0_Automatiser un procédé

8/8/2019 0_Automatiser un procd

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Lyce P.E.M. STS CIRA INSTRUM / REGUL

AUTOMATISER UN PROCEDE - Introduction au CIRA

1. Du procd ...

1.1. Activits dans une entreprise

Une entreprise industrielle assure uneproduction de biens (produits) selon certaines exigences(rglementations, cahier des charges) susceptibles dvoluer.Ainsi, lentreprise doit :

produire : cest dire transformer des matires premires et de lnergie en biens deconsommation

maintenir : elle doit assurer la meilleure disponibilit de loutil de production(maintenance)

grer : aussi bien techniquement que financirement les ressources disponibles

L'objectif est d'obtenir des produits d'une qualit donne et un cot concurrentiel en assurant biensr la scurit des personnes et des biens. L'automatisation est un atout !

1.2. Procd industriel

C'est la mthode suivre pour obtenir un produit (comme une recette de cuisine...).Le procd est l'origine immatriel. Il se prsente sous la forme d'un texte accompagn deschmas explicatifs formant le livre du procd . On y dcrit les ingrdients utiliser, lesmoyens matriels prvoir, les oprations excuter et les conditions (pression, dbit, temprature,etc.) respecter pour obtenir le produit fabriquer, en quantit (capacit de production) et enqualit. Le procd doit tre matrialis par une unit de production ou processus.

Quelques procds : chloration d'eau potable, moulage par soufflage d'un polymre, distillation ...

1.3. Processus industriel

Le terme processus dsigne deux aspects d'une installation de production, l'un descriptif, lautrematriel:

aspect descriptif: c'est l'ensemble des oprations dtailles d'laboration d'un produitfini devant possder des caractristiques imposes dans les limites de tolrances fixes,selon un procd dtermin.

aspect matriel : c'est l'installation proprement dite, comprenant tous les appareilsncessaires la transformation des matires premires.

En ingnierie, on retrouve souvent pour le dsigner les termes processus ou procd ouencore process en anglais. Dans le domaine du CIRA, on retiendra procd . Le gnie des

procds, le physicien ou le chimiste dsigne les principales grandeurs physiques contrler et rgler. Il les fait apparatre sur le Plan de Circulation des Fluides (schma de procd).

2. son automatisation

Le technicien CIRA est un spcialiste de la commande des processus mis en uvre dans lesindustries de la chimie, de la pharmacie, de la mtallurgie, de l'nergie, de l'agro-alimentaire, Pour cela il fait appel l' Automatique : science permettant l'automatisation de tches par desmachines fonctionnant sans intervention humaine.Trois tapes distinctes sont respecter :

lobservation de toute dviation du procd ; la rflexion en ce qui concerne la correction apporter ; laction sur une ou plusieurs grandeurs physiques.

2.1. Grandeurs physiques

La russite de l'automatisation des procds physico-chimiques rencontrs est gnralement lie la

maitrise des grandeurs physiques le rgissant. On en rencontre principalement quatre, dsignes parune lettre majuscule (initiale du mot anglais) :

P (PRESSURE) PRESSION

Automatiser un procd 1/5 P. Alary


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F (FLOW) DBITL (LEVEL) NIVEAUT (TEMPERATURE) TEMPRATURE

D'autres grandeurs physiques ou chimiques peuvent aussi tre mesures ou analyses :A (ANALYSIS) ANALYSE

L' analyse effectue peut tre : la mesure d'une qualit spcifique d'un corps (masse volumique, viscosit, pression devapeur, etc.), la dtection du changement d'tat d'un corps (solidification, vaporisation, etc.), la composition chimique d'un corps (en gnral partielle) ou la teneur d'un seulcomposant dans un mlange,

le pH d'une solution (dissociation ionique).

Avant de commander un procd avec succs, il faut commencer par l'analyser pour comprendre sesractions. Cela commence par linventaire de toutes ses grandeurs physiques. Il faudra recherchertoutes les grandeurs incidentes cest--dire ayant une influence au travers du procd sur lesgrandeurs matriser.

