La réguLation précise de La pression et du débit
Technologie Proportionnelle
Les exigences sans cesse croissantes en termes de qualité, précision, productivité, confort, facilité de mise en œuvre, service etc., imposent des normes toujours plus strictes sur les équipements automatisés et les machines de production. Ces normes ne peuvent être atteintes que lorsque les grandeurs physiques (telles que température, pression, force, vitesse, couple de rotation etc.) sont précisément adaptées aux conditions de fonctionnement des installations. C’est une régulation continue de ces variables qui est le facteur décisif dans ce contexte.
Pour assurer ce type de régulation, les vannes proportionnelles permettent de contrôler et réguler un fluide en fonction d’une valeur de consigne. L’association de ces vannes à une électronique de commande permet d’améliorer leur niveau de précision et donc, d’élargir leur domaine d’application.
qualité et performance ameliorées
1
technologie proportionnellesommaire
Applications pour vannes proportionnelles 2 - 7
Qualité, sécurité de fonctionnement et économie 2 Régulation de pression 2 Régulation de débit 7
Sélection des produits 8 - 32
Sélection du matériel 8
Régulation de pression 10
SENTRONICD 10 SENTRONICplus 12 PuLSTRONIC II 14 SERvOTRONICDigital 16
Régulation de débit 18
fLOwTRONICD 18 PIEzOTRONIC 20 PRECIfLOw 22 POSIfLOw 24 POSITIONERD 26 mOTORfLOwD 28
Régulateur 30
CONTROLD 30
Contrôle par bus de terrain 32
module G3 Entrées/Sorties analogiques 32
Introduction à la technologie proportionnelle 34 - 39
Symboles et glossaire des termes 34 Systèmes de réglage / méthodes de régulation 36 Types de régulateurs 38
Documentation 40 - 41
Internet - catalogues 40
2
toujours plus de qualité, de sécurité des processus et d’économie …
Les valeurs telles que déplace-ment, vitesse et force doivent être ajustées dans tous les processus répétitifs. En règle générale, les vannes proportionnelles per-mettent de contrôler avec sûreté ces paramètres et ce, de manière simple, flexible et économique. Elles sont performantes et leur maintenance est aisée et rapide. Les capteurs de pression des vannes proportionnelles permettent le contrôle permanent de leurs fonctions.
Les systèmes de contrôle prévus sur de longues distances (p.ex. dans de grandes unités de production ou en cas de danger pour l’opé-rateur) et utilisant des conduites
hydrauliques ou pneumatiques ne peuvent souvent être réalisés que dans une étendue limitée. Dans ce cas, il est préférable d’utiliser des vannes proportionnelles pouvant être contrôlées via des lignes élec-triques dont la longueur importe peu. La transmission des signaux peut être adaptée aux besoins de l’utilisateur, elle est exempte d’inertie et n’est influencée ni par la pression ni par la température.
Les vannes proportionnelles jouent un rôle important dans les systèmes programmables de régu-lation. L’association d’une électro-nique intelligente à la puissance de la pneumatique offre des solu-tions nouvelles et innovantes pour
les applications les plus variées.
Les équipes spécialisées d’ASCO Numatics peuvent vous conseiller, vous assister pour toutes les questions relatives au développement et à l’optimisation de votre processus de production et mettre à votre disposition leur grande expérience des marchés industriels. Outre les solutions standard, nous développons depuis de nombreuses années, des composants et systèmes spéci-fiques particulièrement adaptés aux besoins de nos clients.
les vannes proportionnelles per-mettent d’optimiser les processus de production automatisée dans les secteurs les plus divers comme les industries alimentaire, textile, médi-cale, pharmaceutique, automobile et des matériels industriels. Elles sont utilisées dans les systèmes de commande séquentielle, de réglage télécommandé ou de réglage en boucle programmable.
régulation de pressioncompensation de longueurs lors de l’enroulement
Valeur de consigne
Aircomprimé
Capteur à ultrasons
Retour capteur
les vérins pilotés par le régulateur de pression proportionnel ajustent la tension du produit à enrouler quelles que soient ses longeurs.
applicationsrégulation de pression
soudage par points
Valeur de consigne
Air comprimé
le régulateur de pression proportionnel contrôle la force de pincement de la tête de soudage en fonction du matériel à souder et de son épaisseur.
compensation d’épaisseurs
Valeur de consigne
Air comprimé
la pression d’appui du rouleau est réglée au moyen d’un régulateur de pression proportionnel pour compenser les différentes épaisseurs du matériau.
servofrein
Valeur de consigne
Filtre d'air
Air comprimé
Pompe à vide
Servofrein
Test de vide
Vanne d'isolement
alimentée par une pompe à vide, la vanne proportionnelle régule le vide dans le servofrein afin de le tester.
régulation de la vitesse et du couple
Valeur de consigne
Aircomprimé
Retour capteur
CapteurMoteurpneumatique
la vitesse et le couple sont réglés en modifiant la pression de pilotage via le régulateur de pression proportionnel
force
Valeur de consigne
Air comprimé
Machine à bandes abrasives
Pièce à usiner
la vanne proportionnelle régule la pression d’appui sur les pièces à usiner placées sur une machine à bandes abrasives, sur une presse pneumatique etc.
équilibreur de charges
Valeur de consigne
Air comprimé
Capteur de force
Reto
ur c
apte
ur
la vanne pneumatique proportionnelle ajuste la pression dans le vérin selon la masse. Des charges lourdes peuvent facilement être levées et abaissées à la main.
3
régulation de pression
essai de matériaux
Valeur de consigne
Air comprimé
Pièce à tester
la force contrôlée par la vanne proportionnelle et agissant sur la pièce à tester est augmentée progressivement jusqu’à la rupture de celle-ci.
application de fluides
Valeur de consigne
Air comprimé
Section depulvérisationvariable
Liquide de pulvérisation
Buse depulvérisation
la section de pulvérisation, c.à.d. la largeur d’application du liquide est ajustée par une pression d’air régulée par la vanne proportionnelle.
simulateur de vol
Valeur de consigne
Air comprimé
Simulateur de vol
les mouvements d’un avion sont simulés en alimentant les vérins avec différentes pressions de pilotage.
réglage de température
Valeur de consigne
Air compriméClapets deventilation
HabitationCapteur detempérature
Retour capteur
la température ambiante est maintenue à un niveau constant en ouvrant ou fermant des clapets de ventilation.
test d’étanchéité
Valeur de consigne
Air comprimé
Récipient à tester
Pression de test
le régulateur de pression proportionnel ajuste précisé-ment la pression de test dans les récipients les plus divers afin d’effectuer des contrôles d’étanchéité.
pression de freinage
Valeur de consigne
Air comprimé
un signal de consigne est utilisé pour freiner graduellement et ralentir une masse en rotation et ce, en fonction du profil de vitesse du système de commande.
4
applicationsrégulation de pression
régulation de la pression de serrage
Valeur de consigne
Air comprimé
Boîte dynamométrique
Pièce à usiner
Mandrin à mâchoires pneumatiques
Retour capteur
la pression de serrage sur les mandrins de machines-outils est régulée en fonction du matériau de la pièce à usiner (acier, matière synthétique, ...).
fabrication de pneus
Valeur de consigne
Air comprimé
Capteur à ultrasons
Carcasse dupneu
Retour capteur assistée par le régulateur de pression proportionnel et selon le diamètre du pneu, les struc-tures consti-tuant celui-ci sont appliquées, assurant ainsi une qualité constante.
turbocompresseur à suralimentation
Valeur de consigne
Air compriméÉchappement
Turbocompresseur
Gazd'échappement
le débit des gaz d’échappement vers le turbo-compresseur est régulé selon le régime du moteur pour maintenir la pression de suralimentation à un niveau constant.
découpage au laser
Valeur de consigne
Alimentationen gaz
Laser
Épaisseur variabledu matériau
la pression du gaz est régulée en fonction du matériau et de son épaisseur.
soudage par ultrasons
Valeur de consigne
Air compriméPièces usinées
le régulateur de pression proportionnel régule la pression de friction entre les pièces usinées sur les machines de soudage par ultrasons.
soufflage de bouteilles
Valeur de consigne
Air comprimé
Forme
Ébauche
De l’air est insufflé via une vanne proportionnelle dans une ébauche jusqu’à l’obtention de sa forme optimale.
