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Les définitions de base de l’automatique - 1 Système Entrées, Sorties Francis C

Les définitions de base de l’automatique - 1 Système Entrées, Sorties Francis Courtois et Gilles Trystram Version: 17 mai 2000 Interactions automatisme / procédé AUTOMATISME PROCEDE Interactions abstrait / concret MATHEMATIQUES REALITE Différents niveaux de complexité MATHEMATIQUES REALITE Très complexe Représentable par quelques équations Il faut simplifier Mise en équations: Y=a.x+b Il faut simplifier (suite) entrées sorties SYSTEME Notion de système -1 SYSTEME Frontières Extérieur Notion de système -2 SYSTEME 0 Définir les frontières d’un système n’est pas toujours évident Extérieur SOUS SYSTEME 1 SOUS SYSTEME 2 SYSTEME 3 Notion de système -3 Les systèmes échangent entre eux Extérieur SYSTEME 3 SYSTEME Notion de système -4 Cas général: Ils échangent de l’énergie Approche automatique: •On ne s’intéresse pas aux flux des produits •On s’intéresse aux flux d’informations •Par le biais de signaux •Signaux électriques la plupart du temps Exemple nourriture excréments SYSTEME eau urine O2 (air) CO2 (air) UV chaleur vapeur (air) chaleur travail mécanique entrées sorties Exemple industriel ??? ??? SYSTEME entrées sorties Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées Schéma du procédé Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées FABRICATION DE SNACKS Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées Où sont les frontières du système ? FABRICATION DE SNACKS Réponse Approche automatique: •L’alimentation en produits des cuves A & B ne fait pas partie du système •Le conditionnement, le stockage et l’expédition n’en font pas partie non plus Retour à l’exemple industriel Produit A Produit fini SYSTEME entrées sorties Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées Produit B buées Electricité Flux de produits Exemple industriel (suite) Débit A Débit F SYSTEME entrées sorties Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées Débit B Débit buées kW Température A Température B Température F Humidité F HR buées Variables importantes Exemple industriel (suite2) V1, V2, V3 LSL SYSTEME entrées sorties P1 TT M1, M2, M3 M4, M5 H WT LSH Pesée Ass. Vapeur A B V1 V2 M1 M2 M3 M4 M5 H V3 P1 EXTRUDEUR MELANGEUR COUTEAU TAPIS ACCUMULATEUR PESEE ASSOCIATIVE Agitateur Extracteur buées TT WT LSL LSH Instrumentation réellement installée Exemple industriel (suite3) Signification des légendes •Vannes commandées électriquement: V1, V2, V3 •Pompe commandée électriquement: P1 •Moteurs commandées électriquement: M1 à M5 •Variateur de puissance de chauffe: H •Détecteurs de sécurité des niveaux haut et bas: LSH et LSL •Capteur de température du produit: TT •Capteur de masse (peson): WT •Retour d’information de la pesée associative Un exemple plus simple Flux de produits ou d’informations ECHANGEUR P1 FT Capteur de débit Pompe Flux de produits •Entrée : fluide froid •Sortie : fluide chaud Flux d’informations* •Entrée : pompe P1 •Sortie : mesure de débit FT *telle qu’est faite l’instrumentation Un exemple plus simple (suite) En automatique, on s’intéresse aux flux d’informations ECHANGEUR P1 FT Capteur de débit Pompe AUTOMATISME PROCEDE P1 FT ACTION MESURE Un exemple plus simple (suite2) Il existe d’autres informations importantes ECHANGEUR P1 FT •Informations caractéristiques sur l’état du procédé •Grandeurs d’influence pour le procédé Fluide chauffant Comment lister toutes ces variables ? Plus de variables Entrées / sorties du système ECHANGEUR P1 FT •Température (entrée et sortie) et débit du fluide chauffant •Température entrée et sortie du produit NOTE: les caractéristiques du procédé sont des paramètres constants Fluide chauffant Comment classer toutes ces variables ? Définition des E/S Entrées •Grandeurs variables influençant le procédé •Informations agissant sur le système. •Actions (souvent associées à des actionneurs) Sorties •Grandeurs variables caractérisant le procédé •Informations provenant du système. •Mesures (souvent associées à des capteurs) Définition des E/S (suite) •Flux d’informations •Différents des flux de produit •Généralement liés à l’instrumentation (et à la