Transition des commandes pneumatiques vers les commandes électriques : rôle des alimentations électriques

La transition des commandes pneumatiques vers les commandes électriques est une évolution admise dans le secteur de l’industrie. Mais ce sujet connaît un important dynamisme ces dernières années, en raison notamment de la pression liée à la hausse constante des coûts et aux exigences toujours plus strictes en matière de réduction de CO2. Les solutions électriques prédominent pour ces deux points. En prenant l’exemple des OEM dans l’industrie automobile, cet article de blog illustre dans quelle mesure les alimentations électriques industrielles soutiennent la transition des commandes pneumatiques vers les commandes électriques.

Les commandes pneumatiques et électriques présentent toutes deux des avantages et des inconvénients.

Les commandes pneumatiques ne sont pas chères à l’achat, faciles à utiliser, offrent une résistance élevée en cas de surcharge et sont robustes dans des conditions environnementales telles que des fluctuations de température et une exposition intense à la poussière. Cependant, les commandes pneumatiques exigent une génération d’air comprimé de manière continue et centralisée, ce qui implique un effort important. Une pression constante doit être distribuée et maintenue dans l’ensemble de l’usine. En cas de perte d’air comprimé due à une fuite dans le système, cette dernière doit être rapidement identifiée et résolue, ce qui implique une maintenance rigoureuse.

Notamment dans les applications comptant de nombreux cycles de commutation, les pertes d’énergie en raison d’un rendement faible sont élevées pendant le fonctionnement. Même dans le cas de systèmes à air comprimé modernes, la majorité de l’énergie est gaspillée sous forme de chaleur perdue. En outre, il faut pouvoir utiliser le système à air comprimé à tout instant ; ce dernier doit donc être maintenu en fonctionnement, ce qui implique une forte consommation d’énergie. Ceci entraîne des coûts de fonctionnement généralement conséquents et des émissions élevées de CO2.

Les commandes électriques associées aux servomoteurs offrent une meilleure rentabilité énergétique, ainsi qu’une vitesse accrue et une grande précision. Grâce aux microprocesseurs intégrés, la plupart des composants électroniques disposent d’une plus grande plage de fonctions et rendent accessibles les données d’application en combinaison avec un système de monitorage centralisé. Les coûts de fonctionnement sont en général allégés et l’empreinte CO2 durablement réduite. De plus, l’électricité peut être facilement distribuée dans l’usine, n’entrainant quasiment aucune perte. La capacité de conversion et de stockage de l’électricité représente un autre avantage. Des nouvelles technologies, telles que la transmission sans fil d’énergie, jouent également un rôle. Les solutions électriques sont aussi considérablement plus silencieuses, ce qui réduit la pollution sonore sur le lieu de travail.

Cependant, les commandes électriques sont plus chères à l’achat. Par ailleurs, les systèmes sont plus complexes par rapport aux solutions pneumatiques et peuvent nécessiter une modification de l’équipement existant.

Les OEM sont généralement plus méfiants lorsqu’il s’agit de changer des systèmes ayant fait leurs preuves. Mais la pression économique, politique et sociale associée à la rentabilité énergétique pousse de plus en plus de fabricants à choisir la filière purement électrique. Par conséquent, de nouvelles installations industrielles délaissent souvent l’installation d’un système pneumatique dès le début. Comme c’est souvent le cas, l’industrie automobile et ses fournisseurs endossent un rôle de pionnier à cet égard. Dans ce secteur PULS a accompagné de multiples projets visant à passer du pneumatique à l’électrique, avec tous un élément en commun : choisir un système d’alimentation électrique adapté constitue la clé du succès.

Une alimentation électrique décentralisée pour les systèmes de convoyeurs

Dans l’industrie automobile, des convoyeurs et des systèmes de transport sans conducteur longs de plusieurs kilomètres permettent d’acheminer des grandes pièces et des moteurs lourds, ainsi que des composants en provenance de l’entrepôt de petites pièces. Dans l’usine BMW allemande de Regensburg, les lignes de fabrication totalisent à elles seules une longueur de 5,5 km.

Une alimentation électrique décentralisée et protégée est idéale dans le cadre de la conversion des commandes pneumatiques en commandes électriques pour les butées, les déviateurs, ainsi que les unités de levage et de rotation des systèmes de convoyeurs. Afin de réussir cette conversion, de puissantes alimentations électriques peu encombrantes, avec des réserves de puissance suffisantes sont nécessaires directement sur site. Ceci élimine les longues lignes d’approvisionnement sujettes aux pertes et augmente la flexibilité.

