Elaboration des circuits - Cours de Mécanique des fluides avec Maxicours

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Elaboration des circuits

 Élaboration des circuits

Le montage des circuits à commande électropneumatiques nécessite l'élaboration de deux sortes de schémas :

- un schéma de puissance pneumatique ;

- un schéma de commande électrique.

A ce stade de l'étude, vous connaissez assez bien les modalités d'élaboration des montages pneumatiques. Par contre, vous en avez encore beaucoup à apprendre pour concevoir un schéma électrique.

Cette étude vous permettra de vous familiariser avec l'élaboration des schémas de circuits à commande électropneumatiques.

Quelques montages vus précédemment seront repris pour répondre cette fois à une commande électrique.

Règles d'élaboration d'un schéma

Pour concevoir un circuit électrique, on se sert des symboles des composants pour tracer ce qu'on appelle un schéma développé.

Schéma développé

Les symboles des différents composants d'un circuit électrique sont disposés de manière à ce que le tracé de chaque circuit puisse être facilement suivi (évitant les croisements de fils) et facilement analysé (dans un ordre correspondant à la séquence du fonctionnement).

Le schéma développé est le type de schéma que vous utiliserez le plus souvent. Étant donné que l'ordre de ses lignes représente habituellement le déroulement de la séquence électrique, l'analyse du fonctionnement d'un circuit se fait le plus souvent à partir d'un schéma développé. Il est indispensable pour repérer un défaut lors du dépannage d'un circuit de commande.

La clarté qu'il présente pour les tâches d'analyse surpasse celle des autres types de schémas.

Le schéma développé présente une distinction claire entre les composants du circuit de puissance et ceux du circuit de commande.

Règles

Lors de l'élaboration d'un schéma développé, il faut respecter les règles suivantes.

Chaque circuit contenu entre les deux lignes d'alimentation doit traverser une charge (bobine de relais et d'électrovanne, solénoïde d'un électrodistributeur, lampe témoin, etc.) pour créer une chute de tension et éviter un court-circuit.

- Par convention, toutes les charges occupent la fin de chacune des lignes.

- Il est préférable de numéroter chaque ligne du circuit de commande et les contacts des bobines.

L'ajout d'une inscription ou d'un commentaire se rapportant à la fonction des composants favorise la compréhension du fonctionnement d'un circuit.

- Pour faciliter le branchement du circuit, il est préférable d'allouer une identification (L1, 1, 2, 3, 4, 5, … , L2) entre chacun des composants du circuit de commande (figure 5.20). C'est l'identification que porte normalement chacun des conducteurs dans l'armoire de commande. C'est un repérage qui ne tient pas compte des numéros des bornes sur lesquelles les fils sont raccordés.

Figure 5.20    Schéma développé.

Le schéma développé de la figure 5.20 respecte l'ensemble de ces règles. Les lignes du schéma sont dessinées à égale distance et numérotées l'une à la suite de l'autre. Chaque ligne relie les deux lignes d'alimentation :

En courant alternatif, le circuit de commande d'un schéma développé est toujours contenu entre deux lignes d'alimentation identifiées par L1 et L2 ou L1 et N (neutre) ou encore la sortie d'un transformateur. La disposition est soit horizontale, soit verticale.

- En courant continu, le signe "+" identifie la borne positive et le signe "-" indique la borne de retour de courant.

Grâce aux inscriptions et aux commentaires du schéma de la figure 5.20, il est facile de déduire le fonctionnement du circuit.

- Au repos, le relais "KA1" est désactivé et les contacts prennent leur état normal.

Le contact KA1 (NF) de la ligne 4 permet à la lampe témoin H2 "hors fonction" de s'allumer.

Si l'on appuie sur le bouton-poussoir "marche" S2, le relais "KA1" s'enclenche et les contacts changent d'état (ligne 1).

Le contact KA1 (NO) de la ligne 3 se ferme et la lampe témoin H1 "en fonction" s'allume tandis que H2 de la ligne 4 s'éteint.

- Lorsqu'on relâche le bouton-poussoir "marche" S2, le relais KA1 reste activé grâce au contact de maintien KA1 de la ligne 2.

- Pour remettre le circuit à l'état de repos, il suffit d'actionner le bouton "arrêt" S1 pour couper l'alimentation du relais et permettre aux contacts de reprendre leur état initial.

- Dès que l'on relâche le bouton-poussoir d'arrêt S1, il est possible d'activer de nouveau le relais par l'intermédiaire du bouton de marche S2.

