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AN INTRODUCTION TO TENSION CONTROLINTRODUCTION AU CONTROLE DE TENSION

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Tension ControlContrôle de Tension

Tension Control (Web, Wire & Cable)Principles & Solutions

As a well known supplier of EMP Brakes and Clutchesfor many years, MEROBEL gained vast field experiencefor unwind / rewind industrial applications for papers,foils, wire and cable.

Utilising this experience, MEROBEL’s engineering teamdeveloped a range of user friendly controllers thatmeet all the needs of unwind / rewind applications.

With the addition of the most well suited load cells andsensors, MEROBEL offers a complete tension controlsolution to many industries such as Converting,Printing, Wire & Cable, Packaging, etc.

Contrôle de Tension - Bande, fil et câblePrincipes - Solutions

Fournisseur reconnu depuis de très nombreusesannées de Freins et Embrayages EMP destinés auxapplications industrielles d’enroulement et de dérou-lement de papiers, films, fils et cables, MEROBEL aacquis dans ce domaine une très importante expé-rience.

La mise à profit de cette expérience par ses équipesd’ingéniérie a notamment permis la mise au point parMEROBEL d’une gamme de contrôleurs qui, pour êtreparticulièrement simples d’utilisation, n’en couvrentpas moins l’intégralité des divers besoins des utilisa-teurs.

Associés à une sélection de capteurs les mieux adap-tés à ces environnements industriels, MEROBEL offreune gamme de solutions particulièrement bien adap-tée aux machines d'impression, de transformation(converting), de déroulement de fils et câbles, et auxéquipements d'emballage.

Introduction au Contrôle de Tension ____15Applications - Métiers __________________16Calculs - Dimensionnement_____________17Régulation_____________________________18Guide de choix ________________________22Composition des systèmes______________23DGT300+ / Contrôleur Numérique _______24Alimentation de puissance _____________26Capteurs (Force et Divers) ______________27

Introduction to Tension Control _________15Applications- Industries _________________16Calculations - Sizing ____________________17Regulation ____________________________18Choice of regulation systems __________22System components____________________23DGT300+ / Digital Controller ____________24Power supply __________________________26Load cells - Sensors_____________________27

CONTENTS SOMMAIRE DETAILLE

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AN INTRODUCTION TO TENSION CONTROLINTRODUCTION AU CONTROLE DE TENSION

To control a web, a cable, or a wire allalong a machine requires for the productto be kept “in tension” when going overeach of the rolls to manage the productelongation and to keep it as constant aspossible.It’s also a way to keep it aligned and tohelp the internal speed control at eachstage of the machine (i.e. to ensure a bet-ter registration control in a multicolor print-ing press).Either for designing new equipment or forupgrading an old machine, the final suc-cess expected from the Tension Control sys-tem relies heavily on the analysis whichmust lead to the right choice for the bestcomponents.In order to help with this analysis, the follow-ing chapter introduces first the calculationsto be made for sizing the Brakes andClutches in the Tension Control environ-ment; and second all the different regula-tion systems and specific functions avail-able from MEROBEL’s product range.

TENSION CONTROL: A CRUCIAL ISSUE !

Le contrôle d’un film, d’un cable ou d’un filà l’intérieur d’une machine implique que leproduit soit maintenu “sous tension” surchaque rouleau ou poulie, afin de maitriserson élongation mais aussi de la conserveraussi constante que possible.C’est aussi une manière de garantir lesalignements et d’aider les régulations devitesse à chaque étage de la machine (ex.pour faciliter le contrôle de registre dansune machine d’impression multicouleurs).Que ce soit pour la conception d’un nouveléquipement ou pour l’amélioration d’unemachine ancienne, la réussite espérée par lamise en oeuvre du Contrôle de tensionrepose en grande part sur l’approche dedépart, qui conduira finalement au choix desmeilleurs composants.Pour faciliter cette approche préliminaire,le chapitre qui suit présente tout d’abordles calculs permettant le dimensionnementdes Freins et Embrayages dans le contextedu Contrôle de Tension, puis les différentstypes de régulation et les fonctions spéci-fiques offertes par la gamme MEROBEL.

