Élever la barre de l'ergonomie avec des actionneurs électriques intelligents

Les actionneurs linéaires électriques offrent depuis longtemps des avantages ergonomiques en automatisant les tâches répétitives, salissantes ou dangereuses. Récemment, l'intégration de l'intelligence embarquée dans les actionneurs électriques a élevé leur contribution ergonomique à un nouveau niveau. Des fonctionnalités intelligentes telles que le contrôle numérique du moteur, le retour de position, la synchronisation et la surveillance en temps réel facilitent encore plus l'application de l'automatisation pour améliorer le confort, la sécurité et l'efficacité du lieu de travail.

Contrôle numérique du moteur

Les actionneurs traditionnels dépendent souvent de grands relais à faible consommation d'énergie ou de contrôleurs indépendants pour étendre, rétracter ou arrêter les actionneurs. L'utilisation de l'électronique embarquée pour gérer l'alimentation peut réduire le courant au niveau des commutateurs ou des contacts de 20 A à moins de 22 mA, permettant une conception de système plus simple et moins coûteuse. Les opérateurs peuvent exécuter et changer la direction de l'actionneur à partir d'une simple commande.

Imaginez un espace de travail dans lequel les travailleurs manipulent des composants pesant plus de 100 livres et nécessitant de se pencher et de se pencher fréquemment. Si leur table de travail était contrôlée par des actionneurs équipés d'une commutation de bas niveau, chaque utilisateur pourrait régler la hauteur à un niveau nécessitant un minimum de flexion ou d'étirement, réduisant la fatigue tout en améliorant la productivité (Figure 1).

Bien que les assemblages d'actionneurs traditionnels puissent permettre de tels ajustements, ils nécessiteraient une commutation de moteur externe, qui consomme plus d'énergie et doit être effectuée manuellement. Cependant, en contrôlant électroniquement le débit du circuit, toutes ces commutations sont intégrées dans le boîtier de l'actionneur, ce qui offre également un réglage plus élégant et plus propre, sans câblage externe.

L'automatisation de la commutation des moteurs présente également des avantages en matière de sécurité. Un actionneur tire entre 20 et 40 ampères, selon la charge. La minimisation de l'exposition à ce courant pendant l'installation et le fonctionnement permet un meilleur contrôle ergonomique, tout en réduisant les risques potentiels d'électrocution des relais à haut ampérage.

Commentaires de position numériques

Les actionneurs électriques intelligents (Figure 2) permettent non seulement des ajustements de position précis, mais ils fournissent également une rétroaction en temps réel sur l'étendue de ces ajustements. Ils peuvent rendre compte de l'emplacement de la charge tout au long de la course. Dans l'exemple de table de travail de la figure 1, ils pourraient capturer des données sur l'emplacement de la charge et les comparer à des paramètres prédéfinis pour garantir un fonctionnement cohérent.

Parallèlement au retour de position numérique, il est possible de mesurer et de contrôler la vitesse. Supposons que vous automatisez le levage ou l'abaissement d'une porte lourde qui protège une machine particulière ou forme une cloison. Le microcontrôleur pourrait recevoir des comptages d'impulsions d'un encodeur et calculer la distance et la vitesse de déplacement en fonction du nombre d'impulsions reçues dans un intervalle de temps défini. En restant avec l'exemple de la porte lourde (Figure 3), cela permettrait de régler la vitesse pour qu'elle ralentisse lorsqu'elle atteint la fin de la course, empêchant la porte de se refermer avant que l'opérateur n'ait eu le temps de dégager l'ouverture.

Retour de position analogique

Le retour de position numérique est l'un des moyens les plus simples de mesurer la vitesse de l'actionneur, mais il n'est pas facile à programmer car il ne se souvient pas des positions qu'il signale après une coupure de courant ou un arrêt. Les actionneurs intelligents équipés de potentiomètres analogiques, cependant, peuvent recevoir des informations de position exactes des potentiomètres dans la boîte de vitesses de l'actionneur, qui envoie des signaux de tension qui alertent les utilisateurs de la vitesse et de la direction de l'entraînement - du début à la fin de la course. Ils se souviennent de cette position, donc en cas de coupure de courant, il n'est pas nécessaire de revenir à une position d'origine et de réinitialiser l'appareil.

Une mémoire de position fiable permet le développement d'applications qui stockent les paramètres ergonomiques de chaque utilisateur, ce qui permet d'adapter l'espace de travail à plusieurs personnes en fonction de facteurs tels que la taille, les procédures stockées ou les préférences de l'utilisateur.

Synchronisation

Les avantages ergonomiques des actionneurs électriques intelligents sont encore plus prononcés lorsqu'ils sont utilisés avec plusieurs actionneurs. Vous pouvez régler les actionneurs pour qu'ils s'adaptent automatiquement aux charges changeantes. Une application d'assemblage d'avions dans laquelle cinq ou dix ouvriers finalisent le fuselage, par exemple, pourrait les soutenir avec une plate-forme qui doit être élevée au-dessus du sol.

