p Neuma Tique

Cours Automatique 1/17

LE PNEUMATIQUE

I) Gnralits

La reprsentation graphique des constituants pneumatiques et hydrauliques est donne dans les normes

NFE04-056, E04-057 et E49-600.

La structure d'une distribution pneumatique sera toujours ralise suivant le principe ci-dessous et on

peut faire un parallle avec une distribution lectrique.

Energie Fonction

Pneumatique ou hydraulique Electrique

Groupe Compresseur Transformateur Production - Adaptation

Filtre et lubrificateur Filtres actifs et passifs Traitement de l'nergie

Sectionneur et limiteur Sectionneur et disjoncteur Isolation et protection

Distributeur Contacteur ou interrupteur Commande de puissance

Vrin ou moteur Moteur Actionneur

1.1) La composition de lair Lair est compos dazote, de gaz rares et de gaz carbonique. Des particules ou impurets sajoutent

cette composition. Ce sont principalement : -les poussires

-la vapeur deau

Elles sont nuisibles au bon fonctionnement des lments dun systme.

1.2) Unit de pression -lunit lgale est le pascal : 1Pa = 1 N/m2

-lunit usuelle est le bar : 1bar = 1 daN/cm2 = 10 N/cm2 = 105 Pa

-lunit Anglo-saxonne est le PSI (Pound per Square Inch) : 1bar = 14.3 PSI

*Remarque : le niveau de pression utilis par les systmes de production se situe principalement entre 5 et 7 bars. La production est stabilise entre 7 et 8 bars pour compense les pertes dans le circuit de distribution. 1.3) Unit de puissance La puissance pneumatique sexprime par P= p.q en Watts (W), p tant la pression et q le dbit.

II) Production de l'air comprime

Une installation centralise de traitement de l'air comporte en gnral:

un refroidisseur qui abaisse la temprature de l'air comprim pour condenser la vapeur d'eau, un scheur qui limine l'eau par schage frigorifique ou par absorption, un accumulateur pour rpondre aux pointes de consommation.

Moteur lectrique

Compresseur Accumulateur de tte

Refroidisseur Scheur Filtres

Accumulateur final

Sortie vers circuit de distribution


III) Traitement de l'nergie : Traitement de l'air comprim

L'air contient toujours de la vapeur d'eau. Lorsqu'il est comprim, il s'chauffe il se refroidit ensuite

dans le rseau de distribution, ce qui entrane la condensation sous forme de brouillard, d'une partie de la vapeur

d'eau. Cette eau se mlange l'huile mise par le compresseur et aux poussires de rouille des tuyauteries du

rseau. Malgr les prcautions prises en amont, une partie de ces impurets liquides et solides atteint les

machines. Dans tous les cas, il y a donc lieu de filtrer l'air en entre de machine et de retenir les impurets

liquides. Le compresseur de l'installation travaille entre une pression minimale (mise en marche) et une pression

maximale (arrt). Sur chaque machine, cette fluctuation de la pression du rseau peut tre accentue par les

variations de la demande en air des machines voisines. Pour obtenir une constance de travail des machines, il est

donc important de rguler cette pression et de l'ajuster la valeur optimale pour chaque machine.

Enfin, il est recommand de lubrifier l'air l'entre des machines (fig.1) cela s'avre indispensable pour

certains actionneurs tels les moteurs rotatifs pneumatiques. La lubrification est toutefois moins ncessaire pour

les vrins(fig.2): ces derniers voluent vers un fonctionnement n'exigeant plus d'apport d'huile.

