terme sont essentielles. Les moteurs CC, quant à eux, offrent un excellent contrôle du couple et de la vitesse, ce qui les rend bien adaptés aux applications exigeant un mouvement précis, telles que les systèmes robotiques et automobiles. Les moteurs pas-à-pas offrent un positionnement très précis et sont utilisés dans les imprimantes 3D, les machines CNC et d'autres dispositifs qui nécessitent un mouvement incrémentiel précis. Les servomoteurs, avec leurs temps de réponse rapides et leur couple de sortie élevé, sont utilisés dans les applications qui requièrent des mouvements rapides et précis, telles que les systèmes aérospatiaux.

Pour contrôler et réguler efficacement le fonctionnement des moteurs, les solutions de mouvement et de contrôle s'appuient sur une variété de variateurs et de contrôleurs. Les variateurs de fréquence (VFD) sont utilisés pour gérer la vitesse et le couple des moteurs CA, permettant ainsi un fonctionnement fluide et efficace et des économies d'énergie. Les servocommandes, spécialement conçues pour les servomoteurs, fournissent un contrôle en boucle fermée et permettent un positionnement et un mouvement hautement précis. Les contrôleurs de mouvement, capables de gérer plusieurs axes de mouvement simultanément, sont utilisés dans les applications complexes où ils coordonnent et synchronisent le mouvement de divers composants pour un fonctionnement fluide et précis.

Les actionneurs jouent également un rôle crucial dans les systèmes de mouvement et de contrôle, car ils sont chargés de convertir l'énergie en mouvement et de fournir la force nécessaire pour déplacer les composants mécaniques. Connus pour leur force élevée et leur capacité à supporter de lourdes charges, les actionneurs hydrauliques sont utilisés dans les équipements de construction, les machines industrielles, etc., où une puissance brute est requise. Les actionneurs pneumatiques, qui s'appuient sur l'air comprimé pour générer des mouvements et fournir des temps de réponse rapides, sont utilisés dans des applications impliquant des mouvements rapides et répétitifs, comme les chaînes de conditionnement et d'assemblage. Les actionneurs électriques, y compris les types linéaires et rotatifs, offrent un contrôle précis dans les applications telles que les dispositifs et équipements médicaux, automobiles et aérospatiaux.

Figure 2 : Système de caméra à capteur de vision robotique dans une usine intelligente. (Source de l'image : Shutterstock)

Capteurs, dispositifs de rétroaction et systèmes de contrôle

Pour garantir que les systèmes de mouvement et de contrôle fonctionnent avec le plus haut niveau de précision et de fiabilité, des capteurs et des dispositifs de rétroaction sont utilisés pour surveiller et mesurer divers aspects du mouvement. Les capteurs de position, tels que les potentiomètres linéaires et rotatifs, fournissent des données en temps réel sur l'emplacement exact des éléments mécaniques, permettant un positionnement et un suivi précis. Les codeurs, incrémentaux et absolus, sont utilisés pour déterminer la position angulaire et la vitesse des arbres rotatifs, permettant un contrôle précis de la vitesse et de la position. Les résolveurs, similaires aux codeurs mais conçus pour être utilisés en environnements difficiles, offrent également une précision et une fiabilité élevées dans les applications sensibles.

Les systèmes de contrôle qui orchestrent et gèrent le fonctionnement global des solutions de mouvement et de contrôle sont le lien entre tous ces composants. Les automates programmables (PLC), ordinateurs industriels robustes conçus pour le contrôle et l'automatisation, gèrent simultanément plusieurs signaux d'entrée et de sortie dans l'automatisation d'usine, le contrôle de processus et d'autres applications. Les PC industriels, qui offrent une flexibilité et une puissance de traitement supérieures à celles des PLC, sont souvent utilisés en tandem avec des logiciels de contrôle de mouvement avancés pour simuler des algorithmes de contrôle de mouvement dans des systèmes multi-axes complexes.