5
régulation de pression
régulation de débit
micro-injection dans des cellules vivantes
Aiguille
Air comprimé
Fluide
Cellule
la mini- électrovanne proportionnelle régule la pression de l’air insufflé dans la seringue pour contrôler le débit d’injec-tion du liquide dans les cellules vivantes.
échangeur thermique
Régulateur
SortieVapeur
Capteur detempérature
Alimentation 24 V CC
une vanne proportionnelle régule le débit de vapeur en fonction de la température souhaitée en sortie d’échan-geur.
brûleur pour four
Valeur de consigne
Gaz
Brûleur
Alimentation 24 V CC
Moteur
Pression
Retour capteurune vanne proportionnelle régule le débit de gaz dans le brûleur en fonction du degré de chaleur souhaité en sortie.
pression de remplissage
Valeur de consigne
Aircomprimé
Pression de remplissage
Capteur de pression
Retour capteurle liquide est amené à la vanne à une pression constante indépendam-ment du niveau de remplissage dans le réservoir de stockage. le volume de remplissage reste ainsi égal.
pistolet à peinture
Pilotage dela turbine (air)
Peinture
Ajustement dela largeur du jet
Alimentationen peinture
pilotage d’un pistolet à pein-ture : contrôle du débit de la peinture, de la densité du jet et de la surface à peindre.
réglage de gaz
1Valeur de consigne
234
Gaz
Table de cuissonl’unité de réglage se compose de quatre vannes proportionnelles qui régulent l’alimentation en gaz des brûleurs de la table de cuisson.
6
applications
système de remplissage
Valeur de consigne
Alimentation 24 V CC
Indicateurde poids
Capteur de poids
Fluide
Retour capteur
une vanne proportionnelle régule le débit de remplissage d’un fût jusqu’à l’obtention du poids souhaité. Ce système permet un remplissage rapide tout en maintenant un équilibre précision/poids optimum.
régulation de débit
positionnement
Valeur de consigne
Aircomprimé
Commande
les servodistri-buteurs ajustent les positions sur les installations de palettisation grâce à des capteurs de distance (potentiomètres linéaires) montés sur des vérins sans tige.
obtention du vide
Valeur de consigne
Air comprimé
Silencieuxd'échappement
Vide
Générateur de vide
une modification de la pression d’entrée du générateur de vide par l’intermédiaire d’une vanne proportionnelle modifie le vide généré.
dosage de colle
Valeur de consigne
Air comprimé
Capteur à ultrasons
Colle
le régulateur de pression proportionnel régule la pres-sion en fonction de la valeur de consigne. le volume de colle appliqué est dosé en conséquence et de manière constante.
cœur artificiel
Valeur de consignede l'unité de réglage
Pompage
Ventriculegauche
Ventriculedroit
Alimentation
Air comprimé
Vide
le sang est pompé au travers d’un cœur artificiel en appliquant alternativement de la pression ou du vide.
régulation de volume
Valeur de consigne
Eau
une vanne proportionnelle régule en permanence l’alimentation en eau d’une balayeuse.
7
CaraCtéris-tiques
teChniques
Rac
cord
emen
t
Pres
sio
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Pres
sio
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it
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on
Hys
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sis
Puis
san
ce
max
imu
m
Tech
no
log
ie
Posi
tio
n d
e re
pli
SentronicD G1/8,1/4, 3/8
-0 à 10
bar
jusqu’à 1300
Nl/min50 μm < 1%
21 à 40 w
ClapetMise à
l’échappement
Sentronicplus
G1/8,G1/4, G1/2,
G1-
vide à 50 bar
jusqu’à 5600
Nl/min50 μm < 1%
12 à 44 w
ClapetMise à
l’échappement
Pultronic ii G1/4 -0 à 10
bar0 à 470 Nl/min
50 μm < 1% 3,6 w ClapetPression
Maintenue
ServotronicDigital G3/8 -0 à 40
bar0 à 1700 Nl/min
50 μm < 0,5% 14 wTiroir/
ChemiseMise à
l’échappement
FlowtronicD G1/4, G3/8,G1/2
-0 à 8 bar
5 à 2000 Nl/min
50 μm < 3%33 à 44
wClapet
Mise à l’échappement
Piezotronicm5,G1/8
-0 à 8 bar
0,086 à 0,12 Nl/min
50 μm< 10 to
15%0,007 w Clapet
Fermeture étanche
PreciFlow m5, G1/8 -vide à 16 bar
0,08 à 200 Nl/min
50 μm(5 μm)
< 3% 1 à 9 w ClapetFermeture étanche
PoSiFlowG1/8, G1/4,G3/8, G1/2
-vide à 16 bar
0,3 à 35 Nl/min
50 μm < 5% 3 à 11 w ClapetFermeture étanche
vanne à Siège in-cliné e 290 avec
PoSitionnerD
G1/2 bisG2 1/2
4 bis10 bar
vide à 16 bar
Kv 4,6 àKv 74
(m3 /h)50 μm < 1% 3,6 w
Clapet profilé 2/2 ou clapet
plat 3/2
Mise à l’échappe-ment ou Pression
Maintenue
MotorFlowD G3/4 -vide à 10 bar
jusqu’à Kv 1,1(m3 /h)
50 μm < 3% 10 wDisque plat
rotatifPression
Maintenue
8
Choix des
equipements
régulation Fluide précision pilotage application
CaraCtéristiquesspéCifiques
Pres
sio
n
Déb
it
Vid
e
Air
/Gaz
neu
tre
Liq
uid
es
Vap
eur
Ou
vert
Ferm
ée
Elec
triq
ue
Elec
tro
- p
neu
mat
iqu
e
Stat
iqu
e
Dyn
amiq
ue
SentronicD ▲Numérique
avec ou sans afficheur Optimisation des paramètres
Sentronicplus ▲Numérique
Optimisation des paramètres
Pultronic ii Numérique
avec ou sans afficheur Optimisation des paramètres
ServotronicDigital ▲Numérique
Optimisation des paramètres
FlowtronicD ▲Numérique
avec ou sans afficheur Optimisation des paramètres
Piezotronic
Très faible consommation Durée de vie illimitée > 1 Milliard de cycles Différentes tensions
PreciFlow Grande précisionFaible hystérésis
PoSiFlow
Bonne résistance aux pics de pression,
Durée de vie exceptionnelle Solution économique pour
contrôle de débit
vanne à Siège in-cliné e 290 avec
PoSitionnerD
NumériqueDesign compact
Solution économique pour le pilotage
MotorFlowD ▲Trés bonne résistance à l’usure, disque rotatif
sélection du matériel
Fonction principale
Statique : application avec peu de variations de la consigne.
▲ Dynamique : application avec variations de la consigne à haute fréquence.
Fonction secondaire
Fonction secondaire
9
Une nouvelle génération de régulateurs proportionnels de pression à contrôle numérique.COmmANDE DIRECTE : régulation précise et temps de réponse courts,DYNAmIQuE : périodes de stabilisation courtes et fréquence d’oscillation basse.La SENTRONICD offre les avantages suivants : - Réglage manuel : AffICHAGE incorporé et deux boutons-poussoirs pour une lecture
directe de la valeur de pression, un réglage manuel de la valeur de consigne et un diagnostic par LED de visualisation.
- Contrôle par ordinateur via le logiciel DaS: • Caractéristiques de paramétrage : Le réglage des paramètres PID de régula-
tion vous permet d’adapter la vanne à votre application et d’optimiser son temps de réponse, sa précision et la pression régulée.