Fig.1 - Traitement complet de l'air fig.2 - Ensemble filtre limiteur

(sans lubrificateur)

*Remarque : quest ce quun accumulateur ? Rservoir de fluide sous pression disponible en permanence, il rgularise la demande (rserve tampon). Lenveloppe souple, vessie gonfle avec de lazote, emmagasine ou restitue tout moment lnergie transmise par le fluide. Utilisations : accumulateur dnergie, anti-blier, amortisseur, compensateur

3.1) Niveau de filtration de lair comprim

alimentation

Vers sectionneur machine

lubrificateur Filtre

Rglage limiteur

Vers sectionneur machine

Filtre

Rglage limiteur

alimentation


Le domaine dutilisation de lair comprim impose un niveau de filtration particulier. La configuration de la

production est fonction du besoin.

(*) : ensemble compresseur-accumulateur-refroidisseur

IV ) Les modules de conditionnement

Indpendamment de lattention apporte la filtration de lair lors de sa production et de sa distribution,

chaque systme, voire chaque partie de systme demande une filtration particulire. De plus, la distribution ne

permet pas toujours de supprimer :

- une condensation dans le rseau

- une fluctuation du dbit et de la pression due aux variations de la consommation.

Diffrents lments daddition ou de purification placs en entre des systmes permettent :

- dobtenir les teneurs minimales en impurets

- dajuster les paramtres de dbit et de pression

- dassurer une lubrification pour certains organes.

Il est souvent intressant d'associer aux ensemble de traitement d'air les moyens de distribution

contrlant l'alimentation de l'ensemble de l'installation. On utilisera des sectionneurs modulaires 3/2 pour couper

la pression et, si l'installation comporte des vrins importants, dmarreur progressif pour redmarrer dans de

bonnes conditions de scurit.

4.1) Les diffrents composants


Ces composants font partie de chaque systme. Ils se situent larrive de lair comprim.

Le filtre

Le mano-

rgulateur

Le combin

filtre mano-

rgulateur

Le

lubrificateur

Le dmarreur

progressif

Le

sectionneur

4.2) Principe de fonctionnement a) les filtres

Cest une rgulation de la pression dans les organes. La pression de sortie est affiche et ne dpasse pas une valeur de seuil rgle.

Lair est filtr. Les impurets et leau sont retenues dans le bol

Le combin est lassemblage dun filtre et dun mano-rgulateur. Il nest pas toujours install sur un systme automatis.

Un brouillard dhuile est additionn lair pour la lubrification de certains organes.

Il est complment optionnel dun sectionneur gnral et permet la remise en route progressive et sans -coup dun circuit aprs purge. Il est install essentiellement pour les mouvements dangereux.

Il sert la mise hors nergie du systme lors darrt durgence ou darrt de production. A ltat repos, les actionneurs sont mis lchappement.


Les impurets sont retenues par centrifugation et par filtrage.

La centrifugation est obtenue par des ailettes en forme de turbine. Le filtre est une paroi poreuse.

Le calibrage est choisi par le dbit dair qui sexprime par la taille des orifices. De faon simple, il est

dtermin par la consommation du plus gros actionneur.

b) les rgulateurs de pression

La pression dalimentation Pc fournie par le rseau

est suprieure la pression utile Pu dans le systme. Le

rgulateur stabilise Pu malgr les fluctuations de la

consommation en amont ou en aval.

Lorsque la pression augmente, le tiroir se ferme

en comprimant le ressort.

- sans dbit, le tiroir se ferme ds que Pc > Pu

- avec dbit, le tiroir ne se ferme pas totalement mais

suffisamment pour crer une perte de charge.

c) les lubrificateurs

Lair comprim passant dans le tube 2 cre une dpression (venturi) dans le tube 1. Lhuile en rserve au

fond du bol, est aspire et se propage en fines gouttelettes en sortant du tube 1.

Il existe deux modles :

- les lubrificateurs par micro-brouillard : les grosses gouttes se dposent dans le bol vitant ainsi une

consommation importante.

- les lubrificateurs par brouillard : la lubrification est plus importante.

d) les dmarreurs progressifs Ils servent diminuer le dbit dair en appel la mise sous pression lorsquil y a un risque de mouvement

intempestif. Ils sont utiliss pour les vrins dangereux.


