Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 (

COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE 1. Introduction : L'instrumentation industrielle constitue un vaste domaine. Elle regroupe principalement les dispositifs de mesures et de contrôle (régulateurs, vannes, transmetteurs de mesures et autres appareils), ces instruments permettent de mesurer et de contrôler différents paramètres physiques tel que (température, pression, débit, niveau etc.). Les domaines d'application de l'instrumentation sont nombreux : chimie, pétrole & gaz, électricité et beaucoup d’autres domaines. Nous allons dans ce cours aborder les éléments qui constituent une boucle de régulation industrielle et ses accessoires. 2. Schéma générale d’une boucle de régulation industrielle : Dans une boucle de régulation industrielle on trouve les éléments de base suivants : a) Un régulateur industriel : qui reçoit une mesure (M) sous forme de signal standard à partir d’un transmetteur de mesure, qui se trouve toujours au niveau du procédé, et il le compare avec un signal de consigne standard (C) généré intérieurement (consigne interne) ou provenant de l’extérieur du régulateur (consigne externe). Il élabore un signal d’erreur E= C- M (action inverse) ou E= M-C (action directe). Cet écart E est utilisé dans un algorithme propre au régulateur appelé (Actions du régulateur). Généralement cet algorithme est du type PID : Proportionnel, intégral et dérivé). Le bloc de calcul des actions du régulateur nous donne un signal standard de commande U = F(E). Ce signal de commande U va s’appliquer sur un organe d’exécution ou organe de réglage appelé aussi actionneur. b) Un actionneur : il reçoit le signal standard de commande du régulateur U et le convertit en une grandeur physique appelé (grandeur réglante) GR qui agit directement sur la (grandeur à régler) GAR qui sera mesuré par le transmetteur de mesure en nous donnant le signal standard de mesure M. c) Système à régler : c’est la partie qui relie la grandeur à régler GAR à la grandeur réglante GR. En schéma fonctionnel c’est la relation mathématique qui relie GAR de GR. Donc GAR = F(GR) ou fonction de transfert du système à régler. d) Dispositif de mesure : il est composé d’un élément primaire de mesure ou capteur et d’un transmetteur de mesure qui convertit la grandeur physique captée en un signal de mesure standard M qui sera envoyé au régulateur. Nous donnons ci-dessous le schéma fonctionnel d’une boucle de régulation industrielle en précisant les différents blocs et les différentes grandeurs qui interviennent Avec nomenclature de la figure n °1 : BC : Bloc de calcul ou algorithme (PID) ou actions du régulateur A : Actionneur ou organe de réglage ou organe d’exécution. SR : Système à régler ou procédé de régulation. DM : Dispositif de mesure composé de capteur et transmetteur. C : Consigne standard, M : Mesure standard : E : Ecart Consigne/mesure. U : Signal de commande standard, GR : Grandeur réglante, GAR : Grandeur à régler. 1 E C U GAR M BC A DM SR GR LCV LC LT H HV ou R QE QS C U M COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 FIG n°1 : schéma fonctionnel d’une boucle de régulation industrielle 3. Exemple de schéma technologique de boucle de régulation industrielle : Exemple de boucle de niveau : FIG n°2 : Boucle de niveau Nomenclatures de la figure n°2 : QE : débit d’entrée considéré comme grandeur réglante (QE = GR). QS : débit de sortie qui peut jouer le rôle de grandeur perturbatrice (Gp) H : niveau à mesurer et à contrôler ou grandeur à régler (H= GAR). LT : Level Transmitter ou transmetteur de niveau. LC : Level controller ou régulateur de niveau. LCV : Level Control valve ou vanne automatique pour contrôler le niveau. HV ou R : Hand Valve ou Vanne Manuelle ou Robinet. C, M, U : Consigne, Mesure et Commande. 