Chevauchement de signaux (en pneumatique) - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Chevauchement de signaux (en pneumatique)

1. Introduction

Avec les circuits de commande pneumatiques, il faut toujours se méfier des chevauchements de signaux. On obtient un chevauchement de signaux lorsque deux ordres contraires, pilotages 1D+ et 1D-, sont reçus par un distributeur bistable (commande pneumatique et rappel pneumatique)

Par exemple, à la figure suivante, si le signal 1D- est encore présent au moment de l'émission du signal 1D+, la présence inutile de 1D- empêchera la commutation du distributeur. En somme, pour éviter un chevauchement, il faut qu'un seul et unique signal de commande soit disponible à la fois sur le pré-actionneur.

Chevauchement de signaux sur distributeur bistable :

Lorsque le cycle de fonctionnement est écrit sous la forme d'une séquence, il est possible de prévoir la présence d'un chevauchement dès que deux ordres contraires se suivent.

Dans un cas pareil, le signal de commande 2D+, après avoir été obtenu, doit absolument être supprimé ou éliminé pour faire place au signal de commande 2D-. Il en est de même avec 1D- et 1D+ pour le mouvement 1C+ (le premier du cycle).

Chevauchement de signaux pour une séquence :

Il existe deux principales méthodes pour éliminer les chevauchements :

la suppression du signal inutile par un autre signal prédominant ;

la coupure du signal inutile pour faire place au signal suivant.

La suppression du signal consiste habituellement à alimenter le distributeur de commande à l'aide d'une pression supérieure à celle du reste du circuit. Ce signal, avec pression la plus importante, devient alors prédominant sur les autres signaux.

On peut aussi utiliser un pré-actionneur spécial muni d'un tiroir à commande pneumatique et rappel différentiel. Comme la surface du bout du tiroir du coté 14 est supérieure à celle du côté 12, la force résultante en cas de pilotage simultané donne priorité au signal appliqué sur 14.

A la figure suivante, si l'on créait un chevauchement en appliquant simultanément des signaux de commande aux orifices 14 et 12, le signal de l'orifice 14 serait prioritaire.

Distributeur à commande pneumatique et rappel différentiel :

Néanmoins, la méthode de la coupure du signal s'avère plus efficace, et les circuits sont d'autant plus faciles à dépanner que les signaux sont disponibles à tour de rôle sur le pré-actionneur.

On préconise de réaliser la coupure d'un signal soit par un capteur à galet escamotable, soit par un relais mémoire bistable.

2. Galet escamotable

Un capteur à commande par galet escamotable est le moyen de commande d'un distributeur 3/2. Le symbole du capteur à commande par galet escamotable indique clairement qu'il ne peut être actionné que dans un seul sens, juste un peu avant l'atteinte de la position course maximum lors du mouvement de la tige d'un vérin.

En position fin de course de la tige du vérin, le capteur doit être placé de façon que la tige du vérin libère le galet. Le capteur à commande par galet escamotable transmet donc une seule impulsion vers le pré-actionneur, empêchant ainsi le chevauchement des signaux.

Par ailleurs, on indique le sens de commutation d'un galet escamotable par une flèche sur le trait de repère voir figure ci-dessous. La figure ci-après vous présente le schéma qui correspond à la séquence 1C+, 2C+, 2C-, 1C-.

Organe actionné dans un seul sens :

Séquence avec capteurs à commande par galets escamotables :

Fonction du capteur à commande par galet escamotable :

Capteur 1S1 : est actionné (état 1) lorsque la tige du vérin 1C arrive en fin de course sortie. Le signal reçu par l'orifice de pilotage 2D+, mais non maintenu, permet d'éviter le chevauchement pour la commande de rentrée de la tige du vérin 2C.

Capteur 2S0 : est actionné (état 1) lorsque la tige du vérin 2C termine sa course rentrée. Le signal reçu par l'orifice de pilotage 1D-, mais non maintenu empêche un chevauchement des signaux pour un nouveau cycle.

Les commandes par capteurs à galets escamotables présentent toutefois quelques inconvénients.

  • L'emplacement du capteur à galet pour détecter la position de la tige du vérin est déterminant pour le fonctionnement du système.
  • De plus, si la tige des vérins se déplace trop rapidement, le signal émis par le capteur à commande par galet escamotable peut ne pas être reçu par l'orifice de pilotage concerné (impulsion fugitive) et on se trouvera de nouveau devant un chevauchement de signaux.
3. Arrêt d'urgence

Il est parfois utile, en cas d'accident ou de mauvais fonctionnement, d'avoir recours- à un arrêt d'urgence. Quoique les besoins puissent varier d'un système à l'autre, la plupart des arrêts d'urgence forcent le retour de l'automatisme en position initiale, quelle que soit l'évolution du cycle de la séquence.

De plus, le bouton-poussoir est muni d'un dispositif de maintien en position de manière à verrouiller l'arrêt d'urgence.

