Sinumerik Ctrl-Energy de la division Drive Technologies de Siemens est une gamme complète de composants d’automatisation et d’entraînement, de logiciels et de services axés sur les machines-outils. Équipée de ces composants, n’importe quelle machine-outil peut être exploitée pendant la totalité de son cycle de vie avec un niveau d’efficacité énergétique élevé, sans pour autant compromettre sa productivité. Une série de services et des conseils pour optimiser la configuration et l’exploitation de vos machines-outils complètent cette offre. Il suffit à l’opérateur d’utiliser la combinaison de touches « Ctrl » + « E » sur le panneau de commande pour accéder directement aux fonctions de gestion de l’énergie de sa machine. Il pourra, par exemple, activer le mode veille d’économie d’énergie.
Les économies d’énergie ont de plus en plus le vent en poupe dans l’industrie en raison de l’augmentation incessante des prix de l’énergie, du renforcement des réglementations en matière d’environnement et de la volonté des entreprises d’obtenir la certification garantissant qu’elles respectent la norme internationale EN16001 sur l’efficacité énergétique. Selon la Commission européenne, la production industrielle a représenté en 2007 40 % de la consommation totale d’énergie, dont 70 % utilisée par les systèmes d’entraînement électriques. En fonction du type d’entreprise considéré, les machines-outils peuvent représenter jusqu’à 68 % de la consommation totale d’énergie. Ces chiffres montrent que l’efficacité énergétique des processus industriels est un élément crucial pour abaisser les coûts supportés par les entreprises et donc améliorer leur compétitivité. Face à cette problématique, Siemens a mis au point un nouvel outil d’analyse de la consommation énergétique des différents composants des machines-outils, Sinumerik Ctrl-Energy, en vue de réaliser des réductions significatives de la consommation d’énergie.
Sinumerik Ctrl-Energy de Siemens offre une gamme étendue de solutions permettant d’améliorer l’efficacité énergétique des machines-outils, notamment les systèmes d’entrainement et les moteurs électriques Sinamics, les fonctions de commande numérique et d'entraînement, les solutions logicielles sur PC et les services associés. Sinumerik Ctrl-Energy propose des solutions d’efficacité énergétique couvrant tous les aspects de la machine pendant la totalité de son cycle de vie, depuis le stade de la conception et de l'ingénierie des tâches jusqu’à son exploitation et sa rénovation totale ou partielle. Sinumerik Ctrl-Energy constitue donc une plateforme très étendue permettant aux fabricants de machines-outils comme aux entreprises qui les utilisent d’améliorer l’efficacité de leur exploitation.
Une simple commande Ctrl + E pour optimiser votre consommation d’énergie
Une simple (et intuitive) combinaison de touches « Ctrl » + « E » sur le panneau de commande permet à l’utilisateur de lancer des commandes afin d’évaluer rapidement le niveau de consommation de la machine ou pour gérer cette consommation pendant les temps d’arrêt de la machine. La fonction d’analyse déclenchée par la combinaison « Ctrl » + « E » permet de déterminer la consommation d’énergie non seulement d’un système d’entraînement mais aussi de la machine tout entière. L’utilisateur peut ainsi savoir quelle est la quantité d’énergie nécessaire pour usiner chacune des pièces à produire, ce qui lui permet d’améliorer sa stratégie d’usinage de manière ciblée. La fonction « Ctrl » + « E Profiles » permet par ailleurs d’accéder à une plateforme de configuration pour gérer les modes d’économie d’énergie de la machine et arrêter de manière sélective des charges de puissance spécifiques lorsque la machine est à l’arrêt.
Convertisseurs de fréquence et moteurs éco-énergétiques : la transmission intégrée, élément clé du dispositif d’efficacité énergétique
Les systèmes d’entraînement Sinamics-S120 permettent une gestion dynamique de la consommation d’énergie sur le bus de tension continue. Ils utilisent un système de récupération de puissance hautement efficace, qui commence par stocker l’énergie de freinage produite par la machine sur le bus de tension continue et peut ensuite la réinjecter sur le réseau au lieu que la résistance de freinage ne se contente de la transformer en chaleur. Les entraînements Sinamics et les moteurs électriques Siemens ont été conçus dans un souci d’optimisation de l’efficacité énergétique dans tous ses aspects, ce qui explique que les modules d’entraînement intégrés de Siemens offrent des niveaux d’efficacité extrêmement élevés, de l’ordre de 97 à 99 %. Outre une efficacité pouvant atteindre 94 % pour les moteurs synchrones et 91 % pour les moteurs asynchrones, les moteurs électriques de Siemens permettent aussi aux ingénieurs de concevoir des machines extrêmement avancées sur le plan de l’efficacité énergétique.
