Systèmes d’asservissement et automatisation des machines – un aperçu des solutions dans la pratique industrielle

Les systèmes asservis et l’automatisation des machines sont aujourd’hui un élément clé des lignes de production modernes. Qu’il s’agisse d’applications de prélèvement et de placement de précision, de centres CNC ou de lignes d’emballage automatisées, les systèmes avancés de contrôle des mouvements sont utilisés partout où des axes hautement dynamiques, répétables et synchronisés sont nécessaires.

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Qu’est-ce qu’un système d’asservissement ?

Un système d’entraînement servo est un système qui permet un contrôle précis de la position, de la vitesse et du couple d’un moteur dans une boucle de contrôle fermée. Contrairement aux variateurs de vitesse classiques, un servomoteur utilise le retour d’information d’un codeur ou d’un résolveur, ce qui permet un positionnement très précis, même à des vitesses dynamiques élevées.

Une architecture typique comprend un servo-amplificateur, un servo-moteur et un contrôleur de mouvement intégré dans l’automate. Dans la pratique industrielle, nous rencontrons des solutions telles que B&R Automation ACOPOS, Baumuller BUM60, ELAU MC-4, ELAU PMC-2 ou les variateurs KEB utilisés dans les applications de contrôle de mouvement.

Fonctions clés des systèmes d’asservissement

• Positionnement précis grâce au contrôle en boucle fermée
• Synchronisation multi-axes en temps réel
• Contrôle du couple et de la tension dans les applications de bobinage et de transport
• Intégration avec les systèmes de sécurité (STO, SS1, SLS)
• Diagnostic et surveillance des paramètres de fonctionnement

Ces caractéristiques peuvent accroître l’efficacité de la production tout en réduisant le gaspillage de matériaux et les temps d’arrêt.

Intégration des servomoteurs dans l’automatisation des machines

Le système d’asservissement fait partie d’une architecture d’automatisation plus large. La communication avec l’automate et la configuration correcte des paramètres dynamiques sont cruciales. Dans la pratique, il convient d’accorder une attention particulière au réglage des contrôleurs PID, à la compensation du jeu mécanique et à l’élimination des résonances structurelles.

Dans les systèmes tels que le B&R Automation ACOPOS ou le Baumuller BUM60, il est très important d’analyser les paramètres des rampes d’accélération et de décélération. Des réglages trop agressifs peuvent entraîner une surcharge mécanique et une réduction de la durée de vie des roulements du moteur.

Les défaillances les plus courantes des systèmes d’asservissement

Du point de vue des services, on peut distinguer plusieurs scénarios de dommages récurrents :

• Endommagement des modules IGBT dans l’étage de puissance en raison de surcharges ou de surtensions
• Chute de capacité du condensateur dans le circuit CC provoquant des redémarrages
• Erreurs de communication sur le bus industriel
• Endommagement des encodeurs ou des câbles de signal
• Surchauffe des dissipateurs thermiques due à la saleté ou à une ventilation inefficace

Remarque technique : si le servomoteur s’arrête par intermittence sous charge sans perte totale de fonction, il convient de vérifier d’abord la tension du bus CC sous charge et l’état des condensateurs électrolytiques.

Diagnostic – une approche pratique pour les ingénieurs

Un diagnostic efficace doit se fonder sur l’analyse des données et pas seulement sur la lecture du code d’erreur. Dans le cas de systèmes tels que l’ELAU MC-4 ou l’ELAU PMC-2, l’analyse des journaux dynamiques et la vérification des paramètres du contrôleur sont utiles.

Les pratiques de service recommandent :

• Mesure de la tension continue et de l’ondulation sous charge
• Test ESR des condensateurs dans la section d’alimentation électrique
• Essai d’isolation du bobinage du moteur
• Vérification des signaux du codeur à l’aide d’un oscilloscope
• Vérification de la température des composants électriques à l’aide d’une caméra thermique

Cette approche permet de réduire considérablement les temps d’arrêt des machines et d’éviter le remplacement des composants défectueux.

Sélection et optimisation des systèmes d’asservissement

La sélection du système d’asservissement doit tenir compte de la nature de la charge, de la dynamique requise, de l’environnement opérationnel et de la compatibilité avec l’automatisation existante. Dans les applications d’emballage, les systèmes ELAU MC-4 et ELAU PMC-2 sont souvent utilisés, tandis que dans les applications de haute puissance, les solutions de la classe Baumuller BUM60 dominent.

L’efficacité énergétique mérite également d’être analysée. Les systèmes modernes permettent de récupérer l’énergie dans un bus DC commun et de réduire les pertes thermiques. Dans de nombreuses applications industrielles, les onduleurs KEB correctement configurés peuvent réduire de manière significative la consommation d’énergie.

Les systèmes asservis et l’automatisation des machines sont des domaines qui requièrent des connaissances interdisciplinaires en électronique de puissance, en mécanique et en communication industrielle. Une sélection et un réglage corrects ainsi que des diagnostics réguliers permettent d’accroître la fiabilité des machines et de réduire les temps d’arrêt imprévus.

La connaissance de solutions telles que l’ACOPOS de B&R Automation, le BUM60 de Baumuller, le MC-4 d’ELAU, le PMC-2 d’ELAU et les onduleurs de KEB est aujourd’hui un élément essentiel des compétences d’un ingénieur en automatisation et en maintenance.

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