1- SITUATION DE LA FONCTION GÉNÉRIQUE DISTRIBUER L ÉNERGIE (Le préactionneur) : Où bien La figure ci-dessus montre : Que le préactionneur est le constituant initial de la chaîne d énergie. Il reçoit l énergie de la source pour la distribuer, adaptée, à l actionneur ; Que la partie commande transmet des ordres vers la partie opérative par l intermédiaire du préactionneur afin d enclencher la chaine d action. Remarque : Le préactionneur est choisi en fonction des caractéristiques de la partie commande, de la source d énergie et de l actionneur, les trois éléments avec lesquels il est en relation, c est-à-dire : - Si l actionneur est électrique (moteur électrique) le préactionneur est en général un contacteur ou un relais électromagnétique en cas de puissance faible. - Si l actionneur est pneumatique/hydraulique (vérin pneumatique/pompe) le préactionneur est un distributeur pneumatique/distributeur hydraulique. Les énergies présentes à l entrée et à la sortie d un préactionneur sont de même nature. 2- RAISON D ÊTRE DES PRÉACTIONNEURS : La majorité des systèmes automatisés industriels ont pour partie commande un A.P.I (Automate Programmable Industriel). Cet automate est généralement incapable d envoyer directement l énergie nécessaire à l actionneur car il traite de l information, qui est une forme d énergie de faible niveau. Le préactionneur est donc la pour distribuer une énergie forte adaptée à l actionneur en fonction de la commande (énergie faible) venant de la partie commande. Les problèmes de distribution de l énergie à l actionneur sont donc la raison d être du préactionneur. 3- FONCTIONS DES PRÉACTIONNEURS : Leur rôle fondamental est de gérer la distribution de l énergie fournie à l actionneur à partir d ordre de la partie commande.
4- DIFFÉRENTES TECHNOLOGIQUES : 4.1- Préactionneur Tout Ou Rien (TOR) : Ce type de préactionneur appelé TOR permet d établir ou de couper un circuit c est-à-dire l alimentation des actionneurs à partir d un ordre (donnée de contrôle) à caractère binaire (signal logique). - Si le signal est égal à 1 (Tout) : l actionneur est alimenté Fig.1. - Si le signal est égal à 0 (Rien) : l actionneur n est pas alimenté Fig.2. Fig.1 Fig.2 4.2- Préactionneur : Exemple : Distributeur 3/2 vérin simple effet. Il faut un ordre de pilotage (= 1) pour passer de la position repos à la position travail (préactionneur actif) Fig.3. À la disparition de l ordre de pilotage (= 0) le préactionneur revient mécaniquement (ressort) à sa position repos (préactionneur inactif) Fig.4. On observe : un seul raccordement au module de sortie de l automate, un seul tuyau d alimentation du vérin. Si le distributeur possède un pilotage par ressort, il est. Fig.3 Fig.4 Remarque : Un préactionneur est dit Normalement Fermé (N.F) ou à Rupture de Circuit (R.C) s il laisse passer l énergie vers l actionneur quand il est au travail (ordre = 1). Un préactionneur est dit Normalement Ouvert (N.O) ou à Établissement de Circuit (E.C) s il ne laisse pas passer l énergie vers l actionneur quand il est au repos (ordre = 0). 4.3- Préactionneur bistable : Exemple : Distributeur 5/2 bistable vérin double effet. Il faut un ordre pour le faire passer au travail Fig.5, et un autre ordre pour revenir en position initial repos Fig.6. En l absence d ordre il reste donc dans la position commandée par le dernier ordre de l automate. On observe : deux raccordements au module de sortie de l API, deux tuyaux d alimentation du vérin. Fig.5 Fig.6 le préactionneur (et l actionneur) il ne peut recevoir qu un ordre de commande à la fois. Si le distributeur possède deux pilotages de même nature, il est bistable. 4.4- Préactionneur de conversion ou d amplification : Ce type de préactionneur permet de doser l énergie distribuée à l actionneur, proportionnellement au niveau du signal de commande. Il permet ainsi d adapter les caractéristiques (nature, puissance, pression ) de l énergie du signal de commande à celles de l énergie de puissance nécessaire pour l alimentation des actionneurs. (Servocommande de frein automobile) 4.5- Préactionneur de sécurité : La sécurité de la partie opérative ou des personnes intervenant sur le système a un effet sur le choix de préactionneurs mono ou bistables en cas de perte non contrôlée des ordres de commandes (arrêt d urgence ). Si le préactionneur est, l actionneur revient en position initiale. Sinon, il reste dans la position occupée au moment de l arrêt.