LE CONTROLE DE TENSION: UN ENJEU DECISIF !

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APPLICATIONS - INDUSTRIESAPPLICATIONS -METIERS

WIRE & CABLE INDUSTRIESMETIERS DU FIL & CABLE

MEROBEL’s EMP technologyis the modern and costeffective solution for unwindstands, flyers, or wire tension-ers, to ensure accurate ten-sion control in the Wire &Cable industries.

Que ce soit sur des postesde déroulage, sur des flyersou sur des tendeurs de fil, latechnologie MEROBEL offreles avantages d’une tech-nologie moderne pour lecontrôle précis de la tensiondans l’industrie des Fils &Cables, en même tempsque l’une des pluséconomiques.

PRINTING, CONVERTING, LABELLING,PACKAGING INDUSTRIES...

METIERS DE L’IMPRESSION, DE LA TRANSFOR-MATION, DE L’ETIQUETTE, DE L’EMBALLAGE

For many years,MEROBEL’s team of engi-neers are known world-wide as Web TensionControl specialists.

Whatever the application,an easy-to-use, easy-to-install and cost effective

complete solution isoffered.The solution combines highquality and reliability, shortdelivery, and efficienttechnical support.

Depuis maintenant detrès nombreuses années,l’équipe d’ingéniérie deMEROBEL est reconnuedans le monde entierpour son haut niveau despécialisation dans ledomaine du Contrôle deTension de bande.

Quelque soit l’applicationà traîter, une solution facile

à utiliser, facile à installer,autant qu’ économiqueest prête à être offertedans un délai très court,avec un haut niveau dequalité et de fiabilité, letout accompagné d’unsupport technique d’ex-ception.

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TENSION CONTROL - CALCULATIONS & SIZINGCONTROLE DE TENSION - CALCULS ET DIMENSIONNEMENT

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TORQUE RANGE REQUESTED GAMME DE COUPLE REQUISE

usual tension values: see data charts p 101 valeurs usuelles de Tension: voir tableaux p 101

Tmax [Nm] = Fmax . rmax

Tmin [Nm] = Fmin . rmin

with r = D / 2

MAXIMUM POWER DISSIPATIONPUISSANCE DISSIPEE MAXI

Pmax [W] = Fmax . Vmax

ROTATION SPEED RANGE REQUESTED GAMME DE VITESSE REQUISE

nmax [rpm] ~ 10 . Vmax / rmin

nmin [rpm] ~ 10 . Vmin / rmax

REQUIRED PARAMETERSPARAMETRES NECESSAIRES

CALCULATION FORMULASFORMULES DE CALCUL

Sizing optimization requires preliminary calculations based onthe following parameters:

Le dimensionnement optimal demande l’éxécution de calculsutilsant les paramètres suivants:

Max Force - Force Maximum Fmax [N]Maximum force to be applied to the productsTension maxi appliquée aux produits

Min Force - Force Minimum Fmin [N]Minimum force to be applied to the productsTension mini appliquée aux produits

Max Diam. - Diamètre Max Dmax [m]Maximum outside diameter of the full rollDiamètre extérieur maxi de la bobine pleine

Min Diam. - Diamètre Mini Dmin [m]Core diameterDiamètre de bobine vide

Max Speed - Vitesse Max Vmax [m/s]Maximum linear speed of the productVitesse linéaire maxi du produit

Min Speed - Vitesse Mini Vmin [m/s]Minimum linear speed of the productVitesse linéaire mini du produit

ROLL INERTIAINERTIE DE LA BOBINE

Jmax [kg . m²] ~ 1/2 . M . r²max

DYNAMIC TORQUE (Accel. / Decel.)COUPLE DYNAMIQUE (Accél. / Décél.)

