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Manuel
Festo Didactic
573032 FR
PneumatiqueElectropneumatiquePrincipes de base
2 35 824 184
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12
82
Référence : 573032
Version : 12/2009
Auteurs : Frank Ebel, Siegfried Idler, Georg Prede, Dieter Scholz
Graphiques : Doris Schwarzenberger
Lay-out : 26/11/2010, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, Allemand, 2010
Internet : www.festo-didactic.com
E-mail : [email protected]
Toute communication ou reproduction de ce document, toute exploitation ou communication de son
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Table des matières
Avant-propos ___________________________________________________________________________ 11
1 Applications d'automatisation ______________________________________________________ 13
1.1 Aperçu __________________________________________________________________________ 13
1.2 Propriétés de la pneumatique _______________________________________________________ 14
1.2.1 Critères pour fluides de travail _______________________________________________________ 15
1.2.2 Critères pour fluides de commande ___________________________________________________ 15
1.3 Développement de systèmes de commande pneumatiques _______________________________ 16
2 Terminologie de base de la pneumatique _____________________________________________ 17
2.1 Bases physiques __________________________________________________________________ 17
2.1.1 Loi de Newton ____________________________________________________________________ 17
2.1.2 Pression _________________________________________________________________________ 18
2.2 Propriétés de l'air _________________________________________________________________ 19
2.2.1 Loi de Boyle-Mariott _______________________________________________________________ 19
2.2.2 Loi de Gay-Lussac _________________________________________________________________ 20
2.2.3 Équation générale des gaz __________________________________________________________ 21
3 Production d'air comprimé et alimentation en air comprimé ______________________________ 22
3.1 Conditionnement de l'air comprimé __________________________________________________ 22
3.1.1 Conséquences d'un mauvais conditionnement de l'air comprimé __________________________ 22
3.1.2 Niveau de pression ________________________________________________________________ 23
3.2 Compresseurs ____________________________________________________________________ 23
3.2.1 Compresseurs à piston alternatif _____________________________________________________ 23
3.2.2 Compresseurs à membrane _________________________________________________________ 24
3.2.3 Compresseurs à piston rotatif _______________________________________________________ 24
3.2.4 Compresseurs à vis ________________________________________________________________ 25
3.2.5 Compresseurs non volumétriques ____________________________________________________ 25
3.2.6 Régulation _______________________________________________________________________ 25
3.2.7 Facteur de marche ________________________________________________________________ 26
3.3 Accumulateur pneumatique _________________________________________________________ 27
3.4 Déshydrateurs ___________________________________________________________________ 29
3.4.1 Déshydrateur à froid _______________________________________________________________ 30
3.4.2 Déshydrateur à adsorption _________________________________________________________ 30
3.4.3 Déshydrateur à absorption _________________________________________________________ 31
3.5 Distribution de l'air ________________________________________________________________ 34
3.5.1 Dimensionnement des tuyauteries ___________________________________________________ 34
3.5.2 Perte de charge ___________________________________________________________________ 34
3.5.3 Matériau des tuyauteries ___________________________________________________________ 35
3.5.4 Disposition des tuyauteries _________________________________________________________ 36
Table des matières
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3.6 Unité de conditionnement __________________________________________________________ 37
3.6.1 Filtres à air comprimé ______________________________________________________________ 37
3.6.2 Manodétendeur __________________________________________________________________ 39
3.6.3 Lubrificateur _____________________________________________________________________ 41
3.6.4 Combinaisons d'appareils __________________________________________________________ 43
4 Actionneurs et organes de sortie ____________________________________________________ 45
4.1 Vérins à simple effet _______________________________________________________________ 45
4.1.1 Mode de construction ______________________________________________________________ 46
4.1.2 Muscle pneumatique ______________________________________________________________ 46
4.2 Vérins à double effet ______________________________________________________________ 48