4.6- Préactionneurs pneumatiques/hydraulique : (Les distributeurs) Ils sont utilisés pour changer et contrôler (gérer) la circulation des fluides sous pression, comme des sortes d aiguillage. Ils permettent de : Répartir le fluide dans les canalisations d'utilisation ; Accouplé à un vérin, il assure le remplissage et le délestage de celui-ci ; Contrôler le mouvement de la tige d un vérin ou la rotation d un moteur hydraulique ou pneumatique (distributeurs de puissance) ; Choisir le sens de circulation d un fluide (aiguiller, dériver, ) ; Exécuter, à partir d un fluide, des fonctions logiques (fonctions ET, OU, mémoire, ) ; Démarrer ou arrêter la circulation d un fluide (robinet d arrêt, bloqueur, ) Être des capteurs de position (course d un vérin). Exemple de représentation : Distributeur 3/2 avec ressort de rappel : 1 - Un corps :(en acier ou alliage léger, le conduit est chromé) Il comporte plusieurs orifices (3 dans l'exemple ci-contre) 2 - Tiroir cylindrique coulissant : En acier chromé. 3 - Commande de pilotage et Ressort de rappel (suivant modèle) a- Étanchéité : L'étanchéité entre le corps 1 et le tiroir 2 est obtenue par des joints toriques montés sur le tiroir et pouvant travailler sous une pression de 10 bars. Lorsque la température du fluide est très élevée, l'étanchéité est obtenue par contact direct. b- Les composants d un distributeur et symbolisation : Nombres de cases ou de boîtes (positions du tiroir mobile) : il représente le nombre de positions commutation possibles, une boîte par position. S il existe une position intermédiaire la case est délimitée par des traits interrompus. Flèches : à l intérieur des boîtes, elles indiquent le sens de circulation ou les voies de passage du fluide entre les orifices. et : symbolisent des orifices fermés pour la position décrite. : indique un orifice obstrué ou fermé d origine. Source de pression représentée par : ou si l énergie pneumatique ; et par : ou si l énergie hydraulique. Échappement par une canalisation connectable représenté par : si l énergie pneumatique ; et par : si l énergie hydraulique. Échappement à l air ambiant représenté par : et accolé à la boîte si l énergie pneumatique ; et par : et accolé à la boîte si l énergie hydraulique. Principe de symbolisation des distributeurs : c- Graissages des distributeurs : - Distributeurs pour transmissions hydrauliques : La lubrification est assurée par le fluide hydraulique. - Distributeurs pour transmissions pneumatiques : La lubrification des pièces en mouvement est assurée par l'huile pulvérisée dans l'air comprimé ; c'est la fonction du lubrificateur. La présence de l'huile pulvérisée dans l'air comprimé nécessite la mise en place de filtres aux échappements avant de libérer l'air dans l'atmosphère.