• Diagnostic de la vanne : Lire des informations telles que le numéro de série, la température de la vanne et contrôler le temps de fonctionnement avec l’afficheur digital. Lire l’état de la vanne et effectuer des tests pour l’installa-tion et la maintenance.
- Sauvegarde des paramètres : une fois les paramètres déterminés, vous pouvez les sauvegarder dans un fichier pour votre utilisation personnelle ou envoyer ce fichier à notre service technique pour une future production en série.
régulation de la pression
Bobine électro-magnétiqueproportionnelle
Electronique de contrôle
Diagnostic par LED de visualisation
Lecture de la pression
Liaison RS 232 pour logiciel DaS
Régulation manuelle de la pression
10
avec le logiciel “Data acquisition Software” et une liaison Rs 232, vous pouvez adapter de manière optimale l’élec-tronique de commande à une boucle de régulation. les paramètres piD peuvent être ajustés avec le logiciel DaS. De plus, avec la fonction oscilloscope, les signaux de commande et les résultats sont visualisés immédiatement. (logiciel téléchargeable gratuitement)
caractéristiques techniquesFluides distribués : Air ou gaz neutre Plages de pression : 0-3 bar, 0-6 bar, 0-10 barRaccordements : G 1/8, G 1/4 , G 3/8,
Versions à applique Construction : Vanne à clapets Actionnement : Bobine proportionnelle Consigne : 0 - 10 V, 0 - 20 mA, 4 - 20 mA
Avantages : ■ Faible hystérésis ■ Temps de réponse extrêmement courts ■ Très bonne sensibilité ■ Tous les orifices conformes aux
diamètres nominaux correspondants ■ Seuil de filtration standard de 50 µm ■ Pas de consommation d’air en régime
stabilisé ■ Sortie analogique ■ Optimisation simple des paramètres de
régulation ■ Contrôle numérique ■ Affichage digital intégré
(selon la version utilisée) ■ Comportement dynamique
(vitesse élevée) ■ Communication PC
sentronicd
Générateur de signaux et fonction oscilloscope
paramètres
Fonction test d’échelons Fonction test de rampe
Définition de l’oscilloscope
gestion globale avec le logiciel das
Caractéristiques du logiciel DaS :• Enregistrement des paramètres sEntRoniCD
en usine ou personnalisés• générer des échelons et créer des rampes• Fonction oscilloscope : visualiser la valeur de
consigne, la pression de sortie, les signaux internes de la régulation piD.
11
La vanne SENTRONICplus à boucle de régulation interne associe une technologie pneumatique innovante et une électronique intégrée. Cette série de servodistribu-teurs permet de réguler avec précision les valeurs de pression, débit, force, vitesse, et de positionnement linéaire ou angulaire. Tous les orifices sont de même diamètre pour assurer des temps de réponse courts à l’admission ou à l’échappement de la pression. L’effet combiné de tous les composants assure un fonctionnement avec une hystérésis extrêmement faible.
régulation de pression
Bobine électromagnétiqueproportionnelle
Capteur de pression
Piston d’échappement
Piston d’alimentation
électronique de commande
Orifices taraudés
Version ATEX disponible
12
échappementle piston d’échappement est levé. échappement de l’orifice 2 vers l’ori-fice 3.
sentronicplus
les vannes sEntRoniCplus sont soumises à des tests automa-tiques avant de quitter nos usines. un certificat d’essai comprenant tous les résultats est joint à chaque produit livré.
principe de fonctionnement
Mise sous pressionle piston d’alimentation est action-né. Communication entre les orifices 1 et 2.
Régulationles pistons d’alimentation et d’échappement sont en position centrale : aucun débit entre les 3 orifices.
caractéristiques techniquesFluides distribués : Air ou gaz neutre
Pression d’utilisation : Vide à 50 bar
Raccordements : G 1/8, G 1/4 , G 1/2, G 1 versions à applique
Construction : Vanne à clapets
Actionnement : Bobine proportionnelle
Consigne : Analogique 0 - 10 V, 0 - 20 mA, 4 - 20 mA. Digitale
Options : Version inox
Avantages : ■ Hystérésis très faible ■ Temps de réponse extrêmement courts ■ Sensibilité élevée ■ Tous les orifices conformes aux
diamètres nominaux correspondants ■ Filtration standard à 50 µm ■ Pas de consommation d’air en régime
stabilisé ■ Sortie analogique de la valeur
instantanée de pression sur le connecteur ■ Optimisation simple des paramètres de
régulation ■ Trés bon comportement dynamique ■ Communication PC
2
1
3
2
1
3
2
1
3
13
régulation de pression
Raccordement électrique
Afficheur
Piston d’échappement
Piston de mise sous pression
Chambre de pilotage
électronique de régulation
échappement “3”
Utilisation “2”
Membrane
électrovanne pilote
Contrairement aux servodistributeurs SENTRONIC, les vannes PuLSTRONIC II fonction-nent avec 2 électrovannes de pilotage qui modifient la pression dans une chambre de commande. un booster convertit la pression de pilotage en une pression de sortie avec un débit plus important. Celle-ci est mesurée avec un capteur de pression et intégrée dans une boucle de régulation interne. La valeur de consigne est donnée par un signal de commande standard [0 à 10 v, 0(4) à 20 mA] via le connecteur élec-trique débrochable. La PuLSTRONIC II est particulièrement adaptée à la régulation de pression à débit constant, p.ex. la régulation du débit de buses, le réglage de la vitesse de turbines, le dosage de colle et de vernis ou le contrôle de la pression d’équipements de soudage.
Version ATEX disponible
14
le Data aquisition Software (DaS) et sa liaison Rs 232 permet l'optimisation des paramètres de régulation en fonction de l'application. (téléchargeable gratuitement)
échappementle piston d’échappement est levé. échappement de l’orifice 2 vers l’ori-fice 3.
pulstronic ii
principe de fonctionnement
Mise sous pressionle piston de mise sous pression est actionné. Communication entre les orifices 1 et 2.
Régulationles pistons de mise sous pression et d’échappement sont en position centrale : aucun débit entre les ori-fices.
caractéristiques techniquesFluides distribués : Air ou gaz neutre
Pression d’utilisation : 0 à 10 bar
Raccordement : G 1/4
Construction : Vanne à clapets
Actionnement : Electrovannes 2/2
Consigne : 0 - 10 V, 0 - 20 mA, 4 - 20 mA
Avantages : ■ Hystérésis faible ■ Changements de pression rapides,
faibles overshoot ■ Filtration standard à 50 µm ■ Pas de consommation d’air en régime
stabilisé ■ Régulation de pression stable à débit
continu ■ Régulation numérique ■ Faible consommation électrique ■ Afficheur ■ Optimisation simple des paramètres de
régulation
15
régulation de pression
Bobine électromagnétiqueproportionnelle
Utilisation “2”
Tiroir Métal / Métal
Ressort de rappel
Pression “1”
électronique de contrôle
échappement “3”
Pour une plus grande flexibilité dans les processus de production automatisés, la gamme des vannes SERvOTRONICDigital permet, grâce à l’apport de l’électronique, d’accroître considérablement les performances et le champ d’application des composants pneumatiques. La servovalve SERvOTRONICDigital répond directement aux besoins de régulation de pression et indirectement aux exigences de la régulation d’autres grandeurs physiques telles que : position, vitesse, accélération, force, masse etc. L’association d’une technologie pneumatique innovante, d’une mécanique de haute précision et d’une électronique adaptée permet de régler avec rapidité les valeurs de pression d’un circuit pneumatique de puissance en fonction d’un signal issu de l’électronique de commande. La servovalve SERvOTRONICDigital, utilisée pour la régulation de débit (débit proportionnel), comprend, contrairement à la SENTRONICplus, un distributeur pneumatique constitué d’un ensemble tiroir-chemise appairé. Elle permet des fréquences de cycles très élevées avec des temps de réponse extrêmement courts. La servovalve SERvOTRONICDigital a une consommation d’air constante.
