Pneumatique Electropneumatique

Pneumatique
Electropneumatique
Principes de base
Manuel
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Festo Didactic
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573032
12/2009
Frank Ebel, Siegfried Idler, Georg Prede, Dieter Scholz
Doris Schwarzenberger
26/11/2010, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Allemand, 2010
Internet : www.festo-didactic.com
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Table des matières
Avant-propos ___________________________________________________________________________ 11
1
1.1
1.2
1.2.1
1.2.2
1.3
Applications d'automatisation ______________________________________________________
Aperçu __________________________________________________________________________
Propriétés de la pneumatique _______________________________________________________
Critères pour fluides de travail _______________________________________________________
Critères pour fluides de commande ___________________________________________________
Développement de systèmes de commande pneumatiques _______________________________
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13
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16
2
2.1
2.1.1
2.1.2
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
Terminologie de base de la pneumatique _____________________________________________
Bases physiques __________________________________________________________________
Loi de Newton ____________________________________________________________________
Pression_________________________________________________________________________
Propriétés de l'air _________________________________________________________________
Loi de Boyle-Mariott _______________________________________________________________
Loi de Gay-Lussac _________________________________________________________________
Équation générale des gaz __________________________________________________________
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3
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
3.2.5
3.2.6
3.2.7
3.3
3.4
3.4.1
3.4.2
3.4.3
3.5
3.5.1
3.5.2
3.5.3
3.5.4
Production d'air comprimé et alimentation en air comprimé ______________________________
Conditionnement de l'air comprimé __________________________________________________
Conséquences d'un mauvais conditionnement de l'air comprimé __________________________
Niveau de pression ________________________________________________________________
Compresseurs ____________________________________________________________________
Compresseurs à piston alternatif _____________________________________________________
Compresseurs à membrane _________________________________________________________
Compresseurs à piston rotatif _______________________________________________________
Compresseurs à vis________________________________________________________________
Compresseurs non volumétriques ____________________________________________________
Régulation _______________________________________________________________________
Facteur de marche ________________________________________________________________
Accumulateur pneumatique _________________________________________________________
Déshydrateurs ___________________________________________________________________
Déshydrateur à froid _______________________________________________________________
Déshydrateur à adsorption _________________________________________________________
Déshydrateur à absorption _________________________________________________________
Distribution de l'air ________________________________________________________________
Dimensionnement des tuyauteries ___________________________________________________
Perte de charge ___________________________________________________________________
Matériau des tuyauteries ___________________________________________________________
Disposition des tuyauteries _________________________________________________________
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3.6
3.6.1
3.6.2
3.6.3
3.6.4
Unité de conditionnement __________________________________________________________
Filtres à air comprimé ______________________________________________________________
Manodétendeur __________________________________________________________________
Lubrificateur _____________________________________________________________________
Combinaisons d'appareils __________________________________________________________
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41
43
4
4.1
4.1.1
4.1.2
4.2
4.2.1
4.2.2
4.2.3
4.2.4
4.2.5
4.2.6
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.5
4.5.1
4.5.2
4.5.3
4.5.4
4.6
4.6.1
4.6.2
4.6.3
4.6.4
Actionneurs et organes de sortie ____________________________________________________
Vérins à simple effet _______________________________________________________________
Mode de construction______________________________________________________________
Muscle pneumatique ______________________________________________________________
Vérins à double effet ______________________________________________________________
Vérins à amortissement en fin de course ______________________________________________
Vérins tandem ____________________________________________________________________
Vérins à tige de piston traversante ___________________________________________________
Vérins multipositions ______________________________________________________________
Vérins rotatifs ____________________________________________________________________
Vérins oscillants __________________________________________________________________
Vérins sans tige___________________________________________________________________
Vérins à bande ___________________________________________________________________
Vérins à bande d'étanchéité ________________________________________________________
Vérins à accouplement magnétique __________________________________________________
Technique de manipulation _________________________________________________________
Vérin roto-linéaire _________________________________________________________________
Pinces pneumatiques ______________________________________________________________
Ventouses _______________________________________________________________________
Venturis _________________________________________________________________________
Propriétés des vérins ______________________________________________________________
Force du piston ___________________________________________________________________
Course __________________________________________________________________________
Vitesse du piston _________________________________________________________________
Consommation d'air _______________________________________________________________
Moteurs _________________________________________________________________________