Lorsque la pression en A est nulle, le dmarreur est en position repos. Au moment de la mise

sous pression , le dbit est limit par ltrangleur 1, et la pression reste faible.

Les vrins se dplacent vitesse limite jusqu ce quils se bloquent en fin de course. Ds que tous les

vrins sont larrt, la pression augment jusqu dplacer le tiroir. Le dmarreur progressif se dplace en position

travail. Le passage de lair devient libre.

Le retour en position de travail est amorti pour absorber les fluctuations de la pression en cours de cycle.

* remarque : il est important de placer le dmarreur progressif aprs le sectionneur pour que le dmarrage soit effectif chaque coupure du sectionneur gnral.

V) Les principaux organes de puissances

La norme prcise que chaque appareil est dessin dans la position quil occupe ltat initial de

linstallation. Ltat initial de linstallation est aprs la mise sous pression et juste avant le dpart cycle.

Les appareils de commande sont reprsents en position de repos, c'est--dire sans information manuelle

ou lectrique.

Pour comprendre un systme, ses fonctions et ses dysfonctionnements, il est important de bien connatre chacun

de ses composants, son mode de fonctionnement, ses caractristiques, son domaine demploi, ses dangers

5.1) Les vrins

Les vrins ont un domaine dutilisation bien particulier. Ils sont srs. La pression dalimentation en aire

comprime infrieure ou gale 8 bars les rend peu dangereux.

5.1.1) Domaine dutilisation Le vrin est utilis soit statiquement comme lment de serrage, soit dynamiquement comme lment de

transport.

* Vrin travaillant en statique : le serrage

Leffort de serrage Fs est calcul en statique en fonction de la pression dalimentation et de la section du vrin :

Fs = ps . S

* Vrin travaillant en dynamique : le transport

Leffort dynamique Fd est directement li leffort

rsistant et la section du vrin : Fd = p1.S1- Ff p0.S0 (avec

p0.S0 la force de contre pression et Ff la force de frottement.)

Remarque : en pratique les vrins dynamiques sont calculs tels que Fd = 2/3 Fs, en ngligeant les frottements.


1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

11

1 2

1 3

1 4

5.1.2) Mesure des pressions

*Vrin de serrage : En mouvement Ps est faible

En serrage Ps est gale la pression dalimentation maximum

*Vrin de transport : En mouvement P1 2/3 P alimentation

En fin de course P1 est gale la pression dalimentation

5.1.3) Diagnostic sur vrin Le vrin est un lment sr, si le conditionnement de lair est satisfaisant. Cest lun des derniers lments

contrler, dautant plus que les tests sont difficiles raliser.

a) fonction dun vrin - Le guidage est assur par le piston et le palier. Le palier supporte les efforts

- Ltanchit est assure par des joints statiques et dynamiques. Un joint racleur est utilis pour des

ambiances corrosives.

b) principales dfaillances

Effets Causes possibles Remdes possibles Origines

La tige sort alors que la

contre chambre est sous

pression

les pressions sont quilibres,

le joint dynamique du piston

est HS

vrifier l'tanchit

changer le vrin

La tige reste encrasse le joint racleur est Hs changer le joint

prvoir des protections

Il y a une perte d'nergie

(faible) et fuite d'air

le joint dynamique de la tige

est HS

vrifier le guidage et l'tat

de surface de la tige

changer le joint

Il y a une perte d'nergie

importante le palier est us changer le palier

La tige est en travers le piston et la tige sont

dsolidariss faire une tude des efforts

c) tests de fonctionnement

Les fonctions contrler sont lies laccessibilit et lenvironnement des vrins.


5.1.4) Maintenance prventive Les vrins ont un mode de dgradation lent gnr principalement par lusure.

- La maintenance prventive conditionnelle est ralise soit par une mesure diffrentielle des pressions

dentre et de sortie, soit par lanalyse des temps de cycle du vrin.