16
le Data aquisition Softare (DaS) et sa liaison Rs 232 permet l'optimisation des paramètres de régulation en fonction de l'application. (téléchargeable gratuitement)
servotronicdigital
principe de fonctionnement
Régulation de pressionla sERVotRoniCDigital en version régulation de pression est un régulateur de pression à 3 orifices/ 3 positions à commande électronique délivrant une pression proportionnelle à une valeur de consigne donnée. la position du tiroir évolue en continu pour tenir constante la pression de sortie en fonction d’un signal de consigne 0-10 V pour une pression donnée.
caractéristiques techniques
Fluides distribués : Air ou gaz neutre
Pression d’utilisation : 0 à 40 bar
Raccordement : G 3/8
Débit : 0 à 1700 Nl/min
Construction : Servovalve à tiroir-chemise
Actionnement : Bobine proportionnelle
Consigne : 0 - 10 V, 0 - 20 mA, 4 - 20 mA
Avantages : ■ Hystérésis très faible
■ Temps de réponse extrêmement courts
■ Excellentes performances de débit
■ Ensemble compact et monobloc avec électronique et capteur intégré
■ Grande fiabilité et longue durée de vie grâce à une mécanique de haute précision alliée à une technologie de commande simple
■ Différentes possibilités de consigne d’entrée (tension et courant)
■ Raccordement électrique à connecteur débrochable
■ Paramètres de la boucle de régulation ajustable
UtilisationCapteur de pression
Arrivée de pression Échappement Ressort de rappel
Électro-aimant proportionnel
17
fLOwTRONICD est un régulateur de débit numérique avec une plage de régulation jusqu’à 2000 Nl/min. Le régulateur fLOwTRONICD intègre une vanne 2 voies à com-mande directe proportionnelle qui fonctionne indépendamment de la pression d’entrée (4 bar), et d’une unité de contrôle qui contient l'ensemble de l'électro-nique et les capteurs.La vanne fLOwTRONICD offre un débit précis et est parfaitement adaptée aux régulations de débit dynamiques. Elle permet une régulation et le maintien du débit constant quelles que soient les perturbations externes.Les applications typiques pour le fLOwTRONICD sont : les applications de peinture, mélange de gaz, l'emballage, l'industrie agroalimentaire, le traitement de surface, le contrôle de brûleur, pile à combustible…L'électronique de commande numérique et une interface uSB permettent au contrôleur de s’adapter très facilement aux différentes applications grâce au logiciel flowCom qui permet d’ajuster les paramètres de régulation.
régulation de débit
Liaison pour connection USB sur PC
CapteursCommande directe
Mécanique
Electronique
Afficheur
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Flowtronicd
En connectant le flowtronicD à un PC via un port uSB, le logiciel ASCO Numatics flowCom peut être utilisé pour optimiser les para-mètres de régulation de la vanne en fonction des contraintes de l’application.
Le logiciel flowCom possède une fonction oscilloscope qui permet à l’utilisateur de sélectionner et de visualiser la réponse des différents signaux ou paramètres.
Les paramètres de régulation peuvent être ajustés à l'aide du logiciel sans avoir à démonter le régulateur de l’installation.
Les paramètres, une fois optimisés, peuvent être enregistrés et reco-piés sur d’autres régulateurs par exemple.
Cette fonctionnalité optimise la mise au point des applications.
Le logiciel ASCO Numatics flowCom offre les fonctionnalités suivantes :
• Affichage en temps réel : du signal de commande, de la pression de sortie, des paramètres de contrôle interne (ex. P, I ou D), du signal pressostat, etc…
• Ajustement des paramètres : Type de signal de commande, offset, pente, limitation du courant de control de la bobine, rampe, etc…
• menu de diagnostic pour la détection d'erreur et tests
• Ajustement personnalisé à une application
• Simulation
caractéristiques techniques
Fluide : Air ou gaz neutre filtré 50 µm
Pression d'utilisation : jusqu'à 8 bar
Raccordements : G 1/4 , G 3/8, G 1/2
Plage de régulation : 5 - 2000 Nl/min
Consigne - analogique : 0 - 10 V, 0/4 - 20 mA
Retour - analogique : 0 - 10 V, 0/4 à 20 mA
Hystérésis : ± 3%
Linéarité : 3%
Reproductibilité : ± 1,5%
Temps de réponse : < 200 ms
Avantages : ■ Faible hystérésis ■ Temps de réponse très courts ■ Très haute sensibilité ■ Filtration Standard 50 µm ■ Retour capteur analogique ■ Optimisation simple des paramètres
de régulation ■ Visualisation des résultats immédiats
grâce à la fonction oscilloscope ■ Electronique numérique ■ Afficheur pour diagnostic (option) ■ Sauvegarde des paramètres ■ Communication USB PC via M12
principe de fonctionnement
Pas de débitle piston mobile n'est pas sollicité et le passage de l'orifice 1 à l'orifice 2 est fermé
Débitle piston mobile est sollicité et permet un passage plus ou moins important entre l'orifice 1 et 2 en fonction de la consigne
le logiciel FlowCom et son interface usB permet l'opti-misation des paramètres de régulation en fonction de l'application. (téléchargeable gratuitement)
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E x t e n s i o n
L’électrovanne PIEzOTRONIC à régulation proportionnelle est une solution de haute technologie développée pour les applications à consommation en courant extrêmement faible. Grâce à sa durée de vie pratiquement illimitée de 1 milliard de cycles, son alimentation électrique possible par piles, batteries ou cellules solaires et son faible poids, elle est parfaitement adaptée aux matériels portables tels les appareils de mesure, d’instrumentation médicale ou les analyseurs de gaz. Elle peut être également utilisée dans les atmosphères explosibles.
régulation de débit
Consommation
Électrovannes
Effet piézoélectrique
Faible consommation électriquel’élément piézocéramique se compose d’au moins deux couches
dont l’une se raccourcit et l’autre s’allonge à mise sous tension. Ceci entraîne un effet de flexion de l’élément céramique qui permet l’ouverture ou la fermeture de l’électrovanne.
la combinaison de l’effet piézocéramique et la technologie multicouche d’asCo numatics, qui consiste en dipôles élémen-taires polarisés lors de leur fabrication, a pour avantages :
• une faible tension de commande de seulement 20 à 40 V• des efforts compatibles avec la maîtrise des fluides• des courses plus longues que celles normalement réalisées
avec des actionneurs à deux couches.
Version ATEX disponible
Corps PPS
Elément piezo
Siège
20
piezotronic
principe de fonctionnement
Fermé A mi-course
0 Volt - fermé
Ouvert
40 VCC - débit optimal20 VCC - moitié du débit
caractéristiques techniques
Fluides distribués : Air ou gaz neutre
Pression d’utilisation : 0 à 8 bar
Raccordement : Corps à applique. Embases M 5, G 1/8
Débit : jusqu'à 0,12 Nl/min
Construction : Vanne à clapets
Actionnement : élément piézoélectrique
Tension de pilotage : 0 - 40 V
Option : Sécurité intrinsèque EExia
Avantages : ■ Consommation en courant extrêmement faible < 100µA
■ Large plage de tension
■ Endurance pratiquement illimitée, sans pièce d’usure
■ Pas de pics d’induction, donc pas de suppression des pics de tension
■ Version à applique au standard industriel
■ Pas d'échauffement
21
ControlD
le dispositif de contrôle autonome ContRolD est utilisé pour une boucle ouverte, boucle fermée ou double-boucle (en cascade). il est spécialement conçu pour contrôler le courant dans une bobine de vanne proportionnelle.
Connecteur amplificateurCe connecteur amplificateur convertit un signal standard (0 à 10 V, 0(4) à 20 ma) en un courant de sortie (0 à 1,0 a). le courant de sortie est créé par modula-tion de largeur d'impulsion, il permet un contrôle à faible hystérésis indépendam-ment de l’influence de la température.
