Améliorer l'ergonomie au travail 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 d'une intelligence embarquée dans les actionneurs électriques a élevé leur contribution ergonomique à un nouveau niveau. Des fonctions intelligentes telles que le contrôle numérique du moteur, le retour de position, la synchronisation et la surveillance en temps réel facilitent encore l'application de l'automatisation pour améliorer le confort, la sécurité et l'efficacité au travail.

Contrôle numérique du moteur

Les actionneurs traditionnels dépendent souvent de relais volumineux et peu efficaces énergétiquement ou de contrôleurs indépendants pour étendre, rétracter ou arrêter les actionneurs. L'utilisation d'une électronique embarquée pour gérer la puissance peut réduire le courant aux interrupteurs ou contacts de 20 A à moins de 22 mA, permettant une conception de système plus simple et moins coûteuse. Les opérateurs peuvent faire fonctionner et changer la direction de l'actionneur via une commande simple.

Imaginez un espace de travail où les manipulent des composants de plus de 45 kg nécessitant des étirements et flexions fréquents. Si leur table de travail est contrôlée par des actionneurs à commutation de bas niveau, chaque utilisateur peut ajuster la hauteur pour minimiser flexion et extension, réduisant la fatigue tout en améliorant la productivité (Figure 1).

Alors que les assemblages d'actionneurs traditionnels pourraient permettre de tels ajustements, ils nécessiteraient une commutation de moteur externe, consommant plus d'énergie et devant être faite manuellement. En contrôlant le flux de courant électroniquement, toute cette commutation est intégrée dans le boîtier de l'actionneur, offrant un environnement plus épuré, sans câblage externe.

L'automatisation de la commutation du moteur apporte aussi des avantages en sécurité. Un actionneur consomme entre 20 et 40 ampères selon la charge. Minimiser l'exposition à ce courant pendant l'installation et le fonctionnement permet un meilleur contrôle ergonomique, tout en réduisant les risques de choc électrique des relais à fort ampérage.

Retour de position numérique

Les actionneurs électriques intelligents (Figure 2) permettent non seulement des ajustements de position fins, mais fournissent aussi un retour en temps réel sur l'étendue de ces ajustements. Ils rapportent la position de la charge tout au long de la course. Dans l'exemple de la table de travail (Figure 1), ils pourraient capturer des données sur la position de la charge et la comparer à des paramètres prédéfinis pour assurer un fonctionnement cohérent.

Avec le retour de position numérique vient la capacité de mesurer et contrôler la vitesse. Supposons l'automatisation de la levée ou baisse d'une porte lourde protégeant une machine ou formant une cloison. Le microcontrôleur pourrait recevoir des impulsions d'un codeur et calculer la distance et la vitesse en fonction du nombre d'impulsions reçues dans un intervalle de temps défini. Pour la porte lourde (Figure 3), cela permettrait de régler la vitesse pour qu'elle ralentisse en fin de course, évitant que la porte ne claque avant que l'opérateur n'ait dégagé 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 mémorise pas les positions rapportées après une perte d'alimentation ou un arrêt. Les actionneurs intelligents équipés de potentiomètres analogiques, cependant, reçoivent l'information de position exacte depuis les potentiomètres dans le réducteur de l'actionneur, qui envoient des signaux de tension alertant sur la vitesse et la direction — du début à la fin de la course. Ils mémorisent cette position, donc en cas de perte d'alimentation, pas besoin de revenir à une position d'origine et de réinitialiser.

Une mémoire de position fiable permet de développer des applications stockant les réglages ergonomiques pour chaque utilisateur, permettant d'adapter l'espace de travail à plusieurs individus selon la taille, procédures stockées ou préférences.

Synchronisation

Les avantages ergonomiques des actionneurs électriques intelligents sont encore plus prononcés lorsqu'ils sont utilisés avec plusieurs actionneurs. On peut les régler pour qu'ils s'ajustent automatiquement aux charges changeantes. Une application d'assemblage aéronautique où cinq ou dix travailleurs finalisent le fuselage, par exemple, pourrait les soutenir avec une plateforme devant être élevée haut au-dessus du sol.

