p neuma tique
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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
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Cours Automatique 2/17
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
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Cours Automatique 3/17
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
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Cours Automatique 4/17
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.
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Cours Automatique 5/17
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.
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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.
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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.
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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)
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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Cours Automatique 15/17
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
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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
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Constructeurs :
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