Tacc [Nm] = - Jmax . ( j / ta)Tdec [Nm] = Jmax . ( j / td)Te-s [Nm] = Jmax . ( j / te)withavec

For highly dynamic applications the following additional datamust also be considered:

Pour les applications à forte dynamique, les données supplé-mentaires suivantes doivent être elles- aussi prises en compte:

Roll weight - Masse de Bobine M [kg]

Acceleration time - Durée Accel. ta [s]Time between no speed and full speedTemps d’accélération (arrêt à vitesse maxi)

Deceleration time - Durée Décél. td [s]Time between full speed and no speedTemps de décélération (vitesse maxi à arrêt)

E-Stop time - Temps Arrêt urgence te [s]Minimum E-stop time requestedTemps de décélération pour arrêt d’urgence

F

Dmin

V

Dmax

Looking for conversion factors, see p104Pour la conversion des unités, voir p104

j [rd.s-1] = Vmax / rmax

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TENSION CONTROL - REGULATION CONTROLE DE TENSION - REGULATION

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MANUAL CONTROLPILOTAGE MANUEL

The machine operatormanually adjusts thetorque of the brakemounted on the roll.Since the roll diameterchanges, the operatorneeds to constantly pay

attention and periodi-cally change the setpoint to minimize thevariation in tension.

Principle

L’opérateur corrigemanuellement le cou-ple dans le frein lié àl’axe de la bobine.

Dès lors que le rayon de labobine varie continuelle-ment, l’opérateur doitmaintenir la machine sous

surveillance constante ettrès souvent corriger laconsigne pour maintenirune tension qui ne variepas trop sur le produit.

Principe

DIAMETERMEASUREMENT

MESURE DE DIAMETRECost effective and userfriendly, these open loopregulation systems are ableto maintain a web tensionaccuracy of about 10%.A sensor (Ultrasonic, Laser,or potentiometer) mea-sures the diameter informa-tion from the external sur-face of the roll.

The regulator makesthe calculation toprovide the righttorque level accor-ding to the diameter,and keeps the ten-sion constant throu-ghout the unwinding pro-cess.

Principle

Economique et facile àrégler, ce système de régu-lation permet d’atteindredes précisions de la tensionde l’ordre de 10%.Un capteur (Ultrasons,Laser, ou potentiomètre)donne continuellementune infomation en rapport

avec le diamètre de labobine.Le régulateur permet decalculer le couple corres-pondant au rayon pourconserver une tensionconstante pendant toutela durée du déroulement.

Principe

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The cost effective clo-sed loop solution:The tension on the pro-duct is generated bythe force applied tothe dancer roll (fixed

weight or variable pres-sure in a pneumatic cylin-der).

A position sensor (poten-tiometer) measures thedancer roll position, andautomatically adjusts thetorque through a PIDregulator to keep thedancer position stableand constant.

Principle

La plus économique desrégulations en boucle fer-mée:La tension de bande estfonction de la forceappliquée par le rouleaudu pantin (masseconstante ou pressionpouvant varier dans unvérin pneumatique).

L’utilisation d’un poten-tiomètre pour mesurercontinuellement sa posi-tion permet d’ajuster lecouple en permanencegrâce au régulateur PIDet donc de conserver aupantin une position stableet constante.

Principe

The ultimate closedloop solution:The web tension ismaintained bycontinuously moni-toring the diffe-

rence between the setpoint and the load cellsfeedback measurement.The torque is automati-

cally adjusted through aPID regulator to keep theactual tension at the setpoint, even during accel-ration and deceleration.By design, the actual ten-sion applied to the mate-rial is available for displayand / or record.

Principle

La plus performante desrégulations en boucle fer-mée:

La tension de bande estdonnée par la comparai-son en continu de laconsigne et de la mesure.Le couple est automati-quement ajusté grâce au

régulateur PID pour main-tenir la tension au plusprès de la consigne, ycompris pendant lesphases dynamiques.Par conception, la valeurde tension est disponible entemps réel pour affichageet / ou enregistrement.

Principe

CLOSED LOOP POSITIONCONTROL (DANCER)BOUCLE FERMEE ENPOSITION (PANTIN)

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CLOSED LOOP FORCE CONTROL(LOAD CELLS)BOUCLE FERMEE EN FORCE(CELLULES DE FORCE)

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MOTOR & DRIVESOLUTION MOTEUR

In addition to the directcontrol of EMP brakesand clutches, MEROBEL’scontroller design includesa special feature allowingthe regulation of externalmotor drives.This feature allows theusers to benefit from the

s o p h i s t i c a t e dMEROBEL control-ler’s “web tensionfunctions”, evenwhen usingmotors and drives.