4.2.1 Vérins à amortissement en fin de course ______________________________________________ 48
4.2.2 Vérins tandem ____________________________________________________________________ 49
4.2.3 Vérins à tige de piston traversante ___________________________________________________ 50
4.2.4 Vérins multipositions ______________________________________________________________ 50
4.2.5 Vérins rotatifs ____________________________________________________________________ 51
4.2.6 Vérins oscillants __________________________________________________________________ 51
4.3 Vérins sans tige ___________________________________________________________________ 52
4.3.1 Vérins à bande ___________________________________________________________________ 52
4.3.2 Vérins à bande d'étanchéité ________________________________________________________ 52
4.3.3 Vérins à accouplement magnétique __________________________________________________ 53
4.4 Technique de manipulation _________________________________________________________ 53
4.4.1 Vérin roto-linéaire _________________________________________________________________ 54
4.4.2 Pinces pneumatiques ______________________________________________________________ 54
4.4.3 Ventouses _______________________________________________________________________ 56
4.4.4 Venturis _________________________________________________________________________ 56
4.5 Propriétés des vérins ______________________________________________________________ 58
4.5.1 Force du piston ___________________________________________________________________ 58
4.5.2 Course __________________________________________________________________________ 59
4.5.3 Vitesse du piston _________________________________________________________________ 60
4.5.4 Consommation d'air _______________________________________________________________ 60
4.6 Moteurs _________________________________________________________________________ 62
4.6.1 Moteurs à pistons _________________________________________________________________ 63
4.6.2 Moteurs à palettes ________________________________________________________________ 63
4.6.3 Moteurs à engrenages _____________________________________________________________ 64
4.6.4 Moteurs à turbine (turbomoteurs) ____________________________________________________ 64
Table des matières
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5 Distributeurs _____________________________________________________________________ 65
5.1 Missions ________________________________________________________________________ 65
5.1.1 Électrodistributeurs _______________________________________________________________ 65
5.1.2 Pilotage d'un vérin à simple effet ____________________________________________________ 65
5.1.3 Pilotage d'un vérin à double effet ____________________________________________________ 66
5.2 Architecture ______________________________________________________________________ 67
5.2.1 Distributeurs à clapets _____________________________________________________________ 68
5.2.2 Distributeurs à tiroir _______________________________________________________________ 68
5.2.3 Caractéristiques pneumatiques ______________________________________________________ 69
5.2.4 Modes de commande des distributeurs _______________________________________________ 71
5.3 Distributeurs 2/2 _________________________________________________________________ 72
5.4 Distributeurs 3/2 _________________________________________________________________ 72
5.4.1 Distributeur 3/2 à douille coulissante manuelle ________________________________________ 72
5.4.2 Distributeur 3/2 à poussoir _________________________________________________________ 73
5.4.3 Distributeur pneumatique 3/2 _______________________________________________________ 74
5.4.4 Électrodistributeur 3/2 _____________________________________________________________ 76
5.5 Distributeurs pilotés _______________________________________________________________ 78
5.5.1 Mode de fonctionnement du pilote pour distributeurs à commande manuelle ou mécanique ____ 78
5.5.2 Distributeur 3/3 piloté à galet _______________________________________________________ 78
5.5.3 Mode de fonctionnement du pilote pour distributeurs à commande électrique ________________ 80
5.5.4 Électrodistributeur 3/3 piloté _______________________________________________________ 81
5.5.5 Comparaison des distributeurs pilotés et des distributeurs à commande directe ______________ 82
5.6 Distributeurs 5/2 _________________________________________________________________ 82
5.6.1 Distributeur pneumatique 5/2 _______________________________________________________ 82
5.6.2 Distributeur pneumatique 5/2 bistable ________________________________________________ 83
5.6.3 Électrodistributeur 5/2 piloté _______________________________________________________ 85
5.6.4 Électrodistributeur 5/2 piloté bistable ________________________________________________ 86
5.7 Distributeurs 5/3 _________________________________________________________________ 87
