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Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industrie

Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 1 Cours sur l’Automatisation des Systèmes Industriels Etabli par : Dr. A. KHELASSI UMBB-Boumerdes Novembre- 2020 Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 2 Contenu I. Introduction - Conduite des processus continus - Conduite des processus discrets - Configuration matériel des systèmes de réglage industriels II. Commande Analogique des processus continus - Régulation en cascade - Régulation split-range - Régulation prédictive - Régulation de rapport - Régulation multivariable III. Commande Numérique - Interfaçage avec le processus et périphérique - Commande en temps réel - Etude de cas IV. Introduction aux DCS & SCADA - DCS - SCADA Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 3 I. Introduction - DEFINITION Le terme régulation est souvent confondu avec d’autres substantifs, tels que automatique, commande, automation, automatisation, automatisme, etc… De façon générale, on peut énoncer la définition suivante : La régulation est un ensemble de théories mathématiques et une technique de raisonnement qui concernent la prise de décision et la commande de systèmes. Le schéma bloc d’un système de commande (Système de régulation) est donné par : Ce système possède deux chaînes : - Une chaîne directe - Une de retour. L’idée serait que le signal d’erreur soit nul, à tout instant. Cette condition n’est en général pas réalisée à tout instant, du fait de l’une au moins des circonstances suivantes : - La présence de perturbations qui affectent le processus ; le maintien de la grandeur de sortie à la valeur de consigne constitue un problème de régulation. - Les variations de la consigne : il s’agit alors d’un problème de suivi. Schéma bloc d’un système de régulation automatique - + V(s) K(s)  s G y u u* c Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 4 - Intérêt de la régulation Les systèmes automatiques permettent avant tout de réaliser des opérations qui ne peuvent pas être confiées à l’homme, pour différentes raisons. Parmi celles-ci : - La précision - Le caractère pénible, voire impossible, de taches à effectuer dans certains environnements - La complexité : à partir d’une certaine échelle (grand nombre de paramètres) - La répétitivité - La recherche d’une diminution Coûts par l’augmentation de rendements - La recherche de performances élevées (rapidité des réponses, régularité des produits, coût, qualité,..) - Principe de fonctionnement Pour réguler un système physique, il faut :  Mesurer la grandeur réglée avec un capteur.  Réfléchir sur l'attitude à suivre : c'est la fonction du régulateur. Le régulateur compare la grandeur réglée avec la consigne et élabore le signal de commande.  Agir sur la grandeur réglante par l'intermédiaire d'un organe de réglage. On peut représenter une régulation de la manière suivante : Domaine d'emploi  Chimie, pétrochimie, pharmacie ;  Agro-alimentaire ;  Papeteries, cimenterie, verreries ;  Centrales électriques (nucléaires et thermiques) ;  Environnement ;  Robotique. Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 5 Procédés industriels  Four, chaudières, chauffage, climatisation ;  Réacteurs chimiques, craqueurs, distillation ;  Broyeur, mélangeur, laminoirs. Baisse du coût de l'installation & Gain de temps On reconnaît une bonne régulation par sa capacité à accélérer le système sans entraîner de dépassement de la consigne. Exemple : Dans l'exemple ci-dessus, une bonne régulation a pour conséquence une diminution du temps nécessaire à l'élévation de la température, ainsi que l'économie d'un dispositif de refroidissement. Régulation ou Asservissement Dans une régulation, on s'attachera à maintenir constante la grandeur réglée d'un système soumis à des perturbations. Dans un asservissement, la grandeur réglée devra suivre au plus près les variations de la consigne. Fonctionnement en boucle ouverte (Manuel) On parle de fonctionnement en boucle ouverte quand on n'utilise pas la mesure de la grandeur réglée. Ce n'est pas une régulation. Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 6 Exemple : Contrôle de la vitesse de rotation d'un moteur à courant continu par l'intermédiaire de sa tension d'alimentation. D’autres exemples sur les procédés industriels tels que ; la régulation du niveau, pression, débit et température. Fonctionnement en boucle fermée (Automatique) C'est le fonctionnement normal d'une régulation. La mesure de la grandeur réglée permet de mesurer son écart avec la consigne et d'agir en conséquence pour s'en rapprocher. Exemples des cas de la régulation en boucle fermée des paramètres physiques (Niveau, Pression, Débit et Température) - Les signaux Dans une boucle de régulation, les différents appareils sont reliés entre eux et les informations circulent soit sous forme :  Pneumatique (pression d’air)  Electrique (courant électrique)  Numérique Les signaux pneumatiques et électriques, qui sont des signaux continus, sont dits analogiques. Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 7 En numérique, les signaux sont émis à des intervalles de temps réguliers (selon une période d’échantillonnage). Les boucles dont les paramètres n’ont que deux états possibles sont appelées Tout Ou Rien (TOR). Des exemples de ce type des boucles, on peut citer :  Les contacteurs d’alarme (exemple : alarmes de niveau haut et bas dans un ballon de séparation)  Les contacteurs de fin de cours sur les vannes.  Les électrovannes.  Les actionneurs TOR (sur les vannes et moteurs) lors de la commande d’un paramètre physique. - Représentations Un système physique est décrit par un modèle mathématique, qui est représenté schématiquement de la manière suivante : Système dynamique u1 um y1 yr Système u2 y2   Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 8 La figure suivante résume les principales représentations d’un système multivariable dans le cas continu. Comme pour les systèmes monovariables continus, trois types de représentation sont possibles :  Par un système de r équations différentielles liant les r sorties aux m entrées et à leurs dérivées, c’est le modèle auquel on arrive généralement lorsque les lois de la physique peuvent être utilisées.  Par une matrice de transfert, c’est-à-dire une matrice de fonctions de transfert représentant les transmittances entre les divers couples entrée-sortie ] [ i j y u  , il est en général le modèle de base dont on dispose lorsque le système est trop complexe pour être mis complètement en équations en utilisant les lois de la physique et que l’on procède à une identification globale entrées-sorties.  Par un modèle d’état, ce sera le plus souvent un modèle abstrait, fondamental pour l’analyse et la commande. (a) Représentation par matrice de transfert : (b) Représentation d’état : (c) Représentation par équations différentielles :   . s u s G s y  Où :           . 2 1 2 22 21 1 12 11              s g s g s g s g s g s g s g s g s g s G rm r r m m       D u. C x y B u A x x     ,  Avec x vecteur d’état.     . 0 , , , , , , , , , 0 , , , , , , , , 1 1 1 1 1 1 1                                m r r r m r r u u y y y y F u u y y y y F Divers types classiques de représentation Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 9 L'installation suivante (Température d'un fluide régulée en agissant sur le débit de vapeur de l'échangeur) : Devient : Schéma fonctionnel Représentation d'un système Symboles fonctionnels Sommateur et soustracteur Faculté des Hydrocarbures et Chimie Dpt : Automatisation des Procédés Industriels D r . A . K H E L A S S I Page 10 Facteur de multiplication : Branchement (prélèvement de signal) : Schéma fonctionnel Rôle : Décrire et analyser les relations d'un système à partir de sa décomposition graphique en module fonctionnel. On peut représenter une uploads/Industriel/ automatisation-des-systemes-industriels-2020-pdf 1 .pdf