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Le numérique réveille l'hydraulique

François-Xavier Lenoir

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- L'introduction de l'électronique numérique sur les organes hydrauliques leur donne une nouvelle jeunesse.

En production automatisée mais également pour de nombreuses opérations de déplacement, l'électromécanique, l'hydraulique et la pneumatique sont souvent en concurrence. Selon l'application, l'une ou l'autre des technologies convient mieux. Cependant l'hydraulique s'impose chaque fois que l'on a besoin de rapidité avec des masses conséquentes. L'apparition de produits la combinant avec l'électronique sous forme de commandes, soit directement sur les appareils soit déportée à l'aide de réseaux, lui donne un surcroît d'intérêt.

L'hydraulique a aussi gardé un intérêt dans les grandes puissances, y compris pour tous les engins où sa souplesse et son excellente puissance massique font la différence. Mais ses autres applications traditionnelles - l'aéronautique ou la machine-outil - ont connu un recul généralement au profit du tout électrique, bien que les coûts soient généralement du même ordre. Là, cependant, tout n'est pas perdu. Grâce encore aux technologies électriques, électroniques et informatiques, l'hydraulique peut être relancée. Elle dispose d'arguments incontestables qui font qu'elle continue à se développer dans la scénographie, l'industrie navale, les machines mobiles et de nombreuses applications fixes.

L'électronique multiplie les possibilités

Sur une pompe, un moteur, un vérin, un distributeur ou tout organe de sécurité ou de pilotage, il est possible d'adjoindre des opérations fines, ce qui rend l'hydraulique beaucoup plus intéressante. Le fait d'utiliser de l'électronique numérique multiplie les possibilités des organes. Pour Christian Schibler de Bosch Rexroth, la finalité est de les faire profiter de l'intégration et de les maîtriser. Le coût des constituants n'est pas inférieur, mais l'introduction, le montage, la mise en service, la surveillance et l'entretien de systèmes hydrauliques dans des automatismes sont facilités. Le coût de l'intégration des technologies numériques est en baisse. En raison du coût très bas des circuits électroniques, la part de l'électronique dans un composant électrohydraulique est faible. Aussi le ratio performances/ prix évolue dans le bon sens. C'est tant mieux.

Aujourd'hui, un vérin est souvent piloté par une pompe simple à programmer ou par une valve assurant un asservissement de position. En programmant un ordre de commande à l'aide d'une électronique - intégrée ou externe -, il est facile de corriger le comportement et de rendre automatique un mouvement. Par rapport à l'analogique, c'est programmable et, de plus, on peut régler les installations, les surveiller à distance, avoir un diagnostic... Avec une servopompe, on pilote différents axes. Si les exigences portant sur la qualité de régulation et sur la dynamique ne sont pas trop élevées, il est même possible d'utiliser des chaînes de commande ouverte avec une servopompe compatible bus de terrain, par exemple CAN Open ou Profibus pour piloter plusieurs axes.

Aujourd'hui, la tendance est clairement à l'intégration de l'électronique numérique de commande au sein même des valves ou des pompes afin de disposer des fonctionnalités dans les composants et de standardiser les outils de programmation. Auparavant les pompes étaient à commande mécanique, hydraulique ou électrique pour les limitations de débit, pression et puissance. Maintenant elles sont pilotées par électronique et faciles à programmer. En direct ou par le réseau, on programme des consignes, des variations et même des courbes de variations. À partir de là, la pompe alimente éventuellement différents récepteurs. L'asservissement de pression ou la cylindrée s'adapte à chaque fois au récepteur : fonctions, performances, gestion de l'énergie et de la sécurité si c'est nécessaire. Si une pompe fonctionne avec l'électronique intégrée, il n'y a besoin d'aucune valve.

Des systèmes sont déjà disponibles

Du côté commande, la HNC 100 de Bosch Rexroth est un produit spécialement adapté à l'hydraulique qui peut, en agissant avec des servovalves et des servodistributeurs de haute performance, atteindre les précisions élevées que l'on exige des machines-outils et des machines spéciales. Plus de 15 000 applications ont été réalisées à ce jour dans le monde avec la HNC 100.

Parker est aussi passé au numérique pour les amplificateurs de commandes de valves à solénoïdes. Elles sont équipées d'un amplificateur embarqué et reçoivent des signaux provenant d'un automate, d'un PC ou d'un autre système de gestion. De son côté, Moog, spécialiste des servovalves, a démocratisé son offre vers les servodistributeurs et les servopompes. Des réalisations sont déjà effectives en Europe.

On en arrive aujourd'hui à l'axe hydraulique. Déjà, les systèmes sont disponibles sous forme de composants individuels ou d'axes complets. Après spécification des souhaits du client en termes de vitesse, force, précision... Bosch Rexroth sélectionne les composants appropriés et spécifie les paramètres des régulateurs à l'aide de simulations. Les essais et les réglages de l'axe sont effectués en usine. On fait alors du plug and play. Il faut toutefois noter que cette solution n'est pas encore entrée dans les moeurs.

