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Des actionneurs électriques intelligents pour une meilleure ergonomie

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Les actionneurs linéaires électriques offrent depuis longtemps des avantages ergonomiques en automatisant les tâches répétitives, salissantes ou dangereuses.

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Récemment, l'intégration d'une intelligence embarquée dans les actionneurs électriques a porté leur contribution ergonomique à un niveau supérieur. Des fonctions intelligentes telles que la commande numérique du moteur, le retour d'information sur la position, la synchronisation et la surveillance en temps réel rendent encore plus facile l'application de l'automatisation pour améliorer le confort, la sécurité et l'efficacité sur le lieu de travail.

Commande numérique du moteur

Les actionneurs traditionnels dépendent souvent de relais volumineux et énergivores ou de contrôleurs indépendants pour étendre, rétracter ou arrêter les actionneurs. L'utilisation d'une électronique embarquée pour gérer l'alimentation peut réduire le courant au niveau des interrupteurs ou des contacts de 20 A à moins de 22 mA, ce qui permet de concevoir un système plus simple et moins coûteux. Les opérateurs peuvent faire fonctionner et changer la direction des actionneurs à partir d'une simple commande.

Imaginez, par exemple, un espace de travail dans lequel les travailleurs manipulent des composants pesant plus de 100 livres et nécessitant de se pencher et de s'étirer fréquemment. Si leur table de travail était contrôlée par des actionneurs équipés d'une commutation de bas niveau, chaque utilisateur pourrait régler la hauteur à un niveau qui nécessite de se pencher ou de s'étirer le moins possible, ce qui réduirait la fatigue tout en améliorant la productivité. (Figure 1)

Bien que les actionneurs traditionnels puissent permettre de tels réglages, ils nécessitent une commutation externe du moteur, qui consomme plus d'énergie et doit être effectuée manuellement. En contrôlant électroniquement le flux du circuit, toutes ces commutations sont intégrées dans le boîtier de l'actionneur, ce qui permet d'obtenir un environnement plus élégant et plus propre, dépourvu de câblage externe.

L'automatisation de la commutation des moteurs présente également des avantages en termes de sécurité. Un actionneur consomme entre 20 et 40 ampères selon la charge. Minimiser l'exposition à ce courant pendant l'installation et le fonctionnement permet un meilleur contrôle ergonomique, tout en réduisant les risques potentiels de chocs dus aux relais à haute intensité.

Retour de position numérique

Les actionneurs électriques intelligents (figure 2) permettent non seulement d'effectuer des réglages de position précis, mais aussi de fournir un retour d'information en temps réel sur l'étendue de ces réglages. Ils peuvent indiquer l'emplacement de la charge tout au long de la course. Dans l'exemple de la table de travail ci-dessus (figure 1), ils peuvent capturer des données sur l'emplacement de la charge et les comparer à des paramètres prédéfinis pour assurer un fonctionnement cohérent.

Outre le retour d'information numérique sur la position, il est possible de mesurer et de contrôler la vitesse. Supposons que vous automatisiez le levage ou l'abaissement d'une lourde porte qui protège une machine particulière ou forme une cloison. Le microcontrôleur peut recevoir des impulsions d'un codeur et calculer la distance et la vitesse de déplacement en fonction du nombre d'impulsions reçues dans un intervalle de temps donné. Pour rester dans l'exemple de la porte lourde (figure 3), cela permettrait de régler la vitesse pour qu'elle ralentisse lorsqu'elle atteint la fin de la course, empêchant ainsi la porte de claquer avant que l'opérateur n'ait eu le temps de dégager l'ouverture.

Retour d'information analogique sur la position

Le retour de position numérique est l'un des moyens les plus simples de mesurer la vitesse de l'actionneur, mais il n'est pas facile à programmer car il ne se souvient pas des positions qu'il signale après une coupure de courant ou un arrêt. Les actionneurs intelligents équipés de potentiomètres analogiques, en revanche, peuvent recevoir des informations de position exactes des potentiomètres de la boîte de vitesses de l'actionneur, qui envoie des signaux de tension avertissant les utilisateurs de la vitesse et de la direction de l'entraînement - du début à la fin de la course. Ils mémorisent cette position, de sorte qu'en cas de coupure de courant, il n'est pas nécessaire de revenir à une position initiale et de réinitialiser le dispositif.

Une mémoire de position fiable permet de développer des applications qui stockent les paramètres ergonomiques pour chaque utilisateur, ce qui permet d'adapter l'espace de travail à plusieurs personnes en fonction de facteurs tels que la taille, les procédures stockées ou les préférences de l'utilisateur.