Moteurs à pistons _________________________________________________________________
Moteurs à palettes ________________________________________________________________
Moteurs à engrenages _____________________________________________________________
Moteurs à turbine (turbomoteurs) ____________________________________________________
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Table des matières
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5.1
5.1.1
5.1.2
5.1.3
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.2.4
5.3
5.4
5.4.1
5.4.2
5.4.3
5.4.4
5.5
5.5.1
5.5.2
5.5.3
5.5.4
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5.6
5.6.1
5.6.2
5.6.3
5.6.4
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5.7.1
5.7.2
5.7.3
5.8
5.9
5.9.1
5.9.2
Distributeurs_____________________________________________________________________
Missions ________________________________________________________________________
Électrodistributeurs _______________________________________________________________
Pilotage d'un vérin à simple effet ____________________________________________________
Pilotage d'un vérin à double effet ____________________________________________________
Architecture______________________________________________________________________
Distributeurs à clapets _____________________________________________________________
Distributeurs à tiroir _______________________________________________________________
Caractéristiques pneumatiques ______________________________________________________
Modes de commande des distributeurs _______________________________________________
Distributeurs 2/2 _________________________________________________________________
Distributeurs 3/2 _________________________________________________________________
Distributeur 3/2 à douille coulissante manuelle ________________________________________
Distributeur 3/2 à poussoir _________________________________________________________
Distributeur pneumatique 3/2 _______________________________________________________
Électrodistributeur 3/2 _____________________________________________________________
Distributeurs pilotés _______________________________________________________________
Mode de fonctionnement du pilote pour distributeurs à commande manuelle ou mécanique ____
Distributeur 3/3 piloté à galet _______________________________________________________
Mode de fonctionnement du pilote pour distributeurs à commande électrique ________________
Électrodistributeur 3/3 piloté _______________________________________________________
Comparaison des distributeurs pilotés et des distributeurs à commande directe ______________
Distributeurs 5/2 _________________________________________________________________
Distributeur pneumatique 5/2 _______________________________________________________
Distributeur pneumatique 5/2 bistable________________________________________________
Électrodistributeur 5/2 piloté _______________________________________________________
Électrodistributeur 5/2 piloté bistable ________________________________________________
Distributeurs 5/3 _________________________________________________________________
Distributeurs pneumatiques 5/3 _____________________________________________________
Électrodistributeur 5/3 piloté à centre à l'échappement __________________________________
Influence de la position centrée ______________________________________________________
Débits des distributeurs ____________________________________________________________
Fonctionnement fiable des distributeurs_______________________________________________
Montage de distributeurs à galet_____________________________________________________
Montage des distributeurs __________________________________________________________
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92
92
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6.1
6.1.1
6.1.2
6.1.3
6.1.4
6.1.5
6.1.6
Clapets, vannes de contrôle de débit et de pression, combinaisons ________________________
Clapets _________________________________________________________________________
Clapets anti-retour ________________________________________________________________
Organes de traitement _____________________________________________________________
Sélecteur à deux entrées : fonction ET logique __________________________________________
Sélecteur de circuit : fonction OU logique ______________________________________________
Soupape d'échappement rapide _____________________________________________________
Vannes d'arrêt ___________________________________________________________________
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Table des matières
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6.2
6.2.1
6.2.2
6.2.3
6.2.4
6.2.5
6.3
6.3.1
6.3.2
6.3.3
6.4
6.4.1
Vannes de contrôle de débit ________________________________________________________ 96
Limiteurs de débit _________________________________________________________________ 96
Limiteurs de débit unidirectionnels ___________________________________________________ 97
Limitation du débit d'alimentation ___________________________________________________ 98
Limitation du débit d'échappement___________________________________________________ 98
Choix du type de limitation de débit __________________________________________________ 98
Vannes de contrôle de pression_____________________________________________________ 100
Manodétendeur _________________________________________________________________ 100
Limiteur de pression ______________________________________________________________ 100
Soupape de séquence ____________________________________________________________ 101
Combinaisons de vannes __________________________________________________________ 101
Temporisateurs __________________________________________________________________ 102
7
7.1
7.2
7.3
7.4
7.5
7.5.1
7.5.2
7.5.3
7.5.4
7.5.5
7.5.6
7.5.7
Terminaux de distributeurs ________________________________________________________
Mesures d'optimisation des distributeurs discrets _____________________________________
Avantages des distributeurs discrets optimisés ________________________________________
Distributeurs optimisés pour montage en bloc _________________________________________
Raccordement électrique des blocs de distributeurs ____________________________________
Concepts d'installation modernes ___________________________________________________
Avantages des concepts d'installation modernes ______________________________________
Composants de commande pour travail d'installation réduit _____________________________
Terminaux d'installation___________________________________________________________
Câblage avec raccordement multipôle _______________________________________________
Architecture d'un système de bus de terrain __________________________________________
