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Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.1

Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.1 Incitation au contrôle automatique d’un procédé industriel-objectifs Contrôler automatiquement ou automatiser un procédé industriel c’est le faire fonctionner en réduisant au minimum l’intervention manuelle par l’emploi d’appareils ou dispositifs automatiques : Régulateur, Ordinateur, Automate ou API, Détecteur, Capteur-transmetteur, Vanne automatique,etc… Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Chapitre 1 : Introduction au contrôle automatique d’un procédé industriel 1. Contrôle/régulation automatique d’un procédé 1.1 Incitation au contrôle automatique d’un procédé industriel-objectifs 1.2 Schéma de principe d’un procédé industriel-Schéma bloc 1.3 Asservissement/Régulation automatique d’un procédé-Exemples 1.4 Signaux de communication-câblage 1.5 Vannes automatiques 2. Qualités attendues d’une régulation automatique 2.1 Stabilité 2.2 Précision 2.3 Rapidité 2.4 Compromis précision-rapidité Réf : 1 : http://www.gch.iut-tlse3.fr/ 2 : G.Stephanopolos, 1984.Chemical Process Control : An introduction to theory and pratctice.Prentice-Hall International Editions. Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.1 Incitation au contrôle automatique d’un procédé industriel-objectifs Deux types d’automatisation d’un procédé : -Automatisation par logique combinatoire et séquentielle, câblée ou programmée : Cette automatisation n’a pas nécessairement une structure bouclée ,par exemple une machine à laver automatique. Ce type d’automatisation est utilisé pour gérer les phases de sécurité et les phases utilitaires de démarrage et d’arrêt d’un procédé industriel. Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.1 Incitation au contrôle automatique d’un procédé industriel-objectifs -Automatisation en asservissement/régulation : Elle commande le procédé en poursuite ou en régulation, cette automatisation a obligatoirement une structure bouclée, par exemple une régulation de niveau , de température,… Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Exemple 1 : Système ou Procédé = Réacteur ‘CSTR’ instable. Réaction exothermique irréversible : A B Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Trois points de fonctionnement possibles P1,P2 et P3 P1 : Point de fonctionnement froid mauvais rendement P3 : Point de fonctionnement chaud dangereux car risque de dégradation du catalyseur , du produit B, etc.… P2 : Point de fonctionnement acceptable malheureusement instable !!! : courbe en sigmoïde Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Si Ti augmente la température du réacteur passe de T2 à T’2 Emballement du réacteur de P2 à P3 (indésirable) Le réacteur fonctionne en P2 Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Si Ti diminue Extinction du réacteur en passant du P2 à P1 Le réacteur fonctionne en P2 Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Conclusion : on a besoin d’un système de commande/contrôle en régulation pour stabiliser le réacteur au point de fonctionnement instable P2 Conclusion : on a besoin d’un système de commande/contrôle en régulation pour stabiliser le réacteur au point de fonctionnement instable P2 Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Contrôleur/Régulateur Enregistreur de Température Stabilisation du réacteur ‘CSTR’ au point de fonctionnement P2 par régulation automatique de la température Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Maximiser le profil de B sur une période t R Maximiser le profil de B sur une période t R Exemple 2 : Optimisation des performances d’un procédé industriel Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Conclusion: on a besoin d’un système de contrôle/commande en asservissement pour faire évoluer (poursuite) le débit de vapeur consommée selon le profil optimal Conclusion: on a besoin d’un système de contrôle/commande en asservissement pour faire évoluer (poursuite) le débit de vapeur consommée selon le profil optimal Boucle d’asservissement de température Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Objectifs du contrôle automatique d’un procédé industriel Stabiliser un procédé le plus près possible de son point de fonctionnement optimal dicté par : nLa sécurité : Assurer d’une part la sécurité du personnel en minimisant son intervention près des installations et produits dangereux et d’autre part la sécurité des unités ou installations en les automatisant, ce qui évitera leurs pannes fréquentes et permettra donc d’augmenter leur durée de vie ; oRéglementations environnementales : respecter l’environnement en fixant par régulation automatique la composition autorisée des rejets toxiques liquide ou gazeux ; p Economie : rationaliser la consommation de la matière première et d’énergie (électrique , thermique , combustible, etc.…); q Spécifications de la production : atteindre les quantités et qualités souhaités des produits finaux ( débit en tonnes/jour, pureté, etc.) Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.2 Schéma de principe d’un procédé industriel-Schéma bloc Procédé :unités dans lesquelles se déroule un ensemble d’opérations physico- chimiques (et biologiques éventuellement) Matière(s) première(s) Produit(s) et sous-produits Salle de contrôle (contrôler et commander le procédé) - Informations : mesures, signaux d’alarmes,vues de boucles de régulation, vues synoptique,… - commandes : (configurer la régulation), acquitter une alarme,… Energie : électrique, mécanique, calorifique Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Exemple d’une vue de synoptique d’un circuit de vapeur HP et MP Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés L’état du procédé est caractérisé par des grandeurs physiques ou variables d’état appelées grandeurs de sortie. Toute grandeur qui modifie l’état du système (ses variables d’état) est appelée grandeur d’entrée. On représente le procédé par le schéma bloc suivant : Procédé = Système Grandeurs d ’entrée Grandeurs de sortie Variables d’état Schéma bloc du procédé Grandeurs d’entrée : dénotent l’effet de l’environnement sur le procédé Grandeurs de sortie : dénotent l’effet du procédé sur l’environnement Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Exemple Procédé : le bac et le produit qu ’il contient Qs Qa Ta,ca n Des grandeurs qui caractérisent l ’état du système : - le niveau : n - la température du produit dans le bac : T - la concentration du produit : c Des grandeurs qui modifient l ’état du système : - le débit d ’alimentation : Qa - le débit de soutirage : Qs - la température et la concentration du produit entrant:Ta,ca Grandeurs de sortie Grandeurs d ’entrée T,c Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Système Grandeurs de sortie n T c Schéma Bloc du niveau Ta: non commandable Qa : commandable Qs : non commandable ca: non commandable Grandeurs d ’entrée Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés 1.3 Asservissement /régulation automatique d’un procédé industriel-Exemples Définition L’asservissement/régulation automatique regroupe l’ensemble des moyens matériels et techniques mis en œuvre pour maintenir automatiquement ( pas d’intervention manuelle) une grandeur physico-chimique d’un procédé (grandeur réglée) ,égale à une valeur désirée appelée consigne, quelles que soient les perturbations engendrées par le milieu extérieur sur ce procédé. Lorsque des perturbations ( grandeurs d’entrée non commandables) ou un changement de consigne se produisent, l’asservissement/régulation automatique provoque une action correctrice sur une autre grandeur physique appelée grandeur réglante (grandeur d’entrée commandable), afin de ramener la grandeur réglée vers sa consigne initiale (cas de régulation) ou vers sa nouvelle consigne (cas d’asservissement ou changement de point de fonctionnement). Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Vocabulaire clé à retenir : Grandeur réglée, Grandeur réglante, Perturbations, Consigne Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Objectif : Maintenir la réserve pour répondre à la demande aléatoire de soutirage ? Solution : Maintenir un niveau n constant (régulation de niveau ) n Canalisation d ’alimentation Qa Canalisation de soutirage Qs 1.2.1 Exemple 1 : Le bac de stockage - symbolisation Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Soutirage Alimentation Grandeur Incontrôlable ( non Commandable) Grandeur à maintenir Grandeur de réglage (commandable) Grandeur perturbante Grandeur réglée Grandeur réglante Valeur à maintenir Consigne Qs Qa n 80 % Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Système Grandeurs d ’entrée Qa Qs Température produit alimentation Grandeurs de sortie n Température bac Composition produit dans bac La grandeur réglée se trouve parmi les grandeurs de sortie La grandeur réglante se trouve parmi les grandeurs d ’entrées Schéma Bloc du niveau Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Système Grandeurs d ’entrée Grandeurs de sortie Schéma Bloc Simplifié h Grandeur réglée Qa Grandeur réglante Qs Grandeurs perturbantes principales Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Régulation Manuelle de niveau Qs Qa h Pour effectuer la régulation manuellement, il faut : Mesurer n, le Comparer avec la consigne puis Agir sur la vanne pour modifier le débit Qa. Donc on a besoin de trois individus ou opérateurs ! Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés -Reçoit M Régulation Manuelle de niveau Qs Qa h ? -Transmet -Compare M à C (Réflexion) -Calcule S : Commande (ouverture de la vanne) -Transmet -Exécute -Action - Mesure - (Observe) -Observation -Reçoit S -Retour à la phase Mesure ou Observation : Boucle fermée Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Régulation automatique de niveau : les individus sont remplacés par des appareils Qs Qa h LC LV LT Actionneur Agit Capteur Mesure Vanne automatique Régulateur Compare Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Dans la boucle de régulation automatique on retrouve les trois phases de fonctionnement d’une boucle de régulation manuelle : Observation ou Mesure, Réflexion ou Comparaison et Action mais effectuées par des appareils ou dispositif appelés : Capteur, Régaleur et Actionneur. On représentera la chaine de régulation ou boucle de régulation fermée par un schéma fonctionnel dans lequel figurent les schémas bloc de tous les éléments qui y interviennent : capteur, régulateur, actionneur et procédé. Dr.M.Rabi Régulation analogique industrielle – ESTF- G.Thermique-G.Procédés Loi uploads/Industriel/ controle-automatique.pdf