Alors que les travailleurs se déplacent sur la plateforme, le poids se déplace vers différentes parties, créant un déséquilibre potentiel. Des actionneurs intelligents placés à divers points sous la plateforme (ex: un à chaque coin) pourraient être réglés pour s'auto-ajuster et compenser le déplacement de charge lors du mouvement synchrone (Figure 4).

Faire des ajustements contrant ces charges changeantes se fait avec contrôle de vitesse et retour de position. Les actionneurs communiquent entre eux via un réseau interne, lisent la vitesse de chacun via le retour de position, et s'ajustent en conséquence.

Avec un retour numérique seul, cela résulte en un mouvement saccadé, que les concepteurs peuvent éviter en mettant à la fois position et vitesse dans la boucle de retour et en les ajustant selon la vitesse d'actionnement et la position. Cela procure un avantage ergonomique qui soulève une charge changeante en douceur depuis plusieurs points, compensant des charges de forme maladroite comme plateformes, sièges, portes lourdes.

Contrôler plusieurs actionneurs traditionnels est possible mais imprécis, chronophage et laborieux, imposant une contrainte supplémentaire aux actionneurs, menant finalement à du grippage ou autres dysfonctionnements. La synchronisation d'actionneurs intelligents élimine les approximations et résulte en un mouvement équilibré, fluide et bien positionné.

Surveillance en temps réel

Les actionneurs électriques intelligents renvoient des résultats de surveillance continue pour température, courant, vitesse, tension et autres variables, permettant une surveillance avancée de l'état, diagnostics et gestion d'erreurs. Le retour peut apparaître jusqu'à dix fois par seconde, l'actionneur se testant continuellement. S'il détecte un problème (ex: dépassement d'un seuil de température), l'actionneur peut s'arrêter en cours de course ou terminer son mouvement programmé — complètement rétracté ou étendu —, s'arrêter, et envoyer un drapeau d'erreur à l'ordinateur, le tout en une fraction de seconde.

Un tel retour permet aux utilisateurs de prendre du recul pour analyser les schémas d'utilisation, vitesse et position afin de rendre les opérations plus conviviales, sûres et efficaces. C'est particulièrement précieux dans l'automatisation d'usine intégrant plusieurs dispositifs (Figure 5). Les données collectées pourraient montrer combien de fois un poste de travail a été levé/abaissé ou une porte ouverte/fermée. Cela peut être comparé à l'historique d'exploitation ou aux meilleures pratiques pour améliorer la conception de la cellule.

Les données d'exploitation pourraient aussi être croisées avec les rapports d'accidents, pointant vers le besoin d'analyses ergonomiques supplémentaires. Si un actionneur positionnant une matrice de sertissage rapportait constamment des surcharges, cela pourrait indiquer un taux d'incidents de blessures et identifier à quelle cellule, à quelle heure, quels quarts sont impactés.

Diversifier pour survivre

Les nombreuses fonctions intégrées aux actionneurs électriques intelligents permettent d'aborder une application avec la simplification de conception à l'esprit. La capacité de contrôler les actionneurs numériquement, fournir un retour numérique ou analogique, permettre la synchronisation multi-actionneurs, ou ajouter la surveillance en temps réel de métriques fournit les outils nécessaires pour accomplir le travail en un seul paquet. Maintenant, face à une application, les utilisateurs peuvent livrer une solution d'automatisation allant au-delà de la fonctionnalité de base d'un mouvement aller-retour.

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

Alors que les constructeurs de machines et utilisateurs finaux regardent vers l'avenir, leurs solutions d'automatisation iront au-delà de la fonctionnalité de base pour continuer à fournir des solutions plus faciles, une durée de vie plus longue des équipements et une sécurité à long terme.

Plus cette capacité de contrôle est intrinsèque à l'équipement, moins elle se tient entre l'utilisateur et les bénéfices ultimes attendus. Le retour sur investissement se trouve dans la satisfaction, la sécurité, la santé et la productivité des travailleurs — tous bénéficiant à tous dans la chaîne de valeur.

Cet article a été rédigé par Chris Diak, Responsable des ventes produits Automatisation chez Motion Industries (Birmingham, AL) et Travis Gilmer, Spécialiste de ligne de produits – Actionneurs linéaires chez Thomson Industries (Radford, VA).