Mode de fonctionnement d'un système de bus de terrain ________________________________
Type de bus de terrain ____________________________________________________________
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8.1.1
8.1.2
8.1.3
8.1.4
8.1.5
8.2
8.2.1
8.2.2
8.2.3
8.2.4
8.3
8.3.1
8.3.2
Pneumatique proportionnelle ______________________________________________________
Régulateurs de pression proportionnels ______________________________________________
Mission d'un régulateur de pression proportionnel _____________________________________
Application d'un régulateur de pression proportionnel __________________________________
Commande du banc d'essai ________________________________________________________
Schéma équivalent d'un régulateur de pression proportionnel ___________________________
Mode de fonctionnement d'un régulateur de pression proportionnel ______________________
Distributeurs proportionnels _______________________________________________________
Missions d'un distributeur proportionnel _____________________________________________
Application d'un distributeur proportionnel ___________________________________________
Schéma équivalent d'un distributeur proportionnel ____________________________________
Fonction débit-signal d'un distributeur proportionnel ___________________________________
Positionneur pneumatique_________________________________________________________
Application d'un positionneur pneumatique __________________________________________
Architecture d'un positionneur pneumatique __________________________________________
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Table des matières
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9.1
9.2
9.2.1
9.2.2
9.2.3
9.3
9.4
9.4.1
9.4.2
9.4.3
9.4.4
9.5
9.6
9.7
9.7.1
9.7.2
9.7.3
9.7.4
9.7.5
9.7.6
9.7.7
Bases de l'électrotechnique _______________________________________________________
Courant continu et courant alternatif ________________________________________________
Loi d'Ohm ______________________________________________________________________
Conducteur électrique ____________________________________________________________
Résistance électrique _____________________________________________________________
Force électromotrice ______________________________________________________________
Puissance électrique______________________________________________________________
Mode de fonctionnement d'un électroaimant __________________________________________
Architecture d'un électroaimant ____________________________________________________
Applications des électroaimants ____________________________________________________
Résistance inductive en tension alternative ___________________________________________
Résistance inductive en tension continue _____________________________________________
Mode de fonctionnement d’un condensateur électrique _________________________________
Mode de fonctionnement d’une diode _______________________________________________
Mesures sur un circuit électrique____________________________________________________
Définition : mesure _______________________________________________________________
Consignes de sécurité ____________________________________________________________
Procédure de mesure sur le circuit électrique __________________________________________
Mesure de tension _______________________________________________________________
Mesure de courant _______________________________________________________________
Mesure de résistance _____________________________________________________________
Sources d'erreurs lors de mesures sur le circuit électrique _______________________________
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10.2.1
10.2.2
10.2.3
10.3
10.3.1
10.3.2
10.4
10.4.1
10.4.2
10.4.3
10.4.4
10.5
10.6
Composants et sous-ensembles de la partie signaux de commande électriques ____________
Bloc d'alimentation ______________________________________________________________
Interrupteur monostable et interrupteur bistable_______________________________________
Contact normalement ouvert (NO) ___________________________________________________
Contact normalement fermé (NF) ____________________________________________________
Contact inverseur ________________________________________________________________
Capteurs de déplacement et de pression _____________________________________________
Détecteurs de fin de course ________________________________________________________
Capteurs de proximité ____________________________________________________________
Relais et contacteurs _____________________________________________________________
Architecture d'un relais ___________________________________________________________
Applications des relais ____________________________________________________________
Relais à rémanence_______________________________________________________________
Relais temporisé _________________________________________________________________
Architecture d'un contacteur _______________________________________________________
Mini-automates__________________________________________________________________
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Table des matières
Descriptions de cycles de travail ___________________________________________________
Diagrammes fonctionnels de machines de travail et installations de fabrication ______________
Domaine de validité du diagramme fonctionnel ________________________________________
Diagramme de déplacement _______________________________________________________
Description d'une séquence en GRAFCET selon la norme EN 60848 ________________________
Le principe de base d'un GRAFCET __________________________________________________
Étapes _________________________________________________________________________
Réceptivité _____________________________________________________________________
Actions_________________________________________________________________________
Sélection de séquence ____________________________________________________________
Bouclages et sauts _______________________________________________________________
Structuration des GRAFCET ________________________________________________________
Exemple d'un dispostif de fraisage de rainures ________________________________________
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12
Architecture des schémas _________________________________________________________
12.1
Schéma pneumatique_____________________________________________________________
12.1.1 Disposition des symboles dans le schéma pneumatique _________________________________
12.1.2 Positions des vérins et distributeurs _________________________________________________
12.1.3 Code de repérage des composants __________________________________________________
