Cours - Principes de fonctionnement des circuits de commande pneumatique
>> vendredi 10 décembre 2010
Les circuits de commande
L'air comprimé est l'une des principales sources d'énergie industrielle.
Il possède de nombreux avantages, offre une grande souplesse d'application et se transporte aisément.
Une installation d'air comprimé comprend :
Dans cette étude, vous apprendrez à élaborer des schémas de circuits pneumatiques et à procéder à leur montage.
Lorsqu'un gouvernement ou une municipalité décide de faire construire de nouvelles routes, les techniciens du génie civil en font d'abord le tracé en les représentant par des traits symboliques tout en y incorporant les ponts, les passages à niveau, les viaducs et les autres éléments de construction identifiés par leur symbole particulier.
De même, les concepteurs d'automatisme pneumatique représentent les circuits pneumatiques sous forme de schémas illustrant tous les conduits et composants représentés par leur symbole distinctif.
Dans cette étude, vous apprendrez les principales règles qui régissent les circuits de commande en pneumatique par l'intermédiaire de plusieurs applications de base.
Commande directe
On dit qu'un circuit est à commande directe lorsqu'un distributeur de commande alimente directement un actionneur. La figure 3.1 présente le schéma de commande directe, d'un vérin à simple effet.
Notez sur le schéma, le symbole utilisé (deux cercles concentriques et le triangle) pour indiquer la pression d'alimentation.
Pour commander un vérin à simple effet, on se sert d'un distributeur 3/2. Cependant, la plupart des distributeurs de commande 3/2 ont un débit d'air assez restreint, de sorte qu'un tel montage s'avère inefficace pour fournir l'air d'alimentation à un vérin de volume considérable.
La commande directe peut seulement satisfaire avec efficacité les besoins en air comprimé d'un très petit vérin.
Pour commander un vérin à double effet, on peut se servir de deux distributeurs 3/2 à commande manuelle, ou plus simplement, d'un seul distributeur 4/2. Les deux possibilités sont présentées à la figure 3.2.
Dans le premier cas, le montage avec deux distributeurs 3/2 crée un risque de chevauchement, car il est possible d'actionner les deux boutons-poussoirs simultanément.
Dans le second montage, l'usage du distributeur 4/2 diminue l'encombrement et élimine les risques de chevauchement. On peut aussi se servir d'un distributeur 5/2 à commande manuelle et obtenir un rendement similaire.
Pour les mêmes raisons que celles énoncées dans le cas des vérins à simple effet, la commande directe d'un vérin à double effet est à proscrire si l'on considère le volume d'air du vérin trop grand. Cet inconvénient de la commande directe s'applique aussi aux autres sortes d'actionneurs.
Un moteur pneumatique, par exemple, consomme en général plus d'air comprimé qu'un vérin, car la rotation du moteur exige un débit d'air continu. La commande directe devient donc encore moins appropriée pour les moteurs pneumatiques.
Traçage des schémas de circuits (E04-057)
Il faut faire preuve de vigilance lors du traçage des schémas de circuits et respecter les règles suivantes prescrites par la norme "Guide pour l'exécution des schémas de circuits".
Règle générale
Appareils et circuits pneumatiques
Les appareils sont de préférence disposés de gauche à droite et de haut en bas, dans l'ordre des opérations ou de réalisation d'une fonction :
Règle relatives aux appareils
La figure 3.4 vous présente deux possibilités de schéma. Les conduites représentées en ligne directe permettent une lecture plus facile et rapide. Pour l'élaboration il faut tenir compte de la symbolisation du distributeur en respectant le repérage des orifices de sortie 4 et 2 pour l'alimentation du vérin à double effet. Pour cet exemple les conditions du tracé sont les suivantes :
Avantages de la commande indirecte
Commande indirecte
La commande indirecte permet, entre autres, de résoudre le problème de consommation d'air des actionneurs en faisant usage d'un distributeur de puissance. C'est la raison pour laquelle on appelle les distributeurs de puissance pré-actionneurs.
Vérin à simple effet
Dans un circuit de commande indirecte, le distributeur de commande envoie un signal de commande au pré-actionneur. Le pré-actionneur, généralement conçu selon le principe de construction à tiroir, se charge alors de fournir toute la quantité d'air nécessaire au fonctionnement efficace de l'actionneur. La figure 3.5 montre la commande indirecte d'un vérin à simple effet.
