Logique pneumatique

La logique pneumatique est une technique basée sur les cellules logiques, développée dans l’industrie pour :

permettre au dessinateur ou technicien d’études d’enrichir son travail,
faciliter les dépannages,
faciliter, par un langage commun, les contacts entre électriciens, automaticiens et pneumaticiens

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Généralité

Automatisation

L’automatisation industrielle vise à résoudre les problèmes d’asservissement, qu’il s’agisse de la simple automatisation d’un poste de travail, de la commande complète d’une machine transfert ou la réalisation d’un calculateur logique.

Quelle que soit la technique employée, une automatisation conduit toujours à :

capter des informations,
traiter ces informations,
exécuter les ordres qu’elles donnent.

Ainsi, il faudra toujours :

des circuits d’information,
des circuits de commande,
des circuits d’action (ou de puissance).

Véhicules logiques

On appelle véhicules logique tout moyen permettant de transporter un signal logique. Que ceux-ci soient des électrons qui assurent le fonctionnement des dispositifs électroniques et électromécaniques, ou les fluides qui président au fonctionnement des dispositifs pneumatiques et hydrauliques.

Notions d’algèbre logique

L’étude de la logique formelle est due au précurseur G. Boole (1815-1864) qui, en écartant toute notion métaphysique, a créé une nouvelle sorte de logique, plus rigoureuse dans laquelle on admet que les propositions formulées ne peuvent être que VRAIES ou FAUSSES. Les premières applications de l’algèbre logique aux circuits à contacts remontent à 1936. Cette algèbre permet, pour la réalisation des schémas, d’utiliser une méthode rationnelle et se substitue à la méthode empirique. Elle s’applique aux circuits hydrauliques, électriques, dans lesquels les éléments constituants possèdent deux états nettement distincts et deux seulement.

Définition

L’algèbre de Boole ou algèbre binaire est une algèbre dans laquelle on calcule sur des variables a, b, … qui ne peuvent prendre que DEUX valeurs 0 et 1, à l’aide des opérations + et x.

Opérations booléennes

Articles connexes : Fonction logique et système binaire.

Les opérations booléennes permettent de vérifier les théorèmes du mathématicien Auguste De Morgan ainsi que les diagrammes des logiciens John Venn et Leonhard Euler sur la théorie des ensembles et la représentation de la table de Karnaugh.

Liaison entre algèbre logique et automatisme

Il faut remarquer que l’on peut assimiler tous les organes entrant dans la composition d’un automatisme à des organes binaires, c’est-à-dire pouvant prendre deux positions uniquement.

valeur 1	valeur 0
Bobine excitée	Bobine au repos
Le courant passe	Le courant ne passe pas
Tuyauterie sous pression	Tuyauterie à l’échappement
Tige de vérin sortie	Tige de vérin rentrée

Fonction logique

Article détaillé : Cellule pneumatique.

fonctions de base : OU, OUI, NON, ET, MEMOIRE ; elles permettent de résoudre tous les problèmes de logique.
fonctions universelles : NI, ON, INHIBITION. Toutes les fonctions de base peuvent être obtenues à l’aide du branchement d’un seul type de fonction universelle.

Matériels

Dans le matériel logique nous distinguons quatre catégories de cellules :

cellules statiques à destruction de jet,
cellules statiques à orientation de jet,
cellules à déplacements à basse pression,
cellules à déplacement à pression industrielle (2 à 8 bars).

Constructeurs

La société Lecq, en France, fut une des premières à proposer des distributeurs. Ces appareils qui servaient surtout dans les mines, étaient de conception robuste.

Vers les années 1930, la société Martonair développait une méthode d’utilisation de ces appareils pour les automatismes séquentiels.

En 1960, les matériels se miniaturisent par les sociétés Clippard, Universo, Kunk et Mead, mais on ne parle pas encore de logique pneumatique. C’est en 1964, sous l’impulsion des constructeurs d’automobiles français, que des sociétés comme Lecq, Jouvenel et Cordier, Climax, soGemo donnent une impulsion nouvelle dans la miniaturisation pour l’utilisation en commande logique. De nouveaux constructeurs : Herion, Aro, Crouzet, Schrader, CPOAC, Télémécanique viennent ajouter des créations intéressantes notamment les séquenceurs (Climax, Crouzet, Télémécanique).

Matériels et caractéristiques

Matériels logiques courants: ET, OU, OUI, NON, ces cellules sont de petites dimensions, généralement 32x25x25 mm, et les MEMOIRE à 2 entrées et deux sorties 32x48x32 mm.
Autres matériels "logiques"

contact électrique à pression ou à dépression (pressostat ou vacuostat), qui transforment un signal pneumatique en signal électrique. Ceci permet entre autres d'éclairer un voyant lumineux lorsqu'un seuil de pression (ou dépression dans le cas des ventouses) est atteint.

électrovalve qui reçoit un signal électrique pour le transformer en signal pneumatique. Ceci permet de commander un circuit pneumatique à partir d'un circuit électrique. Les électrovannes sont souvent montées directement sur les distributeurs pneumatiques pour les actionner de manière électrique.

venturi permettant d'obtenir un vide partiel dans un circuit afin d'actionner une ventouse. Les ventouses sont très largement utilisées notamment dans le domaine de la manutention fine et emballages ou embouteillages divers. Les venturi's' ne sont pas à proprement parler des matériels logiques.

unité de traitement et conditionnement de l'air dites unité F R L (filtre, régulation, lubrification) permettent d'obtenir un air propre, à pression régulée et lubrifié. En effet les distributeurs et vérins pneumatiques sont avant tout des organes mécaniques en mouvement qui nécessitent ces précautions concernant l'air. Cependant les cellules logiques qui sont souvent de technologie à clapets (par opposition à tiroir) ne nécessitent pas de lubrification (elle est même nuisible à leur fonctionnement), ainsi les unités F R L peuvent fournir une sortie d'air filtré et régulé en pression en amont du lubrificateur.(On peut aussi utiliser une alimentation séparée pour la logique).

Accessoires de câblage et montage des cellules: les cellules sont montées sur des embases 80x35x12 mm, munies d’orifices de couleurs différentes pour faciliter la connexion et le repérage.

- ronds diamètre 8 mm pour l’embrochage des embases, - des Y embrochables pour double connexion et autres raccords T, L, - tube souple en nylon diamètre extérieur 4 mm, de différentes couleurs, qui se monte très facilement grâce au système pince fendue (sans outil). Ces tubes peuvent être munis de bagues numérotées pour faciliter le repérage lors du dépannage. - profilés DIN pour le montage dans les armoires, - les armoires, identiques à celles des électriciens.

Cellules pneumatiques
Branchement sous embase
Distributeur pneumatique

Avantages

L’absence d’éléments électriques dans ces installations fait que le câblage, les modifications et le réglage peuvent être faits par le technicien qui a créé le montage sans avoir besoin de la présence d’un électricien.
Les temps de réponses des cellules sont extrêmement rapides, de l’ordre de 5 ms (fréquence 200 Hz) avec une longévité de 100 millions de manœuvres environ.
L’utilisation de l’air comprimé (2 à 8 bars) qui s’échappe des cellules, en fonctionnement normal, fait que la pression créée dans les armoires empêche l’introduction de poussière.
Chaque cellule est équipée d’un témoin de pression (petit bouton rouge qui émerge de la surface de la cellule).
Les composants pneumatiques sont très bon marché ; ce qui permet de changer tout élément qui parait défectueux sans avoir besoin de tenter de le réparer.

Sources

Cours de BTS-BE année 1973-74.