12.2 Schéma électrique_________________________________________________________________
12.2.1 Schéma synoptique ______________________________________________________________
12.2.2 Schéma fonctionnel ______________________________________________________________
12.2.3 Schéma unifilaire ________________________________________________________________
12.2.4 Schéma électrique unifilaire d'une commande électropneumatique _______________________
12.3
Schéma des connexions ___________________________________________________________
12.3.1 Exigences imposées au câblage ____________________________________________________
12.3.2 Câblage sur borniers______________________________________________________________
12.3.3 Architecture des bornes et borniers _________________________________________________
12.3.4 Affectation des bornes ____________________________________________________________
12.3.5 Architecture d'un schéma des connexions ____________________________________________
12.3.6 Création d'un schéma des connexions _______________________________________________
162
162
162
162
163
166
166
166
166
167
172
172
172
174
174
175
175
Mesures de sécurité dans les commandes électropneumatiques _________________________
Dangers et mesures de protection___________________________________________________
Effet du courant électrique sur le corps humain ________________________________________
Effet du courant électrique _________________________________________________________
Résistance électrique du corps humain_______________________________________________
Grandeurs d'influence sur le risque d'accident ________________________________________
Mesures de protection contre les accidents dûs au courant électrique _____________________
Protection contre les contacts directs ________________________________________________
Mise à la terre ___________________________________________________________________
Très basse tension de protection ____________________________________________________
180
180
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181
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184
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11.1.1
11.1.2
11.2
11.2.1
11.2.2
11.2.3
11.2.4
11.2.5
11.2.6
11.2.7
11.2.8
13
13.1
13.2
13.2.1
13.2.2
13.2.3
13.3
13.3.1
13.3.2
13.3.3
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13.4
13.4.1
13.4.2
13.4.3
13.5
13.5.1
Panneau de commande et équipements de signalisation ________________________________
Interrupteur général ______________________________________________________________
Arrêt d'urgence __________________________________________________________________
Éléments de commande d'une commande électropneumatique ___________________________
Protection du matériel électrique contre les influences de l'environnement _________________
Identification du degré de protection ________________________________________________
185
185
186
186
189
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14
14.1
14.1.1
14.1.2
14.1.3
14.1.4
14.1.5
14.1.6
14.1.7
14.2
14.2.1
14.2.2
14.2.3
14.2.4
Symboles ______________________________________________________________________
Symboles pour composants pneumatiques ___________________________________________
Symboles pour la partie alimentation en énergie _______________________________________
Symboles pour vannes ____________________________________________________________
Symboles pour distributeurs _______________________________________________________
Symboles pour clapets anti-retour, limiteurs de débit et soupapes d'échappement rapide _____
Symboles pour vannes de contrôle de pression ________________________________________
Symboles pour actionneurs ________________________________________________________
Symboles pour autres composants __________________________________________________
Symboles pour composants électriques ______________________________________________
Symboles pour fonctions de base ___________________________________________________
Symboles pour actionneurs électromécaniques ________________________________________
Symboles pour relais et contacteurs _________________________________________________
Symboles pour capteurs __________________________________________________________
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192
192
194
194
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202
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Normes
____________________________________________________________________________ 207
Index
____________________________________________________________________________ 208
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Avant-propos
L'emploi de l'air pour produire un travail remonte à des milliers d'années. Tout le monde connaît l'utilisation
du vent pour la propulsion des bateaux et l'entraînement des moulins.
Le mot pneumatique vient du grec « pneuma », qui a de nombreuses acceptions, comme l'haleine ou le
souffle. D'une manière générale, on entend par pneumatique la science des mouvements de l'air et des
phénomènes liés à l'air.
La pneumatique et l'électropneumatique s'utilisent avec succès dans de multiples domaines de
l'automatisation industrielle. Des installations de fabrication, de montage et de conditionnement
fonctionnent dans le monde entier à l'aide de commandes électropneumatiques. Les progrès
technologiques réalisés au niveau des matériaux et des méthodes de conception et de production ont en
outre amélioré la qualité et la diversité des composants pneumatiques et contribué ainsi à en généraliser
l'utilisation.
L'évolution des exigences et les développements techniques ont profondément modifié l'allure des
commandes. Dans la partie signaux de commande, le relais est de plus en plus supplanté dans bien des
domaines d'application par l'automate programmable, mieux à même de répondre aux besoins accrus de
flexibilité. Les commandes électropneumatiques modernes présentent aussi dans la partie puissance des
concepts nouveaux adaptés aux impératifs de la pratique industrielle. Nous ne citerons ici comme exemples
que les terminaux de distributeurs, l'interconnexion par bus et la pneumatique proportionnelle.
Chaque lectrice et chaque lecteur du présent manuel sont invités à contribuer à son amélioration par leurs
conseils, leurs critiques et leurs suggestions. Merci de les adresser à [email protected] ou à Festo Didactic
GmbH & Co. KG, Postfach 10 07 10, D-73707 Esslingen.
Les auteurs
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Terminologie de base de la pneumatique
2.2 Propriétés de l'air
L'air se caractérise par sa très faible cohésion ; les forces qui s'exercent entre les molécules d'air sont donc
négligeables dans les conditions de service usuelles en pneumatique. L'air, tout comme l'ensemble des gaz,
n'a pas de forme bien définie Sa forme varie sous l'effet du moindre effort et s'adapte à l'espace maximal
disponible.