Principle

A côté de sa fonction pri-maire de contrôle directdes freins et embrayagesEMP, la conception descontrôleurs de tensionMEROBEL intègre aussi lesfonctions spécifiques per-mettant de piloter desvariateurs standards.

Il est ainsi possible de béné-ficier de l’ensemble desfonctions métiers et desrégulations sophistiquéesoffertes par les contrôleursMEROBEL tout en réalisantl’entrainement à l’aide demotoréducteurs.

Principe

SPEED FOLLOWER FORREWIND APPLICATION

SUIVI DE VITESSE SURARBRE D’ENROULEMENT

The state-of-the-art solutionwhen rewinding applica-tions cannot easily dealwith a complex mix bet-ween torque control andspeed control.

As an exclusive feature ofMEROBEL’s digital control-

lers, the speed followertakes the full benefit ofthe EMP technology’ssmoothness at highand low speed (evenat rest), while minimi-zing the power dissipation.

Principle

Une solution actuellepour toutes les applica-tions d’enroulement où lacombinaison entre régu-lation de vitesse et derégulation de coupledemeurent incompati-bles entre elles.

L’exclusivité de cette solu-tion intégrée en standard

aux régulateurs numé-riques de MEROBEL per-met de bénéficier detoute la souplesse desembrayages EMP àvitesse élevée ou réduite(et même à l’arrêt), touten conservant un trèsfaible niveau de puis-sance dissipée.

Principe

Web shaft speedVitesse d'axe de bobine

Mot

or sp

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Vite

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Slip speed for web at restVitesse de glissement pour bobine arrêtée

Constant speed offsetEcart de vitesse constant

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Many years of expe-rience made MEROBELcapable of resolvingthe most demandingTension Control appli-cations.

The functions offeredprovide complete tech-nical solutions to all spe-cific needs in applica-tions such as Converting,Narrow web, Wire &Cable, ...

Des dizaines d’annéesd’expérience permet-tent à MEROBEL de trai-ter avec succès les appli-cations de Contrôle deTension les plus exi-geantes.

Les solutions disponiblesoffrent en standardtoutes les réponses tech-niques aux applicationsdu Converting, desbandes étroites, des fils etcables, etc

Roll diameterDiamètre de bobine

Cor

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and

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Max

ØØ

max

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Fixed Set pointConsigne fixe

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Forc

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Taper correctionDégressivité

TENSION CONTROL:ADDITIONAL FUNCTIONSCONTROLE DE TENSIONAUTRES FONCTIONS

Taper correction

Non-stop turretunwinder

Variable PID

Ø MinMax

Forc

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PID

A specific feature thatavoids too much tighte-ning pressure at the cen-ter of the roll, by automa-tically adjusting the setpoint, as a function ofthe actual roll diameter.

Une fonction qui per-met d’éviter un serragetrop important au cen-tre de la bobine parvariation automatiquede la consigne enfonction du diamètre.

The controller managesthe empty / full webautomatic rotation pro-cess, switching the regu-lation from one roll tothe other, and maintai-ning a preset torque onthe empty roll.

Le système gère laséquence de bascule-ment automatique dela régulation d’unebobine à l’autre, touten conservant un cou-ple ajustable sur l’arbrede la bobine vide.

When the diameterrange is very high, thisfeature automaticallyadjusts the PID coeffi-cients, according to theactual roll diameter, inorder to avoid web ten-sion instability whenapproaching the corediameter.

Utilisée pour éviterd’éventuelles instabili-tés de tension en fin debobine, notammentlorsque la variation dediamètre est très impor-tante, cette fonctionpermet de faire auto-matiquement varier lescoefficients de PID enfonction du diamètrede la bobine.