technologie employée) •Variables •le temps est un facteur •Les paramètres de construction sont des constantes Notion de signal Les entrées •Commandables •Un actionneur est installé et relié à l’automatisme •L’automatisme agira sur ces variables pour adapter en temps réel le fonctionnement du procédé aux objectifs •Non commandables •Pas d’actionneur ou manipulation manuelle requise •Ces variables influencent le procédé en dehors du contrôle de l’automatisme. Elles le perturbent. Exemple d’entrée commandable Vanne électro-mécanique Flux de produit Exemple d’entrée non- commandable Vanne manuelle Flux de produit Exemple d’entrée commandable mais non commandée Flux de produit Nuance entre commandable et commandée •Commandées •Un actionneur est installé et relié à l’automatisme •L’automatisme agira sur ces variables pour adapter en temps réel le fonctionnement du procédé aux objectifs •Non commandées mais commandables •L’automatisme n’agira pas sur ces variables, d’autres facteurs interviendront •Ces variables influencent le procédé en dehors du contrôle de l’automatisme. Elles le perturbent. Exemple: le chauffage d ’une chambre •Grandeur commandée •Résistance de chauffe •Non commandées mais commandables •Ouverture des fenêtres •Ouverture des portes •Mesurée •Température de la chambre Exemple: le chauffage d ’une chambre (suite) TT Exemple: le chauffage d ’une chambre (suite) TT •Un automatisme agit sur la résistance chauffante pour maintenir la température de la chambre •L’automatisme ne contrôle pas la porte •L’ouverture de la porte vient perturber la régulation de la température de la chambre Notion de grandeur de perturbation Perturbation: définition •Entrée du système •Commandable ou non •Non commandée par l’automatisme note: Une perturbation peut être mesurable. Cela permet au moins de savoir ce qui se passe. Par exemple, l’ouverture des fenêtres de la chambre devrait stopper l’automatisme de maintien de la température de la chambre. Cela serait envisageable avec une mesure de contact aux fenêtres. Quelques confusions possibles •Un capteur et un actionneur (voire même un automatisme de bas niveau) peuvent être associés dans le même dispositif •Un paramètre de réglage d’un procédé n’est généralement pas une perturbation puisqu’il est constant. Contre ex.: changement de l’entrefer d’un extrudeur bivis. •Une grandeur de perturbation n’est pas toujours instrumentée. Ex: température extérieure à la pièce Perturbations non mesurées Si on ne mesure que la température du produit en sortie ECHANGEUR P1 TT •Température et débit de fluide chauffant en entrée •Température et composition du produit en entrée Fluide chauffant Combinaison entrée/sortie Une pompe avec mesure de débit incorporée ECHANGEUR P1 TT •On est tenté de dire que l’on agit sur le débit de produit alors que c’est bien la pompe qui est l’organe d’action •Si un régulateur de débit est incorporé dans l’ensemble pompe/débit alors on agit sur une consigne FT* Fluide chauffant P1 FT FC FT* FT Les sorties Considérons maintenant les grandeurs de sortie ECHANGEUR P1 TT2 •La température mesurée TT2 du produit en sortie est bien la grandeur que l’on veut vraiment contrôler •La température TT1 (mesurée ou non) est une information utile mais non indispensable. Elle renseigne sur la puissante de chauffe apportée à l’échangeur. Le débit de fluide chauffant est tout aussi utile. TT1 Notion de variable d’état •Les états : grandeurs caractérisant l’état du système. Il existe une définition mathématique plus précise: la connaissance des variables d’états d’un système à un instant donné dispense de connaître l’historique du système.. SORTIES Dans tous les cas, ce sont bien des sorties au sens “informations provenant du système” ! ETATS Il faut bien distinguer •Entrées commandables /sorties mesurées du système (liées à l’instrumentation) •Perturbations / entrées commandées SORTIES ETATS ENTREES PERTURBATIONS Ex. de classement des E/S ECHANGEUR P1 TT2 TT1 P2 Perturbations Entrées Sorties P1 P2 TT2 TT1 (état) Récapitulatif Notions abordées: •système •signaux •Entrées / sorties •Perturbation •Grandeurs commandables, commandées uploads/Finance/ definitions-de-base-de-l-x27-automatique.pdf