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1/32 Regulflex en un clin d’œil Qu’est-ce que Regulflex? Regulflex est un con

1/32 Regulflex en un clin d’œil Qu’est-ce que Regulflex? Regulflex est un concept innovant d’enseignement du contrôle de procédés, de l’instrumentation et de la régulation. Ce concept repose sur l’utilisation d’un process réel (Production de boissons gazeuses) permettant de mettre en situation les travaux pratiques. Les élèves travaillent sur les différentes parties du processus de fabrication. Les systèmes étant modulaires et interconnectables, ils permettent, après une étude séparée, de faire fonctionner le process complet. Ces systèmes permettent de mettre en œuvre des régulations simples de type Tout ou Rien (TOR), TOR avec hystérésis. à algorithme P, PI, PID et/ou des régulations complexes du type (Cascade, Proportion, Prédictive, Split range, …) en régulant des grandeurs physiques tel que la PRESSION, le NIVEAU, le DEBIT, la TEMPERATURE et d’autres grandeurs associées. Points forts : Modularité des parties opératives : un système est suffisant pour commencer à travailler, divers assemblages de systèmes sont possibles avec des contextes d’études différents (Production d’eau froide, dosage de sirop ou de gaz, stockage avec ou sans pression ...) Modularité des parties commandes (3 types de commande proposées: Régulateur industriel, Régulation par Automate Programmable Industriel et SNCC) Le procédé de fabrication choisi cumule un certain nombre d’avantages : • Approche ludique (Fabrication du soda) • Présence des grandeurs physiques principales (Débit, température, niveau, pression) • Mise en œuvre et contextualisation aisées (Eau, Colorant, sirop, air, CO2) • Présence de régulations simples (TOR, P, PI, PID) et complexes (Cascade, Prédictive, Rapport, Split range, …) Robustesse des parties opératives intégrant des composants industriels (Tuyauterie et cuves Inox, vannes et capteurs industriels) Possibilité de faire travailler jusqu’à 12 élèves de façon simultané. Les systèmes et modules de Regulflex Régulflex1 Cuve tampon (Niveau/Débit) : Régulation de niveau (Stockage sans pression), débit et instrumentation Régulflex2 Dosage (Débit/Rapport) : Régulation de débit sur liquides (Dosage), rapport et instrumentation Régulflex3 Réfrigération (Débit/Température) : Régulation de température (Refroidissement), débit et instrumentation Régulflex4 Carbonatation (Débit/Pression) : Régulation de débit sur gaz (Carbonatation "Gaz CO2 "), pression et instrumentation Régulflex5 Cuve de stockage (Pression/Niveau) : Régulation de pression (Stockage sous pression) , niveau et instrumentation Module Régulateur industriel communicant : Module d’étude des régulateurs industriels PID Module Automate avec PID : Module d’étude des régulation (PID) par Automates Programmables Industriels Module SNCC : Module d’étude des Systèmes Numériques de Contrôle Commande (SNCC) Supervision : Supervision de process via pupitre opérateur Etalonnage : Appareils d’étalonnage pour capteurs (Boucle de courant , Pression, Température, …) Regulflex Ligne modulaire didactique de production de boissons gazeuses pour études des procédés de régulation et instrumentation associée Plus d’informations sur www.erm-automatismes.com MàJ: 20140319 2/32 Les familles de composants abordées Mesures de niveau (Capteur ultrasons, Sonde capacitive, Pression hydrostatique, Canne de bullage, …) Mesures de débit (Rotamètre, débitmètres à palettes, débitmètre électromagnétique, débitmètre ultrasons, débitmètre massique thermique, …) Mesures de pression (Différentielle, Relative, hydrostatique, …) Mesures de température (PT100, Thermocouple J et K, …) Mesures diverses (Densité, Taux de sucre (Degré Brix), …) Vannes (Electrovannes TOR, Electrovannes proportionnelles, Vanne de régulation proportionnelles avec positionneur analogique, …) Pompes (Doseuse volumétrique, Volumétrique à palettes, …) Convertisseur (Courant/Pression, Courant/Tension, Variateurs, …) Stockage (Cuves inox avec et sans pression) Composants statiques (Echangeur à plaques, Mélangeur statique, …) Froid industriel ( Groupe de condensation, Détendeur, Filtre déshydrateur, Pressostats, Thermostats, Evaporateur) Communication & Bus de terrain (Ethernet, Profibus DP, CANopen, Profibus PA, Protocole Hart) Principaux composants d'une boissons gazeuses L’eau : • Elle doit être de très bonne qualité afin de ne pas affecter le goût ou les propriétés du produit fabriqué. Le sucre : • Il est stocké dans une cuve sous forme de poudre puis dissous dans de l’eau à la concentration désirée. L’acide citrique : • Agit sur la dureté de l’eau et permet une meilleure conservation du produit final. Il apporte aussi une saveur rafraîchissante au produit. Saveurs et textures : • Différentes saveurs et textures ainsi que des colorants et des conservateurs sont ajoutés en fonction de la boisson que l’on veut produire. Le dioxyde de carbone "CO2": • Du CO2 "alimentaire" est injecté sous pression lors de la phase de carbonatation afin de dissoudre ce dernier dans le liquide constituant la boisson à fabriquer. En fonction de la concentration de CO2, on obtient une boisson plus ou moins pétillante. A titre indicatif, les