La figure suivante présente la séquence précédente 1C+, 2C+, 2C-, 1C- avec arrêt d'urgence (SU).

Les conditions de fonctionnement sont les suivantes :

SU : marche normale (cycle par cycle ou automatique) ou commande des mouvements 1C- et 2C-.

SC : marche cycle par cycle.

SM : marche automatique.

Lorsque SU est actionné (position arrêt d'urgence) les capteurs de commande (SC, SM, 1S1, 2S0 et 2S1) ne sont plus alimentés en pression P1.

Séquence 1C+, 2C+, 2C-, 1C-, avec arrêt d'urgence :

 

4. Relais mémoire bistable

La méthode avec relais mémoire bistable consiste à alimenter à tour de rôle des groupes de capteurs pour qu'à chaque instant, un seul signal soit disponible sur le pré-actionneur qui cause le chevauchement.

Par exemple, s'il existe un chevauchement entre 1D+ et 1D-, le relais mémoire bistable permettra d'alimenter pour un moment le groupe du capteur générant le signal 1D+. Après coup, l'alimentation sera transférée au second groupe de composants pour permettre la détection du signal 1D-. Il n'y a plus de chevauchement, car on supprime le signal fautif à l'aide d'un relais mémoire bistable.

La suppression des chevauchements de signaux par la méthode du relais mémoire bistable exige toutefois une certaine expérience. Il faut respecter une méthode assez stricte, car on ajoute des distributeurs ou des relais mémoire pour séparer l'air d'alimentation par groupes.

En retour, il en résulte un système très fiable et performant malgré son coût un peu plus élevé.

Règle n° 1 - Décomposer le cycle en automatisme élémentaire

1C+, 2C+, 2C-, 1C-

Ou encore : 1C+, 2C+, 2C-, 1C-, 3C+, 3C-

Règle n° 2 - Décomposer par phases les mouvements complémentaires

Phase 1
Phase 2
1C+, 2C+ /

2C-, 1C-

Ou encore :

Phase 1 Phase 2 Phase 3
1C+, 2C+ 2C-, 1C-
3C+

3C-

Par exemple, les pilotages 1D+ et 1D- ne peuvent se retrouver dans un même groupe. Notez que dans le deuxième cas, le pilotage 3D- n'engendre pas de chevauchement avec le pilotage 1D+.

On peut donc considérer le pilotage 3D- à l'intérieur de la phase 1. Toutefois, si l'on veut autoriser le départ de l'automatisme seulement lorsque la séquence est terminée, il faut considérer la commande 3D- comme troisième phase.

Règle n° 3 - Dessiner et identifier les actionneurs et les pré-actionneurs

On utilise un distributeur bistable pour servir de pré-actionneur à un moteur ou à un vérin. On identifie ensuite ces éléments à l'aide de chiffres et de lettres.

Par ailleurs, les pré-actionneurs sont toujours alimentés à partir d'un circuit de travail (P1 = 6 bars). L'air du circuit de puissance ne dépend donc d'aucune phase.

Règle n° 4 - Concevoir le sélecteur de phases à l'aide de relais mémoire bistables

On emploie un distributeur 4/2 ou 5/2 bistable ou un relais mémoire bistable. L'ensemble des relais mémoire bistables constitue alors le sélecteur de phases.

Le nombre de relais mémoire bistables nécessaires est égal au nombre de phases moins une. Pour obtenir deux phases, on a besoin d'un seul relais ; trois phases nécessitent plutôt l'usage de deux relais mémoire bistables montés en cascade, et ainsi de suite. C'est la raison pour laquelle on appelle aussi la méthode des relais mémoire bistables méthode "en cascade".

Le sélecteur de phase garantit que l'air d'alimentation n'est disponible qu'à une seule phase à la fois, les autres phases étant reliées à l'échappement. Pour que l'air d'alimentation soit transmis vers les éléments de la phase 1, il faut qu'une impulsion de pilotage commande la phase 1 (figure suivante).

Relais mémoire bistables :

Règle n° 5 - Raccorder l'orifice d'alimentation de chaque capteur de commande à une phase

On alimente les capteurs de commande par la ligne de phase dont ils sont les variables actives. Prenez le cas de la séquence suivante :

Phase 1
Phase 2
1C+, 2C+ /

2C-, 1C-

Les capteurs 1S1 et 2S1 servant à détecter respectivement les mouvements 1C+ et 2C+ devront être alimentés à partir de la phase 1.

D'autre part, l'air d'alimentation des capteurs 2S0 (2C-) et 1S0 (1C-) proviendra de la phase 2. Il est aussi préférable de relier en série avec le capteur 1S0 un bouton-poussoir "marche" (SM) pour commander le départ de l'automatisme. La figure suivante montre l'attribution de l'air d'alimentation aux capteurs de commande.