2 E C U H M PID LCV LT SR QE REGULATEUR : LC RM RC CE CI M M C D D I GCI ALIMENTATION COMMANDE ou SORTIE : U Consigne externe MESURE BC SA SM GMM E IS ICMM CA/M CI/D CI/E COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 FIG n°3 : schéma fonctionnel de la boucle de niveau 4. Schéma synoptique d’un régulateur industriel standard. FIG n°4 : Schéma synoptique d’un régulateur industriel standard. Nomenclature de la figure n° 4 : a) Blocs: RM : Récepteur de mesure, RC : Récepteur de consigne, BC : Bloc de calcul des actions du régulateur ou algorithme de commande (généralement PID), GCI : Générateur de consigne interne, GM : Générateur de commande manuelle, b) Indicateurs : ICM : indicateur double de consigne et de mesure, IS : indicateur de sortie automatique ou manuelle. c) Commutateurs : CI/E : Commutateur de consigne interne ou externe, CI/D : Commutateur d’action du régulateur inverse ou directe, CA/M : Commutateur automatique ou manuelle. d) Grandeurs : M : Mesure, C : Consigne, E = Ecart, U= Sortie commande, SA= Sortie automatique, SM : Sortie manuelle, CE : Consigne externe, CI : Consigne interne, D : Directe, I : Inverse. Le schéma synoptique du régulateur est un schéma générale quelque soit la technologie du régulateur utilisée (pneumatique, électrique, électronique ou numérique). 3 COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 Le régulateur industriel possède deux sens d’action : a) Action directe E = M-C et b) Action inverse E= C-M Ce sens d’action dépend de type d’actionneur par exemple la vanne automatique normalement ouverte ou normalement fermée et la position de cette vanne dans le procédé ( débit d’entrée, débit de sortie, débit de fluide chaud ou froid) 5. Caractéristiques communes aux différents systèmes physiques. Les systèmes physiques présentent les mêmes caractéristiques malgré la différence dans leur nature. Ces caractéristiques sont : la résistance R, la capacité C et par conséquent leur inertie ou constante de temps T= R*C. La définition générale de la résistance R est le rapport entre le potentiel sur le débit RESISTANCE= POTENTIEL DEBIT (1) La définition générale de la capacité C est le rapport entre la quantité sur le potentiel CAPACITE= QUANTITE POTENTIEL (2) La constante de temps T qui représente l’inertie du système est le produit de résistance par la capacité T= R*C, donc le rapport de la quantité par le débit T=R∗C=QUANTITE DEBIT (3) 5.1. Système électrique : Le potentiel électrique est la tension U en Volts et le débit électrique est l’intensité électrique I en Ampères et la résistance R est le rapport du potentiel sur le débit R=U I = volts Amperes=OHM (4) La capacité électrique C est le rapport de la quantité de charge électrique Q en coulombs sur le potentiel électrique U en volts. C= Q U = coulombs volts = Amperes∗secondes volts =FARAD (5) Si on calcule la constante de temps T d’un circuit électrique RC, on aura comme unités le temps en secondes. T=R∗C= volts Amperes∗Amperes∗secondes volts =secondes (6) 4 R C Ue US I H2 R Q H1 COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 Exemple de système électrique : FIG n°5 : Schéma d’un circuit électrique RC Dans ce circuit, on utilise les lois de Kirchhoff : Ue=Ur+Uc=Ur+Us (7) Ue=R∗i (t )+ 1 C∗∫i (t).dt (8) Us= 1 C∗∫i(t ).dt (9) Après simplification, on obtient : Ue=( R∗C∗dUs(t ) dt +Us (t )) (10) En utilisant la Transformée de Laplace on aura : Us (p )= 1 R∗C∗p+1∗Ue( p) (11) On voit ici que le produit (R*C*p) doit être sans unité comme le (1) donc (R*C) a une unité inverse de (p) et nous savons que l’opérateur de Laplace (p) représente une fréquence c'est-à- dire l’inverse du temps (secondes-1) ou (Hertz) alors (T=R*C= secondes), c’est une constante de temps. L’équation (11) est de la forme du 1er ordre. 5.2. Système à écoulement liquide. Le potentiel d’un système liquide est la différence de niveau entre deux points d’écoulement. Alors H est le potentiel en mètres. Le débit volumique Q en m3/s, la quantité est le volume du liquide V en m3. 5 Q H S = C Qs Qe R H C COURS « INSTRUMENTATION INDUSTRIELLE » préparé par Mr HAMIDA ABDALLAH Pour L3 ( G I)_S2_ 2020 FIG n° 6 : schéma de deux vases communicants La relation entre la résistance d’écoulement R est le potentiel ΔH= H1-H2 et le débit volumique Q est la suivante : R= H 1−H 2 Q = m m 3/ s = s m 2 (12) FIG n° 7 : schéma d’une capacité de liquide ou réservoir de liquide La relation entre le débit dans le réservoir est la section de celui-ci est donnée par l’équation de bilan de matière : Q= dV dt =d(S. H) dt = SdH dt donc S=Q .dt dH = dV dH =C= m 3 m =m 2 (13) Donc la surface du réservoir S (m2) uploads/Industriel/ cours-instrumenation-industrielle-l3-gi-s2-2020.pdf