Dans les machines-outils traditionnelles, les modules auxiliaires tels que les unités d’alimentation hydraulique, de refroidissement ou de lubrification représentent plus de la moitié de la consommation totale d’énergie de la machine. Or, les moteurs asynchrones standard éco-énergétiques de type 1LE, qui sont conformes à la norme européenne 640/2009 en vigueur depuis le 16 juin 2011, présentent une efficacité pouvant atteindre 97 % et constituent un atout décisif pour l’amélioration des modules auxiliaires. Quant aux convertisseurs de puissance Sinamics G120, ils contribuent à adapter le régime, et donc à réduire la consommation d’énergie, des systèmes auxiliaires au niveau requis par chacune des étapes du processus.
Des dispositifs de réduction des flux et de compensation du facteur de puissance pour augmenter les économies d’énergie
Les systèmes d’entraînement Sinamics S120 permettent une réduction automatique des flux avec les axes asynchrones qui fonctionnent à charge partielle afin d’éviter les déperditions de chaleur inutiles. La puissance réactive d’une machine peut être entièrement compensée par les modules d’alimentation et de rétroaction intelligents du Sinamics S120, ce qui permet de se passer des coûteuses et peu efficaces unités de compensation de l’énergie réactive dans les locaux de l’utilisateur final.
Les armoires de commande ont aussi un rôle à jouer dans l’optimisation de l’efficacité énergétique
La conception des armoires de commande et le système de dissipation thermique utilisé ont également un impact significatif sur l’équilibre énergétique de la machine. Siemens propose des équipements de construction mécanique possédant une armoire de commande complète, idéalement dimensionnée et conçue pour favoriser une gestion énergétique optimisée. Différentes options de refroidissement sont proposées, notamment celle dite de la plaque froide ou le refroidissement liquide direct, ce qui limite le besoin de climatisation à l’intérieur de l’armoire de commande et permet de rediriger la chaleur indésirable produite par les systèmes d’entraînement vers d’autres processus qui pourront l’exploiter. L’expérience de Siemens en matière de montage des armoires de commande, ce qui comprend notamment l’analyse des thermogrammes, est la garantie d’une optimisation de la configuration et donc de l’efficacité énergétique de ces armoires.
L’outil de configuration Sizer : la qualité de conception gage d’efficacité énergétique
Sizer est un outil de configuration développé par Siemens afin de garantir une efficacité optimale de la conception des entraînements. Sizer calcule la consommation et les pertes énergétiques subies avec les cycles de charges normalement rencontrés (accélération, marche à vide, fonctionnement à charge normale, freinage, durée des cycles) ainsi que l’influence de la régénération. Il est ainsi facile d’évaluer l’efficacité énergétique des autres dispositifs moteur/convertisseur envisageables.
Ce type d’informations permet d’optimiser la configuration de l’alimentation ainsi que les axes principaux en fonction du processus et des flux de travail cyclique prévus. Cela évite, par ailleurs, tout risque de surdimensionnement, y compris pour l’alimentation en matériaux, et permet de réduire au maximum la consommation d’énergie.
Une offre de services et de conseil pour améliorer encore l’efficacité énergétique
Au-delà des systèmes d’entraînement, Siemens propose d’autres solutions de gestion efficace de l’énergie. Son service de support Mechatronic est, pour ses clients, la garantie d’une optimisation des aspects mécatroniques de tous les systèmes d’entraînement d’une machine-outil. Ce système fait appel à toutes les propriétés dynamiques des systèmes d’entraînement de Siemens en vue de créer des simulations réalistes. Par des séries d’améliorations de conception sélectives, il est possible de modifier certaines données telles que la répartition des masses sans mettre en péril la productivité de la machine ou sa durée de vie. Cela signifie qu’il faudra moins d’énergie pour atteindre le même niveau de performance et qu’il sera dès lors envisageable d’utiliser des entraînements de puissance nominale moindre. Il sera ainsi possible de remplacer les vis à bille ou les moteurs à train d’engrenage par des moteurs linéaires ou des moteurs couple, et donc de réduire encore les déperditions de rendement des engrenages.