- La maintenance prventive systmatique prvoit :

*soit le remplacement possible du vrin une certaine chance

*soit des visites systmatiques des paliers et des joints pour des vrins importants.

5.2) Autres actionneurs

Venturi et ventouse Muscle pneumatique Vrin sans tige

VI) Les distributeurs

Les distributeurs sont les organes principaux dans la recherche de diagnostic. Le test PC-PO dtermine la

partie dfaillante.

6.1.1) Exploitation

Ils sont utilises pour commuter et contrler la circulation des fluides sous pression, comme des sortes

daiguillage. Ils permettent de :

rendement

pression entre

pression sortie

observations

aspect visuel

vitesse de dplacement

bruit de fuites

PC Distributeur PO Distribution de lnergie pneumatique

Commande (lectrique)


Contrler le mouvement de la tige dun vrin ou la rotation dun moteur pneumatique (distributeurs de

puissance )

Choisir le sens de circulation dun fluide (aiguiller, driver, etc ...)

Excuter partir dun fluide, des fonctions logiques (fonctions ET, OU, mmoire, etc.)

Dmarrer ou arrter la circulation dun fluide (robinet darrt, bloqueur...)

La symbolisation des distributeurs est donne par la norme NF ISO 1219-15 E04-056 tel que :

* Nombre de cases: reprsente le nombre de positions de commutations possibles, une case par position.

Sil existe une position intermdiaire la case est dlimite par des traits pointills.

* Flches : lintrieur des botes, elles indiquent le sens de circulation ou les voies de passage du fluide

entre les orifices.

* Source de pression :Elle est indique par un cercle noirci en hydraulique, avec un point en pneumatique.

* Echappement : Il est symbolis par un triangle noirci en hydraulique, clair en pneumatique. Un triangle

accol la bote signifie que lair est vacu lambiance.Un triangle dcal, au bout dun trait, prcise une

vacuation possible partir dune canalisation connectable.

* Position initiale : les lignes de raccordement entre rseau et distributeur aboutissent toujours la case

symbolisant la position initiale ou repos, cette case est place droite pour les distributeurs 2 positions, au

milieu pour ceux trois positions.

Les orifices sont reprs par des lettres en hydraulique et par des chiffres en pneumatique.

Les voies de circulation lintrieur des cases dpendent de la position repos. Pour les schmas, choisir de

prfrence des tiges de vrins sortant de gauche droite ou de bas en haut.

6.1.2) Principaux distributeurs et principaux dispositifs de pilotages

2 positions 3 positions 2 positions + 1 intermdiaire

air huile orifices

orifices

Orifice ferm

d'origine

Orifice ferm pour la position

Source de pression

Echappements connectables

Echappements non connectables

Principe de symbolisation des distributeurs

voies X


6.1.3) Dsignation des distributeurs

Elle tient compte des points suivants : nombre dorifices et nombre de positions, les distributeurs sont

dsigns par leur nombre dorifices suivi par leur nombre de positions.

Exemple : 5/2 signifie distributeur 5 orifices et 2 positions.

Distributeur normalement ferm (NF) : lorsquil ny a pas de circulation de fluide travers le distributeur en

position repos (ou initiale ), le distributeur est dit normalement ferm.

Distributeur normalement ouvert (NO) : Cest linverse du cas prcdent, au repos il y a circulation du fluide

travers le distributeur.


Distributeur monostable : distributeur ayant une seule position stable. Dans ce type de construction, un ressort

de rappel ramne systmatiquement le dispositif dans sa position initiale, ou repos, ds que le signal de commande

ou dactivation est interrompu.

Distributeur bistable : admet 2 positions stables ou dquilibre. Pour passer dune position une autre, une

impulsion de commande ou de pilotage suffit pour provoquer le changement. Le maintien en position est assur par

adhrence ou par aimantation.

