Solenoïdes vs. actionneurs linéaires pour l'automatisation industrielle

Les solénoïdes et les actionneurs linéaires sont des appareils standard pour les applications industrielles. Pour la plupart, ils contrôlent le mouvement de mécanismes ou de systèmes nécessitant une automatisation. Lorsqu'ils sont utilisés par un contrôleur principal avec un signal de retour, ils permettent un mouvement contrôlé avec précision.

Qu'est-ce qu'un solénoïde ?

Le terme solénoïde fait référence à un appareil du secteur industriel qui nécessite un champ magnétique pour fonctionner. Il comprend une bobine conductrice à travers laquelle un courant électrique peut passer. Lorsque le courant électrique traverse la bobine, un champ magnétique se développe et un piston métallique à l'intérieur de la bobine se déplace sous la force du champ magnétique.

Lorsque le courant électrique est coupé, le champ magnétique devient nul. Le piston métallique n'est plus sous la force du champ magnétique et peut se déplacer librement. Le piston est chargé avec un ressort, qui rétracte le piston à sa position initiale sous un champ magnétique nul.

Qu'est-ce qu'un actionneur linéaire ?

Un actionneur linéaire est un dispositif qui crée un mouvement linéaire d'un ensemble mécanique attaché, généralement une tige. Le mouvement linéaire est exécuté avec un moteur intégré connecté à la tige linéaire par des engrenages de différentes tailles et rapports. Lorsque le moteur tourne, les engrenages convertissent le mouvement de rotation en mouvement linéaire.

Les actionneurs linéaires utilisent généralement des moteurs à courant continu (CC) à balais ou sans balais et une alimentation CC, telle que 12 VCC ou 24VCC. Cependant, les moteurs à courant continu ne sont pas nécessaires. Les moteurs pas à pas et les moteurs à induction peuvent également déplacer des actionneurs linéaires, en fonction de la charge et de l'application. Le sens du mouvement de l'actionneur peut être facilement inversé en inversant les bornes d'alimentation.

Figure 1. Un actionneur linéaire. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Bola Systems

Les actionneurs linéaires contiennent des capteurs aux extrémités minimale et maximale pour détecter la course de la tige aux deux extrémités et, si nécessaire, arrêter tout mouvement supplémentaire pour éviter d'endommager les composants internes. La vitesse de l'actionneur linéaire n'est pas rapide mais peut fournir une puissance importante. Pour cette raison, les actionneurs linéaires sont utilisés dans des applications qui nécessitent un mouvement contre des éléments lestés. Certains actionneurs linéaires incluent également des signaux de retour, indiquant leur portée limite.

La tige linéaire ne peut pas se déplacer vers sa position initiale lorsqu'il n'y a pas de courant. Au lieu de cela, il faut une tension continue de polarité opposée pour ramener la tige à sa position initiale.

Comparaison des solénoïdes et des actionneurs linéaires

Examinons quelques similitudes et différences entre les solénoïdes et les actionneurs linéaires.

Similitudes

• Les deux appareils peuvent activer ou contrôler un autre ensemble ou système mécanique.
• Les deux appareils peuvent générer un mouvement avec force, ce qui les rend adaptés aux applications nécessitant un fonctionnement puissant et stable.
• La sortie de ces deux appareils est un mouvement linéaire d'une tige métallique.
• Ils restent activés tant qu'il reste une tension appliquée ; l'activation s'arrête lorsque la tension devient nulle.

Différences

Certains domaines clés qui distinguent les solénoïdes et les actionneurs les uns des autres incluent la tension appliquée, la direction du mouvement et la rétroaction.

Tension appliquée : Les solénoïdes nécessitent une tension alternative (AC) pour l'activation et le mouvement car ils utilisent un champ magnétique pour le fonctionnement, et seule la tension alternative peut créer le champ magnétique. Les actionneurs linéaires ont tendance à utiliser des moteurs à courant continu, qui ne peuvent pas fonctionner avec une tension alternative.

Direction du mouvement : Les solénoïdes ne peuvent créer un mouvement que dans une seule direction. Lorsqu'il n'y a pas de tension appliquée, la force s'arrête, et le piston mécanique reste présent à moins qu'il ne soit chargé avec le ressort pour le ramener à sa position initiale.

Figure 2. Le mouvement de base d'un actionneur linéaire. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Bcraig15

Les actionneurs linéaires peuvent se déplacer dans les deux sens avant et arrière. Cela est accompli en changeant la polarité de la tension continue appliquée aux bornes de l'actionneur. Cela permet de contrôler l'ensemble attaché dans les deux sens. La position de l'actionneur linéaire reste fixe à sa position actuelle, même en l'absence de tension appliquée.