Notez que l'ensemble des boutons-poussoirs NF d'arrêt et NO de mise en marche constitue un poste marche-arrêt. La façon de les raccorder apparaissant à la figure 5.20 fait en sorte que le bouton d'arrêt prédomine sur celui de la mise en marche. La plupart des circuits de commande fonctionnent de cette manière.

Par ailleurs, il faut faire preuve de vigilance lors du branchement des circuits. Il est fortement recommandé d'identifier chaque raccordement de fil à l'aide d'un chiffre.

Cette technique facilite le repérage des bornes sur n'importe lequel des composants et réduit les risques de mauvais branchement. Prenez l'exemple du branchement du circuit de la figure 5.20 avec un relais muni de contacts à deux positions (figure 5.21).

Un premier contact, ligne 2, sert pour le contact de maintien (contact d'auto-alimentation) tandis qu'un seul autre peut servir pour les contacts des lignes 3 et 4 parce qu'il y a une borne commune qui se branche sur la ligne d'alimentation.

Figure 5.21   Branchement des contacts d'un relais.

Avec un peu d'expérience, un tel circuit se réalise très facilement, et il peut paraître superflu de numéroter les lignes du schéma, d'indiquer l'emplacement des contacts ou encore d'identifier le branchement des fils.

Toutefois, avec un certain recul, on constate que tous ces éléments contribuent à analyser plus rapidement un circuit et à le rendre compréhensible pour d'autres intervenants lors de l'installation, d'une modification ou d'une éventuelle procédure de dépannage. La figure 5.22 vous présente la mise en œuvre des règles d'un schéma développé :

- circuit de commande : exemple d'un convoyeur à godets, figure 5.22a.

- cycle d'un vérin à simple effet : circuit de puissance, figure 5.22c ; circuit de commande, figure 5.22d.

Figure 5.22a   Circuit à commande électropneumatique : circuit de puissance et circuit de commande associés.

Figure 5.22bcd  Circuit à commande électropneumatique : circuit de puissance et circuit de commande associés.

 

Conception des schémas de commande

Pour concevoir le schéma de commande des circuits électropneumatiques, on trace un schéma développé.

  • Des boutons-poussoirs,
  • des interrupteurs de position,
  • des relais,

    servent d'éléments de commande aux solénoïdes des électrodistributeurs aux électrovannes des distributeurs à commande électropneumatique.

Commande d'un vérin à double effet

On sait qu'un vérin à double effet nécessite (très souvent) l'usage d'un distributeur à double pilotage (distributeur à mémoire). Comme une seule impulsion suffit à déplacer le tiroir d'un distributeur bistable (à mémoire), il n'est pas nécessaire de maintenir l'action sur le bouton-poussoir ou de mémoriser cette information à l'aide d'un relais.

Une impulsion sur le bouton-poussoir S1 commande le mouvement de sortie de la tige du vérin 1C (information 1YV14.1). Dès que la tige du vérin actionne le capteur de fin de course 1S1 (interrupteur de position), l'information (1YV12.0) reçue par le distributeur 1D commande le mouvement de rentrée (figure 5.23).

Figure 5.23    Commande automatique d'un vérin à double effet.

Le fait qu'une seule impulsion suffise à activer la commande du distributeur permet d'économiser de l'énergie et empêche les bobines des électrovannes de surchauffer inutilement.

Commande d'un vérin à simple effet

Un distributeur 3/2 (1D) suffit pour fournir l'air d'alimentation à un vérin à simple effet 1C. Parce que le pilotage du distributeur s'oppose à un ressort de rappel, il faut cette fois maintenir la commande de pilotage jusqu'à ce que le vérin ait complété sa course de sortie. On se sert alors d'un relais KA1 et d'un contact de maintien KA1 en parallèle avec le bouton-poussoir S1.

Le capteur de fin de course 1S1 agit à l'image d'un bouton d'arrêt. Dès que la tige du vérin atteint sa course extrême, le contact NF de l'interrupteur de position s'ouvre et annule la commande de pilotage 1YV12.1 du distributeur 1D (figure 5.24).

Figure 5.24    Commande automatique d'un vérin à simple effet.

Commande de deux vérins

On veut commander un vérin 1C à double effet et un vérin 2C à simple effet de manière à réaliser la séquence suivante : 1C+, 2C+, 1C-, 2C- (figure 5.25).

Figure 5.25   Séquence 1C+, 2C+, 1C-, 2C-.

La méthode consiste en quelque sorte à jumeler les deux premiers schémas de commande vus précédemment. Il faut une fois de plus avoir recours à un relais pour maintenir le pilotage du distributeur à rappel-ressort.

