Partie2: Les éléments de commande en Automatisme

Les relais temporisés :

Les deux principaux relais temporisés, pouvant effectuer des délais de 0.05 seconde à plus de 300 heures, sont ceux au Travail (RT) et ceux au Repos (RP).

Les contacts d’un relais temporisé au Travail changent d’état lorsque la bobine du temporisateur est alimenté plus longtemps que le délai (T). 

En contrepartie, un relais temporisé au Repos active immédiatement les contacts lorsque la bobine est alimentée. Il attend plutôt la coupure d’alimentation avant d’effectuer le délai. Il faut donc que la bobine cesse d’être alimentée avant que les contacts retournent à leur état initial.

Il existe des relais temporisés pouvant combiné les deux fonctions. Ainsi, un délai s’effectuera lors de la mise sous tension et lors de la perte d’alimentation de la bobine. On répertorie également des relais impulsionnels permettant un délai fixe peu importe la durée de l’alimentation. Enfin, certaines compagnies offrent des relais clignoteurs permettant d’obtenir des cycles constants et des relais à rémanence ou à mémoire qui conservent l’état même lors de la perte d’alimentation. Ces derniers sont combinés avec une autre bobine pour retrouver l’état de repos.

Interrupteurs de position :

Les interrupteurs de position sont présents dans une grande variété d’applications en raison des nombreux avantages inhérents à leur technologie.

Ils transmettent au système de traitement les informations de présence/absence, de passage, de positionnement et de fin de course. Il existe, à toute fin pratique, deux types de contacts reliés aux interrupteurs de position. 

Dans les contacts à action brusque, la vitesse de déplacement des contacts mobiles est indépendante de celle de l’organe de commande. Cette particularité permet d’obtenir des performances électriques satisfaisantes même à faible vitesse.

Les contacts à action dépendante ont une vitesse de déplacement des contacts mobiles égale ou proportionnelle à celle de l’organe de commande.

Les caractéristiques d’un tel élément reflètent principalement la conformité aux normes et à la certification des interrupteurs. De plus, il existe évidemment des caractéristiques électriques permettant de savoir le courant et la tension d’emploi des contacts. 

Une multitude de formes d’interrupteurs de position se retrouvent sur le marché, en voici une liste épurée.

De nos jours, les interrupteurs industriels ont des têtes amovibles pouvant se fixer à angle ou de façon rectiligne. De plus, la très grande majorité possèdent une série de contacts à ouverture et à fermeture.
On retrouve le même type d’interrupteurs à position que ceux montrés au tableau 1-5, avec en plus, la possibilité d’y ajouter un module de réarmement ou de sécurité par clé.

Détecteurs de proximité :

Généralités :

Comme tous les éléments en électronique, le manufacturier s’efforce de nous donner une gamme complète de caractéristiques. Pour le commun des mortels, c’est-à-dire le technicien en électronique, la plupart de celles-ci sont, à tout le moins, superflues.

Les aspects permettant de bien différentier un détecteur de proximité sont:

le types : inductif ou capacitif;

noyables ou non;

construits avec une sortie à 2 ou 3 fils;

construits avec une portée de détection nominale (Sn) en mm;

construits avec une portée réelle mesurée en condition normale d’opération (Sr) en mm.

construits avec une fréquence de commutation, surtout dans les applications telle la détection d’une roue dentelée. 

Symboles des détecteurs de proximité :

La combinaison du losange avec le contact en ouverture ou en fermeture permet de symboliser les détecteurs de proximité. Parfois, telle la figure 1-9, on indique la lettre I ou C afin de différentier entre le type capacitif et inductif.

Capacitif ou inductif :

Les détecteurs de proximité sont divisés en deux types: l’inductif qui est adapté à la détection d’objets métalliques et le capacitif qui, lui, permet la détection d’objets isolants liquides ou pulvérulents. Les deux types sont utilisés dans la détection de présence, du passage, du défilement des pièces, de la fin de course, de la rotation et du comptage.

Le terme proximité est bien choisi puisqu’il signifie une présence très près de la face du détecteur. Il peut s’agir en effet de détection entre 0 mm et tout au plus 90mm. Les grands avantages sont la détection d’objets fragiles, fraîchement peints, la prise en compte d’information de courte durée, sa très bonne tenue aux environnements industriels et sa durée de vie indépendante du nombre de cycles de manoeuvres.