Les vannes de la gamme PRECIfLOw sont la continuité logique du développement de la gamme POSIfLOw, vannes ayant démontré leur efficacité et performances sur le marché de la régulation proportionnelle.Leur principale différence par rapport à une POSIfLOw est l’absence de frotte-ment du noyau. Le noyau est maintenu dans le tube culasse entre deux ressorts plats profilés ainsi il n'y a pas de contact ni de frottement entre les pièces. Le frottement est toujours un énorme inconvénient pour les vannes de régulation.Ainsi cette construction innovante élimine presque complètement le frotte-ment entre le tube culasse et le noyau, ce qui se caractérise par d'excellentes performances de régulation de la PRECIfLOw.De plus, grâce à sa faible hystérésis, la répétabilité est une autre caractéristique remarquable de cette conception.La force magnétique de la bobine agit sur les ressorts plats pour tirer le noyau et permet de faire varier plus ou moins l’ouverture de la vanne. Cette conception permet d’agir sur des diamètres de passage jusqu’à 0,2 mm.Ce type de vanne est particulièrement bien adapté pour les applications liées à l’analyse.Les vannes PRECIfLOw sont aussi très bien adaptées pour les applications travaillant sur le vide et des versions en acier inoxydable sont disponibles pour les fluides agressifs.Pour son pilotage ASCO Numatics propose le ControlD, un régulateur autonome PID ou un connecteur amplificateur.
régulation de débit
Siège de vanne en inox
Joint FPM
Suspension sans frottement du noyau entre 2 ressorts plats
22
preciFlow
Ouvertle circuit magnétique attire le noyau au maximum de sa course : pleine ouverture, débit maxi
principe de fonctionnement
Ferméle noyau est comprimé sur le siège de la vanne : vanne fermée, pas de débit
A mi-coursele noyau est maintenu en position intermédiaire par la force magné-tique de la bobine
caractéristiques techniques
Fluide : air ou gaz
Gamme de pression : Vide à 10 bar (8,6 bar)
Orifices : M5, G1/8
Débit : 0,08 à 200 Nl/min
Construction : Clapet
Consigne : Via Connecteur ampli ou ControlD (0-10V, 0-20mA, 4-20mA)
Avantages : ■ Faible Hystérésis
■ Adapté aux faibles débits
■ Adapté aux pressions élevées
■ Technologie innovante (Ressorts Plats)
■ Frottements internes presque nuls
■ Pas de pression mini de fonctionnement
■ Adapté à la régulation proportionnelle
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ControlD
le dispositif de contrôle autonome ContRolD est utilisé pour une boucle ouverte, boucle fermée ou double-boucle (en cascade). il est spécialement conçu pour contrôler le courant dans une bobine de vanne proportionnelle.
Connecteur amplificateurCe connecteur amplificateur convertit un signal standard (0 à 10 V, 0(4) à 20 ma) en un courant de sortie (0 à 1,0 a). le courant de sortie est créé par modula-tion de largeur d'impulsion, il permet un contrôle à faible hystérésis indépendam-ment de l’influence de la température.
Les électrovannes proportionnelles POSIfLOw peuvent être utilisées dans presque toutes les applications où il est nécessaire de réguler le débit d’un fluide liquide ou gazeux. une seule vanne proportionnelle peut remplacer deux ou trois vannes stan-dard (NO/Nf) utilisées en parallèle pour obtenir différents niveaux de débit ; le coût et l’encombrement seront ainsi considérablement réduits. Le noyau est guidé par deux bagues permettant d’assurer un faible frottement et une bonne réponse dyna-mique. Le boîtier électronique de régulation, directement monté sur la POSIfLOw, permet d’accroître son domaine d’application. Trois potentiomètres intégrés sont utilisés pour ajuster les valeurs minimales et maxi-males de courant de la bobine et la fréquence. une fonction rampe peut également être activée afin de lisser la réponse de la vanne aux variations rapides des signaux d’entrée. Dans le cas où la valeur de consigne est inférieure à 200 mv (<0,4/4,4 mA), le courant de pilotage est coupé et l’électrovanne est hors tension (fonction complètement fermée).
régulation de débit
Vis pointeau d’arrêt (ajustée en usine)
Bobine proportionnelle
Guide-noyau (bagues mobiles)
Noyau mobile
Corps de vanne
24
Ouvertle noyau est maintenu dans sa posi-tion centrale : le débit entre l’orifice 2 et l’orifice 1 est régulé proportion-nellement à la commande.
posiFlow
principe de fonctionnement
Ferméle noyau est déplacé vers le bas guidé par deux bagues mobiles et le débit est bloqué de l’orifice 2 vers l’orifice 1.
A mi-coursele noyau est déplacé vers le haut guidé par les deux bagues et le débit est relâché de l’orifice 2 vers l’orifice 1.
caractéristiques techniques
12 12 12
Fluides distribués : Air, gaz, liquides Pression d’utilisation : Vide à 16 bar Raccordements : G 1/8, G 1/4, G 3/8, G 1/2 Débit : 0,8 à 35 Nl/min (eau) Construction : Vanne à clapet Actionnement : Bobine proportionnelle Pilotage : Via connecteur Ampli ou ControlD 0 - 10 V, 0 - 20 mA, 4 - 20 mA Options : Corps en acier inoxydable Joints d’étanchéité spéciaux Version antidéflagrante Etanchéité par garnitures à soufflet
Avantages : ■ Encombrement et coûts réduits
■ Régulation précise :
- Hystérésis < 5%,
- Reproductibilité <3%
- Sensibilité < 2%
■ Compensation de température intégrée
■ Fonction rampe afin d’assurer une réaction douce aux changements du signal d’entrée
■ Débit optimal sans coup de bélier
■ Fonction “switch off”
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régulation de débit
Clapet profilé
Utilisation
Potentiomètre de retour de position
LED de diagnostique
Pression d'alimentation du
PositionerD
Arrivée sous le clapet Pas de coups de bélier
Les vannes proportionnelles à 2 ou 3 orifices à commande par pression POSITIONERD offrent une solution de faible encombrement et permettent une installation simple et un réglage aisé.Ces vannes peuvent être utilisées dans de nombreux processus : systèmes de contrôle séquentiel, régulation en boucle ouverte ou fermée, régulation de débit ou de pression par ajustement automatique de la course du clapet. Avec une construction adaptée, ces vannes peuvent être utilisées sur différents gaz ou fluides agessifsPour les installations nécessitant une adaptation des paramètres de process, la modification peut se faire directement sur site. (Paramètres modifiables avec logi-ciel PosCom). Le POSITIONERD monté sur une vanne de la série 290 ou 390 à 2 ou 3 orifices, offre une multitude de caractéristiques de débit.
26
le logiciel posCom et son interface Rs 232 permet l'optimisation des para-mètres de régulation en fonction de l'application. (téléchargeable gratuite-ment)
Ouvertla position du clapet profilé est acti-vée par deux électrovannes intégrées (positionneur compact) qui assurent l’alimentation ou la coupure en air. Débit entre les orifices 2 et 1.
positionerd
21
2
1
3
Sollwert
Istwert
2
21
Sollwert
Istwert
1
3
21
23
Sollwert
Istwert
1
principe de fonctionnement
Ferméle clapet profilé est appliqué sur le siège. pas de débit entre les orifices 2 et 1.
A mi-coursela construction parabolique du cla-pet profilé permet d’avoir un débit proportionnel au déplacement de celui-ci.
caractéristiques techniques
les vannes proportionnelles version 2/2 sont équipées d’un clapet profilé. sa construction parabolique assure un Kv proportionnel à l’ouverture de la vanne.