Cette analyse du procd nous permettra plus tard de le modliser en quations = systme.

2.2. Informations

Entre les dispositifs d'observation, de rflexion, d'action et de tout autre

dispositif ncessaire au bon fonctionnement du procd automatis vontcirculer des informations. Non pas des informations orales ou crites mais dessignaux analogiques ou discrets.

Une information analogique peut prendre toutes les valeurs possibles dans unintervalle donn. Les grandeurs physiques comme la temprature, la vitesse, la

pression, la tension, sont des informations analogiques. Elle peut trereprsente par une courbe continue.

Une information discrte est constitue d'un ensemble fini de valeurs. Ondistingue :

Information logique ou binaire (0 ou 1, vrai/faux, noir/blanc, Tout Ou Rien)

Information numrique sous la forme d'un mot binaire, constitu de plusieurs variableslogiques (bits). Elle est gnralement issue d'un traitement d'une information analogique(chantillonnage, codage).

2.3. 2.3. Notion de rgulation

L'objectif est de stabiliser avec prcision et rapidit la grandeur maitriser une valeur souhaite.



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Principales catgories de systmes automatiss :1. Systme combinatoire il n'est pas adapt notre problme

A une combinaison d'entres correspond une combinaison des sorties. Aucune mmoire.

2. Systme squentiel peu adapt la dynamique des procds habituelsLvolution des sorties dpend la fois des variables dentre et du temps. Une mmoiremais des discontinuits car souvent base d'informations logiques.

3. systme asservi ddi aux procds dynamiques continus, et linaires (modlisables)Il fonctionnent en bouclage permanent entre la (les) grandeur(s) maitriser et la (les)grandeur(s) incidente(s).

L'ide est de mesurer la grandeur maitriser (grandeur rgle), de lacomparer une valeur souhaite

(consigne) et d'agir sur la grandeurincidente adquate (grandeur

rglante) pour annuler l'cart entregrandeur rgle et consigne. On

parle d'asservissement ou dergulation.

Les chaines de rgulationncessaires au procd sont

reprsentes sur le schma deprocd ==> schma TI

En toute rigueur, un systme rgul fonctionne avec une consigne fixe (ou la limite modifiable parpalier). La partie commande ne doit lutter que contre les perturbations : on parle de rgulation demaintien. Tandis qu'un systme asservi voit sa consigne fluctuer (rgulation de suivi). En rsum,nous pouvons dire que les systmes asservis sont aussi rguls, l'inverse n'tant pas toujours vrai.

3. Chaine de rgulation3.1. Chaine type

Une chane de rgulation / asservissement digne de ce nom doit donc comporter diffrentesfonctions, chacune tant assure en gnral par un appareil particulier. Ces appareils forment deuxchaines essentielles mises en boucle : on parle de chaine de rgulation ferme.

une chaine d'action proposant un dosage progressif de la commande ; une chaine raction ou de retour : chaine de mesure analogique de la grandeur rgle ;

En voici une reprsentation sous forme de schma fonctionnel ou schma-bloc :

Instrument /signal Exemples RemarquesW = Consigne valeur que la grandeur rgle doit atteindre


CorrecteurW

GrandeurrglanteYr

Actionneur ProcessusX

Transmetteursignal bas niveau

Capteur

Z1 Processus 1perturbateur

Z2 Processus 2perturbateur

Xm

+ +

+ +

+-


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Comparateur = cart(Sommateur, diffrenciateur)

Levier (mcanique), montage amplificateur oprationnels (lectroniqueanalogique), algorithme numrique

Le comparateur W-Xm est gnralementinclus dans le rgulateur.

CorrecteurYr = commande

lectronique processeur, pneumatique diffrents algorithmes : PID, TOR,prdictif, numrique, logique floue

Rgulateur c'est l'association d'un comparateur avec un correcteur

Actionneur

Grandeur rglanteServomoteur, vannevariateur, moteur, gradateur, distributeur,...