Leur fonctionnement peut tre compar celui dune mmoire 2 tats : 1 ou 0, oui ou non.

Centre ferm, pour 4/3 et 5/3 : en position neutre ou repos centre ferm, le fluide ne peut pas circuler

entre les chambres et lchappement, ce qui bloque la tige ou larbre moteur. Il est intressant pour un dmarrage

sous charge (exemple : charges suspendues, etc...)

Centre ouvert pour 4/3 et 5/3 : en position neutre, centre ouvert, le fluide peut circuler librement. La purge

des chambres et la libre translation de la tige (libre rotation de larbre moteur) sont ainsi possibles. Ce cas est

intressant pour supprimer les efforts dvelopps et faire des rglages.


6.1.4) Diagnostic sur distributeur a) intervention corrective Un distributeur dfaillant est remplac. Mais un stock minimal et un dlai dintervention est ncessaire,

surtout en tenant compte de la diversit des composants et de leur environnement. Un diagnostic approfondi dun

distributeur est souvent rapide et permet souvent une rparation immdiate. Par ltude de lorigine de la cause,

une action prventive est possible afin dviter le renouvellement de la panne.

b) principales dfaillances

Effets Causes possibles Remdes possibles Origines

La LED est allume et le

forage mcanique est

efficace.

La bobine est grille Changer la bobine

La LED est allum et le

forage est inefficace.

lair est coup en amont Vrifier larrive dair

le pilote est grill ou colmat Dbloquer le pilote ou

changer le distributeur

le tiroir est gripp Dbloquer tiroir ou changer le

distributeur

La LED est teinte

Connexion de bobine

dfectueuse Revoir les connexions

La LED est grille (trs peu

probable) depuis un certain

temps.

Changer la diode

Le tiroir reste au bloqu au

travail

Le ressort est cass Changer le ressort

Le tiroir est gripp ou le

pilotage est colmat

Vrifier le tiroir et le

pilotage

Le vrin sort sans commande Les chambres communiquent Changer les joints

Remarque : Quest ce quun pilote ? Un pilote est une partie du distributeur qui permet damplifier la puissance de la commande.

Exemple de pilotage :

La bobine dplace le noyau qui ouvre le passage de lair dans la

chambre (1). Le piston pilote le tiroir en le poussant.


c) tests de fonctionnement Le diagnostic est plus ou moins ais en fonction de la prsence des tmoins.

*tests les plus simples raliser :

6.1.5) Extension au contacteur Le contacteur a la mme fonction et le mme fonctionnement que le distributeur. Ses principales

dfaillances sont :

- le collage des contacts

- une connexion dfectueuse

- une bobine grille

- un ressort de rappel cass

6.2) Le rducteur de dbit

Trs utilis, plac entre le distributeur et le vrin , ils contrle le dbit, c'est--dire la rduction, dans un

seul sens de circulation et reste neutre dans lautre cas.

6.2.1 Maintenance des composants pneumatiques

Effets Causes possibles Origines possibles

Rducteur de pression ou de dbit

La pression dynamique ou le

dbit a chang.

Le sige ou clapet est dtrior

Le rglage est modifi

commande

tmoin (LED) bobine

tension aux bornes de la bobine

pilote et tiroir

bruit de commutation

forage manuel


Il ny a plus de rduction

possible

Le ressort est cass

La vis de rglage est use

6.3) Tubes et Raccords pneumatiques

A l'exception des applications de fortes puissances, les tubes utiliss en pneumatique sont souples

fortes parois en matires plastiques conformment la recommandation CETOP RP 54 P. Les constituants de

puissance sont quips, en Europe, d'orifices tarauds standards dans lesquels viennent se visser les raccords en

pas mtrique M5 ou BSP dit "gaz" dsigns en fraction de pouces.