5.7.1 Distributeurs pneumatiques 5/3 _____________________________________________________ 87
5.7.2 Électrodistributeur 5/3 piloté à centre à l'échappement __________________________________ 88
5.7.3 Influence de la position centrée ______________________________________________________ 90
5.8 Débits des distributeurs ____________________________________________________________ 91
5.9 Fonctionnement fiable des distributeurs _______________________________________________ 92
5.9.1 Montage de distributeurs à galet _____________________________________________________ 92
5.9.2 Montage des distributeurs __________________________________________________________ 92
6 Clapets, vannes de contrôle de débit et de pression, combinaisons ________________________ 93
6.1 Clapets _________________________________________________________________________ 93
6.1.1 Clapets anti-retour ________________________________________________________________ 93
6.1.2 Organes de traitement _____________________________________________________________ 93
6.1.3 Sélecteur à deux entrées : fonction ET logique __________________________________________ 94
6.1.4 Sélecteur de circuit : fonction OU logique ______________________________________________ 94
6.1.5 Soupape d'échappement rapide _____________________________________________________ 95
6.1.6 Vannes d'arrêt ___________________________________________________________________ 96
Table des matières
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6.2 Vannes de contrôle de débit ________________________________________________________ 96
6.2.1 Limiteurs de débit _________________________________________________________________ 96
6.2.2 Limiteurs de débit unidirectionnels ___________________________________________________ 97
6.2.3 Limitation du débit d'alimentation ___________________________________________________ 98
6.2.4 Limitation du débit d'échappement___________________________________________________ 98
6.2.5 Choix du type de limitation de débit __________________________________________________ 98
6.3 Vannes de contrôle de pression _____________________________________________________ 100
6.3.1 Manodétendeur _________________________________________________________________ 100
6.3.2 Limiteur de pression ______________________________________________________________ 100
6.3.3 Soupape de séquence ____________________________________________________________ 101
6.4 Combinaisons de vannes __________________________________________________________ 101
6.4.1 Temporisateurs __________________________________________________________________ 102
7 Terminaux de distributeurs ________________________________________________________ 104
7.1 Mesures d'optimisation des distributeurs discrets _____________________________________ 104
7.2 Avantages des distributeurs discrets optimisés ________________________________________ 104
7.3 Distributeurs optimisés pour montage en bloc _________________________________________ 105
7.4 Raccordement électrique des blocs de distributeurs ____________________________________ 106
7.5 Concepts d'installation modernes ___________________________________________________ 107
7.5.1 Avantages des concepts d'installation modernes ______________________________________ 107
7.5.2 Composants de commande pour travail d'installation réduit _____________________________ 107
7.5.3 Terminaux d'installation ___________________________________________________________ 108
7.5.4 Câblage avec raccordement multipôle _______________________________________________ 108
7.5.5 Architecture d'un système de bus de terrain __________________________________________ 109
7.5.6 Mode de fonctionnement d'un système de bus de terrain ________________________________ 110
7.5.7 Type de bus de terrain ____________________________________________________________ 110
8 Pneumatique proportionnelle ______________________________________________________ 111
8.1 Régulateurs de pression proportionnels ______________________________________________ 111
8.1.1 Mission d'un régulateur de pression proportionnel _____________________________________ 111
8.1.2 Application d'un régulateur de pression proportionnel __________________________________ 112
8.1.3 Commande du banc d'essai ________________________________________________________ 112
8.1.4 Schéma équivalent d'un régulateur de pression proportionnel ___________________________ 113
8.1.5 Mode de fonctionnement d'un régulateur de pression proportionnel ______________________ 113
8.2 Distributeurs proportionnels _______________________________________________________ 114
8.2.1 Missions d'un distributeur proportionnel _____________________________________________ 114
8.2.2 Application d'un distributeur proportionnel ___________________________________________ 115
8.2.3 Schéma équivalent d'un distributeur proportionnel ____________________________________ 115
8.2.4 Fonction débit-signal d'un distributeur proportionnel ___________________________________ 116