Dégressivité

Déroulementnon-stop

PID variable

TapercorrectionDegressivité

Non-stop turretunwinderDéroulementnon stop

Fixed PIDPID fixe

Ø MinMax

Forc

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oeffs

PID

Variable PIDPID variable

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SYSTEM COMPONENTSCOMPOSITION DES SYSTEMES

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Load Cells &Sensors

Capteurs

Remote control& Regulation

Commande &Régulation

Power Module

Unité dePuissance

Torqueactuator

Générateurde Couple

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Follo

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Bras

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p 20

)

Contact with the product prohibitedContact avec le produit impossible

Sound & vibrations absorbent productMatériau absorbant le son et les vibrations

Stop & Go processVitesse intermittente

Actual tension monitoringMesure de la Tension en continu

Torque & Speed independenceIndépendance couple / vitesse

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CHOOSING THE CORRECT REGULATION SYSTEMGUIDE DE CHOIX DES REGULATIONS


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MEROBEL engineering team is available to help select thebest solution to your specific application. Please consult your local supplier.

Question to ask?Advice needed?

Quelle que soit la spécificité de votre application, l’équipe desupport technique MEROBEL est toujours à votre disposition pourvous aider à choisir la meilleure solution.Merci de consulter votre distributeur local.

Une question ?Besoin d’un conseil ?

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DGT300+ - DIGITAL CONTROLLERDGT300+ - CONTROLEUR NUMERIQUE

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P I D

!

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!

Standard supply voltage24 V AC or DC

Alimentation standard24 V AC ou DC

CE / CEM compatibleCompatible CE / CEM

DGT 300+ is the most attractive turn-key solution onthe market for closed-loop and / or open loop appli-cations for winding, unwinding, and intermediate ten-sion control for the band, the cable and wire.

Fully configurable through a dedicated PC software,from its front panel keypad, or even from the outsidewith the advanced TCP / IP functions, DGT 300+ offersall the specialized functions which are required bytension control .

DGT 300 + accepts all types of direct inputs fromforce, laser, ultrasonic sensors, or potentiometers.

Advanced regulation capabilities

- automatic PID parameters variation- open loop + closed loop combination available- inertia compensation- smooth startup with programmable slope- adjustable taper function- no-stop web turrets management- five complete built-in memories

logical inputsentrées logiques

measurementmesure

set pointconsigne

linear speedvitesse ligne

EMP brakes

alarmsalarmes

analog outputs(drive, readout,power supply,...)

freins EMP

sorties analogiques(variateur, afficheur,alimentations depuissance,...)

process managementgestion de process

diameterdiamètre

DGT 300+ offre la solution clé-en-main la plus attractivedu marché pour les applications en boucle ferméeet/ou en boucle ouverte, de déroulement, d’enroule-ment ou de contrôle des tensions intermédiaires pour labande, le câble ou le fil.

Entièrement configurable par logiciel PC dédié, clavierde face avant, ou pilotée par l’extérieur grâce à sesfonctions avancées de communication TCP/IP, DGT300+ offre toutes les fonctions métier du contrôle de ten-sion

DGT 300+ accepte tous les types de capteurs de force,laser, à ultrasons, ou de potentiomètres, en entréedirecte.

Fonctions de régulation avancées

- P.I.D. variable automatique- Boucle ouverte + boucle fermée- Compensation d’inertie- Démarrage progressif avec rampe ajustable- Coefficient de dégressivité ajustable- Contrôle du process de changement automatique desbobines- 5 mémoires complètes accessibles à l’opérateur

Direct setup by softwareLogiciel de programmation

. No trimmer adjustment

. No dip switch/resistance configuration

. Unlimited configurations by softwarememory

. Aucun potentiomètre. Ni “switch” ni résistance de calibration

. Sauvegarde illimitée des configu-rations par logiciel

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USB TCP/IP

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DGT300+ - DIGITAL CONTROLLERDGT300+ - CONTROLEUR NUMERIQUE


Com Se

tP+1

0V

Com TC LS

+24V

Com DM

+24V S

-C

om S +

+5V

24V

C1

C2

AL-

AL1

AL2

V+ A B V+ Init

Reg

Com

AO

1A

O2

Com

analogoutputs

Set pointinput

logicinputs

alarmsoutputou

tput

cont

rol

supply

line speed& tacho

diameterinput

measureinputs

Front panel cutoutDécoupe depanneau

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110

149166

100

41

4

USB

TCP/IP

INPUTS ENTREES

Set point (external) Consigne (externe) V DC 0 10Meas. / Dia. / Tacho [TC] Mesure / Diam. / Tachy [TC] V DC 0 10Tacho [LS] Tachy [LS] V DC 5 24