Il se divise en quatre sections:

la face détection;

l’oscillateur;

le circuit de mise en forme;

l’étage de sortie.

Principe de fonctionnement:

Son principe de fonctionnement est simple. Qu’il s’agisse d’un détecteur inductif ou capacitif, lorsqu’un objet se présente à proximité de la face, la valeur d’inductance ou de capacitance générée par l’approche de celui-ci fait varier la fréquence de l’oscillateur. Le circuit de mise en forme détecte le changement et envoie une commande à l’étage de sortie. Évidemment, l’utilisation d’un détecteur inductif demande l’approche d’un élément métallique et le détecteur capacitif, un élément isolant.

Représentation mécanique:

Il existe, dans la forme cylindrique comme dans la forme rectangulaire, une autre subdivision. Il s’agit ici de la noyabilité du détecteur dans un masse métallique.

Signal de sortie

Il existe deux types de sortie. La première technique emploie deux fils et les appareils sont alimentés en série avec la charge à commander. De ce fait, ils sont sujets à un courant résiduelle à l’état ouvert et à une tension de déchet à l’état fermé.

L’autre technique emploie 3 fils; les deux premiers permettent d’alimenter le dispositif tandis que le troisième transmet le signal de sortie. 

Ces détecteurs sont relativement fragiles, quoique la plupart des manufacturiers offrent des protections en court-circuit et contre les inversions de polarité. L’emploi de ces détecteurs peut se faire tant en courant alternatif qu’en courant continu. 

Reportez-vous aux fiches du manufacturier afin de vous s’assurer du branchement à réaliser. Il est déconseillé de relier les détecteurs directement à une lampe incandescente. La résistance à froid de ces dispositifs pourrait endommager le détecteur en laissant passer une surcharge de courant.

Évidemment, il ne faut pas relier directement un détecteur de proximité à une source alternative. Ceci se traduirait par la destruction immédiate de l’appareil. Assurez-vous de toujours brancher une charge en série avec le dispositif.

Détecteurs photoélectriques :

Les détecteurs photoélectriques détectent une cible selon deux procédés: le premier exécute la détection par le blocage de la lumière émise. Parmi ces systèmes, notons le barrage et le réflexe. La seconde méthode utilise le renvoi de la lumière. Ce système est nommé proximité ou direct. Selon l’application et la distance de détection désirée, il faudra choisir l’un ou l’autre des types photoélectriques

Généralités

Les systèmes photoélectriques utilisent de la lumière infrarouge, rouge ou verte. Elle est modulée de telle sorte à insensibiliser le système à la lumière ambiante. Au niveau du récepteur, seule la fréquence émettrice sera acceptée comme étant la lumière reçue. 

Lorsqu’un récepteur ou un réflecteur se retrouve en angle, cela peut causer une erreur de lecture. Il faut donc que l’installation mécanique de ces détecteurs soient la plus fixe et la plus précise possible. 

Il faut également savoir que de plus en plus la fibre optique est utilisée afin de transporter la lumière. Ainsi, il existe des systèmes de détecteurs photoélectriques utilisant cette communication. L’aspect compact de la fibre optique l’avantage dans plusieurs applications où l’espace est restreint.

Comme dans les systèmes de proximité inductif et capacitif, il se trouve des détecteurs pouvant s’alimenter sur le courant alternatif de 24 à 240VCA ou continu de 24V à 125VCC. De plus, les sorties sont du même type, i.e. à relais ou statique. Les sorties à relais ont l’avantage de commuter des courants importants tandis que les sorties statiques possèdent une plus longue durée de vie et peuvent atteindre une cadence plus élevée.

Les système de détection

SYSTÈME À BARRAGE

Ce système est le moins pratique mais le plus puissant. Le moins pratique puisqu’il nécessite deux boîtiers alimentés: l’un qui agit comme émetteur de lumière et l’autre qui la reçoit. Par contre, ce système a la plus grande portée pouvant aller jusqu’à 150 mètres. Plus on éloigne l’émetteur du récepteur, plus l’alignement doit être précis. Il est fiable et bien adapté aux environnements difficiles.

