Comprendre le fonctionnement de la pneumatique

La pneumatique regroupe toutes les applications qui utilisent de l'air comprimé. Tout comme l'hydraulique, qui fonctionne avec des liquides, elle fait partie de la technique des fluides. Le principe de base repose sur le fait que l'air comprimé stocke de l'énergie qui est ensuite utilisée comme énergie motrice à des fins spécifiques. En général, les installations pneumatiques fonctionnent avec une surpression de 6 bars, mais pour certaines applications, la pression peut atteindre 40 bars.

Dans cet article, nous allons aborder en détail le principe de base de la pneumatique, ses domaines d'application ainsi que le fonctionnement des vannes pneumatiques pour le contrôle du débit. Nous nous pencherons également sur l'électropneumatique, qui ouvre de nouvelles possibilités à l'automatisation.

Que vous utilisiez déjà la pneumatique dans votre entreprise ou que vous commenciez tout juste à vous y intéresser, cet article vous fournira de précieuses informations.

Comprendre le fonctionnement de la pneumatique

Principe de base et domaines d'application de la pneumatique
Vannes pneumatiques pour réguler le débit
Avantages et inconvénients des installations pneumatiques

Electropneumatique et automatisation
Accessoires pneumatiques chez Conrad

Principe de base et domaines d'application de la pneumatique

Le fonctionnement peut être brièvement décrit par les étapes suivantes : production d'air comprimé, traitement, transport et utilisation. Les compresseurs aspirent l'air ambiant et le compriment, ce qui nécessite de l'énergie. Le traitement de l'air comprimé a pour but d'éliminer les particules de poussière. C'est important pour préserver les composants de l'installation pneumatique. L'air comprimé peut être transporté directement vers les utilisateurs par des conduites ou des tuyaux sous pression. Il peut également être conservé dans des conteneurs appropriés.

Au sein de l'installation pneumatique, les vannes pneumatiques dirigent l'air comprimé vers l'endroit souhaité. Il existe pour cela différentes possibilités de commande. Un élément de commande, également appelé actionneur, transforme l'énergie stockée dans l'air comprimé en mouvement souhaité. Ainsi sont possibles des mouvements linéaires de cylindres et des mouvements rotatifs dans des moteurs pneumatiques.

Il existe de nombreuses possibilités d'utilisation de l'air comprimé dans l'industrie et le transport. Ainsi, le transport de pièces ou de matériaux dans les lignes de production fonctionne souvent de cette manière. Les applications pneumatiques sont donc un élément important de l'automatisation. De nombreux outils fonctionnent avec des systèmes pneumatiques. De même, il existe des moteurs pneumatiques entraînés par air comprimé, également sous forme de motoréducteurs. Les freins à air comprimé des tracteurs, des camions et des bus fonctionnent également selon ce principe. La robotique est un domaine d'application récent de cette technologie.

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Vannes pneumatiques pour réguler le débit

Les composants centraux de la pneumatique sont les vannes. Il existe différents types de vannes pneumatiques qui ont différentes fonctions dans l'automatisation. Les vannes directionnelles en font partie. Elles ouvrent et ferment des voies de passage et commandent ainsi le flux d'air comprimé. Si une vanne directionnelle porte le marquage 3/2, il possède 3 raccords et permet 2 positions de commutation. On distingue les vannes bistables, qui peuvent prendre 2 positions stables, et les vannes monostables, qui reviennent automatiquement à leur position initiale. Selon le type d'obturation, les vannes directionnelles peuvent être classées en vannes à tiroir et vannes à clapet. Les vannes à tiroir ferment la voie d'écoulement avec un piston, les vannes à clapet avec des plateaux ou des billes.

Les vannes d'arrêt sont une autre variante des vannes pneumatiques. Elles peuvent bloquer ou libérer une voie de passage en déplaçant un élément de blocage par l'air comprimé. On distingue les vannes à pression alternée et les vannes à deux pressions. Une vanne à deux voies s'ouvre lorsque l'air comprimé est présent à l'une des deux entrées. Dans le cas d'une vanne à deux pressions, l'air comprimé doit agir sur les deux entrées.

Vannes de commande et directionnelles - Vannes pneumatiques

Il existe également des soupapes de pression, qui contrôlent le débit en fonction de la pression. Une variante est la soupape de limitation de pression. Celle-ci s'ouvre lorsqu'une pression prédéfinie est dépassée afin d'évacuer l'air et de réduire ainsi la pression. Cela sert à protéger l'installation. Une soupape de régulation de pression ne permet le débit que lorsqu'une pression minimale est disponible.

Les vannes de débit sont également utilisées en pneumatique. Elles régulent le débit de l'air comprimé, par exemple en rétrécissant la conduite. Il existe ici aussi différentes variantes comme les vannes d'étranglement ou les vannes à membrane. Une vanne de régulation de débit a en revanche pour fonction de maintenir le débit constant, même en cas de variations de pression.

Avantages et inconvénients des installations pneumatiques

L'un des avantages de la pneumatique est que l'air comprimé généré peut être alimenté directement dans un système de conduites ou stocké dans des réservoirs. Les installations pneumatiques permettent des vitesses de travail relativement élevées. Contrairement aux entraînements électriques, il n'y a aucun risque que les composants soient endommagés par une surcharge. Le niveau de pression est réglable au sein de l'installation. Les applications purement pneumatiques ne présentent pas de risque accru d'incendie ou d'explosion. Il n'existe pas non plus de risque de dommages environnementaux dus à une contamination. L'air comprimé a un effet refroidissant, de sorte que vous n'avez pas besoin de régulation de température supplémentaire pour de nombreux processus de travail. Les installations sont largement insensibles aux variations de température. Elles peuvent être assemblées à partir de composants simples et sont donc relativement bon marché.