2.2.1 Loi de Boyle-Mariotte
L'air peut se comprimer (compression) et tend naturellement à se dilater (expansion). Ce sont ces propriétés
que décrit la loi de Boyle-Mariotte : à température constante, le volume d'une quantité de gaz enfermée
dans une enceinte est inversement proportionnel à la pression absolue. En d'autres termes, le produit du
volume par la pression absolue est constant pour une quantité de gaz donnée.
p1  V1  p2  V2  p3  V3  constante
F1
F2
F3
V1
p1
V2
p2
V3
p3
Fig. 2.2 : Loi de Boyle-Mariotte
Exemple de calcul
On comprime de l'air se trouvant à la pression atmosphérique à 1/7 de son volume. Quelle est la pression
qui s'établit si la température reste constante ?
p1  V1  p2  V2
p2  p1 
V1
V
1
, remarque : 2 
V2
V1 7
p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar
p2 = 1 · 7 = 700 kPa = 7 bar en absolu
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3 Production d’air comprimé et alimentation en air comprimé
2
1
1
2
Fig. 3.16 : Manodétendeur sans orifice de décharge – Vue en coupe et symbole
3.6.3 Lubrificateur
En général, il n'y a pas lieu de lubrifier l'air comprimé produit. Si des pièces mobiles de distributeurs et
vérins ont toutefois besoin d'une lubrification externe, l'air comprimé doit être suffisamment et
constamment enrichi d'huile. La lubrification de l'air comprimé doit toujours se limiter aux parties d'une
installation ayant besoin d'air lubrifié. L'huile cédée à l'air comprimé par le compresseur ne convient pas à
la lubrification de composants pneumatiques.
Les vérins à joints résistant à la chaleur ne doivent pas s'utiliser avec de l'air comprimé lubrifié car la graisse
spéciale de l'huile risque sinon d'être lessivée.
Si l'on veut convertir à de l'air comprimé non lubrifié des systèmes préalablement utilisés avec graissage, il
faut renouveler le graissage d'origine des distributeurs et vérins, lequel pourrait éventuellement avoir été
lessivé.
8
1
7
2
6
3
4
5
1 : tubulure montante ; 2 : limiteur de débit ; 3 : clapet sphérique ; 4 : tube plongeur ; 5 : huile ; 6 : clapet anti-retour ;7 : canal ;
8 : chambre de goutte-à-goutte
Fig. 3.17 : Lubrificateur à air comprimé – Vue en coupe et symbole
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41
4 Actionneurs et organes de sortie
4.2 Vérins à double effet
Le mode de construction ressemble à celui du vérin à simple effet. Il n'y a cependant pas de ressort de
rappel, et les deux orifices de raccordement s'utilisent l'un pour l'alimentation et l'autre pour la mise à
l'échappement. Le vérin à double effet a l'avantage de pouvoir fournir du travail dans les deux sens. Ses
possibilités d'utilisation sont de ce fait multiples. La force transmise à la tige du piston à l'aller est un peu
supérieure à celle du retour, puisque la surface exposée à l'air comprimé du côté du piston est plus grande
que du côté de la tige.
Fig. 4.5 : Vérin à double effet – Vue en coupe et symbole
Tendances de développement
Le développement du vérin pneumatique s'oriente dans les directions suivantes :
 détection de position sans contact – utilisation d'aimants sur la tige du piston pour déclenchement de
contacts Reed (interrupteurs à lames souples) ;
 freinage de lourdes charges ;
 vérins sans tige pour environnements à place restreinte ;
 autres matériaux que le plastique ;
 revêtement/enveloppe de protection contre les influences nocives de l'environnement, par exemple
résistance aux acides ;
 plus grande charge admissible ;
 applications robotiques à propriétés particulières, telles que tiges de piston antirotation ou tiges
creuses pour ventouses.
4.2.1 Vérins à amortissement en fin de course
Quand un vérin déplace de grosses masses, on utilise un amortissement en fin de course afin d'éviter les
butées trop rudes et endommagements du vérin. Avant que ne soit atteinte la fin de course, un piston
d'amortissement coupe l'échappement direct de l'air. Une petite section d'échappement, souvent réglable,
reste néanmoins libre. La vitesse de déplacement se réduit de plus en plus dans la dernière partie de la
course. Il convient de veiller à ne jamais tourner complètement les vis de réglage car, sinon, la tige du piston
ne peut pas atteindre la fin de course considérée.
48
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4 Actionneurs et organes de sortie
4.5.3 Vitesse du piston
La vitesse du piston de vérins pneumatiques dépend de la force antagoniste, de la pression de l'air, de la
longueur de la conduite, de la section de la conduite reliant l'organe de réglage et l'organe de travail ainsi
que du débit traversant l'organe de réglage. Elle est en outre influencée par l'amortissement en fin de
course.
La vitesse moyenne du piston de vérins standard est comprise entre environ 0,1 et 1,5 m/s. Des vérins
spéciaux (vérins à percussion ou à impact) permettent d'obtenir des vitesses allant jusqu'à 10 m/s. La
vitesse du piston peut se réduire par un limiteur de débit unidirectionnel. Des soupapes d'échappement
rapide permettent de l'augmenter.