Kv
signal de consigne*
Fluides distribués : Air, gaz, liquides et vapeur
Pression d’utilisation : 0 à 16 bar (vide)
Raccordement : G 1/2 à G 2 1/2
Débit : Kv 4,6 à 74 (m3/h)
Construction : Vanne à clapet (clapet profilé - version 2/2 ou 3/2 clapet plat)
Actionnement : Electrovannes 2/2 NF
Consigne : 0 - 10 V, 4 - 20 mA
Avantages : ■ 2 positions en cas de perte de puissance- Pression maintenue - Mise à l’échappement
■ Faible hystérésis ■ Dimensions réduites ■ Seuil de filtration standard de 50 µm ■ Contrôle par double boucle (option) ■ Simple ou double effet ■ Contrôle numérique ■ LED de diagnostic ■ Mise en œuvre simple
(fonction Auto INIT)
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régulation de débit
Moteur avec Drive potentiomètre et électronique
Axe de rotation
Disque plat céramique
Corps de vanne
La conception de la vanne motorisée d’ASCO Numatics consiste en deux disques plats rotatifs qui travaillent de la même manière qu'un robinet mitigeur sur les circuits d’eau des applications sanitaires. A la place du levier manuel, un moteur électrique est utilisé pour permettre l'ajus-tement en continu de l'écoulement entre la position “totalement ouverte” et la position “complètement fermée” de la vanne (0-100 %).Les disques ont une ouverture triangulaire et glissent l’un sur l’autre. Le mOTORfLOwD ajuste l'angle d’ouverture durant la régulation afin de fournir une caractéristique d’écoulement pratiquement linéaire.Les disques céramiques sont très résistants à l'usure et insensibles à la pollution.Le moteur électrique courant continu de faible puissance est directement contrôlé par son électronique. un potentiomètre rotatif intégré, mesure la position de la vanne et fournit le signal de retour pour la boucle de régulation.Le mOTORfLOwD est équipé d'un régulateur PID interne. En cas de perte de tension d’alimentation, la position de la vanne est maintenue (fail-Safe Position).Le mOTORfLOwD autorise en Option, une régulation en double-boucle (en cascade) pour permettre un contrôle direct d’une pression, d’un débit, d’une température etc…une entrée fréquence permet l'utilisation de capteurs de débit “type turbine” pour contrôler le flux des liquides.La vanne peut être adaptée à une application spécifique à l'aide du logiciel motorCom qui permet d’optimiser les paramètres de régulation.
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le logiciel MotorCom et son interface Rs 232 permet l'optimisation des para-mètres de régulation en fonction de l'application. (téléchargeable gratuite-ment)
OuvertConsigne en 10V ou 20 ma. Disques plats tournés de 90°.Débit maximum
motorFlowd
principe de fonctionnement
FerméConsigne (oV ou 0/4ma) les ouvertures des disques rotatifs sont complètement obturées. pas de débit
A mi-courseConsigne en 5 V ou 10ma. Disques plats tournés de 45° par rapport à l'autre.Moitiè du débit
caractéristiques techniquesFluide : air, gaz, eau, huile
Gamme de pression : Vide à 10 bar
Orifices : G3/4
Débit : kv 1,1 (m3/h)
Construction : disque céramique plat
Consigne : (0-10V, 0-20mA, 4-20mA)
Retour capteur : 0-10V, 0-20mA, 4-20mA
Avantages : ■ Très bonne Résistant à l'usure des disques céramiques
■ Pas de coup de bélier
■ Pas de pression mini de fonctionnement
■ Faible consommation électrique
■ Insensible à la pollution
■ Régulation Numérique
■ Régulation double boucle (Option)
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Le CONTROLD est un régulateur autonome utilisé pour le contrôle en boucle ouverte, boucle fermée ou double-boucle des installations (Régulation en cascade)Il est conçu pour contrôler les vannes proportionnelles en régulant le courant de la bobine. La valeur maximale du courant de la bobine est déterminée automatiquement grâce la fonction “auto-tune”.Ainsi, le CONTROLD, permet d’étendre la régulation proportionnelle à de plus en plus d’applications complexes en intégrant des signaux d'entrées analogiques de débit, de température, de pression, de force, etc…une liaison série RS232 ou une interface uSB mini permettent la communication avec un PC et le ControlD.Le logiciel ASCO Numatics DigiCom permet d’adapter les paramètres de régulation du contrôleur à l’application.Trois boutons et un afficheur permettent le réglage de la consigne en mode manuel et l'affichage des informations de retour sans avoir besoin de connecter le contrôleur à un PC lors de la mise en service de l’installation.Des LEDs supplémentaires indiquent l'état de fonctionnement et les messages d'erreur (p. ex. tension basse, surtension, consigne pas atteinte)
régulation de débit électrique
Bouton auto tune
ConnectionUSB mini
ConnectionRS 232
Réglagesmanuels
30
controld
• La fonction scope vous permet d’avoir accès et de lire la réponse du système transitoire en temps réel.
• Les paramètres de régulation peuvent être ajustés à l'aide du logiciel sans avoir à démonter le régulateur de l’installation.
• Les Paramètres, une fois optimisés, peuvent être enre-gistrés et recopiés sur d’autres ControlD par exemple.
Le logiciel ASCO Numatics DigiCom offre les fonction- nalités suivantes :
• Affichage en temps réel : du signal de commande, de la pression de sortie, des paramètres de contrôle internes (ex. P, I ou D), du signal pressostat, etc…
Ajustement des paramètres :
• Type de signal de commande, offset, pente, limitation du courant de control de la bobine, rampe, etc…
• Réglages personnalisés à une application
• Contrôle des vannes proportionnelles telles que POSIfLOw, PRECIfLOw ou vannes proportionnelles 602 de régulation de pression
En connectant le ControlD à un pC via un port usB, le logiciel asCo numatics DigiCom (livré avec le ControlD) peut être utilisé pour optimiser les paramètres de régulation de la vanne en fonction de l’application. (téléchargeable gratuitement)
caractéristiques électriquesTension d'alimentation : 12/24 Vcc ±10 %
Température ambiante : -20°C à +50°C
Courant maxi de bobine d'électrovanne proportionnelle : 2 A
Entrée de consigne : 0 - 10 V CC, 0 - 20 mA ou 4 - 20 mA
Entrée capteur : 0 - 10 V CC, 0 - 20 mA ou 4 - 20 mA
Sortie de valeur instantanée : 0 - 10 V, 0 / 4 - 20 mA
Rampe : ON/OFF réglable entre 0,1 et 20 secondes
Fréquence de commutation réglable : 20 à 2000 Hz
Avantages : ■ Faible hystérésis ■ Optimisation simple des paramètres ■ Régulation Numérique ■ Afficheur intégré ■ AUTO-TUNE pour détermination
automatique du courant Maxi de la Bobine
■ Communication USB mini PC ■ Communication RS232 PC ■ Retour capteur configurable ■ Visualisation des résultats immédiats
grâce à la fonction oscilloscope ■ Boucle ouverte, fermée ou double ■ Sauvegarde des paramètres ■ Exemple de vannes connectables :
POSIFLOW, PRECIFLOW et 602 de la gamme ASCO Numatics
Électrovanneproportionnelle
ProcessConsigne SignalPWM
SignalPWM
boucle ouverte
Capteur 1
Consigne
Comparateur
* PWM : Modulation de la largeur d’impulsion
double boucle
Unité Unité Électrovanne
proportionnelleProcess
Capteur 2
boucle fermée
SignalPWM
Consigne Électrovanneproportionnelle
Process
Capteur
principe de fonctionnement
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Ce module d'E/S permet à l'utilisateur de contrôler les vannes proportionnelles analogiques via des ilots de distributeurs pneumatiques connectés aux principaux bus de terrain.Les avantages principaux de ce type de pilotage :- Simplification du câblage- Diagnostic par bus de terrain- Réduction du temps de câblage
Toutes les vannes proportionnelles ASCO Numatics, SentronicD, Sentronicplus, motorflowD, flowtronicD etc… peuvent être connectées directement à un ilot pneumatique équipé de son électronique G3.Le module d'E/S analogiques G3 fournit le signal de consigne, la puissance nécessaire (Jusqu’à 2 A sous 24 vdc) et permet de lire le retour capteur (Donnée de sortie) sur la voie d’entrée analogique associée.