boissons de type "soda" contiennent environ 5g/l de CO2. Les différentes phases de fabrication : La purification et la dés-aération de l’eau : • L’eau filtrée et épurée passe dans un dés-aérateur, elle ressort avec un taux d’oxygène compris entre 0.5 et 1 mg/l . L’eau dés-aerée augmente la durée de conservation du produit et permet également une meilleure dissolution du CO2 lors de la phase de carbonatation. La fabrication du sirop : Le "sirop" est fabriqué en mélangeant les ingrédients suivants : le sucre, l’acide citrique, les saveurs et textures éventuellement des colorant et des conservateurs. Ce sirop est stocké dans une cuve tampon avant le dosage. Le dosage : • On mélange ensuite l’eau et le sirop, à l’aide d’une pompe doseuse et d’un débitmètre, ou d’une régulation de rapport. Le refroidissement avant carbonatation : • Dans le but d’obtenir une bonne dissolution du CO2 dans le mélange (eau+sirop) il est nécessaire de refroidir ce liquide, ceci à l’aide d’un échangeur à plaques. La carbonatation : • La carbonatation consiste à dissoudre uniformément le C02 dans le mélange eau+sirop. • Plusieurs paramètres sont à prendre en compte pour obtenir une bonne carbonatation. – L’eau utilisée est traitée pour obtenir une qualité accrue, puis on effectue une désaération afin de diminuer le taux d’O2 dans l’eau et d’arriver à une teneur entre 0.5 mg/l et 1mg/l. Pour cela on injecte de l’eau à forte pression dans une cuve à travers des douches. L’air dans la cuve est aspirée puis rejetée. On effectue cette opération jusqu’a obtenir le taux d’O2 désiré. – La température du liquide ainsi que la pression du CO2 à l’entrée du mixer, sont deux éléments liés au taux de CO2 dissous dans le soda. Pour la plupart des sodas le taux est de 7 à 8g/l. • Exemple de rapport température/pression pour une concentration de 8g/l : Stockage sous pression avant embouteillage : • Pour éviter que le produit ne se détériore (dégazéification ou sur carbonatation) lors du remplissage il est stocké dans une cuve sous pression de CO2. Cette cuve est dimensionnée en fonction de la vitesse du module de remplissage. Remarque: Pour des raisons pratiques le process didactique n’intègre pas les parties de désaération de l’eau et de pré-mixage des produits formant le sirop. Température du liquide en °C 5 15 20 Pression du CO2 à l’entrée du mélangeur en bar 1.7 2.7 3.2 Présentation du contexte d’étude de la fabrication des boissons gazeuses Contrôle de procédés (Régulateur Industriel, Automate Industriel , SNCC) Outils d’étalonnage (Générateur de courant, Générateur de mV, Boîte à décade, Manomètre de précision avec pompe). Activités pédagogiques Nombreuses activités développées suivant quatre axes: Etudier (Instrumentation, Mesure et analyse des grandeurs réglées et réglantes, Conditionner et transmettre un signal, Identification, …) Concevoir (Schéma électrique, Schéma TI, Boucles de régulations, Programmation sur régulateur, API et SNCC) Piloter (Conduite et régulation de process, Surveillance et gestion des alarmes, Supervision, …) Maintenir (Contrôle de l’étalonnage , Essais et mesures sur système (piquages libres) , Vérifications et diagnostics, Prévention, Améliorations…) 3/32 Présentation du contexte d’étude de la fabrication des boissons gazeuses Vue de l’ensemble du procédé de fabrication des boisons gazeuses : Mode de fonctionnement courant : Afin de limiter au strict minimum les coûts de consommables et de matière première, les différents systèmes de la ligne peuvent fonctionner uniquement avec de l’eau , du colorant et de l’air. Dans cette configuration, la fabrication du soda est "simulée" tout en autorisant l'étude et le pilotage complet des différentes boucles de régulation. Mode de fonctionnement Démonstration : L'ensemble des modules REGULFLEX permettent une production "réelle" de soda à partir d’eau, de sirop et de CO2. Ce mode de fonctionnement réaliste peut donc être mis en œuvre de façon spécifiques (Projet de fin d'année, démonstrations ou portes ouvertes, exposition, …). Alimentation des systèmes en air et en eau Les systèmes sont interconnectables mais peuvent également fonctionner en autonomie en les connectant chacun au réseau d’eau potable de l’établissement. L’alimentation en air comprimée est réalisé à partir du réseau d’air comprimée de l’établissement via un bloc FRL général. Raccordements électriques Une coffret d’alimentation général permet de raccorder l’ensemble des modules au réseau électrique de l’établissement. Ce coffret électrique général autorise également la gestion des sécurités (Arrêt d’Urgence) sur l’ensemble des modules. Un coffret de raccordement et de mesurage équipe chaque module. Ce coffret rassemble les différentes fiches de mesures et de commande (Fiches de sécurité, fiches BNC, …) nécessaire au raccordement des systèmes de commande (Régulateur, API et/ou SNCC). Données de fonctionnement: Débit de fonctionnement : de 2 à 4 L/min Pression de fonctionnement: 6 bar Modes de fonctionnement de la ligne REGULFLEX A travers une approche pluri-technologique, modulaire et évolutive, l'ensemble des modules REGULFLEX permettent d'appréhender les réalités d'un uploads/Industriel/ d000004-regulflex-ligne-complete-pdf.pdf