Composants de mouvement et de contrôle dans les applications industrielles

Les solutions de mouvement et de contrôle sont essentielles pour améliorer le rendement, la précision et la productivité dans un large éventail de processus industriels. Par exemple, elles gèrent des équipements tels que des bras robotisés et des machines-outils pour améliorer les opérations industrielles et minimiser les erreurs. Dans les usines et les entrepôts automobiles, les systèmes de mouvement et de contrôle coordonnent le mouvement des robots industriels, des robots collaboratifs (cobots) et des robots mobiles autonomes (AMR) pour effectuer des tâches telles que la manutention, l'assemblage et l'inspection. De même, dans les applications de conditionnement industriel, les solutions de mouvement et de contrôle prélèvent et transportent des articles tels que des boîtes et des palettes à l'aide de systèmes de convoyeurs, de machines de tri et de systèmes automatisés de stockage/récupération (AS/RS).

Dans le secteur médical, les systèmes de mouvement et de contrôle influencent la manière dont les soins de santé sont dispensés et dont la recherche est menée. Ils permettent le positionnement, le dosage et l'automatisation de précision dans les dispositifs et équipements médicaux, tels que les robots chirurgicaux, les systèmes d'imagerie diagnostique et les instruments de laboratoire. Par exemple, les robots chirurgicaux équipés de composants de mouvement et de contrôle peuvent effectuer des procédures avec précision et avec une invasivité minimale, réduisant ainsi le temps de récupération des patients et améliorant les résultats globaux. Les systèmes automatisés de manipulation de liquides dans les laboratoires de recherche pharmaceutique utilisent également des systèmes de mouvement et de contrôle pour distribuer et mélanger avec précision les réactifs, rationalisant ainsi le processus de découverte de médicaments et accélérant le développement de nouvelles thérapies.

Les industries de l'aérospatiale et de la défense dépendent également de solutions de mouvement et de contrôle de précision pour des applications critiques telles que le positionnement par satellite, les systèmes de contrôle d'aéronefs et le guidage de missiles. Dans ces secteurs, le moindre écart par rapport au mouvement ou à la position prévus peut avoir un impact catastrophique. Les technologies de mouvement et de contrôle garantissent que ces systèmes fonctionnent avec une précision et une fiabilité exceptionnelles, permettant aux satellites de maintenir leur orbite, aux aéronefs de voler en toute sécurité et aux missiles d'atteindre leurs cibles. De plus, ces solutions permettent le développement et le test de nouvelles technologies aérospatiales et de défense, permettant aux ingénieurs de simuler et de valider des systèmes complexes avant leur déploiement sur le terrain.

Comprendre la stratégie multi-fournisseur de DigiKey

En s'associant à plusieurs fournisseurs, DigiKey garantit que les ingénieurs et les concepteurs de systèmes ont accès à une vaste sélection de produits. Cette stratégie augmente non seulement la diversité des produits, mais améliore également la disponibilité, favorise des prix compétitifs et donne accès à une mine de savoir-faire technique. L'un des avantages évidents de l'approche multi-fournisseur de DigiKey est la capacité à répondre à une multitude d'exigences industrielles. Qu'il s'agisse d'un moteur pas-à-pas compact pour l'instrumentation de précision ou d'une servocommande à couple élevé pour l'automatisation à usage intensif, l'inventaire de DigiKey offre une solution pour toutes les applications. Cette diversité permet aux ingénieurs de trouver les produits les mieux adaptés à leurs besoins spécifiques, et d'optimiser les performances et l'efficacité globales du système. De plus, en s'approvisionnant auprès de plusieurs fournisseurs, DigiKey minimise le risque de perturbation de la chaîne d'approvisionnement : lorsqu'un fabricant rencontre des problèmes ou des retards de production, des produits alternatifs d'autres fournisseurs peuvent être achetés, garantissant ainsi un approvisionnement fiable et cohérent pour les clients. Cette résilience fait toute la différence dans les installations industrielles où même un temps d'arrêt minime peut avoir un impact significatif sur les ressources, les budgets et les opérations.

