Cartes amplificatrices des valves proportionnelles

Dans un système hydraulique proportionnel, la valve ne doit pas seulement être commandée en tout-ou-rien : la grandeur hydraulique doit évoluer de façon progressive avec la consigne électrique. La fonction de la carte ou du module amplificateur est précisément d’adapter cette consigne et de fournir au solénoïde proportionnel un courant contrôlé. Parker décrit plusieurs générations de solutions, depuis les amplificateurs analogiques jusqu’aux modules électroniques numériques programmables.

Cette électronique constitue l’interface entre l’automate (ou le système de commande) et l’actionneur électrohydraulique. Elle peut assurer, selon le modèle, le conditionnement du signal, les réglages MIN/MAX, les rampes, le dither, la limitation du courant, le diagnostic et, dans les architectures en boucle fermée, le traitement du retour capteur.

1. Principe de fonctionnement

Les vannes à commande proportionnelle de pression et de débit nécessitent, pour la commande, un courant continu variable de 0 à 800 mA, jusqu’à 1500 mA suivant l’exécution de la vanne. Afin de produire ce courant continu de façon stable et de le faire varier sous une faible tension, il faut un système électronique de régulation.

Ce système électronique de régulation se compose des principales parties suivantes :

• Bloc d’alimentation.
• Partie commande pour : potentiomètre externe ; potentiomètre interne ; module rampe ; comportement transitoire doux grâce au module filtre (suivant l’exécution) ; superposition de vibrage (signal de superposition ou dither) ; décalage du point zéro ; limiteur du signal de sortie.
• Étage final comprenant : amplification de puissance ; convertisseur tension/courant ; régulateur de débit à chute de pression constante ; sorties vers les vannes à commande proportionnelle.
• Instruments de mesure pour : réglage rapide des valeurs affichées lors de la mise en service ; contrôle continu de l’intensité des bobines ; détection rapide des sources de dérangement.

2. Fonctions principales des cartes amplificatrices

Limiteur du signal de sortie (déplacement possible)

Lorsque le champ d’activité spécifique au client ne couvre qu’en partie le domaine de réglage des vannes, on applique — à l’aide du (des) potentiomètre(s) « déplacement possible » — la pleine tension d’entrée 0 à ±10 V, et le courant I peut être limité. On a ainsi la possibilité d’attribuer au point d’extrémité une pression ou une quantité définie permettant d’obtenir la résolution maximale.

Exemple : le limiteur de pression du signal de sortie réduit à 70 % de IN. De ce fait, P/Q est également réduit à 70 %, la tension d’entrée restant invariable à la valeur ±10 V.

Décalage du point zéro

Par l’intermédiaire du (des) potentiomètre(s) d’équilibrage « zéro », on peut augmenter l’intensité bobine I. On a ainsi la possibilité d’attribuer au point initial (U = 0 V) une pression ou une quantité définie.

Exemple : intensité bobine I augmentée (décalage du point zéro) à 20 % de IN.

Module rampe

Le module rampe permet une progression continue de la tension de sortie lorsque la tension d’entrée présente des à-coups, la tension de sortie demeurant toujours fonction du potentiel de la tension d’entrée. La variation de vitesse entre deux points de travail peut être définie dans un temps variable de 300 ms à 9 ms, mesurée avec une variation de la tension d’entrée de 0 à 100 %.

• UE = tension d’entrée.
• UA = tension de sortie.
• V = variation de vitesse.
• A1, A2 = potentiomètres pour valeur affichée.

Module filtre

Le module filtre peut être placé après le module rampe. Il permet d’arrondir les angles entre deux vitesses de rampe (annulation des à-coups).

Vibrage (dither)

Pour améliorer l’hystérésis d’une vanne, le piston doit se déplacer sans frottement. On obtient ce résultat en superposant au courant continu de la bobine un courant alternatif de 50 Hz ou 100 Hz : cette superposition de courant fait vibrer le piston.

Par l’intermédiaire du potentiomètre d’équilibrage « Dither » (vibrage), on peut régler l’amplitude de la superposition de 0 à 20 % de l’intensité nominale. Le réglage est optimal lorsqu’on n’enregistre pas de variations de la valeur affichée à l’organe de réglage, l’utilisation de l’amplitude minimale étant préconisée.