8.3 Positionneur pneumatique _________________________________________________________ 117
8.3.1 Application d'un positionneur pneumatique __________________________________________ 117
8.3.2 Architecture d'un positionneur pneumatique __________________________________________ 117
Table des matières
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9 Bases de l'électrotechnique _______________________________________________________ 118
9.1 Courant continu et courant alternatif ________________________________________________ 118
9.2 Loi d'Ohm ______________________________________________________________________ 119
9.2.1 Conducteur électrique ____________________________________________________________ 119
9.2.2 Résistance électrique _____________________________________________________________ 120
9.2.3 Force électromotrice ______________________________________________________________ 120
9.3 Puissance électrique______________________________________________________________ 120
9.4 Mode de fonctionnement d'un électroaimant __________________________________________ 121
9.4.1 Architecture d'un électroaimant ____________________________________________________ 122
9.4.2 Applications des électroaimants ____________________________________________________ 122
9.4.3 Résistance inductive en tension alternative ___________________________________________ 122
9.4.4 Résistance inductive en tension continue _____________________________________________ 123
9.5 Mode de fonctionnement d’un condensateur électrique _________________________________ 123
9.6 Mode de fonctionnement d’une diode _______________________________________________ 124
9.7 Mesures sur un circuit électrique____________________________________________________ 125
9.7.1 Définition : mesure _______________________________________________________________ 125
9.7.2 Consignes de sécurité ____________________________________________________________ 126
9.7.3 Procédure de mesure sur le circuit électrique __________________________________________ 126
9.7.4 Mesure de tension _______________________________________________________________ 126
9.7.5 Mesure de courant _______________________________________________________________ 127
9.7.6 Mesure de résistance _____________________________________________________________ 127
9.7.7 Sources d'erreurs lors de mesures sur le circuit électrique _______________________________ 128
10 Composants et sous-ensembles de la partie signaux de commande électriques ____________ 130
10.1 Bloc d'alimentation ______________________________________________________________ 130
10.2 Interrupteur monostable et interrupteur bistable_______________________________________ 131
10.2.1 Contact normalement ouvert (NO) ___________________________________________________ 131
10.2.2 Contact normalement fermé (NF) ____________________________________________________ 132
10.2.3 Contact inverseur ________________________________________________________________ 132
10.3 Capteurs de déplacement et de pression _____________________________________________ 133
10.3.1 Détecteurs de fin de course ________________________________________________________ 133
10.3.2 Capteurs de proximité ____________________________________________________________ 134
10.4 Relais et contacteurs _____________________________________________________________ 140
10.4.1 Architecture d'un relais ___________________________________________________________ 140
10.4.2 Applications des relais ____________________________________________________________ 141
10.4.3 Relais à rémanence _______________________________________________________________ 142
10.4.4 Relais temporisé _________________________________________________________________ 142
10.5 Architecture d'un contacteur _______________________________________________________ 143
10.6 Mini-automates __________________________________________________________________ 145
Table des matières
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11 Descriptions de cycles de travail ___________________________________________________ 149
11.1 Diagrammes fonctionnels de machines de travail et installations de fabrication ______________ 149
11.1.1 Domaine de validité du diagramme fonctionnel ________________________________________ 149
11.1.2 Diagramme de déplacement _______________________________________________________ 150
11.2 Description d'une séquence en GRAFCET selon la norme EN 60848 ________________________ 151
11.2.1 Le principe de base d'un GRAFCET __________________________________________________ 152
11.2.2 Étapes _________________________________________________________________________ 152
11.2.3 Réceptivité _____________________________________________________________________ 153
11.2.4 Actions _________________________________________________________________________ 154
11.2.5 Sélection de séquence ____________________________________________________________ 158
11.2.6 Bouclages et sauts _______________________________________________________________ 159
