Guide de dimensionnement Motion Control Festo

Guide de dimensionnement Motion Control
De l’actionneur électrique au contrôleur : étapes et cas pratiques
Construire un ensemble axe-moteur-contrôleur implique des enjeux majeurs : perfor-
mance, productivité et rentabilité.
Intégrer dans sa conception des problématiques telles que connectivité, consommation
énergétique ou pérennité demande une étude sérieuse et approfondie de votre applica-
tion.
En tant qu’expert des mouvements automatisés, Festo a établi ce guide pour vous aider
dans le dimensionnement de votre système électrique axe-moteur-contrôleur.
Il retrace étape par étape la marche à suivre recommandée ainsi que tous nos conseils et
astuces (logiciels, aides) et se termine par trois cas pratiques de dimensionnement dans
différentes industries.
Bonne lecture !

Sommaire
Dénir son système en fonction de son application
→ Dénir le mouvement
→ Dénir le contrôleur
→ Etablir les solutions
Les critères à prendre en compte pour faire le meilleur choix possible
→ Valider le choix en connaissance de cause
→ Bien prévoir l’assemblage et la programmation de la solution
→ Réussir la mise en service
Cas pratiques : dimensionnement d’un système électrique…
→ Rapide dans le secteur agroalimentaire
→ Précis dans l’assemblage électronique
→ Robuste dans le secteur automobile
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Bien dimensionner son système électrique comporte des enjeux importants : sous-dimension-
né, votre système s’usera de manière prématurée, ce qui entraînera des coûts de maintenance
et de remplacement élevés. Surdimensionné, votre consommation d’énergie sera exponentielle.
Pour bien dénir les composants de son système automatisé électrique et s’assurer que la ma-
chine réalisée sera capable d’effectuer la tâche demandée, il faut partir de votre application, et
donc du cahier de charge déni.
Dénir son système en fonction de son application
→ Dénir le mouvement à automatiser
La première chose à faire est de dénir le type de mouvement que vous souhaitez automatiser.
Il en existe plusieurs :
• Les mouvements linéaires
Ces mouvements concernent majoritairement les tâches de déplacement horizontal ou vertical,
par exemple dans des applications de pressage ou d’insertion de pièces.
Un axe linéaire étant composé de plusieurs parties requiérant une étude approfondie du mou-
vement, nous reviendrons en page 5 sur nos astuces pour faciliter le dimensionnement de ces
différents éléments.
• Les mouvements rotatifs
Ces mouvements concernent une rotation sur un angle total, avec un compte-tours et/ou des
variations de vitesse.
• Les mouvements complexes
Ces mouvements concernent les systèmes qui combinent plusieurs mouvements de translation
(les systèmes 2D ou 3D). Cela se traduit généralement par le dimensionnement d’un manipu-
lateur. Les mouvements les plus complexes peuvent demander jusqu’à 6 axes en combinant
translation et rotation.
Mouvement linéaire avec deux positions
Mouvement rotatif avec accélérationApplication de pressage
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Et enn, il sera également nécessaire de se poser la question du coût d’investissement de votre
matériel an de pouvoir choisir la solution la plus adaptée à votre budget. Les coûts immédiats
ainsi que les coûts de maintenance et les coûts opérationnels devront être considérés, pour
déterminer le Total Cost of Ownership.
Après avoir déni le type de mouvement, il faut également prendre en compte les contraintes
liées à votre application. Pour cela, vous pouvez vous aider avec les questions suivantes :
• Quelle est la masse à déplacer ?
• Quelle est la force à appliquer ?
• Avez-vous des exigences en termes de temps de déplacement et de pause ?
• Quelles sont les différentes positions de montage (horizontal, vertical ascendant ou
descendant…) ?
• Votre système doit-il gérer un porte-à-faux ? Quelle endurance attendez-vous de
votre actionneur ?