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L'air comprimé est l'une des principales sources d'énergie industrielle.
Il possède de nombreux avantages, offre une grande souplesse d'application et se transporte aisément.
Une installation d'air comprimé comprend :
- un ou plusieurs compresseurs pourvus chacun d'un moteur d'entraînement ;
- un filtre d'entrée d'air ;
- un refroidisseur de sortie ;
- un réservoir d'air,
- des canalisations d'interconnexion,
- ainsi qu'un réseau de distribution destiné à transporter l'air jusqu'aux divers points d'utilisation.
Dans cette étude, vous apprendrez à élaborer des schémas de circuits pneumatiques et à procéder à leur montage.
Lorsqu'un gouvernement ou une municipalité décide de faire construire de nouvelles routes, les techniciens du génie civil en font d'abord le tracé en les représentant par des traits symboliques tout en y incorporant les ponts, les passages à niveau, les viaducs et les autres éléments de construction identifiés par leur symbole particulier.
De même, les concepteurs d'automatisme pneumatique représentent les circuits pneumatiques sous forme de schémas illustrant tous les conduits et composants représentés par leur symbole distinctif.
Dans cette étude, vous apprendrez les principales règles qui régissent les circuits de commande en pneumatique par l'intermédiaire de plusieurs applications de base.
Commande directe
On dit qu'un circuit est à commande directe lorsqu'un distributeur de commande alimente directement un actionneur. La figure 3.1 présente le schéma de commande directe, d'un vérin à simple effet.
Notez sur le schéma, le symbole utilisé (deux cercles concentriques et le triangle) pour indiquer la pression d'alimentation.
Figure 3.1 Commande directe d'un vérin à simple effet.
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La commande directe peut seulement satisfaire avec efficacité les besoins en air comprimé d'un très petit vérin.
Pour commander un vérin à double effet, on peut se servir de deux distributeurs 3/2 à commande manuelle, ou plus simplement, d'un seul distributeur 4/2. Les deux possibilités sont présentées à la figure 3.2.
Figure 3.2 Commande directe d'un vérin à double effet.
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Dans le second montage, l'usage du distributeur 4/2 diminue l'encombrement et élimine les risques de chevauchement. On peut aussi se servir d'un distributeur 5/2 à commande manuelle et obtenir un rendement similaire.
Pour les mêmes raisons que celles énoncées dans le cas des vérins à simple effet, la commande directe d'un vérin à double effet est à proscrire si l'on considère le volume d'air du vérin trop grand. Cet inconvénient de la commande directe s'applique aussi aux autres sortes d'actionneurs.
Un moteur pneumatique, par exemple, consomme en général plus d'air comprimé qu'un vérin, car la rotation du moteur exige un débit d'air continu. La commande directe devient donc encore moins appropriée pour les moteurs pneumatiques.
Traçage des schémas de circuits (E04-057)
Il faut faire preuve de vigilance lors du traçage des schémas de circuits et respecter les règles suivantes prescrites par la norme "Guide pour l'exécution des schémas de circuits".
Règle générale
- Les schémas seront clairs et doivent permettre de suivre les circuits pour tous les mouvements et les ordres de commande au cours des différentes séquences de fonctionnement.Tracé des schémas
- Les schémas ne doivent pas tenir compte de l'implantation des appareils dans l'installation.
- Les conduites ou liaisons entre les différents appareils doivent être tracées si possible sans croisement. Les schémas doivent permettre un suivi de tous les circuits.
- La distribution est divisée en sous-ensembles ou chaînes homogènes. Ces chaînes sont disposées l'une à coté de l'autre ou l'une en dessous de l'autre en tenant compte de la technologie pneumatique utilisée et numérotées en continu. Les appareils d'une même chaîne de distribution sont ordonnés dans le sens du flux d'énergie, exemple position de vérins (1C, 2C…).
- Les circuits liés sont représentés sur un même plan. Les circuits indépendants peuvent-être représentés sur des plans séparés.
- Pour des ensembles très importants dessiner chaque chaîne de distribution sur une feuille avec des repérages de correspondance aux points de raccordement entre les feuilles, exemple :
- Les circuits de commande et les circuits de puissance pneumatique peuvent être représentés sur un même schéma suivant l'importance de l'installation.
- folio 1 : schéma d'implantation ;
- folio 2 : Grafcet ;
- folio 3 : schéma d'utilisation (les énergies) ;
- folio 4 : circuit de commande : les capteurs de commande ;
- folio 5 : circuit de commande : traitement de l'information ;
- folio 6 : circuit de puissance.