3000
mm/s
Distribution surdimensionnée
avec échappement rapide
1000
800
MVitesse moyenne du piston v
500
300
Distribution surdimensionnée ou
distribution normale avec échappement rapide
200
100
Distribution normale ou sous-dimensionnée
ou avec échappement rapide
50
30
20
10
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
mm
260
Diamètre du piston D
Fig. 4.24 : Vitesse moyenne de pistons en l'absence de charge
4.5.4 Consommation d'air
Pour la mise à disposition de l'air et l'évaluation du coût de l'énergie, il est important de connaître la
consommation d'air de l'installation. Cette consommation s'indique en litres d'air aspiré par minute. Pour
des valeurs données de la pression de travail, du diamètre du piston, de sa course et du nombre de courses
par minute, la consommation d'air se calcule comme suit :
Consommation d'air = Taux de compression × Surface du piston × Course × Nombre de courses par minute
Taux de compression =
60
101,3 + Pression de travail (in kPa)
101,3
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5
Distributeurs
Les distributeurs à tiroir coulissant permettent tous les modes de commande : manuel, mécanique,
électrique ou pneumatique. Ces modes de commande peuvent aussi s'employer pour le rappel du
distributeur en position initiale.
4
2
5
1 3
14
14
5
4
1
2
3
12
Fig. 5.17 : Distributeur pneumatique 5/2 – Vue en coupe et symbole
5.6.2 Distributeur pneumatique 5/2 bistable
Le distributeur pneumatique 5/2 bistable, actionné des deux côtés par air comprimé, a une fonction de
mémoire. Le distributeur commute sous l'effet de signaux pneumatiques alternativement appliqués aux
orifices 14 et 12. La position de commutation se maintient à la coupure du signal jusqu'à l'arrivée du signal
opposé.
4
2
14
12
5
14
5
4
1
2
3
12
4
2
14
12
5
14
5
4
1
2
3
1 3
1 3
12
Fig. 5.18 : Distributeur pneumatique 5/2 bistable, principe du tiroir coulissant – Vues en coupe et symboles
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83
5
Distributeurs
5.6.3 Électrodistributeur 5/3 piloté
La Fig. 5.21 montre les deux positions de commutation d'un électrodistributeur 5/2 piloté.




Au repos, le piston est en butée à gauche (Fig. 5.21). Les orifices 1 et 2 ainsi que 4 et 5 sont en
communication.
Quand un courant circule dans la bobine de l'électroaimant, le piston se déplace jusqu'en butée à droite
(Fig. 5.22). Dans cette position, les orifices 1 et 4 ainsi que 2 et 3 sont en communication.
À la coupure du courant dans la bobine, le piston revient au repos sous l'action de la force du ressort.
L'air de pilotage est évacué par l'orifice 84.
4
2
5
1 3
14
84
14
84
5
4
1
2
3
82
Fig. 5.21 : Électrodistributeur 5/2 piloté, non actionné
4
2
5
1 3
14
84
14
84
5
4
1
2
3
82
Fig. 5.22 : Électrodistributeur 5/2 piloté, actionné
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85
6 Clapets, vannes de contrôle de débit et de pression, combinaisons
6.1.3 Sélecteur à deux entrées : fonction ET logique
Le sélecteur à deux entrées a deux entrées 1 et une sortie 2. Il ne débite qu'en présence de deux signaux
d'entrée. La présence d'un signal sur une seule des deux entrées bloque le passage en raison des forces
différentielles s'exerçant sur le tiroir.
Si les signaux d'entrée n’arrivent pas en même temps et à pression d’entrée identique, c'est le dernier arrivé
qui est transmis en sortie. Si les pressions des signaux d'entrée ne sont pas les mêmes, c'est la plus forte
pression qui ferme le sélecteur, et la plus faible qui est transmise à la sortie 2. Le sélecteur à deux entrées
s'utilise principalement dans des commandes de verrouillage, fonctions de contrôle ou combinaisons
logiques ET.
2
2
2
1
1
1
1
1
1
Fig. 6.2 : Sélecteur à deux entrées : fonction ET – Vues en coupe et symbole
6.1.4 Sélecteur de circuit : fonction OU logique
Ce sélecteur possède deux entrées 1 et une sortie 2. Quand de l'air comprimé est appliqué à l'entrée 1, le
piston obture l'entrée 1 de droite, l'air passe de l'entrée 1 de gauche en 2. Quand l'air passe de l'entrée 1 de
droite en 2, l'entrée de gauche est obturée. Au retour de l'air, quand le distributeur en amont est mis à
l'échappement, les conditions de pression font que le piston reste dans la position prise précédemment. Ce
sélecteur est également désigné par circuit OU. Si l'on veut actionner un vérin ou un organe de commande
depuis deux points ou plus, il faut toujours utiliser un ou plusieurs sélecteurs de circuit.
2
2
2
1
1
1
1
1
1
Fig. 6.3 : Sélecteur de circuit : fonction OU – Vues en coupe et symbole
94
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9 Bases de l’électrotechnique
I
3
U = 12 V
S
+
4
P
Fig. 9.2 : Circuit à courant continu
Sens conventionnel du courant
Lorsque l'interrupteur est fermé, le récepteur est traversé par un courant I. Les électrons transitent du pôle
négatif vers le pôle positif de la source de tension. Avant de découvrir l'existence des électrons, on
considérait que le courant allait du « plus » vers le « moins ». C'est ce sens qui est encore utilisé dans la
pratique. Il est appelé « sens conventionnel du courant électrique ».