Disposer de systèmes de commande similaires

L'étape suivante sera de réaliser l'intégration de la commande numérique dans l'électronique de la valve. Avec l'IAC-R de Bosch Rexroth, l'objectif d'un axe régulé électrohydraulique entièrement intégré, de haute précision et avec une intelligence décentralisée est atteint. La grande puissance des axes hydrauliques, combinée à une dynamique et à une précision améliorées, en fait une alternative à l'électromécanique.

Néanmoins lorsqu'ils auront le choix entre plusieurs technologies, selon le principe "à fonction équivalente, utilisation équivalente", les clients aimeraient bien n'avoir pas trop d'adaptations à faire pour utiliser la meilleure solution. Et, surtout, disposer de systèmes de commande similaires, voire identiques. Avec l'intégration de l'électronique de régulation dans l'axe et l'introduction des bus de terrain ouverts dans l'hydraulique industrielle, le dernier obstacle a été franchi. La commande s'effectue de la même manière pour le constructeur de machines que ce qu'il connaît avec les axes électromécaniques.

POUR LE PILOTAGE DE PRESSES HYDRAULIQUES

- Destinée à préparer les outils d'emboutissage de presses mécaniques S.C.M.Bliss, cette presse hydraulique de mise au point doit reproduire le mouvement des machines de production le plus fidèlement possible. Cet outil hydraulique atteint 2 000 t de poussée pour un poids maximum d'outil de 70 t et une vitesse de 500 mm/s. Une précision du 1/10e mm Plusieurs caractéristiques, notamment la vitesse du coulisseau, doivent être identiques à celles des presses mécaniques. Pour cela, un contrôle actif en temps réel du mouvement et du parallélisme du coulisseau à grande vitesse a été mis en oeuvre. Un ensemble bloc foré, commandes d'axes HACD et servovalve IACR de Bosch Rexroth assure le pilotage du mouvement. La position du coulisseau est enregistrée en temps réel et l'électronique de commande de Bosch Rexroth la réajuste en permanence par rapport à la position théorique. Une précision de l'ordre de 1/10e mm est obtenue.

La solution Commande d'axe HACD et servovalve IACR de Bosch Rexroth Ses atouts - Précision de position - Grande puissance de poussée - Simplicité d'intégration - Ajustage permanent de la position

POUR L'INCLINAISON DES PALES D'ÉOLIENNES

- Allant jusqu'à 5 MW pour les plus imposantes, les éoliennes ont un diamètre atteignant 120 m, leur rotor pèse 65 t et elles balayent une surface de quelque 11 000 m2. Avec une telle envergure, la maîtrise de la vitesse de rotation devient primordiale afin de synchroniser l'éolienne avec le réseau électrique et d'éviter des vitesses excessives en bout de pales. Certaines éoliennes sont donc à pas variables afin d'orienter les pales en dynamique et de contrôler ainsi la vitesse et la puissance fournies au rotor. Reproduire les données de réglage Ce mouvement s'effectue avec des actionneurs hydrauliques linéaires montés dans le rotor et accouplés aux pales. Le système numérique développé par Moog ne nécessite que quelques pistes, d'où une diminution du coût du connecteur tournant. La gestion des positions et la synchronisation des axes sont embarquées dans l'électronique de la valve. Ce système permet de régler l'ensemble de l'application en une seule fois, puis de sauvegarder les paramètres de réglage afin de les reproduire sur toute la chaîne de montage. Enfin, l'ensemble des paramètres de l'éolienne peut être contrôlé de n'importe quel point du globe.

La solution Servovalve numérique D636 de Moog Ses atouts - Réduction des coûts de fabrication - Fiabilité - Capacité de pilotage à distance - Souplesse de réglage et sauvegarde des paramètres

LES BIENFAITS DU NUMÉRIQUE

IL APPORTE À L'HYDRAULIQUE

Des fonctions plus complexes et plus fines - Une diminution du nombre d'organes - Une plus grande facilité de réglage et de programmation - Une surveillance et une maintenabilité accrues grâce aux réseaux - Davantage de performances pour un prix similaire - Un mode d'utilisation proche des autres technologies

POUR LA MANIPULATION DE TÔLES DE TITANE

La solution Valves proportionnelles D1FP - D1FB et C, modules numériques PWD de Parker Ses atouts - Haute répétabilité - Grande résolution - Conservation du réglage - Fiabilité et robustesse

- Pour alimenter une presse chauffante ACB en tôles de titane d'environ 5 x 2,5 m chez Airbus à Toulouse, Parker et l'intégrateur ACH ont installé des axes asservis en position et un système maître-esclave assurant la synchronisation. Il fallait assurer la position verticale précise de la tôle et garantir son maintien en position en donnant éventuellement des corrections selon les différentes positions de la presse. Les axes sont constitués de deux vérins équipés de valves de commande D1FP Parker et de capteurs MTS temposoniques. Ces valves proportionnelles ont une très haute réponse en fréquence équivalente à celle des servovalves "basiques" et des performances supérieures sans recourir à la surfiltration. La précision de 1/10e mm demandée est satisfaite ainsi que la tolérance pour le synchronisme pendant les mouvements. La translation est assurée par des moteurs hydrauliques commandés par des valves proportionnelles D1FB et D1FC, elles-mêmes pilotées par des modules numériques PWD.

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