Il existe aussi quelques inconvénients, surtout par rapport à l'hydraulique. Ainsi, la force ne peut pas être contrôlée avec autant de précision à l'aide du système pneumatique qu'avec les installations hydrauliques. Le bruit est également relativement élevé, mais il peut être atténué par différentes mesures. Vous pouvez par exemple utiliser des matériaux absorbant le bruit. De même, il existe des silencieux à air comprimé, que vous trouverez également dans l'assortiment de Conrad. Par ailleurs, il est nécessaire de purifier l'air à l'aide de filtres. En effet, la poussière contenue dans l'air ambiant accélérerait l'usure des composants d'une installation pneumatique. L'effet refroidissant de l'air comprimé peut aussi, dans certains cas, être trop fort et entraîner la formation de givre. Lorsque des forces très élevées sont nécessaires pour la tâche en question, les solutions pneumatiques n'offrent plus une rentabilité suffisante.

Electropneumatique et automatisation

La plupart des applications pneumatiques reposent aujourd'hui sur le principe de l'électropneumatique. Ces installations se composent d'une partie commande de signaux électriques et d'une partie puissance pneumatique. Par rapport aux commandes entièrement pneumatiques, elles offrent certains avantages et plus de possibilités d'automatisation.

Comparaison de l'électro-pneumatique et du sysème entièrement pneumatique

Dans une installation entièrement pneumatique, l'entrée des signaux se fait par la commande manuelle d'une vanne directionnelle. Le traitement des signaux est assuré par différentes vannes pneumatiques. Des vannes directionnelles sont également utilisées pour la transmission des signaux aux organes de travail. L'entrée et le traitement des signaux dans une installation électropneumatique s'effectuent via la partie électrique de la commande des signaux. Selon le domaine d'application, différents types de commutateurs conviennent pour l'entrée, par exemple des boutons-poussoirs, des commutateurs de réglage et des détecteurs de proximité.

Des capteurs ou des contacts Reed, par exemple pour la détection de la position finale d'un vérin, entrent également en ligne de compte. Le traitement des signaux peut se faire par des relais ou, pour les charges plus importantes, par des contacteurs. Les automates programmables industriels (API) offrent encore plus de possibilités. La sortie des signaux via le convertisseur électro-pneumatique constitue l'interface entre la partie commande des signaux électriques et la partie puissance pneumatique avec les organes de travail.

Une électrovanne sous la forme d'un vanne directionnelle à commande électromagnétique sert de convertisseur EP. Dans ce cas, un électro-aimant se trouve du côté de la partie commande électrique. En fonction du signal appliqué, il ouvre ou ferme les connexions dans la partie pneumatique de puissance.

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Avantages et inconvénients de l'électropneumatique

Aujourd'hui, les systèmes entièrement pneumatiques ne sont plus utilisés que relativement rarement. Le fait que l'électropneumatique se soit imposée s'explique par les avantages suivants :

Plus de possibilités de contrôle et de surveillance
Systèmes pneumatiques plus complexes réalisables
Séquences cinétiques et temps de cycle modifiables plus rapidement
Utilisation de capteurs possible
Réduction des coûts de planification et d'installation
Échange facile d'informations entre plusieurs commandes
Fiabilité supérieure
Usure moindre (moins de pièces mécaniques en mouvement)

L'inconvénient de l'électropneumatique par rapport aux installations entièrement pneumatiques est le risque plus important d'explosion et d'incendie en raison des composants électriques. Des mesures de protection appropriées sont nécessaires.

API pour commander les installations électropneumatiques

Outre les relais et les contacteurs, l'automate programmable industriel (API) peut également être utilisé comme élément de traitement des signaux dans les systèmes électro-pneumatiques. Celui-ci peut relier entre eux de nombreux signaux d'entrée et de sortie et permet donc des fonctions plus complexes. Il se compose d'un module central comprenant un processeur, des entrées et des sorties. Les entrées reçoivent les signaux et les sorties commandent les convertisseurs EP dans le cas d'une installation électropneumatique.

Le contrôle est assuré par un programme logiciel. Des extensions enfichables, les shields, permettent d'augmenter encore le nombre d'entrées et de sorties. Les API se prêtent bien à la combinaison avec des îlots de vannes. Ceux-ci regroupent plusieurs vannes dans un espace réduit et sont reliés à l'API et aux organes de travail par un système de bus.

Il existe également des commandes basées sur les technologies des applications open source Raspberry Pi ou Arduino. Celles-ci peuvent également être utilisées pour les commandes électropneumatiques.Les systèmes API et les shields correspondants ouvrent aux entreprises de nombreuses possibilités de commande et d'automatisation des processus pneumatiques. La pneumatique reste un composant de base indispensable pour des processus précis et fiables.

Accessoires pneumatiques chez Conrad

Vous souhaitez exploiter les possibilités de la pneumatique pour votre entreprise ou vous utilisez déjà cette technologie ? Alors vous trouverez chez Conrad un grand choix de composants et d'accessoires. Différentes vannes et organes d'arrêt en font partie, tout comme des raccords, des accouplements, des connexions et des tuyaux résistant à l'air comprimé. Vous y trouverez également des silencieux à air comprimé, des dispositifs de mesure pour le contrôle de la pression et de la température et des distributeurs. Les entraînements pneumatiques, y compris les vérins pneumatiques, font également partie de l'assortiment.

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