9.2 Loi d'Ohm
La relation entre tension, intensité du courant et résistance se décrit par la loi d’Ohm. Cette loi dit que dans
un circuit électrique comportant une résistance électrique donnée, l'intensité du courant varie dans les
mêmes proportions que l'amplitude de la tension, c'est-à-dire que :
 si l'amplitude de la tension augmente, l'intensité du courant augmente également ;
 si l'amplitude de la tension baisse, l'intensité du courant baisse également.
U  RI
U
R
I
Tension
Résistance
Intensité du courant
Unité : volt (V)
Unité : ohm ()
Unité : ampère (A)
9.2.1 Conducteur électrique
On entend par courant électrique le déplacement orienté de porteurs de charge. Un courant ne peut circuler
dans un matériau que si ce dernier comporte suffisamment d'électrons libres. Les matériaux dans lesquels
c'est le cas s'appellent conducteurs électriques. Les matériaux particulièrement bons conducteurs sont les
métaux comme le cuivre, l'aluminium et l'argent. La technique de commande fait principalement appel à des
conducteurs en cuivre.
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119
10 Composants et sous-ensembles de la partie signaux de commande électriques
Barrière à transmission
La barrière à transmission présente des unités d'émission et de réception séparées. Les composants se
montent de telle manière que l'émetteur rayonne directement en direction du récepteur. À la coupure du
rayon lumineux, la sortie est activée.
Émetteur
Récepteur
Émetteur
Récepteur
Fig. 10.10 : Barrière à transmission – Principe, symbole
Barrière à réflexion
Dans la barrière à réflexion, émetteur et récepteur sont juxtaposés dans un même boîtier. Le réflecteur se
monte de telle manière que le rayon lumineux émis par l'émetteur se réfléchisse pratiquement en totalité
sur le récepteur. À la coupure du rayon lumineux, la sortie est activée.
Récepteur
Émetteur
Récepteur
Réflecteur
Émetteur
Réflecteur
Fig. 10.11 : Barrière à réflexion – Principe, symbole
Détecteur à réflexion
Émetteur et récepteur du détecteur à réflexion sont juxtaposés dans un même composant. Quand la lumière
tombe sur un corps réfléchissant, elle est renvoyée au récepteur, et la sortie du capteur commute. En raison
de son principe de fonctionnement, un détecteur optique ne peut s'utiliser que si la pièce ou l'élément de
machine à détecter présente un haut pouvoir de réflexion (p. ex. surfaces métalliques, couleurs claires).
Récepteur
Récepteur
Émetteur
Émetteur
Fig. 10.12 : Détecteur à réflexion – Principe, symbole
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137
11
Descriptions de cycles de travail
11.2.3 Réceptivité
Une transition est le lien entre deux étapes. Elle indique une possibilité d'évolution. Une transition se
représente par un trait perpendiculaire à la ligne reliant les deux étapes.
Exception
En cas de reprise de séquence, la transition peut, pour des raisons de meilleure lisibilité, être placée sur un
segment de liaison horizontal.
Règle la plus importante
Pour créer une séquence correcte, les étapes et les transitions doivent toujours alterner !
7
7
Bouton-poussoir actionné (S1)
et presse en haut (1B1)
(Presse en haut)
(Presse en haut)
8
(Presse en bas)
S1*1B1
8
Presse en bas (1B2)
(Presse en bas)
1B2
Fig. 11.5 : Exemples de réceptivités
La réceptivité ou condition de transition se place à droite de la transition. Il est possible d'affecter un nom à
une transition. Pour éviter toute confusion, ce nom se place à gauche, entre parenthèses.
Nota :
Le point ou l'astérisque utilisé décrit un opérateur ET, le signe plus un opérateur OU. Les négations ou
inversions se représentent par une barre surmontant le nom de la variable.
Pour passer à l'étape suivante à l'issue d'une durée déterminée, on utilise une réceptivité dépendant du
temps. La réceptivité contient alors le temps et l'état de l'étape active, les deux séparés par une barre
oblique
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153
12
Architecture des schémas
Chemins de courant
Les différents chemins de courant d'une commande électropneumatique se tracent juxtaposés sur le
schéma unifilaire et se numérotent en continu. Le schéma unifilaire d'une commande électropneumatique
représenté à la Fig. 12.4 présente 10 chemins de courant. Les chemins de courant 1 à 8 font partie du circuit
de commande, les chemins de courant 9 et 10 du circuit principal.