ou d- Pilotage ou système de commande : Ce dispositif réalise la commande du distributeur (pousse le tiroir quand l ordre de la PC est présent). Il doit être indiqué pour chaque position du distributeur et apparaître dans la symbolisation. Il existe un grand nombre de pilotages possibles, mais les plus courants sont les suivants. Symboles de pilotages d un distributeur (Commande ou rappel) Manuel Mécanique Symbole général Bouton poussoir Levier Pédale Poussoir Ressort Galet Par distributeur pilote Actionné par augmentation de la pression Actionné par diminution de la pression Hydraulique Pneumatique (seulement pour pneumatiques) Électromagnitique 1 enroulement Électrique Électromagnitique 2 enroulements Par moteur électrique Combinées Par électro-pneumatique Ou Par électro-hydraulique Exemples de symbolisations complètes : Distributeur 2/2 Commande par galet Rappel par ressort Distributeur 3/2 Commande par bouton poussoir Rappel par ressort Distributeur 3/2 bistable Commande par lever bistable, grâce à la butée deux positions Distributeur 3/2 Commande pneumatique Rappel par ressort Distributeur 4/2 bistable électromagnétique Distributeur 4/2 bistable électropneumatique Distributeur 5/2 bistable Commande pneumatique Rappel par pression Distributeur 5/2 Commande par pression Rappel par ressort Distributeur 4/3 par levier Distributeur 5/3 centre fermé au repos par pression Distributeur 5/3 centre à l échappement au repos par pression Distributeur 5/3 sous pression au repos par pression
4.7- Préactionneurs électriques : (Les relais et contacteurs) Les préactionneurs sont des constituants qui, sur ordre de la partie de commande, assurent la distribution de l énergie de puissance aux actionneurs. Dans les circuits électriques, les préactionneurs sont généralement soit un relais, soit un contacteur. Le contacteur assure en plus l extinction de l arc électrique qui accompagne souvent la commutation de l énergie de forte puissance. En effet, quand on ouvre un circuit en cours de fonctionnement, le contact en cause provoque un arc électrique qui peut être dangereux pour les biens et les personnes. La chaîne d action électrique est constituée d un : Relais qui est un composant électrique réalisant la fonction d interfaçage entre un circuit de commande, généralement bas niveau, et un circuit de puissance alternatif ou continu (isolation). On distingue deux types de relais : le relais électromagnétique et le relais thermique. Contacteur qui est un relais électromagnétique particulier, pouvant commuter de fortes puissances grâce à un dispositif de coupure d arc électrique. Sa commande peut être continue ou alternative. Moteur électrique (à courant continu, à courant alternatif ou pas à pas). a- Relais électromagnétique : Le relais électromagnétique est un constituant de la famille des préactionneurs équipé de plusieurs séries de contacts à établissement et à coupure de circuit. Il permet d établir la commutation d un circuit en fonction d un signal extérieur. Le circuit commuté peut être un circuit de commande ou un circuit de puissance alimentant un actionneur électrique, c'est-à-dire, lorsque le circuit de commande est fermé pour alimenter la bobine, tous les contacts mobiles changent d état simultanément. Exemple :
b- Relais thermique : La surcharge est un défaut fréquent lié à un mauvais fonctionnement du moteur (pièce entraînée bloquée, frottements élevés ). Elle se manifeste par une augmentation du courant absorbé et une élévation de température. Les relais thermique détectent cette surconsommation du courant absorbé par chaque phase, et se déclenche quand la valeur du courant dépasse un seuil fixe (réglable). 1 : Réglage du seuil de déclenchement ; 2 : Visualisation du déclenchement ; 3 : Réarmement (après déclenchement) ; 4 : Sélection du choix entre réarmement manuel ou automatique ; 5 et 5 : Contacts auxiliaires ; 6 : Test (simulation du déclenchement du relais) ; 7 : Fiches permettent de monter le relais dans le bornier du conducteur. c- Contacteurs : Le contacteur est un préactionneur destiné à ouvrir ou fermer un circuit électrique par l intermédiaire d un circuit de commande. Il alimente le moteur électrique en énergie de puissance en fonction d une consigne opérative issue de la partie commande. Sur le schéma ci-dessous, la consigne opérative est matérialisée par l interrupteur du circuit de commande. Sa constitution est comme suit : Trois pôles principaux de puissance (1-2, 3-4, 5-6); (Monophasé/Triphasé) ; Un contact auxiliaire N.F (21-22) (avec possibilité d'additionner au contacteur un bloc de contacts auxiliaires instantanés ou temporisés) ; Un contacteur inverseur (cas particulier) ; Une armature fixe et un autre mobile ; Un ressort de rappel ; Un circuit magnétique ; Une bobine de commande du contacteur. Exemple : L ordre est absent les contacts sont au repos L ordre est présent : un courant électrique traverse la bobine La bobine étant alimentée par le circuit de commande, le noyau se transforme en aiment. Le champ magnétique crée provoque le déplacement de l armature mobile qui comprime le ressort de rappel et ferme les contacts de puissance. Le moteur est alors alimenté.