Application de la règle 5 :

En pratique, lorsqu'une inversion est nécessaire en début de cycle, on relie la première phase à l'échappement en position de départ. Ainsi, la commande de départ commute aussitôt que l'air parvient à la première phase d'éléments.

Règle n° 6 - Relier les signaux de commande aux pré-actionneurs et aux relais mémoire bistables (figure suivante)

Application de la règle 6 :

Application de la règle 6 :

- Si le mouvement commandé est le premier d'une phase (1C+ et 2C- dans le cas présent), le pilotage du pré-actionneur provient directement de la phase auquel il appartient (pilotage 1D+, phase 1).

- Si le mouvement commandé est le dernier d'une phase (2C+ et 1C- dans le cas présent), les capteurs qui détectent ces mouvements servent à solliciter le relais mémoire bistable (1K). Ainsi, le capteur 2S1 force la commande de la phase 2 et le capteur 1S0 autorise la commande de la phase 1 sur le relais mémoire bistable (1K).

Les autres capteurs déclenchent les actions suivantes selon l'ordre de la séquence. Ainsi, si le capteur :

  • 1S1 est actionné il adresse un signal au pilote 2D+ du distributeur 2D (mouvement 2C+).
  • 2S0 est actionné il adresse un signal au pilote 1D- du distributeur 1D (mouvement 1C-).
5. Actions simultanées

Certains systèmes exigent que deux actionneurs exécutent un travail en même temps. Prenez l'exemple de deux vérins qui éjectent un rouleau de trois mètres de longueur.

Les vérins, placés à chaque extrémités du rouleau, doivent être synchronisés de façon à produire des actions simultanées. Comme on attribue une identification distincte à chacun des vérins, la séquence peut s'écrire de la manière suivante :

1C+, 2C+,

3C+,

1C-, 2C-

3C-

Les tiges des vérins 2C et 3C qui composent l'éjecteur sortent et rentrent selon le même pas. Il existe deux façons de réaliser ce genre de circuit :

- partager l'air de puissance du pré-actionneur pour alimenter les deux actionneurs (figure a) suivante) ;

- transmettre le signal de pilotage vers deux pré-actionneurs distincts (figure b) suivante).

Actions simultanées :

Quoique la première méthode fasse économiser un pré-actionneur, l'utilisation d'un distributeur de puissance par actionneur demeure la technique la plus efficace et la plus polyvalente pour résoudre ce genre de montage. Elle permet entre autres de commander la plupart des systèmes à actions simultanées.

Groupe I
Groupe II
1C+, 2C+
3C+
/
/

1C-, 2C-
3C-

Avec cette séquence, l'action du vérin 3C est indépendante du comportement des vérins 1C ou 2C. Il faut obligatoirement utiliser les signaux de pilotage des distributeurs et non pas recourir au partage de l'air de puissance. Par ailleurs, les actions consécutives 3C+ et 3C- provoquent un chevauchement de signaux dont il faut se méfier.

Lors de la conception d'une séquence à actions simultanées, il faut s'assurer que tous les actionneurs exécutent leur travail.

Par exemple, à la figure 4.19, si on installait seulement les capteurs 2S0 et 2S1 pour détecter les actions simultanées 2C+ et 3C+, le vérin 3C pourrait être bloqué (immobile) et la séquence fonctionnerait normalement. Il est donc préférable d'ajouter des capteurs sur chacun des vérins (2S0 et 3S0, 2S1 et 3S1) pour être en mesure d'éliminer les risques de mauvais fonctionnement.

En résumé sur le chevauchement de signaux :

- Il arrive que le cycle d'une séquence soit interrompu involontairement à cause d'un chevauchement des signaux de pilotage d'un pré-actionneur.

- Si deux signaux de commande (pilotage) sont reçus par un pré-actionneur bistable, il faut faire en sorte qu'un signal soit prioritaire pour que la séquence puisse continuer d'évoluer.

- La façon la plus simple d'éliminer un chevauchement consiste à éliminer le signal fautif soit par un capteur à commande par galet escamotable, soit par un relais mémoire bistable.

Un capteur à commande par galet escamotable est actionné dans un seul sens de déplacement et transmet ainsi une impulsion signal fugitif vers le pré-actionneur.

Un relais mémoire bistable est soit un distributeur 4/2 ou 5/2 bistable ou un relais mémoire et a pour rôle de partager l'air d'alimentation entre une seule phase de capteurs à la fois.

La méthode des relais mémoire bistables exige une certaine expérience, mais constitue en revanche une excellente façon de réaliser des séquences fiables.

Même s'il existe encore bien d'autres modèles de séquences, vous en avez vu l'essentiel et vous êtes maintenant en mesure de corriger différentes situations composées de chevauchements.

De plus, il est possible de perfectionner le fonctionnement de chacun des systèmes :

  • en réglant des vitesses,
  • en ajoutant des postes de commande,
  • en temporisant des actions, etc.

Une étude porte sur un autre modèle de composants spécialement conçus pour exécuter des actions en séquence.

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