À cet effet, PULS a développé la catégorie de produits « Alimentations électriques décentralisées ». Il s’agit d’alimentations électriques 360 W et 600 W avec des classes de protection IP54, IP65 et IP67, ainsi que de nombreuses options de connecteurs différentes.

Des caractéristiques supplémentaires, comme un maximum de quatre sorties à limitation de courant intégrées, assurent la sécurité des consommateurs électriques. Les eFuses intégrés à l’alimentation électrique permettent une distribution électrique sélective, une protection et un monitorage à l’extérieur de l’armoire de commande.

Les alimentations électriques décentralisées sont très robustes sur le plan mécanique comme électrique. Elles résistent à des conditions environnementales très rudes, comme l’humidité, l’exposition à la poussière et aux vibrations.

Des réserves de puissance suffisantes pour des mouvements dynamiques

Les commandes électriques deviennent le choix numéro un pour les cobots, les plus petits robots et les applications décentralisées de l’industrie automobile.

Cela est principalement dû aux avancées technologiques majeures en matière de moteurs électriques, qui ont contribué ces dernières années à faire des commandes électriques une alternative réaliste aux commandes pneumatiques. Les moteurs génèrent une grande quantité de puissance tout en ayant de petites dimensions et un poids faible. Cependant, les mouvements rapides permis par les moteurs électriques, dans les applications robotiques par exemple, exigent des alimentations électriques capables de traiter non seulement des charges élevées sur le court terme, mais aussi l’énergie régénératrice résultante.

Nombre d’alimentations électriques PULS disposent de réserves de puissance généreuses, connues sous le nom de BonusPower. De nombreuses alimentations électriques sur rail DIN appartenant à la célèbre famille de produits DIMENSION fournissent jusqu’à 150 % de puissance pendant 4 secondes. Les alimentations électriques décentralisées FIEPOS atteignent également une puissance de 200 % pendant 5 secondes grâce au BonusPower. Les prochaines familles de produits pour le montage sur rail DIN, actuellement en cours de développement, surpasseront même ces valeurs en matière de performance de crête et de dynamique.

Grâce à ses généreuses réserves de puissance, une alimentation électrique surdimensionnée s’avère inutile, ce qui permet de réaliser des économies de coût et d’espace.

Recharge sans fil des véhicules autoguidés et robots mobiles autonomes

Les commandes pneumatiques sujettes aux pertes deviennent de plus en plus rares dans les véhicules autoguidés autonomes (AGV) et les chariots de manutention. Les fabricants privilégient désormais davantage les solutions électriques, qui sont mieux adaptées aux applications mobiles. Une infrastructure de charge appropriée est requise dans les usines pour assurer l’efficacité de l’alimentation électrique et le chargement de batterie durant le fonctionnement.

Divers fabricants automobiles renommés utilisent déjà la technologie innovante de recharge sans fil issue de l’unité commerciale PULS Wiferion pour recharger les AGV et les cobots.

La technologie de recharge sans contact de Wiferion permet à ces véhicules de rester opérationnels en continu, sans ruptures de charge perturbatrices ni interventions manuelles. La recharge sans fil offre des avantages significatifs par rapport aux systèmes de recharge conventionnels, comme l’élimination de l’usure mécanique ou le risque de trébucher à cause de câbles ou de bandes de contact.

Les systèmes etaLINK et CW de Wiferion permettent de recharger efficacement et en toute autonomie les AGV et robots mobiles durant leur cycle de fonctionnement normal, comme lors des courts arrêts aux stations. L’élimination des longues immobilisations dues aux recharges électriques augmente significativement la disponibilité de la flotte. Le transfert d’énergie a lieu directement via des blocs de charge permettant une tolérance élevée en matière de positionnement et un lancement de la charge inférieur à une seconde.

Grâce au système 3 kW éprouvé et au nouveau système 1 kW, la technologie Wiferion est actuellement leader sur le marché. Les solutions sans entretien permettent une augmentation considérable du rendement de la flotte ainsi qu’une sécurité opérationnelle – idéales pour une utilisation en continu 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7 dans le cadre d’environnements exigeants tels que les industries automobile et logistique.

Available PULS power supply solutions for an automotive factory.

Augmentation de la disponibilité du système via les données d’application

Chaque minute d’indisponibilité du système coûte extrêmement cher. Les OEM dans l’industrie automobile essaient donc de réduire au strict minimum l’indisponibilité des machines et convoyeurs.