Remarque : Il existe quatre types de contacts auxiliaires temporisés selon que ce soit l ouverture ou la fermeture qui est temporisée et que le contact soit NO ou NF. Pour la technologie mécanique : Contacts temporisés à l activation : Contacts temporisés à la désactivation : La fermeture du contact 67/68 est retardée, son ouverture est instantanée. La fermeture du contact 57/58 est instantanée, son ouverture est retardée. L ouverture du contacteur 55/56 est retardée, sa fermeture est instantanée. L ouverture du contacteur 65/66 est instantanée, sa fermeture est retardée. Pour la technologie électronique : Dans les relais électronique, le délai d activation de la bobine est réglable en utilisant un principe basé sur les circuits RC (cours de physique). d- Contacteur inverseur : Les contacteurs inverseurs sont une association de deux contacteurs mécaniquement liés. Ils sont employés dans les circuits de commande des moteurs dans les deux sens de rotation. La liaison mécanique entre les deux contacteurs, représentée sur le schéma par un triangle, permet d empêcher qu ils commutent simultanément (le premier contacteur qui commute interdit la commutation du second). Ils peuvent être équipés d un ou deux contacts auxiliaires utilisés dans le circuit de commande (auto-maintien pour le contact 13/14 et verrouillage de la double commande pour le contact 21/22). Exemple : Inversion du sens de rotation des moteurs. La commande des moteurs dans les deux sens de rotation se fait en permutant deux phases de l alimentation. Pour cela, on utilise un contacteur inverseur : deux contacteurs associés à verrouillage mécanique (symbolisé par le triangle). Dans l exemple ci-dessous, ce sont les phases L2 et L3 qui sont inversée. Les boutons S2 et S3 commandent les 2 sens de rotation. Les contacts auxiliaires 21-22 des contacteurs assurent l interdiction de la double commande simultanée. Remarque sur le démarrage des moteurs asynchrones : Comportement d un moteur asynchrone à la mise sous tension : Lors de la mise sous tension, le moteur provoque un appel de courant sur le réseau qui risque de perturber le fonctionnement des autres appareils. Selon la puissance du moteur, on adoptera des méthodes de démarrage différentes. Pour les moteurs de faible puissance, on peut utiliser un démarrage direct, pour les moteurs de forte puissance, on emploiera un démarrage étoile-triangle, statorique ou rotorique. Rôle et constitution d un départ moteur : Un départ moteur doit assurer trois fonctions principales : sectionner, protéger et commuter. Ces trois fonctions assurées par des constituants différents ou uniques permettent de commander le moteur tout en assurant les protections électriques contre les courts-circuits et les surcharges. Départ moteur en démarrage direct :
Les contacteurs électromagnétiques KM1 et KM2 non actionnés : 380 FS31 Commande du contacteur électromagnétique KM1 380 FS31 Commande du contacteur électromagnétique KM2
Organisation fonctionnelle d un moteur électrique : Désignation des Symboles Description Photo fonctions Sectionneur La fonction FS11 est une sectionnement permet d isoler, en toute sécurité, le montage comme, par exemple, lors d un changement du moteur. Elle permet d intégrer des fusibles permettant la coupure immédiate dans le cas de court-circuit. FS11 Cette protection permet d interrompre le circuit de puissance en cas d élévation anormale du courant circulant dans le circuit électrique. Fusible Cette protection est assurée par