Commentaires : Les solénoïdes ne permettent pas de suivre la position de la tige, et le retour de position ne peut pas non plus être mis en œuvre car le mouvement est en une seule étape avec une position maximale. Au lieu de cela, le retour d'informations de l'assemblage externe ou des systèmes mécaniques fournit l'état des solénoïdes et peut surveiller le solénoïde.

Les actionneurs linéaires peuvent fournir une rétroaction directe sur leur mouvement en fonction de leur position limite minimale et maximale. L'ensemble du mouvement peut également être suivi avec des capteurs externes et des circuits de commande. Les versions avancées peuvent également avoir des fonctionnalités intégrées de retour de position sans utiliser de composants ou de circuits externes.

Applications industrielles des solénoïdes et des actionneurs linéaires

Examinons quelques applications industrielles des solénoïdes et des actionneurs linéaires.

Soénoïdes

Valves : Les solénoïdes peuvent être utilisés en combinaison avec des vannes, appelées électrovannes. Les électrovannes sont courantes dans les applications industrielles où des fluides, tels que l'eau et la vapeur, sont impliqués. Ils activent et désactivent les vannes et offrent un moyen efficace de commuter l'alimentation en fluide sans intervention humaine.

Figure 3. Les électrovannes sont utilisées pour la réfrigération industrielle. Image utilisée avec l'aimable autorisation de Danfoss

Les domaines d'application courants des électrovannes comprennent les équipements pour l'alimentation et les boissons, les produits pharmaceutiques, le CVC et les services publics.

Contacteurs et relais : La bobine solénoïde est également couramment utilisée dans les contacteurs et les relais, qui sont également utilisés dans le développement de circuits électriques et électroniques. La bobine du solénoïde est connectée aux contacts et peut se déplacer pour établir ou interrompre le contact. La bobine est mise sous tension et hors tension avec la tension d'alimentation de la source externe, qui provient généralement du contrôleur principal ou du contrôleur logique programmable (PLC).

Dans le cas de contacts normalement ouverts (NO), les contacts sont établis lorsque la bobine est alimentée, connectant la tension de source aux contacts des bornes. De même, lorsque les bobines sont hors tension, les contacts sont rompus, déconnectant la tension source de la source terminale. Dans le cas de contacts normalement fermés (NF), c'est l'inverse qui se produit.

Mécanisme de verrouillage : Les bobines de solénoïde peuvent également être utilisées comme mécanisme de verrouillage dans les industries manufacturières. La bobine solénoïde active un verrou lorsqu'elle est sous tension et désactive la serrure lorsqu'elle est hors tension. Les mécanismes de verrouillage peuvent être utilisés dans différentes parties de la machine pour assurer la sécurité du produit ou des personnes. Lorsque la machine est en fonctionnement, le verrou s'active et restreint l'accès aux pièces mobiles ou dangereuses.

Par exemple, dans les boîtes de passage utilisées dans l'industrie pharmaceutique, un mécanisme de verrouillage restreint l'ouverture de la porte pendant une période spécifique et empêche l'ouverture simultanée des deux côtés.

Actionneurs linéaires

Regardons quelques domaines d'applications pour les actionneurs linéaires.

CVC : Les actionneurs linéaires font partie intégrante des composants HVAC, tels que les unités de traitement d'air (AHU), car la régulation des composants HVAC nécessite une modification de différents paramètres, tels que la vitesse du ventilateur et l'alimentation en eau glacée. Par exemple, dans l'AHU, les actionneurs linéaires ouvrent et ferment les registres d'air pour contrôler le débit d'air dans la zone d'alimentation.

Machines d'emballage : Les actionneurs linéaires sont utilisés dans les machines d'emballage et commencent à remplacer les systèmes de course pneumatiques. Ils exécutent de nombreuses fonctions, y compris l'insertion et la boxe.

Les actionneurs linéaires conviennent le mieux aux opérations d'emballage car ils peuvent exécuter des fonctions avec force, leur permettant de manipuler des articles pesés. Leur longueur de course peut varier en fonction des exigences de l'emballage, ce qui leur permet d'utiliser des objets de différentes dimensions et tailles sans changement. Cela aide les utilisateurs de la machine à réduire les temps de changement et à augmenter la productivité. D'autres avantages incluent un nettoyage et un entretien faciles.

Le développement des API et des systèmes d'automatisation a permis aux fabricants de machines de proposer des machines rentables et efficaces, contribuant au succès global de toutes les industries. Cependant, les systèmes d'automatisation seuls ne suffisent pas. Il nécessite des composants mécaniques capables d'agir selon les exigences du processus, est compatible avec un système d'automatisation et peut communiquer en conséquence.

Les solénoïdes et les actionneurs linéaires sont deux des nombreux composants mécaniques de ce type. Ils sont utilisés dans diverses industries pour fournir les paramètres de processus avec le dernier système d'automatisation. Ils ont permis aux fabricants de migrer vers des systèmes efficaces en remplaçant des composants moins économes en énergie et productifs.