• Quel est votre environnement et quelles sont ses contraintes ? (hygiène en agroali-
mentaire, zone ATEX, conformité dans le secteur chimique…)
→ Dénir le contrôle du mouvement
Une fois que votre type de mouvement est déni, et avec lui les différents axes dont vous aurez
besoin pour le réaliser, il est temps de penser aux composants qui vont l’alimenter : le moteur
et le contrôleur.
Cette étape est tout aussi importante car elle va déterminer votre performance. Il vous faut un
moteur assez puissant pour assurer votre mouvement en termes de vitesse et de force, tout en
pouvant répéter le mouvement sur la cadence dénie pour respecter vos exigences de producti-
vité. Ainsi, les critères à prendre en compte pour choisir votre moteur sont les suivants :
• Vitesse
• Force
• Contrôle
• Répétabilité
• Coût
• Alimentation (les alimentations standard sont : 24VDC / 230VAC / 380VAC)
• Encombrement (certains moteurs sont plus compacts que d’autres)
Le moteur étant directement et mécaniquement connecté à l’axe, il faut vous assurer de leur
compatibilité. Pour cela, deux cas de gures : si vous choisissez le même fournisseur pour votre
(ou vos) axe(s), leur compatibilité est généralement garantie. En revanche, si ces deux éléments
sont issus de deux fournisseurs différents, il faudra prévoir un kit d’adaptation.
En ce qui concerne le contrôleur, il vous faut vous assurer en premier lieu de sa connectivité
avec le moteur :
• Quels câbles et connecteurs prévoir sur le contrôleur et sur le moteur, quelle est la
puissance à délivrer au moteur ?
• Souhaitez-vous un système avec récupération de l’énergie ? avec codeur ?
multi-tour ? avec la gestion d’un frein ?
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Répondre à ces différentes questions vous permettra d’améliorer votre gestion de la sécurité
machine, de pouvoir faire des redémarrages sans réinitialisation des positions et d’optimiser
vos dépenses énergétiques.
Puis, il faut également s’assurer des interactions du contrôleur avec l’automate programmable
(PLC): quel est le support de communication (réseau ou tout-ou-rien) ? Quel est le protocole de
communication utilisé par l’automate (Pronet, EthernetIP, EtherCat…) ? Pour les cas où les pro-
tocoles de communication sont multiples, il est recommandé de se tourner vers un contrôleur
multi-protocoles, capable de communiquer avec tous les langages utilisés par les PLC, an de
réduire l’encombrement et les références en stock.
→ Etablir les solutions
En fonction des différentes combinaisons possibles, établissez maintenant une liste des solu-
tions envisageables selon vos contraintes techniques.
N’oubliez pas, pour chaque solution, d’ajouter les accessoires nécessaires pour répondre aux
spécications de votre cahier des charges en fonction des produits choisis (kits d’adaptation
entre axe et moteur, résistance de frein, câbles…).
Certains constructeurs proposent des congurateurs en ligne très simples d’utilisation
vous permettant de dimensionner votre axe linéaire en entier, de la partie mécanique à
l’entraînement.
Le congurateur Festo Electric Motion Sizing est un exemple très parlant. Ce congura-
teur intuitif vous permet de dimensionner rapidement votre système électrique et vous
proposera plusieurs solutions en fonction de vos objectifs.
Vous trouverez ainsi en quelques minutes toutes les solutions possibles et leurs alter-
natives, classées de la plus économique à la moins conseillée. Les solutions identiées
inclueront axe, moteur et variateur ainsi que toutes les données nécessaires à votre prise
de décision.
Une fois devant toutes les solutions proposées, vous pouvez pour chacune d’elles :
– Retrouver la vue d’ensemble de tous les composants
– Découvrir le graphique du prol de mouvement
– Connaître les caractéristiques du moteur et l’intensité de son utilisation
– Afcher la liste de pièces nécessaires à la solution
– Envoyer la solution sélectionnée au support technique Festo pour conseil et
validation
– Partager le lien unique de la solution avec vos collègues
– Télécharger le rapport de calcul en PDF pour le conserver
→ www.festo.fr/ems
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Le conseil Festo pour gagner en temps d’étude et réduire les risques techniques