pour le contrôle de vannes proportionnelles
module entrées/sorties analogiques g3
32
module entrées/sorties analogiques g3
caractéristiques techniques
• Sortie analogiqueRésolution : 16 bits Gamme de signaux : 0-10 VDC
• Entrée analogiqueRésolution : 16 bits Gamme de signaux : 0-10 VDC
• CaractéristiquesPlage de température : - 20° C à + 50° CHumidité : 95 % d'humidité relative,
sans condensationDegré de protection : IP65, IP67 (avec assemblage
approprié et avec résistance de terminaison)
• Information des afficheurs - Alarmes haute et basse- Mapping des modules- Diagnostic- Paramétrage- Visualisation des signaux analogiques par barres
graphe
• Avantages : ■ Contrôle par Bus de terrain des vannes proportionnelles■ Efficacité et réduction des coûts de câblage■ Diagnostic par afficheur ■ Diagnostic via le bus de terrain par bits de diagnostic ■ Très haute sensibilité ■ Large gamme de protocoles
L’électronique G3 est un nœud bus de terrain intégré sur un ilot de distributeurs pneumatiques
La G3 intègre un afficheur sur chaque module afin de simplifier le paramétrage ou le diagnostic des installa-tions.
Les principaux avantages de la G3 :
• Câblage réduit : mode distribué permettant de connecter les entrées/sorties au plus près de l’action-neur
• Connexion standard : Raccordement par connecteur à visser m12 ou à borniers
• Raccordement rapide et efficace : Connecteur SPEEDCONNEC m12 verrouillé en ½ tour
• Sauvegarde des données : module ARm (mémoire de sauvegarde). mémoire non volatile pour sauve-garde des paramètres
• Rapidité d’intervention : visualisation des diagnos-tics par afficheur sur chaque module
• Accessibilité : Enclipsage facile de chaque module en face avant, sans démontage de l’îlot
• Modularité pneumatique : Interface avec les dis-tributeurs d’un débit de 275, 600, 1310 et 3820 l/min ANR
• Modularité électrique : Entrées/Sorties analogiques et numériques
• Etude simplifiée : Téléchargement des dessins 2D/3D disponibles en 85 formats différents
L'électronique G3 est compatible avec les protocoles de communication suivants :
Ethernet POwERLINK, DeviceNetTm, EtherNet/IP™, modbus TCP/IP, PROfIBuS DP®, PROfINET®, CANopen®, DeviceLogixTm et EtherCat®.
Diagnostic par afficheur
33
introduction à la technologie de régulationsymboles et glossaire
hySTéRéSiS
SENSiBiLiTé DE FONCTiONNEMENT
LiNéARiTé
REPRODUCTiBiLiTé
L’hystérésis provient du frottement et d’une déformation importante des composants élastiques. Pour le fonc-tionnement, il en résulte des pressions de sortie différentes à une même 0 valeur de consigne (signal électrique) selon que la valeur préalable était plus grande ou plus petite.
Capteur depression
Capteur de force
Capteur de déplacement
Capteur d'angle
Capteur de débit
Capteur detempérature
Potentiomètre
Vérin
symboles
Le changement minimal de la consigne qui génère une modification de la pression de sortie est appelé sensibilité de fonctionnement. Exprimée en pourcentage de la valeur maximale du signal électrique d’entrée, cette valeur n’est que de 0,5 % pour la vanne SENTRONIC d’ASCO Numatics, permettant ainsi une mise au point idéale de la pression de sortie.
une pression de sortie établie en fonction d’une valeur de consigne donnée devrait résulter dans une courbe de caractéristiques presque droite (linéaire). La (non-) linéarité exprime la déviation de la courbe de débit réelle de la ligne droite théorique (exprimée comme un pourcentage pour un intervalle linéaire donné de la courbe).
Les composants de régulation sont plus précis dans la répétition d’une valeur prédéterminée que dans l’ajustement de valeurs absolues. La reproducti-bilité, c’est mesurer la variation de la valeur de sortie lorsque la même valeur d’entrée est appliquée et ce, de façon répétitive et dans les mêmes conditions. D’autre part, elle est positivement influencée par une faible hystérésis.
34
introduction à la technologie de régulation
Potentiomètre
Interrupteurélectrique
Affichagenumérique
Affichageanalogique
Génératricetachymétrique
Vanneproportionnelle
Convertisseur detension/courant
Convertisseurnumérique-analogique
symboles
DéCALAGE DU zéRO
MODiFiCATiON DE LA PENTE
FONCTiON DE RAMPE
VALEUR iNSTANTANéE
Par le décalage du zéro, on peut soit assigner un point de départ prédéfini à une vanne propor-tionnelle, soit faire correspondre une pression ou un débit précis à une valeur de consigne définie ou inversement.
Si la plage de pression de l’utili-sateur n’est qu’une partie de la plage totale d’ajustement de la vanne, on peut modifier la pente en adaptant la plage de consigne (0 - 10 v) à la plage d’opération de l’utilisateur. On obtient ainsi la plus grande résolution possible.
La fonction de rampe permet de contrôler le temps de réaction de la vanne. La pente de cette rampe, due à une variation brusque de la consigne, peut être réglée par l’intermédiaire de l’électronique de commande. Cette fonction peut permettre une ouverture et une fermeture lente des vannes pro-portionnelles.
valeur électrique effective d’une grandeur physique (pression, force, température, débit...).
VALEUR DE CONSiGNEvaleur de référence électrique de la variable contrôlée qui doit être effectivement atteinte et maintenue dans la boucle de contrôle.
FRéqUENCE D’ONDULATiONTension de modulation permettant de diminuer le frottement par adhérence (« slip-stick ») dans une vanne.
35
introduction à la technologie de régulation
Sur beaucoup de machines et d’installations, des grandeurs physiques (température, pression, force, déplacement, etc.) doivent atteindre une valeur déterminée (p.ex. la position du chariot d’une machine-outil) indépendamment d’influences extérieures perturbatrices. Pour ce faire, il faut réaliser deux opérations liées l’une à l’autre : la comparaison et l’ajustage. Le cycle d’opérations nécessaires s’effectue dans une boucle dite “de régulation”. On peut distinguer deux types de boucles : “boucle de régulation ouverte” et “boucle de régulation fermée”.
systèmes de réglage
régulation en boucle ouverte
régulation en boucle fermée
une boucle de régulation ouverte, c’est par exemple un radiateur dans lequel l’alimentation en eau chaude et, ainsi, la température, sont “réglées” ou plus précisément “ajustées”. En fonction des variations de la température ambiante, on agit manuellement (ouverture/fermeture) sur la vanne. Il s’agit d’une régulation sans boucle de contrôle entre l’entrée et la sortie du système, ni retour d’informations.On entend ainsi par régulation l’utilisation de méthodes et d’équipements spéciaux qui influent sur des cycles opératoires ou des processus. un système de régulation est en place si un processus est influencé par une relation à un état désiré sans tenir compte de l’état des mesures. une caractéristique parti-culière de la régulation “en boucle ouverte” est la séquence ouverte des actions.
Dans une boucle fermée, la valeur souhaitée est constamment comparée à la valeur effective. La norme DIN 19226 définit les termes “réglage et régulation” comme suit : “Le réglage / la régulation” est une opération dans laquelle une grandeur physique (p.ex. température, pression ...) est continuellement mesurée et comparée à une valeur déterminée, avec pour but d’aligner ces variables. La séquence fermée des actions qui en résulte s’effectue dans une boucle dite de régulation fermée. En prenant pour exemple la régulation de la température d’un radiateur, la température réelle est mesurée par un capteur de température et comparée à la consigne. Tout écart entre la valeur désirée et la valeur mesurée provoque un signal qui est transmis à la vanne pour l’ouvrir (si la température est in-férieure à la valeur souhaitée) ou la fermer (si la température est supérieure à la valeur souhaitée). Ainsi, la température est maintenue à la consigne et ce, de manière stable et indépen-damment des conditions extérieures ou d’éléments perturba-teurs.