Lorsque les travailleurs se déplacent sur la plate-forme, le poids se déplace vers différentes parties de la plate-forme, ce qui provoque un déséquilibre potentiel. Les actionneurs intelligents situés à divers points sous la plate-forme (par exemple, un à chaque coin) peuvent être réglés pour s'ajuster automatiquement afin de compenser le déplacement de la charge pendant le mouvement synchrone de l'actionneur (Figure 4).

Les ajustements qui contrecarrent ces charges changeantes sont effectués à la fois avec le contrôle de la vitesse et la rétroaction de positionnement. Les actionneurs communiquent entre eux via un réseau interne, lisent la vitesse de l'autre en fonction des informations de positionnement et s'ajustent en conséquence.

Cependant, le faire avec une rétroaction numérique entraîne une étape saccadée, que les concepteurs peuvent éviter en plaçant à la fois la position et la vitesse dans la boucle de rétroaction et en les faisant s'ajuster en fonction de la vitesse d'actionnement et de la position. Cela offre un avantage ergonomique qui soulèvera une charge mouvante en douceur à partir de plusieurs points, compensant les charges de taille inconfortable telles que les plates-formes, les sièges et les portes lourdes.

Le contrôle de plusieurs actionneurs traditionnels est possible, mais il s'agit d'une opération imprécise, longue et laborieuse qui exerce une pression supplémentaire sur les actionneurs, entraînant éventuellement un blocage ou un autre dysfonctionnement. La synchronisation intelligente de l'actionneur élimine les conjectures et permet d'obtenir un mouvement équilibré, fluide et bien positionné.

Surveillance en temps réel

Les actionneurs électriques intelligents peuvent renvoyer des résultats de surveillance continue pour la température, le courant, la vitesse, la tension et d'autres variables, ce qui permet une surveillance avancée des conditions, des diagnostics et une gestion des erreurs. La rétroaction peut apparaître aussi rapidement que dix fois par seconde, car l'actionneur se teste en permanence. S'il détecte un problème (par exemple, dépassement d'un seuil de température), l'actionneur peut s'arrêter à mi-course ou terminer son mouvement programmé - soit complètement rétracté ou étendu - s'arrêter et envoyer un indicateur d'erreur à l'ordinateur, le tout en une fraction de seconde. seconde.

Ces commentaires permettent aux utilisateurs de prendre du recul par rapport à leurs opérations pour analyser les modèles d'utilisation, de vitesse et de position afin de rendre les opérations plus conviviales, sûres et efficaces. Ceci est particulièrement utile dans les paramètres d'automatisation d'usine qui intègrent plusieurs appareils (Figure 5). Les données collectées peuvent indiquer combien de fois un poste de travail a été levé et abaissé ou combien de fois une porte a été ouverte et fermée. Cela peut être comparé à l'historique d'exploitation ou aux meilleures pratiques de l'industrie pour améliorer la conception de la cellule.

Les données d'exploitation peuvent également être croisées avec les rapports sur les blessures, ce qui peut indiquer la nécessité d'analyses plus ergonomiques. Si un actionneur positionnant une matrice de sertissage signalait constamment des surcharges, par exemple, cela pourrait indiquer un taux d'incidence de personnes se blessant et pourrait identifier à quelle cellule cela se produit, à quelle heure de la journée et quels quarts de travail peuvent être touchés.

Diversifier pour survivre

Les nombreuses fonctionnalités intégrées aux actionneurs électriques intelligents permettent aux utilisateurs d'aborder une application en gardant à l'esprit la simplification de la conception. Avoir la capacité de contrôler les actionneurs par des moyens numériques, de fournir une rétroaction numérique ou analogique, de permettre la synchronisation de plusieurs actionneurs ou d'ajouter une surveillance en temps réel des métriques fournit les outils nécessaires pour faire le travail dans un seul package. Désormais, lorsque les utilisateurs regardent une application, ils peuvent fournir une solution d'automatisation qui va au-delà de la fonctionnalité de base d'un mouvement de va-et-vient.

Les actionneurs électriques intelligents permettent un mouvement plug-and-play sur plusieurs axes de processus automatisés sans les complications d'autres technologies d'automatisation telles que les vérins hydrauliques ou pneumatiques. En examinant au préalable les besoins de l'application, l'utilisateur peut très bien constater que la capacité de l'actionneur intelligent à contrôler le mouvement, à mémoriser la position ou à fournir des mesures d'application peut se différencier parmi une multitude d'autres technologies.

Alors que les constructeurs de machines et les utilisateurs finaux se tournent vers l'avenir, leurs solutions d'automatisation iront au-delà des fonctionnalités de base et continueront à fournir des solutions plus simples, une durée de vie des équipements plus longue et une sécurité à long terme.

Plus cette capacité de contrôle est intrinsèque à l'équipement, moins elle se dresse entre l'utilisateur et les avantages ultimes qu'il attend. La récompense peut être trouvée dans la satisfaction, la sécurité, la santé et la productivité des travailleurs, qui profitent à tous dans la chaîne de valeur.

Cet article a été écrit par Chris Diak, responsable des ventes de produits d'automatisation chez Motion Industries (Birmingham, AL) et Travis Gilmer, spécialiste de la gamme de produits - actionneurs linéaires chez Thomson Industries (Radford, VA).