Électrovannes vs actionneurs linéaires : choisir le bon contrôle de mouvement pour l'automatisation industrielle

Électrovannes (solenoids) et actionneurs linéaires sont des dispositifs standards pour applications industrielles. Ils contrôlent le mouvement de mécanismes ou systèmes nécessitant automatisation. Utilisés par un contrôleur principal avec signal de retour, ils permettent un mouvement à contrôle de précision.

Qu'est-ce qu'une électrovanne (solenoid) ?

En secteur industriel, le terme solenoid désigne un dispositif nécessitant un champ magnétique pour fonctionner. Il comprend une bobine conductrice traversée par un courant électrique. Quand le courant passe, un champ magnétique se développe, et un plongeur métallique à l'intérieur de la bobine se déplace sous la force du champ.

Quand le courant est coupé, le champ magnétique tombe à zéro. Le plongeur n'est plus sous la force magnétique et peut bouger librement. Il est chargé par un ressort, qui le ramène à sa position initiale champ nul.

Qu'est-ce qu'un actionneur linéaire ?

Un actionneur linéaire crée un mouvement linéaire d'un ensemble mécanique attaché, généralement une tige. Mouvement exécuté par un moteur intégré connecté à la tige via engrenages de tailles/rapports différents. Quand le moteur tourne, les engrenages convertissent le mouvement rotatif en mouvement linéaire.

Les actionneurs linéaires utilisent généralement moteurs DC (balais ou brushless) et alimentation DC (12 VDC ou 24 VDC). Mais moteurs DC ne sont pas obligatoires. Moteurs pas-à-pas et asynchrones peuvent aussi mouvoir actionneurs linéaires, selon charge et application. Le sens de mouvement s'inverse facilement en inversant la polarité de l'alimentation aux bornes.

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

Les actionneurs linéaires contiennent capteurs aux deux extréminités (min/max) pour détecter la course de la tige aux deux bouts et, si besoin, arrêter tout mouvement supplémentaire pour éviter d'endommager composants internes. La vitesse n'est pas rapide mais ils délivrent une puissance significative. Pour cela, utilisés dans applications nécessitant mouvement contre éléments lestés. Certains incluent signaux de retour indiquant leur position limite.

La tige ne peut pas revenir à sa position initiale sans courant. Elle nécessite tension DC de polarité opposée pour revenir.

Comparaison électrovannes et actionneurs linéaires

Similarités

• Les deux peuvent activer ou contrôler un autre ensemble mécanique ou système.
• Les deux délivrent un mouvement avec force, adaptés aux applications nécessitant opération forte, stable.
• La sortie des deux est un mouvement linéaire d'une tige métallique.
• Ils restent activés tant que tension appliquée persiste ; activation cesse quand tension tombe à zéro.

Différences

Domaines clés distinguant électrovannes et actionneurs : tension appliquée, sens de mouvement, retour d'information.

Tension appliquée : Électrovannes requièrent tension alternative (CA) pour activation et mouvement car elles utilisent champ magnétique, et seule la CA peut le créer. Actionneurs linéaires tendent à utiliser moteurs DC, inopérants en CA.

Sens de mouvement : Électrovannes ne créent mouvement que dans un sens. Sans tension, force cesse, plongeur reste en place sauf s'il est chargé par ressort pour retour position initiale.

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

Actionneurs linéaires bougent dans les deux sens (avant/arrière). Accompli en changeant polarité de la tension DC aux bornes. Permet contrôle assemblage attaché dans les deux sens. Position de l'actionneur reste fixe à sa position courante, même sans tension appliquée.

Retour d'information (feedback) : Électrovannes ne permettent pas de suivre la position de la tige, ni d'implémenter feedback position car mouvement en un seul étage avec position max. Feedback de l'assemblage mécanique externe fournit statut électrovanne et permet surveillance.

Actionneurs linéaires donnent feedback direct sur leur mouvement via positions min/max limites. Mouvement entier traçable avec capteurs/contrôles externes. Versions avancées ont feedback de position intégré sans composants externes.

Applications industrielles électrovannes et actionneurs linéaires

Électrovannes

Vannes : Électrovannes combinées avec vannes = électrovannes (solenoid valves). Courantes en industrie où fluides (eau, vapeur) impliqués. Ouvrent/ferment vannes, commutent alimentation fluide sans intervention humaine.

Figure 3. Électrovannes utilisées pour réfrigération industrielle. Image utilisée avec l'autorisation de Danfoss.

Domaines d'application courants : agroalimentaire, pharmaceutique, CVC, services publics.

Contacteurs et relais : Bobine solenoid aussi utilisée dans contacteurs et relais, pour développement circuits électriques/électroniques. Bobine connectée aux contacts, se déplace pour faire/rompre contact. Bobine alimentée/coupée par tension source externe (généralement depuis contrôleur principal ou PLC).

Contacts normalement ouverts (NO) : contacts faits quand bobine alimentée, connectant tension source aux contacts terminaux. Bobine coupée → contacts rompus, déconnexion. Contacts normalement fermés (NC) : opposé.

Mécanisme de verrouillage : Bobines solenoid aussi utilisées comme verrouillage en fabrication. Bobine active verrouillage quand alimentée, désactive quand coupée. Mécanismes employés sur différentes parties machine pour sécurité produit/humain. Machine en marche → verrouillage active, empêche accès parties mobiles/dangereuses.

Exemple : boîtes de transfert en pharma, verrouillage empêche ouverture porte pour période donnée et ouverture simultanée des deux côtés.

Actionneurs linéaires

CVC (HVAC) : Intégrés aux composants CVC (unités de traitement d'air - UTA), car régulation CVC exige changement paramètres : vitesse soufflante, alimentation eau glacée. Exemple : en UTA, actionneurs ouvrent/ferment registres d'air pour contrôler flux d'air zone soufflage.

Machines d'emballage : Utilisés dans machines emballage, remplaçant progressivement systèmes course pneumatiques. Exécutent insertion, mise en boîte. Adaptés car force permettent manipulation objets lestés. Course variable selon exigences paquet → objets dimensions/tailles variées sans changement outillage. Réduit temps changement, augmente productivité. Autres avantages : nettoyage et maintenance faciles.

Le développement PLC et systèmes automatisation a permis aux fabricants machines d'offrir machines rentables, efficaces, contribuant au succès global industries. Mais automatisation seule ne suffit. Il faut composants mécaniques agissant selon exigences process, compatibles système automatisation, communicant en conséquence.

Électrovannes et actionneurs linéaires sont deux de ces nombreux composants. Utilisés dans industries diverses pour délivrer paramètres process avec automatisation dernière génération. Ont permis aux fabricants de migrer vers systèmes efficaces en remplaçant composants moins efficaces énergétiquement et productivement.