Produits de mouvement et de contrôle avancés des leaders de l'industrie

Les partenariats de DigiKey avec des fabricants de premier plan tels que Schneider Electric, Siemens et Omron montrent l'engagement du distributeur envers la qualité et l'innovation. Ces géants de l'industrie sont réputés pour leurs solutions de mouvement et de contrôle de pointe, qui intègrent des fonctionnalités et des technologies avancées pour favoriser l'efficacité et la durabilité.

Le démarreur progressif Altivar™ ATS480 de Schneider Electric (Figure 3) s'appuie sur les performances de démarrage/arrêt des itérations précédentes pour étendre davantage la durée de vie des équipements et maximiser la disponibilité des applications dans des environnements exigeants. Le VSD Altivar 212 offre une facilité d'utilisation et une sécurité maximum aux intégrateurs de systèmes et aux utilisateurs finaux dans les systèmes CVC, permettant des économies d'énergie et améliorant le confort et la gestion des bâtiments. De la même manière, les VFD ATV320 offrent sécurité, fiabilité et simplicité dans des facteurs de forme compacts pour une installation simplifiée et une utilisation efficace de l'espace.

Figure 3 : Démarreur progressif Altivar™ ATS480 de Schneider Electric. (Source de l'image : Schneider Electric)

La ligne de produits Easy TeSys de Schneider Electric inclut des démarreurs moteurs manuels avec protection magnétique à 13 fois le réglage maximum du cadran, des relais de surcharge thermique avec connexions à bornes à vis, et des contacteurs tripolaires offrant une durée de vie d'environ un million d'opérations électriques. Ces dispositifs sont conçus pour la commutation et la protection des applications de moteur courantes. Les démarreurs moteurs TeSys™ island éliminent le câblage de commande et les E/S PLC d'un simple clic de câble plat, permettant d'accéder aux données via des protocoles de communication industriels.

Les variateurs SINAMICS V20 de Siemens, avec leur conception compacte, robuste et renforcée, conviennent parfaitement à une utilisation dans une variété d'applications de commande de base dans les installations de traitement et de fabrication. De plus, les assemblages de contacteurs inverseurs SIRIUS 3RA23 évitent les erreurs de câblage dans les circuits principaux et de commande. Les contacteurs SIRIUS Control offrent des options flexibles pour commuter des charges électriques, avec des choix de mécanismes de fonctionnement conventionnels et à semi-conducteurs.

Les variateurs de fréquence série MX2 d'Omron offrent un contrôle avancé des moteurs et des machines avec la technologie VFD pour un fonctionnement précis, des économies d'énergie et une protection contre les défaillances. Grâce à sa conception et ses algorithmes avancés, le MX2 offre un contrôle fluide jusqu'à la vitesse zéro et une capacité de contrôle du couple en boucle ouverte.

Figure 4 : Relais de surcharge thermique TeSys de Schneider Electric. (Source de l'image : Schneider Electric)

Améliorer la durabilité dans une chaîne de production automatisée

Pour illustrer l'impact des technologies de mouvement et de contrôle sur la durabilité, prenons l'exemple d'une chaîne de production automatisée dans une usine de fabrication. Qu'il s'agisse du contrôle précis de la vitesse des convoyeurs et des moteurs des machines de conditionnement, de l'intégration de bras robotisés ou de l'implémentation de systèmes de sécurité, ces composants permettent aux fabricants d'atteindre leurs objectifs de réduction de la consommation d'énergie et du gaspillage, tout en garantissant la sécurité et la fiabilité des opérations :

Systèmes de convoyeurs : Dans la chaîne de production automatisée, les systèmes de convoyeurs jouent un rôle clé dans le transport des matériaux et des produits entre les différentes étapes du processus de fabrication. En intégrant le VSD Altivar 212 de Schneider Electric ou le VFD série MX2 d'Omron, la vitesse des moteurs de convoyeurs peut être contrôlée pour correspondre au taux de production requis. En garantissant que le convoyeur fonctionne à une vitesse optimale, la consommation d'énergie et l'usure des composants mécaniques sont réduites. De plus, les démarreurs progressifs comme l'Altivar™ ATS480 de Schneider Electric permettent un démarrage et un arrêt en douceur des moteurs de convoyeurs, réduisant ainsi les contraintes mécaniques et prolongeant la durée de vie de l'équipement.