Connexion filete tubes plastiques

int.(maxi) x ext.(maxi)

M5 2(2,7) x 4 mm

1 /8"BSP 4 (5,5) x 6 (8) mm

1 /4"BSP 5,5 (7) x 8 (10) mm

3 /8"BSP 7 (11) x 10 (14) mm

1 /2"BSP 11 (14) x 14 (16) mm

3 /4"BSP 14 (18) x 16 (20) mm

Diffrents types de raccords

Pour les raccords de piquage couds, on recherche la compacit et l'orientation. La forme "banjo" rpond le mieux ces critres.


Raccords instantans

Deux techniques de connexion pneumatique instantane:

dans les deux cas, par une simple pousse, le tube est connect et

verrouill en position; la dconnexion s'obtient par une pousse sur

la collerette.

VII) Maintenance prventive

Lair comprim est une des sources dnergie importantes dun site industriel.

Tout arrt de la production ou de la distribution dair comprim entrane limmobilisation de tous les

systmes qui y sont raccords.

La dure de vie des systmes dpend essentiellement du respect de la qualit de lair employ.

La production et la distribution font lobjet de plans de maintenance fournis par le constructeur ou/et

labors partir dune analyse des modes de dfaillance et de leur criticit.

Principales actions de maintenance

systmes systmatique conditionnelle observations

Les compresseurs Changement:

-de pices d'usure

-de soupapes de scurit

Contrle de la pression, de

la temprature, de la teneur

en eau.

Les analyses vibratoires

sont utiles suivant le type de

moto-compresseur.

Les filtres Remplacement en fonction

des conditions d'utilisation. Alarme de colmatage

Les filtres peuvent tre

quips en bipasse en

maintenance conditionnelle

La distribution

Vidange des purges

manuelles

Contrle des purges

automatiques

Contrle visuel des purges

Contrle de la teneur en eau

Les purges automatiques

sont des lments critiques.

VIII) Norme pour la schmatisation


Elment technologique

Reprage Exemple

Vrin -A 1A Actionneur (Vrin) du circuit 1

Ventouse -A 4A Actionneur (Ventouse) du circuit 4

Plateau magntique A- A2 Actionneur 2 (Plateau magntique )

Compresseur, Pompe -P 1P Pompe du circuit 1(lment pneumatique)

Moteurs M- M1 Moteur 1(lment lectrique)

Capteur -S- 2S0 Capteur du circuit 2 (signal tige rentr)

Commande mcanique S1 commande manu S1

Capteur spcifique -B 0B contact pression du circuit source 4B Vacuostat du circuit 4

Distributeur(2/2 3/2) -D- 2D3 Bloqueur branch sur la voie 3 de lactionneur 2

2D4 Bloqueur branch sur la voie 4 de lactionneur 2

Electro-Aimant -YV-- 1YV12 ou 1YV14 (Pilote Rentre tige ,Pilote sortie tige)

RDU -Q- 2Q2 branch sur la voie2 de lactionneur 2

Silencieux U- U3 branch sur lorifice 3

Signal lumineux sonore H- H0 Voyant 0 du pupitre (prsence tension) H1 Voyant 1 du pupitre (dtection dfaut)

-H 0H (prsence pression)

Le chiffre 1 reprsente

la position travail du

distributeur

Le pilotage provoque la

communication des

orifices 1 et 4

Le pilotage provoque la

communication des

orifices 1 et 2

Le chiffre 0 reprsente la position

repos du distributeur

(conditions initiales)

2 4

5 1 3

14.1 12.0

1L 1F

1S1 1S0

1R

1G P

1C

1D

2S0 2S1

2D4 2D2

2Q4 2Q2

2D 2YV14.1 2YV12.0

2C

1

2 2YV12.1 2YV12.1

1

2

5 1

4 2

3 3 1

2 1YV10.1 1YV12.0

1U3 2U5 2U3

1 3

2 2YV10.1 2YV12.0

2

3 1

1YV12.1


Constructeurs :

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