Sous ce vocable se cachent lespractionneur, actionneur, effecteurncessaires

ProcessusX = grandeur rgle

four, tuve, chaudire, cuve, racteur,changeur, colonne, sparateur, pompe,compresseur, ...

Appel aussi procd

Capteur

signal bas niveauT, P, L, F, A Acquiert la grandeur physique rgle et

la convertie en signal bas niveau

TransmetteurXm = mesure

lectronique est trs souvent li aucapteur ou parfois au rgulateur

amplifie, adapte et transmet un signalstandard

Processusperturbateurs

Z = grandeurperturbatrice

temprature extrieure, frottement,ouverture / fermeture de vanne, ...

provoqus par toute grandeur physiquefluctuante perturbant le processus, il estrarement quantifiable mais c'est la raisond'tre d'une rgulation

Signaux %, pneumatique, lectrique (tension,courant, frquence), sans fil, ...

Lors de transmission, l'metteur et lercepteur doivent se comprendre

3.2. Boucle simplifie

A ce stade, on peut faire plusieurs remarques de bon sens :

1. L'Actionneur et le Capteur sont en contact avec le fluide du procd. Ils interagissentforcment avec lui et en font donc partie.

2. La valeur de la grandeur rgle n'est que trs rarement directement connue. C'est son imagefournie par l'quipage Capteur / Transmetteur que le rgulateur utilise.Dans l'idal Xm exprime rigoureusement la mme intensit dans sa gamme que celle de Xdans la sienne.

3. Les perturbations sont souvent difficiles modliser et pour cause c'est d'elles que l'on veuts'affranchir. Toutefois une rgulation russie doit les combattre efficacement.

Ainsi la boucle devient une boucle retour unitaire :


Procd

CorrecteurW

GrandeurrglanteYr

Actionneur ProcessusX

Transmetteursignal bas niveau

Capteur

Processus 1

perturbateur

Processus 2

perturbateur

Xm

+ +

+ +

+-

Yr

signal bas niveau

Xm

+ +

+ +

+-


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C'est sous cette forme que la plupart des problmes de rgulation sont abords, modliss et rsolus.On parle de systme uni-boucle mono-variable.

Points faibles et limites de cette boucle :

1. WetXm doivent tre comparables donc s'exprimer dans la mme unit.Nous les exprimons en % de l'tendue de la mesure = tendue de la consigne.

2. Il faut une chaine de mesure d'une bonne exactitude pour satisfaire le fait que Xm = Xlorsque rapports dans la mme gamme. Attention,Xm et Xn'ont jamais la mme unit.

3. La chaine n'agit que sur une grande incidente. Une stratgie de rgulation mieux adaptetenant compte de la (les) perturbation(s) peut tre envisage.

3.3. Autres chaines

On rencontre des chaines de rgulation ouverte. La grandeur perturbatrice agit sur la grandeurrglante. Cette boucle est trs rapide mais pas prcise.

Chaines multi-boucles :

Une (plusieurs) chaine(s) ouverte(s) peut(peuvent) complter une boucle ferme, principalementpour anticiper l'volution d'une (plusieurs) perturbation(s) en agissant directement sur l'organe derglage. ==> rgulation mixte

Deux chaines fermes sont imbriques en maitre / esclave. ==> rgulation cascade

Il existe des procds complexes deux ou plus consignes (entres) et/ou deux ou plus grandeurs

rgles (sorties). ==> rgulations multi-variablesetc ...

4. Contrle Industriel & Rgulation Automatique

Pour satisfaire la problmatique d'une rgulation, le technicien doit : apprhender le procd, le(s) fluide(s) et les ractions mis en jeux ; choisir les instruments ; les mettre en communication ; dcider d'une stratgie de rgulation et

la rgler ;

intgrer les scurits ncessaires.


CorrecteurW Yr

ProcdX

+-

Illustration 1: Rgulateur de Watt

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