des fusibles ou un disjoncteur. Elle est souvent intégrée à une autre fonction (sectionnement ou commutation). FS12 FS2 FS31 FS32 Relais thermique Contacteur tripolaire Interrupteur (contacts de précoupure du sectionneur) Transformateur de sécurité La fonction FS12 permet de détecter des surintensités de faible niveau qui peuvent, à long terme, provoquer des détériorations dans les équipements. L information de défaut est transmise à la fonction FS34. La fonction FS2 est commutation permet d établir l alimentation du moteur. Pour ce faire, elle reçoit ses ordres de l API ou bouton poussoir. C est la plupart du temps réalisé par un contacteur électromagnétique. La fonction FS31 permet l apport d énergie à l ensemble des fonctions composant FS3. Elle inclut, également, une sécurité qui coupe ce même apport d énergie, en cas d utilisation exagérée de la fonction FS11, qui ne possède aucun pouvoir de coupure. La fonction FS32 permet d abaisser la tension utilisée par les autres fonctions de FS3 pour que celle-ci soit au niveau de sécurité défini par la norme. FS33 FS34 Avant l installation électrique Boutons poussoirs Contacts à ouverture Disjoncteur La fonction FS33 permet à l utilisateur de pouvoir entrer les informations de type arrêt ou marche. La fonction FS34 permet, dans le cas où la fonction FS12 a détecté un défaut, de couper la commande de la fonction FS2, et ainsi d arrêter le fonctionnement de l ensemble (contact commandé par le relais thermique). Les disjoncteurs assurent la protection des circuits électrique contre les courts-circuits peu élevés, ils réagissent plus rapidement que les fusibles. Selon le disjoncteur choisi, le seuil de déclenchement peut être réglé par l utilisateur.
Accessoires : Contact à fermeture (NO) Contact à ouverture (NF) Contact à deux directions sans chevauchement Contact à deux directions avec position médiane d ouverture Contact à fermeture retardé (NO) Contact à ouverture retardé (NF) Contact à fermeture à commande manuelle (NO) Bouton poussoir à fermeture à retour automatique (NO) Bouton rotatif à fermeture sans retour automatique (NO) θ Contact à fermeture commandé par la température (NO) θ Contact à ouverture commandé par la température (NF) Contact d un relais thermique (NF) Interrupteur (deux variantes) (NO) Disjoncteur Interrupteursectionneur (NO) (1) (2) (1) Contacteur (NO) (2) Discontacteur (NO) associé à un relais de protection Sectionneur Interrupteursectionneur à ouverture automatique Fusible (symbole général) Capteur sensible à une proximité d un relais (symbole général) (1) Fusible interrupteur (2) Fusible sectionneur (1) (2) Capteur sensible à une proximité avec contact à fermeture d un relais à mise au repos retardée Fusible-Interrupteur -sectionneur (NO) Disjoncteur sensible à une proximité, commandé par un aimant, avec contact à fermeture d un relais à mise au travail retardée d un relais à verrouillage mécanique d un relais thermique d un relais insensible au courant alternatif + E Générateur idéal de tension Générateur idéal de courant W Témoin lumineux Wattmètre V Voltmètre Hz Fréquencemètre φ Phasemètre (indicateur de déphasage) A Ampèremètre Oscilloscope n Tachymètre M 1~ Moteur asynchrone monophasé à phase auxiliaire Moteur pas à pas M 3~ M Moteur asynchrone triphasé à rotor en court-circuit Moteur à courant continu à aimant permanent M (1) (2) Moteur à courant continu à excitation en série Transformateur à deux enroulements (1) symbole électrique (2) symbole électronique