- Si un élément de commande n'est pas lié sur le schéma à son action, son action sur le milieu (exemple de came) est schématisée par une ligne.
- Dans le cas ou un organe est actionné dans un seul sens, exemple galet escamotable, ajouter une flèche au repère pour indiquer le sens du mouvement (figure 3.3).
Figure 3.3 Organe actionné dans un seul sens.
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Les appareils sont de préférence disposés de gauche à droite et de haut en bas, dans l'ordre des opérations ou de réalisation d'une fonction :
- à gauche, le contrôle et la commande (capteurs, boutons-poussoirs…) ;La partie alimentation sera représentée séparément sur le même plan ou sur un plan différent.
- au centre, la commande (l'automatisme logique) ;- à droite, la distribution de puissance et l'utilisation (distributeurs, réducteurs de débit, vérins, moteurs…).
Règle relatives aux appareils
- Les appareils seront représentés en utilisant la représentation symbolique fonctionnelle (NF Iso 1219-1).Si l'on examine la figure 3.2b, on remarque que le vérin occupe la "position tige rentrée" au départ. L'air circule de 1 vers 2 pour arriver du côté de la tige du vérin. L'actionnement du distributeur conduira l'air d'alimentation côté fond du vérin et la tige sortira.
- Les symboles qui se répètent dans un schéma peuvent-être représentés par un rectangle numéroté. Le symbole correspondant est indiqué à part.
- Les appareils sont représentés chacun dans la position fonctionnelle qu'ils occupent à l'état initial de l'installation tel qu'il découle du diagramme de fonctionnement ou d'une description du cycle figurant sur le schéma. L'état initial s'entend après mise sous pression et avant que ne commence le cycle de fonctionnement.
- Chaque appareil est identifié par un code de désignation et les orifices de raccordement sont repérés.
La figure 3.4 vous présente deux possibilités de schéma. Les conduites représentées en ligne directe permettent une lecture plus facile et rapide. Pour l'élaboration il faut tenir compte de la symbolisation du distributeur en respectant le repérage des orifices de sortie 4 et 2 pour l'alimentation du vérin à double effet. Pour cet exemple les conditions du tracé sont les suivantes :
- à la position repos (état initial), la tige du vérin est rentrée, le rappel par ressort assure la liaison entre l'orifice 1 et l'orifice 2 (pilotage 12) ;
- à la position commande, l'action sur le bouton-poussoir du distributeur, assure la liaison entre l'orifice 1 et l'orifice 4 (pilotage 14), la tige du vérin sort.
Figure 3.4 Traçage d'un schéma à l'état initial.
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Avantages de la commande indirecte
Dans les systèmes pneumatiques industriels, les pré-actionneurs sont généralement situés près des actionneurs qu'ils alimentent. Une autre technique consiste à regrouper les pré-actionneurs sous le pupitre de commande où se trouvent les dispositifs à commande manuelle. La commande indirecte permet donc de placer à des endroits différents les distributeurs de puissance et ceux de commande.
La commande indirecte permet aussi d'adapter la source d'alimentation aux besoins précis d'un équipement. Voici quelques possibilités :- raccordement de l'air de commande et de l'air de puissance à des sources différentes ;La figure 3.8 résume ces différentes possibilités.
- réglage de la pression de l'air exemple P1 = 6 bars du circuit de puissance à une pression élevée ;
- réglage de la pression de l'air exemple P2 = 3 bars du circuit de commande à une pression plus faible ;
- lubrification de l'air de puissance ;
- air de commande sans lubrification.
Figure 3.8 Réglage de la pression de l'air d'un équipement industriel.
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Commande indirecte
La commande indirecte permet, entre autres, de résoudre le problème de consommation d'air des actionneurs en faisant usage d'un distributeur de puissance. C'est la raison pour laquelle on appelle les distributeurs de puissance pré-actionneurs.
Vérin à simple effet
Dans un circuit de commande indirecte, le distributeur de commande envoie un signal de commande au pré-actionneur. Le pré-actionneur, généralement conçu selon le principe de construction à tiroir, se charge alors de fournir toute la quantité d'air nécessaire au fonctionnement efficace de l'actionneur. La figure 3.5 montre la commande indirecte d'un vérin à simple effet.
Figure 3.5 Commande indirecte d'un vérin à simple effet.
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