frequency (max) frequency (max) kHz 30 maxLogical Logiques V DC 5 24

(Ext. rem. control) (pilotage process) mA 15 maxOUTPUTS SORTIES

Analog 1 & 2 Analogiques 1 / 2 V DC -10 +10Logical 1 & 2 Logiques 1 / 2 mA NPNPWM Output min. load Charge sortie PWM mini 4PWM Output max current Courant max sortie PWM A 1.5SUPPLY ALIMENTATION

Power supply voltage Tension d’alimentation V 24 AC / DCMax consumption Consommation max VA 50SUPPLY VOLTAGE OUTPUTS ALIMENTATIONS CAPTEUR

Load Cells Capteurs force V DC 5Ultrasonic Sensor Capteur Ultrasons V DC 24TEMPERATURE TEMPERATURE

Operating de fonctionnement °C 0 40

Features / Caractéristiques

Dimensions & Connections / Dimensions & raccordements

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POWER SUPPLYALIMENTATIONS DE PUISSANCE

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CURRENT REGULATEDPower Supply based on

microcontroller technology.Accurate current output control,

independent of coil temperature.High protection against transients, leading to high relia-bility in industrial environments.

Alimentation de Puissance REGULEE EN COURANT con-struite autour de technologies à base de microcon-troleurs.Courant de sortie précis et indépendant de la tempéra-ture de la bobine.Haut niveau de protection contre les transitoires, perme-ttant de garantir une haute fiabilité en environnementindustriel.

C1

Test

Com

C2

10 V

Com

Com

Com

Amp

24 V

Set P

Com

Stop

Free

V +

V +

10 k

1V =

1A

mp

Fuse

Test

Test

fusib

le

0 V

24 V AC/DCor+24 30VDC (*)

0 10V 0 V +24 V +24 V

10045

105

75

set pointconsigne

freew

heel

déb

raya

ge

lock

ing

bloc

age

+

EMP BrakeFrein

DIN Rail fixing (35)Fixation sur Rail DIN (35)

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Input voltage Tension d’alimentation V 24 AC/DC 24 AC/DC 24 30 DC

Max output current Courant de sortie max. Amp 0.400 2 4

Output load (resistance) Charge en sortie (résistance) 480 max 4 20 4 20

Max. power consumption Puissance consommée max. VA 20 70 120

Remote voltage control Tension de pilotage V DC 0 10 0 10 0 10

Ambient temperature Temperature d’utilisation °C +10 +40 +10 +40 +10 +40

Features / Caractéristiques PowerBlock04 PowerBlock2 PowerBlock4 (*)

Dimensions & Connections / Dimensions & raccordements

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LOAD CELLS & SENSORSCAPTEURS DE FORCE ET CAPTEURS DIVERS


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MEROBEL engineering team is available to help select the best solution to yourspecific application. Detailed literature is also available.Please consult your local supplier.

More detailsabout availablesensors?

Quelle que soit la spécificité de votre application, l’équipe de support techniqueMEROBEL est toujours à votre disposition pour vous aider à choisir la meilleure solution.Une documentation spécifique est à votre disposition.Merci de consulter votre distributeur local.

Plus de détails surl’offre en matièrede capteurs?

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In addition to the EMPBrakes, Clutches, andtheir controllers, MERO-BEL offers a completerange of fully dedica-ted sensors and loadcells.

These high quality sen-sors are carefully selec-ted to ensure the bestperformance of thetension control regula-tion systems.

PotentiometerPotentiomètre Ultrasonic

Ultrasons

LaserLaser

DedicatedLoad Cells

Capteurs deforce spécialisés

A côté de sescontrôleurs etcoupleurs EMP, MERO-BEL propose unegamme complète decapteurs spécialisés.

Ces appareils sont soi-gneusement sélection-nés pour permettre degarantir les meilleuresperformances des sys-tèmes de régulationauxquels ils sont inté-grés.

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