1
24 V
3
S1
2
4
3
S2
3
13
K1
4
5
4
3
3
1B3 p
1B1
13
4
8
3
K3
4
14
7
6
1B2
14
13
K4
4
9
10
23
K3
14
23
K1
24
24
13
K2
14
41
31
K3
31
K4
32
K2
42
32
1
31
S3
K4
32
2
A1
A1
K1
K2
A1
K3
A2
A2
A1
K4
P1
A2
1M1
A2
0V
3
10
7
2
2
6
9
2
5
8
S1 = interrupteur général ; S2 = bouton-poussoir de démarrage ; S3 = bouton-poussoir d'acquittement ;
1B1/1B2 = détecteurs de fin de course ; 1B3 = manocontact
Fig. 12.4 : Schéma électrique (unifilaire) d'une commande électropneumatique
Repérage des composants
Les composants représentés sur le schéma électrique d'une commande s'identifient par des lettres, comme
indiqué dans le tableau. Les composants repérés par la même lettre se numérotent en continu (p. ex. 1S1,
1S2, etc.).
Les capteurs et bobines de distributeurs doivent être représentés à la fois sur le schéma pneumatique et sur
le schéma électrique. Pour assurer la cohérence et la bonne lisibilité, les symboles doivent être désignés et
numérotés de la même manière sur les deux schémas. Si un détecteur de fin de course, par exemple, a été
désigné par 1S1 sur le schéma pneumatique, il faut utiliser la même désignation sur le schéma électrique.
168
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13 Mesures de sécurité dans les commandes électropneumatiques
13.4.2 Arrêt d'urgence
L'interrupteur d'arrêt d'urgence est actionné par l'opérateur en cas d'urgence.
En cas d'actionnement manuel direct, il doit comporter un bouton coup-de-poing. Un actionnement indirect
par corde à tirer ou pédale est autorisé. S'il existe plusieurs postes de travail ou de commande, chacun doit
être équipé d'un interrupteur d'arrêt d'urgence. La couleur de l'élément d'actionnement de l'arrêt d'urgence
est le rouge vif. La surface située sous l'interrupteur doit être repérée par la couleur opposée qu'est le
jaune.
Après actionnement de l'arrêt d'urgence, les moteurs et actionneurs s'immobiliser rapidement, et, dans la
mesure du possible, la commande doit être séparée de l'alimentation en énergie électrique et pneumatique.
Les restrictions suivantes sont à prendre en compte :
 Si l'éclairage est nécessaire, il ne faut pas qu'il soit coupé.
 Les dispositifs auxiliaires et freins destinés à l'immobilisation rapide ne doivent pas devenir inopérants.
 Les pièces serrées ne doivent pas se desserrer.
 Des mouvements de recul doivent être amorcés, si nécessaire, par l'actionnement du dispositif d'arrêt
d'urgence. Ils ne doivent toutefois s'exécuter que si c'est possible sans danger.
13.4.3 Éléments de commande d'une commande électropneumatique
Outre l'interrupteur général et l'interrupteur d'arrêt d'urgence, une commande électropneumatique
comporte d'autres éléments de commande. La figure suivante montre un exemple de panneau de
commande.
Interrupteur général
Manuel
Arrêt d'urgence
Mise en référence
Ouvrir pince
Pas à pas
Fermer pince
Automatique
Marche
cycle continu
Start
cycle unique
Arrêt
cycle continu
Fig. 13.7 : Panneau de commande d'une commande électropneumatique (exemple)
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14 Symboles
Fonction
Symbole
2
Limiteur de débit unidirectionnel, réglable
1
2
Soupape d’échappement rapide
1
3
2
Sélecteur à deux entrées
1
1
2
Sélecteur de circuit
1
1
Tableau 14.12 : Symboles pour soupape d'échappement rapide, sélecteur à deux entrées et sélecteur de circuit
14.1.5 Symboles pour vannes de contrôle de pression
Les vannes de contrôle de pression s'utilisent :
 pour maintenir une pression constante (manodétendeur),
 pour commuter en fonction de la pression (soupape de séquence).
Dans une commande électropneumatique, on peut également remplacer une soupape de séquence par un
distributeur commandé en fonction du signal d'un manocontact ou d'un capteur de pression.
Fonction
Symbole
2
Manodétendeur réglable sans orifice de décharge
1
Manodétendeur réglable avec orifice de décharge
2
1 3
Tableau 14.13 : Symboles pour vannes de contrôle de pression
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14
Fonction
Symboles
Symboles
Actionneur électromécanique d’un relais à courant alternatif
Actionneur électromécanique d’un relais à rémanence
Actionneur électromécanique d’un distributeur
Tableau 14.26 : Symboles pour actionneurs électromécaniques (suite)
14.2.3 Symboles pour relais et contacteurs
Fonction
Symboles
Relais à trois contacts NO et un contact NF
Relais temporisé à la retombée
Relais temporisé à l'attraction
Relais à rémanence
*
*
*
En cas d'application d'une tension à la connexion de
l'enroulement repérée par *, le contact s'indique aux points
repérés par *.
Relais clignotant
5/min
Contacteur à un contact NF et un contact NO
Tableau 14.27 : Symboles pour relais et contacteurs (représentation synoptique)
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