Les commandes pneumatiques impliquent un risque de fuite dans le système d’air comprimé qui doit être identifié en priorité. La gestion des commandes électriques est plus facile en matière de contrôle et de maintenance préventive.

PULS propose des alimentations électriques avec de nombreuses interfaces de communication, notamment IO-Link, EtherCAT et des alimentations électriques à affichage intégré. Elles permettent d’accéder facilement et rapidement à toutes les données d’application et fonctions d’alimentations électriques.

En se basant sur les données des alimentations électriques, les fabricants et les opérateurs de machines peuvent optimiser ultérieurement leurs machines en matière de rendement et de productivité. EtherCAT (par ex. CP10.241-ETC ou CP20.241-ETC) est idéal pour le monitorage, l’enregistrement et la commande à distance des systèmes complexes grâce à la transmission des données en temps réel.

Les données des alimentations électriques sont particulièrement avantageuses au sein des boucles de régulation en temps réel. Les opérateurs peuvent contrôler des commandes ou d’autres consommateurs à forte consommation d’énergie, afin de conserver de manière optimale les besoins en puissance dynamique dans les limites des capacités du système d’alimentation électrique. Cette utilisation optimale des alimentations électriques permet d’améliorer le rendement du système. Les alimentations électriques associées à d’autres composants systèmes permettent notamment des réponses automatisées pour gérer des conditions de fonctionnement imprévues qui, auparavant, entraînaient souvent des indisponibilités ou même des dommages.

Par exemple, l’alimentation électrique fournit des mesures précises du courant de sortie, c’est-à-dire du courant de charge. En utilisant ces valeurs finement échantillonnées, il est possible de reconnaître et de décrire des profils de charge numériques.

En se basant sur les informations relatives au courant de sortie, l’opérateur peut déterminer si une charge, comme un moteur électrique, se modifie sur une longue période. Cette modification peut révéler une usure. Dans le cas de profils d’usure, une onde sinusoïdale est reconnaissable dans le profil de charge. Une analyse des données assistée par ordinateur aide à détecter et signaler cette anomalie de manière précoce. Ainsi il est facile de remplacer le composant d’usure avant que ne surviennent une panne et une indisponibilité du système.

Augmentation du rendement en fonctionnement 24h/24 et 7j/7 et réduction du CO2

La décision d’opter pour une commande électrique n’est qu’un facteur avec un impact positif sur le rendement et le solde de CO2. Les alimentations électriques avec un rendement élevé soutiennent également ce processus. Plus le rendement d’une alimentation électrique est élevé, moins il y a de pertes de puissance et d’énergie gaspillée. PULS atteint désormais des rendements supérieurs à 96 % avec ses alimentations électriques.

Un exemple de calcul illustre l’importance de cette valeur. Un rendement de 96,4 % (par ex. avec SP960.241-S) représente une perte de 3,6 %. Pour l’alimentation électrique correspondante avec une puissance de sortie de 960 W, la perte de puissance s’élève à 34,5 W, dissipée sous forme de chaleur dans l’environnement.

Une réflexion montre l’importance de chaque point de pourcentage en matière de rendement. Si nous réduisons le rendement à 92 %, nous constatons que les pertes se montent à 76,8 W, soit plus du double.

En appliquant ceci au nombre total d’alimentations électriques dans une usine et en considérant le refroidissement supplémentaire, le solde de CO2 est donc significativement impacté. Plus le rendement d’une alimentation électrique est élevé, moins celle-ci gaspille d’énergie et moins les émissions de CO2 seront élevées.

Résumé : transition efficace des commandes pneumatiques vers les commandes électriques

La pression due à la hausse des coûts et les exigences plus strictes en matière de réduction du CO2 poussent à une transition des commandes pneumatiques vers les commandes électriques dans l’industrie. Les commandes électriques offrent un meilleur rendement énergétique et des coûts de fonctionnement plus faibles, bien qu’elles soient plus chères et complexes à l’achat. Dans l’industrie automobile notamment, il est évident que des alimentations électriques décentralisées puissantes augmentent la flexibilité et réduisent les pertes d’énergie. Avec ses solutions d’alimentations électriques adaptées à l’industrie, PULS soutient la transition des commandes pneumatiques vers les commandes électriques. En effet, elles contribuent non seulement à réduire l’empreinte CO2, mais elles sont également judicieuses d’un point de vue financier pour les entreprises.