Valeur deconsigne
Organe decommande Actionneur Processus
Régulation en boucle ouverte
Valeur deconsigne
Organe decommande Actionneur Processus
Capteur
Régulation en boucle fermée
36
introduction à la technologie de régulation
Lorsqu’un écart est observé dans un processus, les méthodes de régulation peuvent être distinctes selon le comportement d’un régulateur. Pour les applications en produc-tion, il est important de connaître l’influence du temps sur la variable de régulation. Les régulateurs peuvent avoir un comportement continu ou discontinu. On distingue ainsi deux types de régulations : à action discontinue (régulation à deux ou plusieurs niveaux) ou à action continue (régulation proportionnelle).
méthodes de régulation
régulation à action discontinue
régulation à action continue
un processus s’effectuant pas à pas est appelé discontinu. un régulateur à action discontinue, ou encore appelé régulateur à commutation, influence le processus par une commande tout ou rien à un niveau d’énergie constant. Ces régulateurs assurent la fonction de commutation en déclen-chant une séquence d’impulsions à un niveau d’énergie fixe. Ces séquences de commutation “en circuit” et “hors circuit” ont des temps d’influence variable sur le process à réguler. Les inconvénients d’un tel système sont les à-coups déclenchés lors de la mise en route. En outre, il n’est pas possible d’éviter les variations de la valeur instantanée autour de la valeur de consigne. Le niveau d’intervalles entre lesquels la grandeur à régler oscille entre l’état “en circuit” et l’état “hors circuit” est appelé amplitude de variation. Cette amplitude est la fonction caractéristique de l’action discontinue. Les régulateurs à trois ou multiples positions disposent d’au moins une étape inter-
médiaire supplémentaire par rapport aux régulateurs tout ou rien (ex. : appareil de conditionnement d’air : chauffage - posi-tion neutre - refroidissement).
Les régulateurs à action continue assurent la fonction de régu-lation en exerçant une influence permanente sur le processus. La valeur de la variable contrôlée peut se situer à n’importe quel niveau de la plage de régulation, ce qui peut générer des signaux entre 0 et 100 %.Exemple : une charge lourde est à accélérer et décélérer en douceur. Dans le cas d’un régulateur à action discontinue, il faut d’abord démarrer la charge à la vitesse v1 puis à la vitesse v2. Celle-ci est ensuite transportée à une vitesse constante v3, puis décélérée aux vitesses v4 et v5 (voir illustration ci-contre). La vitesse est contrôlée en pas à pas. Les paliers individuels des échelons de vitesse sont légèrement nivelés par le débit volumé-trique et l’inertie du vérin. Il est toutefois difficile d’en réduire les fluctuations, c.à.d. d’obtenir des échelons plus “lisses”. L’une des méthodes pour pallier ces inconvénients est d’utiliser une vanne proportionnelle qui régule en permanence le processus, c.à.d. les vitesses des vérins et des moteurs, évitant ainsi les
à-coups des commutations. De plus, il est possible de prédéfinir les vitesses de ces matériels.
Régulation à action discontinue Régulation à action continue
tempstemps
Valeur deconsigne
tempé
ratu
re
tempé
ratu
re
Régulation à action discontinue
Régulation à action continueContrôle proportionnel
temps
vites
se
37
introduction à la technologie de régulation
un régulateur a une fonction de transfert qui compare la valeur instantanée reçue d’un capteur à la valeur prédéterminée (c.à.d. une valeur de consigne) et qui la traite de sorte qu’un signal de contrôle soit transmis à l’élément régulateur (vanne propor-tionnelle) sous une forme appropriée. Cette opération devrait être contrôlée dans le temps par le régulateur de manière à ce que les qualités dynamiques du processus à réguler soient bien équilibrées. La valeur de consigne doit être atteinte dans le plus bref délai tandis que la valeur instantanée doit fluctuer le moins possible par rapport à cette valeur de consigne.
types de régulateurs
régulateur à action continue
La sortie d’un régulateur à action continue est pourvue d’un signal continu (tension ou courant) qui peut en permanence prendre toutes les valeurs intermédiaires entre une valeur initiale et une valeur finale.
Le régulateur P (Proportionnel) est un régulateur de base. Les régulateurs I (Intégral) ou D (Dérivé) seuls, sont moins appropriés en pratique. Des combinaisons de régulateurs P, D et I telles que les versions PI, PD ou PID se sont avérées les plus adaptées.
Les combinaisons sont choisies en fonction du type d’appli-cation. L’avantage d’un régulateur PID est sa performance dynamique, sa précision de réglage et sa stabilité. L’ajustage individuel des paramètres de réglage permet l’adaptation optimale des vannes proportionnelles aux applications spécifiques.
Types de régulateursApplication
Pression
Débit
Température
Niveau
Vitesse
exigencessimples
nonappropriés
appropriés
appropriés
appropriés
appropriés
appropriés
nonappropriés
appropriés
appropriés
appropriés
moinsappropriés
nonappropriés
appropriés
exigencessimples
Régulateur p
Régulateur i
Régulateur D
Régulateur piD
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introduction à la technologie de régulationrégulateurs tout ou rien
régulateurs auto-adaptatifs logique “floue” (fuzzy logic) / sentronic “fuzzy”
A l’opposé d’un régulateur à action continue, ce type de régu-lateur ne dispose pas d’un signal de sortie continu mais d’un signal qui peut seulement être mis “en circuit ou hors circuit”. Il reste toutefois adaptable à la régulation.
Les différents types de modulation : • la modulation en largeur d’impulsion • la modulation d’impulsions en amplitude • la modulation d’impulsions en fréquence
ASCO Numatics utilise de la modulation en largeur d’impulsion dans ses boîtiers électroniques.
Modulation en largeur d’impulsionDans la modulation en largeur d’impulsion, la tension d’alimen-tation de 24 v CC est transformée en impulsions rectangulaires de différentes largeurs. Le signal de sortie n’est plus un signal constant mais une série d’impulsions répétées à intervalles ou périodes de temps réguliers. Durant chaque période, l’impulsion est présente (24 v) pendant un laps de temps, puis elle est absente (0 v). La durée pendant laquelle l’impulsion est présente s’appelle la “largeur d’impulsion”.Ce type de modulation est obtenu en changeant la largeur
d’impulsion, qui peut varier entre 0 % et 100% de la période. Cette variation de la largeur d’impulsion provoque une varia-tion proportionnelle du courant moyen de la bobine.
En complément de la vanne SENTRONIC avec régulateur PID standard, nous proposons une vanne propor-tionnelle à logique “floue” pour les applications où la mise au point des paramètres de réglage est délicate. Contrairement à la logique “tout ou rien”, la logique “floue” utilise des transitions continues et définit automatiquement les paramètres de réglage optimaux. La vanne proportionnelle effectue ainsi 10 étapes d’adaptation de la consigne. Son électronique évalue la valeur de retour des capteurs et les paramètres de réglage sont alors optimisés après chaque étape et mémorisés au bout des 10 phases d’adaptation. La vanne proportionnelle fonctionne alors avec ces paramètres optimisés.
Courant Intensité bobineLargeur d'impulsion
Période
Tensionmoyenne
Tensionmoyenne
Tensionmoyenne
Tensionmoyenne
Valeur instantanée
Valeur de consigne
U, P
Valeur instantanée
Valeur de consigne
U, P
Valeur instantanée
Valeur de consigne
U, P
Valeur instantanée avec paramètres de réglage non-adaptés
après la 3ème adaptation
après la 10ème adaptation
Modulation en largeur d’impulsion
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