Surveillance de la pression pneumatique de précision pour les applications robotiques et industrielles

La surveillance de la pression de précision à l'aide de capteurs pneumatiques est cruciale dans de nombreuses applications de robotique et de contrôle industriel. Pour garantir un fonctionnement fiable, les moniteurs de pression doivent présenter une excellente résistance à la surpression et au vide, et être équipés d'une cellule de mesure non sensible aux liquides ou aux dépôts.

Outre le fonctionnement précis et robuste, la flexibilité d'application est une caractéristique clé qui peut accélérer l'installation initiale et permettre les modifications de configuration, favorisant la personnalisation de masse dans l'Industrie 4.0.

Le moniteur doit intégrer un affichage clair pour des vérifications rapides de l'état et des sorties programmables pour les alarmes, et permettre la configuration et l'utilisation locales à l'aide de boutons poussoirs intégrés. IO-Link est nécessaire pour le transfert des données numériques pour la surveillance et la configuration des processus à distance. Dans certaines installations, une sortie analogique peut s'avérer utile.

La prise en charge de plusieurs configurations de montage garantit la compatibilité avec un large éventail de systèmes.

Cet article présente les moniteurs de pression de précision série PQ d'ifm Efector (ifm) et détaille comment ils répondent aux divers besoins des systèmes pneumatiques et à air comprimé dans les applications industrielles et robotiques.

Interface utilisateur

L'interface visuelle est une fonctionnalité clé de la série PQ. Elle comprend un écran TFT couleur de 1 pouce, des LED de point de commutation et des commutateurs pour modifier l'affichage et régler les paramètres. La principale valeur de processus mesurée est la pression, et elle peut être affichée dans différentes unités, notamment en bar, psi ou kPa. Le niveau de vide peut également être représenté en pourcentage du point de consigne.

L'écran peut afficher le point de consigne (SP) de configuration et le point de réinitialisation (rP) pour les sorties numériques. Les points de commutation sont signalés par des LED. Pour les modèles dotés d'une sortie analogique, l'écran peut être utilisé pour définir et afficher la valeur de départ analogique (par exemple, 4 mA) et la valeur de fin (par exemple, 20 mA) pour la mise à l'échelle du signal. L'interface utilisateur comprend plusieurs éléments (Figure 1) :

1. La LED d'état de commutation s'allume si la sortie 1 est active
2. La LED d'état de commutation s'allume si la sortie 2 est active
3. Éléments de l'écran TFT :
   1. État du dispositif
   2. Valeur de processus. L'affichage peut passer d'une couleur standard (vert) à une couleur alternative (rouge), pour indiquer clairement si la valeur de processus se situe dans ou hors d'une plage acceptable.
   3. Informations de diagnostic et de performances, telles que le nombre de cycles de commutation et la pression la plus basse ou la plus élevée enregistrée. Sur la Figure 2, Hi.P indique la valeur de pression la plus élevée mesurée.
4. Touches pour la configuration de l'affichage et le réglage des paramètres

Figure 1 : Disposition de l'interface utilisateur de la série PQ. (Source de l'image : ifm)

La série PQ est disponible avec ou sans sortie analogique configurable. Les modèles PQS, comme le PQS812, disposent de deux sorties numériques, tandis que les modèles PQC, comme le PQC812, sont dotés d'une sortie analogique configurable en plus des deux sorties numériques. La sortie analogique des modèles PQC peut être utilisée pour envoyer un signal proportionnel.

Les concepteurs de machines et de systèmes d'automatisation peuvent sélectionner des dispositifs dotés de plages de mesure spécifiques. Les dispositifs PQS812 et PQC812 présentent des plages de mesure de -1 bar à 10 bar (-100 kPa à 1000 kPa, -14,5 psi à 145 psi). Les modèles PQS816 et PQC816 sont conçus pour les applications à plus basse pression et à vide, avec des plages de mesure de -1 bar à 1 bar (-100 kPa à 100 kPa, -14,5 psi à 14,5 psi). Les applications qui ne nécessitent que des mesures de vide peuvent utiliser les modèles PQS819 et PQC819, qui présentent des plages de mesure de -1 bar à 0 bar (-100 kPa à 0 kPa, -14,5 psi à 0 psi).

Le traitement de l'air comprimé est une opération courante dans les systèmes pneumatiques. Il s'agit du processus d'élimination des contaminants, tels que l'humidité, l'huile et la saleté, de l'air comprimé afin de protéger les équipements pneumatiques, de garantir la fiabilité des systèmes et de maintenir la qualité du produit.

La série PQ est particulièrement adaptée aux systèmes de traitement d'air comprimé, car la cellule de mesure en silicone enrobée et étanche conserve ses performances en présence d'air contaminé par de l'eau, de la poussière ou de l'huile.

Les applications de préhension par le vide constituent une utilisation courante des capteurs de pression série PQ. Ces applications peuvent inclure de multiples effecteurs de préhension. Le changement de couleur rouge/vert de l'affichage permet aux opérateurs de visualiser en un coup d'œil les valeurs de processus de chaque prélèvement (Figure 2).

Figure 2 : Schéma des moniteurs de pression série PQ utilisés dans une application de préhension par le vide, montrant une pince avec un vide trop faible (affichage rouge). (Source de l'image : ifm)

Polyvalence des applications

Les capteurs de pression PQ Cube conviennent à une grande variété d'applications pneumatiques, notamment le conditionnement de produits alimentaires, les machines de palettisation industrielles, la fabrication de produits blancs grand public, et plus.

