Lors de sa dernière journée consacrée aux
actionneurs, le club automation est revenu sur l’évolution des tonologies de
motion control, où le contrôleur joue un
rôle prépondérant.
Les moteurs
synchrones autopilotés, également appelés moteurs brushless ou servodrives,
sont de plus en plus utilisés dans l’industrie. Ils sont apparus d’abord dans
la machine-outil, pour ensuite se développer sur les machines spéciales, les
robots… Ces moteurs AC (l’onde est alors sinusoïdale) ou DC (l’onde est
trapézoïdale) sont constitués d’une carcasse en aluminium, d’un rotor avec un
nombre variable de paires de pôles en aimant permanent (généralement Neodymium
fer bore, parfois en Ferrite) et d’un stator formé de trois bobines à 120°.
Enfin, le codeur (qui capte l’information de position angulaire) permet le
fonctionnement (synchronisme) et le positionnement de la mécanique.
« C’est un élément très important », prévient Laurent Maillot, gérant
d’offre Motion control et robotique chez Schneider Electric.
Les
avantages de ces moteurs de forme
« carrée » dotés de deux connecteurs (un pour la puissance,
l’autre pour le capteur de position) sont nombreux. D’abord, très compacts, ce
sont les moteurs électriques présentant la meilleure puissance massique. Leur
indice de protection atteint généralement IP54, IP65 voir IP67 et ils
bénéficient d’une grande dynamique, avec un courant de crête s’élevant à 3 à 4
fois le courant nominal. En outre, ils fonctionnent en convection naturel, sans
nécessiter de ventilation.
Leurs
caractéristiques aussi les distinguent des autres moteurs électriques. Ce sont
de vrais moteurs couples, avec une
courbe couple/vitesse quasiment presque droite. L’inertie faible ou moyenne du
rotor permet en outre d’avoir une grande dynamique et une grande stabilité et
l’on peut les asservir en boucle fermée en Couple (courant), Vitesse et
Positionnement. A noter, ils peuvent disposer d’un frein de parking 24 VDC en
option.
Les codeurs évoluent.
Les
dernières grandes évolutions dans ce domaine concernent les codeurs. « Au
départ, on utilisait des capteurs à effet hall, puis incrémental et,
maintenant, des codeurs absolus monotour ou multitour », note Laurent Maillot.
On retrouve sur le terrain deux grandes familles, les codeurs numériques EnDat (pour Encoder Data) et SinCos, qui délivrent des signaux
analogiques.
L’intérêt de
ces composants ? « Ce sont souvent des codeurs multitours sans pile,
donc sans maintenance, à grande résolution, et intelligents. De plus en plus,
ils renferment une plaque signalétique qui donne l’ensemble des informations du
moteur, qui sert pour la maintenance, avec des notions de plug & play et de
reconnaissance automatique de moteurs », explique le gérant d’offre. Cela
permet notamment à la maintenance, quand il faut changer un moteur, d’opérer
l’échange, de resserrer les connecteurs et de redémarrer la machine aussitôt
sans se préoccuper du paramétrage. Autre caractéristique du codeur multitour,
il permet de connaître (sur 4096 tours) la position du moteur et donc de la
mécanique (si la liaison moteur-mécanique est conservée) de la machine. En cas
d’incident, même si l’opérateur touche à l’axe de la machine, celle-ci
redémarrera là où elle s’est arrêtée, limitant les pertes de production.
Le « motion centric »
Mais selon
le gérant d’offre, l’évolution la plus marquante ces 5 ou 6 dernières années est l’intégration du
variateur sur le moteur, pour donner naissance au servodrive. « C’est une
demande du monde packaging qui est un gros consommateur de moteurs
brushless », déclare-t-il. La encore beaucoup de nouveaux avantages :
la solution intégrée permet d’avoir des machines très évolutives (changement
rapide de production) très compact dimensionnellement (plus de variateurs dans
l’armoire électrique), de réduire le temps de montage et d’améliorer la
compatibilité CEM. Cela permet aussi d’augmenter le nombre d’axes sur les
machines et de les rendre plus compactes, de leur apprendre des changements de
format… Enfin, Cette technologie autorise une conception de machine plus
modulaire, avec des options plus facile à intégrer, d’intégrer des
entrées/sorties directement sur le servodrive (généralement jusqu’à 8 entrées),
voire des entrées rapides et de rajouter
ou des axes optionnels. « Tout cela a amené la motion centrique,
c’est çà dire des architectures centralisées associés au réseau Ethernet temps
réel, explique Laurent Maillot. Avec un élément central qui est le contrôleur,
un automate, un réseau temps réel, par exemple Sercos 3, on gère des axes
traditionnels (moteur et variateur), de l’électronique intégrée, des moteurs
couples et l’automatisme de la machine. Tout se passe dans le
contrôleur ». Désormais, les concepteurs de machines y ajoutent souvent la
gestion de la sécurité avec des modules pour la sécurité câblée et, de plus en
plus, la « safe motion », c’est-à-dire la gestion de fonctions de
sécurité liées aux axes : fonctionnement au ralenti ou immobilisation de
la machine quand la porte est ouverte, etc. Là encore, tout se passe dans le
contrôleur.
Gérer l’énergie
« Une
architecture centralisée associé au réseau Ethernet temps réel permet de gérer
la partie motion, l’automatisme de la machine, la sécurité voir de synchroniser
plusieurs contrôleurs. Le contrôleur est le cœur de la machine. L’ensemble des
périphériques sont connectés comme le ou les IHM (interface homme-machine). Il
centralise la globalité des informations machines et permet aux systèmes de
supervision et de management (MES, SCADA etc..) d’être au cœur des
machines », résume le gérant d’offre.
Dans le packaging, les machines qui utilisent ces servodrives, en
éliminant les traditionnels systèmes mécaniques (cames, transmissions etc.),
mais aussi y réduisant le nombre d’automates, sont dites de « génération
3 », ou Gen3, et sont de plus en plus présentes. « Cela permet
d’augmenter les performances des machines et de rationaliser les équipements
(donc les coûts) dans les machines à la recherche de flexibilité, de
modularité, et de réduire le temps de développement », résume Laurent
Maillot.
La
prochaine étape ? « L’économie d’énergie et particulièrement, sa
mesure va devenir rapidement un enjeu majeur. Or, la solution centralisée, par
l’intermédiaire de blocs fonctions métier EE (Efficacité énergétique) permet de
connaître la consommation en temps réel des équipements , de fournir un
indicateur puissance par produit fabriqué , de réaliser une traçabilité et de
devenir un indicateur du bon fonctionnement de la machine (maintenance
préventive) », note le gérant d’offre chez Schneider Electric. Selon lui,
à l’avenir, cela devrait permettre d’optimiser la consommation énergétique
d’une machine, par exemple en désactivant une fonction inutile à la production
en cours. Il y a donc fort à parier que les servodrives se feront à l’avenir
une place encore plus importante dans l’industrie.