Commande temporisée

Si l'on décide d'introduire une temporisation (un délai) sur la commande de rentrée de la tige du vérin 1C de la séquence précédente, il faut utiliser un relais temporisé.

Un relais temporisé, communément appelé temporisateur, a la capacité de décaler dans le temps le signal de commande de rentrée de la tige du vérin 1C (excitation de la bobine du relais temporisé) et l'action de faire rentrer la tige du vérin (activation des contacts du relais temporisé). Cette temporisation se nomme temporisation (délai) à l'enclenchement.

A la figure 5.26, on constate que le contact temporisé de la ligne 6 retarde de trois secondes la commande de rentrée de la tige du vérin 1C.

Figure 5.26    Séquence temporisée.

Rappel automatique en cas de panne électrique

Soit la séquence suivante de vérins à double effet : 1C+, 2C+, 1C-, 2C- (figure 5.27).

Figure 5.27    Séquence avec protection contre les pannes de courant.

En cas de panne électrique, on veut que les vérins reprennent leur état initial. On se sert alors de deux électrodistributeurs à commande électropneumatique et rappel par ressort. Si une panne électrique survient en cours de séquence, le ressort de rappel des distributeurs ramène la séquence en position de départ.

Pour que le cycle fonctionne normalement, il faut maintenir la commande de pilotage (contact de maintien) à l'aide de relais. De plus, l'interrupteur de position 2S0 oblige la séquence à se terminer avant qu'on puisse solliciter un nouveau départ de cycle.

Séquence avec chevauchement

Soit la séquence suivante réalisée à l'aide de trois vérins à double effet et de distributeurs à double pilotage à commande électropneumatique : 1C+, 2C+, 2C-, 3C+, 1C-, 3C-.

La technique de résolution consiste à prendre en considération la séquence pas-à-pas pour élaborer le schéma de commande électrique. La suppression des chevauchements de signaux nécessite l'usage d'un relais et d'un contact NF, comme c'est le cas aux lignes 2 et 3 du schéma de la figure 5.28. Le contact NF sert à éliminer les signaux de commande devenus inutiles pour faire place à la commande suivante.

Figure 5.28    Séquence 1C+, 2C+, 2C-, 3C+, 1C-, 3C-.

Sur chacun des schémas électriques développé, on aurait dû retrouver les relais au début du schéma et rassembler toutes les électrovannes des distributeurs à commande électropneumatique (ou les solénoïdes des électrodistributeurs) sur les lignes de fin du schéma.

Toutefois, selon cette technique, il est plus difficile d'analyser le fonctionnement d'un circuit, car l'ordre réel de la séquence diffère de l'ordre des lignes du schéma. Néanmoins, les deux méthodes sont aussi valables l'une que l'autre.

 Documentation

Pour simplifier et sécuriser la mise en œuvre des distributeurs électropneumatiques, les constructeurs proposent l'utilisation d'interfaces associées en batteries.

Interface électropneumatique

Cet interface transforme un signal électrique en signal pneumatique à une ou deux sorties complémentaires. Constitué d'éléments modulaires juxtaposables à fonction 3/2 NF ou 4/2, l'équipement s'adapte sur profilé symétrique normalisé, en armoire ou coffret (figure 5.29).

Figure 5.29   Interface électropneumatique.

Joucomati

Interface pneumo-électrique

Cet interface transforme un signal pneumatique en signal électrique (figure 5.30).

Figure 5.30   Interface pneumo-électrique.

 

En résumé sur l'élaboration des circuits

Le montage des circuits électropneumatiques nécessite l'élaboration d'un schéma de puissance pneumatique et d'un schéma de commande électrique.

Un schéma développé est la représentation symbolique d'un circuit électrique.

Chaque parcours contenu entre les deux lignes d'alimentation d'un schéma développé doit comprendre une charge.

Sur un schéma développé, il est préférable d'ajouter des inscriptions et des commentaires, de numéroter les lignes et d'identifier les fils afin de faciliter l'analyse du circuit.

- Des boutons-poussoirs, des interrupteurs de position et des relais servent d'éléments de commande aux solénoïdes des électro-distributeurs et aux électrovannes des distributeurs à commande électropneumatique.

- Sur un schéma de commande, on doit utiliser un relais pour maintenir l'activation d'un distributeur à commande électrique ou électropneumatique muni d'un ressort de rappel.

- En pratique, avec les circuits électropneumatiques, il faut toujours ouvrir l'air comprimé avant d'appliquer l'alimentation électrique au circuit.

Cette étude vous a permis d'acquérir des connaissances de base en électro-pneumatique.

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