11.2.7 Structuration des GRAFCET ________________________________________________________ 159
11.2.8 Exemple d'un dispostif de fraisage de rainures ________________________________________ 160
12 Architecture des schémas _________________________________________________________ 162
12.1 Schéma pneumatique _____________________________________________________________ 162
12.1.1 Disposition des symboles dans le schéma pneumatique _________________________________ 162
12.1.2 Positions des vérins et distributeurs _________________________________________________ 162
12.1.3 Code de repérage des composants __________________________________________________ 163
12.2 Schéma électrique _________________________________________________________________ 166
12.2.1 Schéma synoptique ______________________________________________________________ 166
12.2.2 Schéma fonctionnel ______________________________________________________________ 166
12.2.3 Schéma unifilaire ________________________________________________________________ 166
12.2.4 Schéma électrique unifilaire d'une commande électropneumatique _______________________ 167
12.3 Schéma des connexions ___________________________________________________________ 172
12.3.1 Exigences imposées au câblage ____________________________________________________ 172
12.3.2 Câblage sur borniers______________________________________________________________ 172
12.3.3 Architecture des bornes et borniers _________________________________________________ 174
12.3.4 Affectation des bornes ____________________________________________________________ 174
12.3.5 Architecture d'un schéma des connexions ____________________________________________ 175
12.3.6 Création d'un schéma des connexions _______________________________________________ 175
13 Mesures de sécurité dans les commandes électropneumatiques _________________________ 180
13.1 Dangers et mesures de protection ___________________________________________________ 180
13.2 Effet du courant électrique sur le corps humain ________________________________________ 181
13.2.1 Effet du courant électrique _________________________________________________________ 181
13.2.2 Résistance électrique du corps humain _______________________________________________ 182
13.2.3 Grandeurs d'influence sur le risque d'accident ________________________________________ 183
13.3 Mesures de protection contre les accidents dûs au courant électrique _____________________ 184
13.3.1 Protection contre les contacts directs ________________________________________________ 184
13.3.2 Mise à la terre ___________________________________________________________________ 184
13.3.3 Très basse tension de protection ____________________________________________________ 185
Table des matières
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13.4 Panneau de commande et équipements de signalisation ________________________________ 185
13.4.1 Interrupteur général ______________________________________________________________ 185
13.4.2 Arrêt d'urgence __________________________________________________________________ 186
13.4.3 Éléments de commande d'une commande électropneumatique ___________________________ 186
13.5 Protection du matériel électrique contre les influences de l'environnement _________________ 189
13.5.1 Identification du degré de protection ________________________________________________ 190
14 Symboles ______________________________________________________________________ 192
14.1 Symboles pour composants pneumatiques ___________________________________________ 192
14.1.1 Symboles pour la partie alimentation en énergie _______________________________________ 192
14.1.2 Symboles pour vannes ____________________________________________________________ 194
14.1.3 Symboles pour distributeurs _______________________________________________________ 194
14.1.4 Symboles pour clapets anti-retour, limiteurs de débit et soupapes d'échappement rapide _____ 197
14.1.5 Symboles pour vannes de contrôle de pression ________________________________________ 198
14.1.6 Symboles pour actionneurs ________________________________________________________ 199
14.1.7 Symboles pour autres composants __________________________________________________ 201
14.2 Symboles pour composants électriques ______________________________________________ 202
14.2.1 Symboles pour fonctions de base ___________________________________________________ 202
14.2.2 Symboles pour actionneurs électromécaniques ________________________________________ 204
14.2.3 Symboles pour relais et contacteurs _________________________________________________ 205
14.2.4 Symboles pour capteurs __________________________________________________________ 206
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
2 Terminologie de base de la pneumatique
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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.
1 1 2 2 3 3 constantep V p V p V
F3F1 F2
V3p3
V2p2
V1p1
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 ?