Synchronisation

Les avantages ergonomiques des actionneurs électriques intelligents sont encore plus prononcés lorsqu'ils sont utilisés avec plusieurs actionneurs. Vous pouvez régler les actionneurs pour qu'ils s'adaptent automatiquement aux changements de charge. Une application d'assemblage d'avions dans laquelle cinq ou dix ouvriers finalisent le fuselage, par exemple, peut les soutenir avec une plate-forme qui doit être élevée au-dessus du sol. Lorsque les travailleurs se déplacent sur la plateforme, le poids se déplace vers différentes parties de la plateforme, ce qui entraîne un déséquilibre potentiel. Les actionneurs intelligents situés à différents endroits sous la plateforme (par exemple, un à chaque coin) pourraient être réglés pour s'ajuster automatiquement afin de compenser le déplacement de la charge pendant le mouvement synchrone des actionneurs. (Figure 4)

Les ajustements qui compensent ces déplacements de charge sont effectués à l'aide d'un contrôle de la vitesse et d'un retour d'information sur le positionnement. Les actionneurs communiquent entre eux par l'intermédiaire d'un réseau interne, lisent la vitesse de chacun en fonction du retour d'information sur le positionnement et s'ajustent en conséquence.

Les concepteurs peuvent éviter ce problème en intégrant la position et la vitesse dans la boucle de rétroaction et en les ajustant en fonction de la vitesse d'actionnement et de la position. Cela présente un avantage ergonomique qui permet de soulever une charge mobile en douceur à partir de plusieurs points, en compensant les charges de taille peu pratique telles que les plates-formes, les sièges et les portes lourdes.

Le contrôle de plusieurs actionneurs traditionnels est possible, mais il s'agit d'une opération imprécise, longue et laborieuse, qui exerce une pression supplémentaire sur les actionneurs, ce qui peut entraîner un grippage ou d'autres dysfonctionnements. La synchronisation intelligente des actionneurs élimine les conjectures et permet d'obtenir un mouvement équilibré, fluide et bien positionné.

Surveillance en temps réel

Les actionneurs électriques intelligents peuvent renvoyer des résultats de surveillance continue de la température, du courant, de la vitesse, de la tension et d'autres variables, ce qui permet une surveillance avancée de l'état, des diagnostics et une gestion des erreurs. Le retour d'information peut apparaître jusqu'à dix fois par seconde, car l'actionneur se teste en permanence. S'il détecte un problème (par exemple, le dépassement d'un seuil de température), l'actionneur peut s'arrêter à mi-course ou terminer son mouvement programmé - qu'il soit complètement rétracté ou déployé - s'arrêter et envoyer un signal d'erreur à l'ordinateur, le tout en une fraction de seconde.

Un tel retour d'information permet aux utilisateurs de prendre du recul par rapport à leurs opérations et d'analyser les schémas d'utilisation, de vitesse et de position afin de rendre les opérations plus conviviales, plus sûres et plus efficaces. Ces informations sont particulièrement précieuses dans le cadre de l'automatisation des usines qui intègrent plusieurs appareils (figure 5). Les données collectées peuvent indiquer combien de fois un poste de travail a été levé et abaissé ou combien de fois une porte a été ouverte et fermée. Ces données peuvent être comparées à l'historique des opérations ou aux meilleures pratiques de l'industrie afin d'améliorer la conception de la cellule.

Les données d'exploitation peuvent également être croisées avec les rapports d'accidents, ce qui peut mettre en évidence la nécessité d'analyses ergonomiques plus poussées. Si un actionneur positionnant une matrice de sertissage signale constamment des surcharges, par exemple, cela pourrait indiquer un taux d'incidence de personnes se blessant et permettre d'identifier dans quelle cellule cela se produit, à quelle heure de la journée et quelles équipes peuvent être affectées.

Se diversifier pour survivre

Les nombreuses fonctions intégrées aux actionneurs électriques intelligents permettent aux utilisateurs d'aborder une application en ayant à l'esprit la simplification de la conception. La possibilité de contrôler les actionneurs par des moyens numériques, de fournir un retour d'information numérique ou analogique, de permettre la synchronisation de plusieurs actionneurs ou d'ajouter une surveillance en temps réel des mesures fournit les outils nécessaires pour effectuer le travail en un seul ensemble. Désormais, lorsque les utilisateurs envisagent une application, ils peuvent proposer une solution d'automatisation qui va au-delà de la fonctionnalité de base d'un mouvement de va-et-vient. Les actionneurs électriques intelligents offrent un mouvement prêt à l'emploi sur plusieurs axes de processus automatisés sans les complications liées à d'autres technologies d'automatisation, telles que les vérins hydrauliques ou pneumatiques. En examinant au préalable les besoins de l'application, l'utilisateur peut découvrir que la capacité de l'actionneur intelligent à contrôler le mouvement, à mémoriser la position ou à fournir des mesures d'application peut le différencier d'une multitude d'autres technologies.

Alors que les constructeurs de machines et les utilisateurs finaux se tournent vers l'avenir, leurs solutions d'automatisation iront au-delà de la fonctionnalité de base et continueront à fournir des solutions plus faciles, une durée de vie plus longue des équipements et une sécurité à long terme.

Plus cette capacité de contrôle est intrinsèque à l'équipement, moins elle s'interpose entre l'utilisateur et les avantages ultimes qu'il attend. La satisfaction des travailleurs, la sécurité, la santé et la productivité ̶ autant d'éléments qui profitent à tous les acteurs de la chaîne de valeur.

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