Machines de conditionnement : Les machines de conditionnement font partie intégrante de la chaîne de production automatisée, chargée de conditionner, de sceller et d'étiqueter les produits. Ces machines nécessitent souvent un contrôle précis de la vitesse et du couple du moteur pour garantir un conditionnement cohérent et précis. En intégrant les VFD ATV320 de Schneider Electric, les moteurs des machines de conditionnement peuvent être contrôlés avec une haute précision, améliorant ainsi les performances globales et le rendement énergétique du système.

Bras robotisés : Les bras robotisés sont largement utilisés dans les chaînes de production automatisées pour des tâches telles que la manipulation des matériaux, l'assemblage et le contrôle qualité. Ces outils requièrent un contrôle précis de plusieurs axes de mouvement pour effectuer leurs tâches avec précision et efficacité. Les démarreurs moteurs TeSys island de Schneider Electric permettent de contrôler les moteurs des bras robotisés. En évitant le recours à un câblage complexe et à des E/S PLC, le TeSys island permet également une installation plus rapide et une configuration aisée du système de contrôle du bras robotisé. L'interface numérique intégrée et l'outil de configuration intelligent simplifient la mise en service et le réglage, tandis que la possibilité d'accéder aux données critiques via des protocoles de communication permet une surveillance à distance et une maintenance prédictive.

Pompes et ventilateurs : Les pompes et les ventilateurs sont essentiels dans divers domaines d'une chaîne de production automatisée, notamment dans les systèmes de refroidissement, les unités hydrauliques et les systèmes de ventilation. L'optimisation des performances de ces composants peut réduire la consommation d'énergie et garantir une disponibilité maximale. Les variateurs SINAMICS V20 de Siemens, avec leur conception compacte et robuste, conviennent au contrôle des pompes et des ventilateurs dans les environnements industriels. Les variateurs SINAMICS V20 offrent diverses fonctions, notamment le contrôle PID, le contrôle multi-pompe et les modes d'économie d'énergie.

Systèmes de sécurité : Garantir la sécurité du personnel et des équipements est d'une importance capitale dans les installations de fabrication. Grâce à des assemblages de contacteurs répertoriés pour la sécurité, les chaînes de production peuvent atteindre un niveau élevé de sécurité, réduisant ainsi le risque d'accidents et les temps d'arrêt. Les assemblages de contacteurs inverseurs série SIRIUS 3RA23 de Siemens peuvent mettre en œuvre des fonctions de sécurité dans le système de commande du moteur. Ces assemblages s'intègrent parfaitement aux systèmes de sécurité fonctionnelle selon les normes internationales telles que CEI 61508 et ISO 13849-1. Les fonctions de verrouillage mécanique et électrique intégrées de la série 3RA23 permettent également d'éviter les erreurs de câblage et garantissent un fonctionnement sûr des circuits de moteurs inverseurs.

Figure 5 : Bras de robots industriels intelligents pour la production d'usine numérique. (Source de l'image : Shutterstock)

Conclusion

Les solutions avancées de mouvement et de contrôle sont des facteurs essentiels de rendement et de durabilité dans un large éventail d'industries. En intégrant ces technologies dans des chaînes de production automatisées, les fabricants peuvent améliorer le rendement opérationnel, réduire la consommation d'énergie, minimiser le gaspillage de matériaux et étendre la durée de vie des équipements. Le portefeuille de produits multi-fournisseurs de DigiKey permet aux ingénieurs et aux concepteurs de créer des systèmes offrant de hautes performances tout en étant respectueux de l'environnement. DigiKey fournit une plateforme où les ingénieurs peuvent explorer, comparer et acquérir les produits de mouvement et de contrôle les mieux adaptés à leurs applications.