SYSTÈME RÉFLEXE

Les détecteurs de type réflexe facilite la mise en oeuvre. L’utilisation du réflecteur élimine le besoin d’un second module et ainsi rend plus compact l’installation. L’exemple d’un convoyeur le long d’un mur illustre bien ce principe. La figure 1-16 démontre le trajet du faisceau de la lumière. À droite, le faisceau est coupé lorsqu’un objet se présente. Les types réflexes peuvent facilement détecter jusqu’à une quinzaine de mètres.

SYSTÈME DIRECT OU DE PROXIMITÉ

Ce principe est le plus simple puisqu’il ne demande ni récepteur séparée ni réflecteur. Par contre, l’objet à détecter doit être réfléchissant. Évidemment, ce système possède la portée de détection la plus faible.

Mode de fonctionnement

Sur la plupart des détecteurs photoélectriques, il existe un interrupteur «dark ON/dark OFF»; en français: fonctionnement clair/fonctionnement sombre. Dans le cas du fonctionnement clair, la réception de la lumière, par le récepteur, fait activée la sortie. En fonctionnement sombre, la non-réception de lumière active la sortie. Ce principe devient important lors de la mise en oeuvre d’un automatisme.

Au niveau du branchement de sortie, les mêmes règles que les détecteurs de proximité doivent s’appliquer. Ainsi, il ne faut pas brancher uniquement l’alimentation sur le détecteur mais une charge est essentielle, voire même sans retour. Qu’il s’agisse d’une sortie à deux fils (relais) ou à 3 fils (statique), une charge doit toujours être placée en série avec l’alimentation. De plus, n’alimentez pas directement un détecteur à une lampe incandescente ou à des moteurs qui demanderont un courant de départ élevé. Utilisez plutôt des relais de contrôle ou un automate afin d’alimenter les charges.

Pressostats :

Ces éléments sont destinés à contrôler ou à réguler une pression dans un circuit pneumatique ou hydraulique. L’appareil transforme un changement de pression en un signal électrique. Lorsque la pression atteint la valeur de réglage, un contact électrique change d’état. 

Il existe de pressostats à un ou à deux points de consigne. Lorsque deux points de consigne sont nécessaires, ils se nomment PH pour point haut, et PB pour point de consigne bas. On retrouve ces appareils sous la forme de circuits auxiliaires, prêts à contrôler des électrovannes ou des bobines de contacteurs, mais il en existe également pour des circuits de puissance destinés à commander directement des moteurs monophasés ou triphasés et, plus particulièrement, des pompes et des compresseurs.

Le principe de fonctionnement est relativement simple. Lorsque la pression, agissant sur une membrane, devient supérieure à l’effort du ressort d’ajustement, le levier solidaire de la membrane fait alors basculer le contact.

Exemple d’utilisation :

Utiliser dans l’opération de compactage des déchets. Lorsque le vérin compacteur atteint une pression de 180 bars, le bloc de déchets est compacté.

Sécurise un dispositif de fermeture d’une porte en cas d’obstacle. Lorsque la pression de service de 2 bars augmente à 5 bars, le pressostat commande l’ouverture.

Contrôle la pression d’air dans les circuits de sécurité d’un train à grande vitesse (TGV). Surveille également la pression au freinage, etc.

Thermostats :

Les thermostats sont destinés à détecter un seuil de température. L’appareil transforme la variation de température en un signal électrique «tout-ou-rien». Lorsque la température atteint la valeur de réglage, un contact change d’état.

Ce type de détecteur permet de vérifier le dépassement de point de sécurité dans plusieurs systèmes. Le principe usuel utilise un élément qui se dilate avec l’augmentation de la température. Lorsque la température atteint le point de consigne, la dilatation est telle qu’un contact peut changer d’état. L’ajustement du point de consigne est fait par une pression plus ou moins grande sur un ressort.

Unités de commande:

figure 1-18

Pour que la machine soit au service de l’homme, ce dernier doit pouvoir dialoguer avec celle-ci. Cette conversation, il l’a fait par l’entremise de divers boutons, voyants et avertisseurs sonores.

À la figure 1-18, vous pouvez visualiser les principaux types de boutons et commutateurs.