1 2 1 2p V p V
1
2
2 1V
p pV
, remarque : 1
72
1
V
V
p1 = pamb = 100 kPa = 1 bar
p2 = 1 · 7 = 700 kPa = 7 bar en absolu
3 Production d’air comprimé et alimentation en air comprimé
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 573032 41
1 2
2
1
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.
4
5
3
1
6
7
2
8
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
4 Actionneurs et organes de sortie
48 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 573032
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.
4 Actionneurs et organes de sortie
60 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 573032
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.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 mm 26010
20
30
50
100
200
300
500
8001000
mm/s
3000
Distribution surdimensionnée
avec échappement rapide
Distribution surdimensionnée oudistribution normale avec échappement rapide
Distribution normale ou sous-dimensionnée
ou avec échappement rapide
Diamètre du piston D
MV
ites
sem
oyen
nedu
pist
onv
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
101,3 + Pression de travail (in kPa)Taux de compression =
101,3
5 Distributeurs
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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.
2 3514 124 1
14
4 2
315
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.
2 3514 124 1
2 3514 124 1
14
4 2
315
12
14
4 2
315
12
Fig. 5.18 : Distributeur pneumatique 5/2 bistable, principe du tiroir coulissant – Vues en coupe et symboles
5 Distributeurs
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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.
822 35 4 184
14
4 2
315
14
84
Fig. 5.21 : Électrodistributeur 5/2 piloté, non actionné
822 35 4 184
14
4 2
315
14
84
Fig. 5.22 : Électrodistributeur 5/2 piloté, actionné
6 Clapets, vannes de contrôle de débit et de pression, combinaisons
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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.
1 1
2
1 1
2 2
11
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.
1 1
2
1 1
2 2
11
Fig. 6.3 : Sélecteur de circuit : fonction OU – Vues en coupe et symbole
9 Bases de l’électrotechnique
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3
4
S
P
U = 12 V+
I
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 Tension Unité : volt (V)
R Résistance Unité : ohm ()
I Intensité du courant 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.
10 Composants et sous-ensembles de la partie signaux de commande électriques
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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.
Émetteur
Récepteur
ÉmetteurRéflecteur
Récepteur
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).
Émetteur
Récepteur
Émetteur
Récepteur
Fig. 10.12 : Détecteur à réflexion – Principe, symbole
11 Descriptions de cycles de travail
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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 !
(Presse en haut)Bouton-poussoir actionné (S1)et presse en haut (1B1)
7
8
( )Presse en bas Presse en bas (1B2)
(Presse en haut) S1*1B1
7
8
( )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
12 Architecture des schémas
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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.
1M1
K1
23
24
10
P1
K3
23
24
9
K4
13
14
8
K4
3
4
K2
32
A1
A2
7
K3
13
14
6
K3
S3
2
3
4
K4
42
A1
A2
K2
A1
A2
K1
13
14
K1
0 V
K4
32
24 V
69
2
5
310
825
27
4S1
1
3
1B3
3
4
S2
2
3
4
K2
13
14
K3
32
A1
A2
1B1
4
p 1B2
31
31
3
41
1
31
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.
13 Mesures de sécurité dans les commandes électropneumatiques
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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
AutomatiqueManuel
Arrêt d'urgence
Arrêtcycle continu
Mise en référence
Pas à pas
Ouvrir pince
Fermer pince
Marchecycle continu
Startcycle unique
Fig. 13.7 : Panneau de commande d'une commande électropneumatique (exemple)
14 Symboles
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Fonction Symbole
Limiteur de débit unidirectionnel, réglable
1
2
Soupape d’échappement rapide 2
31
Sélecteur à deux entrées 2
11
Sélecteur de circuit 2
11
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
Manodétendeur réglable sans orifice de décharge 2
1
Manodétendeur réglable avec orifice de décharge 2
1 3
Tableau 14.13 : Symboles pour vannes de contrôle de pression
14 Symboles
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Fonction 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)