Schéma bloc d’une carte d’amplification standard

Valeur affichée W : 0 à +10 V limite du signal, bobine B ; 0 à −10 V limite du signal, bobine A. La limite du signal de la bobine A et de la bobine B ne peut se faire de façon simultanée. A1 à A4 = potentiomètres d’équilibrage pour le réglage des valeurs affichées internes (W). La commande des vannes à commande proportionnelle de la pression ne peut se faire qu’avec un potentiel positif (+).

Schéma bloc d’un circuit en hydraulique proportionnel

3. Solutions Parker : des cartes analogiques aux modules numériques

Parker propose plusieurs architectures. Les documentations historiques présentent notamment des cartes de conditionnement pour systèmes servo/proportionnels, tandis que les gammes plus récentes utilisent des e-modules numériques montés sur rail DIN.

3.1 Module PWD00A-400 – valves directionnelles proportionnelles

Le PWD00A-400 est décrit par Parker comme un module électronique destiné aux valves proportionnelles en boucle ouverte. Il est conçu pour un montage sur rail DIN et dispose de bornes enfichables. Son architecture numérique permet de programmer des paramètres tels que le courant du solénoïde, les valeurs MIN/MAX et les rampes. Parker mentionne également une interface RS-232 et le logiciel ProPxD pour le paramétrage.

Dans cette architecture, le module peut traiter une commande analogique ou des profils internes, avec quatre rampes indépendantes. Il constitue donc une solution particulièrement adaptée lorsque la machine nécessite une commande progressive et reproductible des valves directionnelles proportionnelles.

3.2 Module PCD00A-400 – valves proportionnelles de pression et de débit

Le PCD00A-400 est destiné aux valves proportionnelles de pression et de débit. Parker indique qu’il combine les fonctions nécessaires au fonctionnement de deux valves proportionnelles et propose deux amplificateurs indépendants. Le module accepte des commandes 0–10 V, offre des rampes UP/DOWN et utilise un contrôle de courant constant. Le paramétrage est réalisé via une interface série et le logiciel ProPxD.

Cette architecture est intéressante pour les circuits où la pression ou le débit doivent être ajustés continûment : limitation de pression, réduction de pression, contrôle de débit, pilotage de valves proportionnelles de type pression/débit, etc.

3.3 Modules PWDXXA-400 et architecture numérique

La documentation Parker présente également le PWDXXA-400 parmi les cinq e-modules numériques destinés à couvrir une large famille de valves proportionnelles. Parker met en avant l’accès aux paramètres, les fonctions de diagnostic, les rampes et la possibilité de travailler avec différents types de signaux de commande selon le module.

4. Cartes de conditionnement et systèmes en boucle fermée

Dans les systèmes en boucle fermée, l’amplificateur devient un véritable élément de régulation. La consigne est comparée à une grandeur mesurée, puis l’erreur est traitée pour commander la valve. Parker documente par exemple la carte EZ595 comme un amplificateur servo à boucle unique destiné à améliorer les performances de systèmes servo et proportionnels. Elle comporte notamment un contrôle PID, une compensation de zone morte et des entrées de commande et de retour sélectionnables en tension ou en courant.

5. Exemple de chaîne de commande

6. Points de mise en service

• Vérifier la tension d’alimentation et la compatibilité électrique du module et du solénoïde.
• Identifier le type de consigne utilisé par le système : tension ou courant, plage et polarité.
• Commencer avec les valeurs de réglage recommandées par Parker pour la valve concernée.
• Régler les valeurs MIN/MAX afin que la plage de commande corresponde réellement à la plage utile de la valve.
• Adapter les rampes à la dynamique de la machine pour éviter des variations trop brutales.
• Vérifier le câblage, le blindage et les conditions CEM selon la documentation du module.
• Utiliser les fonctions de diagnostic et de paramétrage du module avant de modifier les réglages hydrauliques.

7. Comparaison synthétique

8. Conclusion

Les cartes et modules amplificateurs sont des éléments essentiels de l’électrohydraulique proportionnelle : ils assurent la liaison entre la commande électrique et le comportement hydraulique réel de la valve. L’évolution des solutions Parker montre un passage des cartes de conditionnement et amplificateurs spécialisés vers des modules numériques capables de gérer davantage de paramètres, de fonctions de diagnostic et de possibilités de configuration.

Pour une mise en œuvre industrielle fiable, le choix du module doit toujours être réalisé conjointement avec la référence exacte de la valve, du solénoïde et de l’architecture de commande.

Sami Rekik

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