Dans le secteur agroalimentaire, les scellés d'emballage sont positionnés à l'aide d'une pince à vide. Sur ces machines de conditionnement, la protection IP65 est une caractéristique importante. Elle indique que le capteur est protégé contre les jets d'eau à basse pression dans toutes les directions.

Pour des performances optimales, les capteurs dans les machines de conditionnement alimentaire doivent être positionnés au plus près de la pince à vide, en utilisant des tuyaux courts. Le capteur se trouve donc dans la zone de nettoyage de la machine et est exposé à des projections d'eau et à des produits chimiques de nettoyage, ce que le PQ Cube supporte facilement sans perte de performances ou de fiabilité.

La technologie des pinces à vide est également un élément clé des machines de palettisation robotisées. Les capteurs pneumatiques PQ Cube déterminent avec précision et rapidité si le vide est suffisant pour saisir une boîte. Ce n'est que lorsque la boîte est correctement saisie que la machine la positionne sur le palettiseur (Figure 3).

Figure 3 : Machine de palettisation montrant la position des capteurs PQ Cube (au milieu). Le capteur de gauche a un affichage rouge indiquant une condition hors spécifications. (Source de l'image : ifm)

Les produits blancs, tels que les lave-vaisselle, peuvent présenter des dizaines, voire des milliers de modèles différents en termes de taille, de forme, de couleur et de fonctionnalités technologiques. Avec une telle variété de composants, l'utilisation de pinces à vide est nécessaire pour garantir une production efficace et fluide.

La pince doit être actionnée avec une pression de processus spécifique pour saisir les composants délicats sans les endommager, puis les placer et les relâcher rapidement lors de l'assemblage. Le temps de réponse de 6 ms et la haute précision des capteurs PQ Cube sont des fonctionnalités importantes dans ces applications robotiques.

Ces machines utilisent souvent deux dispositifs PQ Cube, l'un pour le placement des composants et l'autre pour une unité de maintenance qui surveille la pression globale du système pneumatique et alimente deux stations d'assemblage robotisées.

Construction de la machine sur mesure

La flexibilité d'application des capteurs PQ s'étend à la construction de machines. Le dispositif peut être installé dans des panneaux à l'aide du kit de montage E30574. L'adaptateur de montage mural E30576 est une autre option, tout comme le kit de montage sur rail DIN E30575.

Le capteur peut également être monté sur un panneau sans kit de montage à l'aide de deux vis cylindriques. Pour ce faire, les vis cylindriques sont d'abord vissées dans le panneau, puis le dispositif est placé au-dessus et emboîté vers le bas.

Ce n'est pas tout. La connexion des deux sorties de processus à des tuyaux permet d'utiliser les capteurs PQ comme distributeur pneumatique sans avoir besoin d'adaptateurs supplémentaires. Dans d'autres applications, l'utilisation de l'une des deux sorties sur le capteur permet l'installation flexible sur un tuyau pour une surveillance précise de la pression, la sortie inutilisée étant fermée par un bouchon d'étanchéité.

Lors de l'installation de machines équipées de capteurs PQ, les techniciens peuvent utiliser l'assistant d'installation pour accélérer le processus. L'assistant peut être mis en œuvre sur le dispositif à l'aide des boutons intégrés. Il est disponible en neuf langues et guide l'utilisateur tout au long du processus de configuration et d'installation en posant une série de questions. L'installation peut également être effectuée avec IO-Link.

IO-Link dynamise la productivité

IO-Link permet la connectivité numérique au-delà de la machine vers des bus de terrain de plus haut niveau, accélère l'installation et la mise en service de nouvelles machines ou le remplacement de capteurs PQ, et prend en charge les modifications de configuration dans les machines existantes, ainsi que la surveillance et le diagnostic centralisés des performances.

Un câble de capteur/actionneur à 3 fils standard est utilisé pour les connexions IO-Link. Le PQ Cube se connecte à un maître IO-Link, qui fournit une connectivité de plus haut niveau, généralement via un protocole Ethernet industriel, vers des dispositifs tels que des automates programmables (PLC) et des interfaces homme-machine (IHM), y compris des moniteurs à écran plat.

IO-Link améliore les performances des dispositifs de la série PQ en permettant une communication numérique robuste, en fournissant des données haute résolution et en prenant en charge des diagnostics plus avancés. Au lieu de s'appuyer sur les signaux analogiques traditionnels ou sur l'interface E/S standard (SIO), IO-Link offre une plus haute précision et une plus grande fiabilité (Figure 4). L'interface SIO est la capacité de base à fonctionner comme un capteur de commutation binaire.

Figure 4 : Exemple de communication SIO et IO-Link sur la broche 4. (Source de l'image : ifm)

La mémoire embarquée de ces capteurs peut stocker des heures de fonctionnement et jusqu'à 20 événements, tels que des pics de pression dépassant un seuil défini par l'utilisateur. De plus, la température du système peut être transmise avec la pression et les valeurs de processus, permettant ainsi la maintenance prédictive.

Le logiciel moneo d'ifm permet le réglage des paramètres du capteur et la configuration à distance. Dans le rare cas d'une défaillance du dispositif, le logiciel moneo peut transférer automatiquement la configuration nécessaire au capteur de remplacement, minimisant ainsi les temps d'arrêt.

Conclusion

Les capteurs PQ Cube d'ifm se caractérisent par une construction robuste, une utilisation conviviale, des options de communication polyvalentes et une installation flexible, et constituent une solution idéale pour de nombreuses applications pneumatiques. Ils offrent des temps de réponse rapides, une haute précision et les fonctionnalités avancées requises dans les systèmes de robotique et d'automatisation de l'Industrie 4.0.

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