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2-1 2 Représentation symbolique et schémas 2.1 Représentation par la norme I.S.

2-1 2 Représentation symbolique et schémas 2.1 Représentation par la norme I.S.A. La norme de présentation des procédés ISA a été développée par un organisme des États-Unis, la « Instrument Society of America » . La norme ISA est très répandue en Amérique du nord ainsi qu’un peu partout dans le monde. Le but de cette norme est de représenter les différents éléments et les interconnexions requis pour un procédé de régulation industriel. La définition d’élément regroupe ici tout ce qui est inclus dans la boucle de régulation: • le capteur; • le régulateur; • l’actuateur; • l’enregistreur; • le type d’interconnexion. FE 1 FC 1 FT 1 FY 1 FV 1 FIGURE 2-1 EXEMPLE D’UTILISATION DE LA NORME ISA POUR UN RÉGULATEUR DE DÉBIT En instrumentation, la norme ISA comprend: • des lettres majuscules pour préciser les fonctions de chacun des instruments; • des symboles graphiques représentant les instruments; • des chiffres et des lettres codés pour l’identification des instruments. Concrètement, chacun des symboles (voir Figure 2-2 ) se compose: • d’une étiquette alphanumérique qui désigne la variable commandée et les fonctions de l’appareil; • d’une représentation graphique de l’appareil; • de liens avec les autres éléments du système de régulation. 2.2 La signification des lettres de l’étiquette Tout d’abord, il importe de mentionner que chaque symbole représente la fonction d’un appareil en relation avec la variable commandée et non pas l’appareil lui-même. Par exemple, la valve, qui contrôle le débit de vapeur dans un échangeur de chaleur, est codifée comme étant une valve de température plutôt que de débit. L’étiquette de chaque bulle est donc composée de chiffres et de lettres. La première lettre indique la variable commandée par la boucle de régulation. Par exemple, pour une boucle de régulation de débit, nous utiliserons le F - « flow » comme première lettre (voir Figure 2-3). 2-2 FV 101 FIGURE 2-4 VALVE DE DÉBIT À COMMANDE PNEUMAT IQUE La seconde lettre indique la fonction de l’élément. Si nous désirons identifier un régulateur, nous utilisons, comme seconde lettre, le C - « controller ». Lorsque la lettre Y est utilisée en seconde place (Figure 2-5 ), elle indique une fonction de conversion et de calcul. Une abréviation ou un symbole est inscrit à l’extérieur de la bulle afin de préciser cette fonction. Le Tableau 2-1 illustre les principales abréviations des fonctions de calcul et de conversion. FY 1 FIGURE 2-6 APPAREIL EXTRACTEUR DE RACINE CARRÉE POUR UNE BOUCLE DE DÉBIT TABLEAU 2-1 PRINCIPALES ABRÉVIATIONS DE CALCUL ET DE CONVERSION Abréviation Fonction I/P convertisseur courant à pression P/I convertisseur pression à courant  + sommation  différence X multiplication  extracteur de la racine carrée f(x) caractérisation REV fonction inverse Quant à la troisième lettre (qui est facultative), elle représente la fonction du signal de sortie de l’élément. Si nous désirons identifer un commutateur de surpression, la troisième lettre sera S - « switch ». De plus, il est possible d’utiliser deux lettres pour représenter deux fonctions dans la même étiquette. Toutefois, une étiquette ne peut jamais comporter plus de quatre lettres représentant la variable commandée ainsi que les fonctions de l’appareil; si le nombre de fonctions est plus élevé, il suffit alors d’ajouter des bulles supplémentaires disposées tout près les unes contre les autres. LETTRES LES PLUS UTILISÉES DANS L A NORME ISA Première lettre (Variable commandée) Deuxième lettre (Fonction de l’instrument) Troisième lettre (Fonction de la sortie) A Analyse Alarme B Brûleur Choix de l’utilisateur Choix de l’utilisateur C Conductivité électrique Régulation ou contrôle D Densité ou différentiel E Tension Élément primaire F Débit - « flow » ou rapport H Commande manuelle - « hand » Haute - « high » I Courant Indicateur L Niveau - « level » Lumière Basse - « low » M Humidité - « moisture » Intermédiaire O Choix de l’utilisateur Choix de l’utilisateur Choix de l’utilisateur P Pression - « pressure » Point de test R Radioactivité Enregistreur - « recorder » S Vitesse - « speed » Sécurité Commutateur - « switch » T Température Transmetteur V Viscosité Vanne - « valve » 2-3 Y Choix de l’utilisateur Fonction de conversion et de calcul Calculateur ou relais De plus, les lettres sont suivies de la numérotation qui représente chaque boucle de régulation. Si des appareils ne sont pas dans une boucle de régulation, ils portent alors un numéro différent. Sommes toutes, les symboles relatifs à une même variable commandée portent le même numéro. 2.3 La représentation de l’emplacement Toutes les bulles, qui représentent des appareils, sont codées en relation avec l’emplacement physique de l’appareil concerné. Appareil qui est dans l’usine Appareil qui est dans l’usine Appareil qui est dans la salle de commande Appareil qui est sur un panneau secondaire (habituellement dans l’usine) Appareil qui est dans un panneau de commande FIGURE 2-7 REPRÉSENTATION DES APPAREILS SELON LEUR EMPLACEMENT Lorsqu’il est nécessaire de symboliser une séquence programmée (comme dans un automate programmable) ou câblée, on remplace la bulle par un losange. Aussi, on inscrit, à l’intérieur du losange, le numéro de la boucle ainsi qu’un renvoi au plan de la séquence. Par contre, si la fonction est réalisée par un appareil autonome et que l’information est présentée sur un écran, les bulles ou les losanges sont entourés d’un carré. Celui-ci indique alors que l’affichage est partagée entre plusieurs fonctions et que les informations ne peuvent pas être toutes consultées simultanément. 2.4 La représentation de la liaison Afin de relier adéquatement les symboles entre eux, la norme ISA stipule que les liaisons sont dessinées selon le type de signal qui y circule. Dans le cas des lignes de connexions et des liaisons mécaniques, le trait plein doit être utilisé. Conduites d’alimentaion ou de raccordement au procédé Signal électrique ou Signal pneumatique Signal hydraulique Conduit capillaire Signal électromagnétique ou ultrasonique Liaisons informatisées Signal pneumatique binaire Signal électrique binaire ou Signal non défini Conduites des fluides Liaison mécanique FIGURE 2-8 LIGNES DE LIAISON 2-4 Enfin, les alimentations ne sont dessinées que sur les diagrammes de raccordement et les abréviations du Tableau 2-2 sont à utiliser. TABLEAU 2-2 LES ALIMENTATIONS Abréviation Alimentation - « supply » AS air ES électrique GS gaz HS hydraulique NS azote SS vapeur - « steam » WS eau - « water » 2.5 Les symboles usuels Principalement, les symboles servent à illustrer: • l’élément primaire de mesure; • les accessoires; • l’élément final de commande; • etc. Valve électrique Valve pneumatique Diaphragme Lampe témoin Tube venturi Déversoir Convoyeur Échangeur de chaleur FIGURE 2-9 EXEMPLES DE SYMBOLES GRAPHIQUES 2.6 Exemples de procédé Afin de bien maîtriser les notions relatives à la norme ISA, voici présentés les schémas de principe des quatre procédés associés aux postes de régulation Lab-Volt. Ces postes de régulation représentent différents procédés: • un procédé de niveau; • un procédé de pression; • un procédé de température; • un procédé de débit. Tout d’abord, analysons le procédé de niveau dont le schéma de principe est fourni à la Figure 2-10. On remarque qu’une conduite d’alimentation sous pression alimente un réservoir. Puisqu’on tente de réguler le niveau, on manipule donc le débit d’eau qui entre dans le réservoir en modifiant l’ouverture de la valve pneumatique. 2-5 LT LY LR I/P A.S. 20 PSI FIGURE 2-10 SCHÉMA DE PRINCIPE D’UN PROCÉDÉ DE NIVEAU Dans un tel procédé, le niveau tend à se stabiliser de par lui-même et ce, sans l’aide d’un régulateur. En effet, lorsque le débit d’entrée est équivalent au débit de sortie, le niveau d’eau devient alors stable. Le débit de sortie étant directement relié à la hauteur de la colonne du liquide, tout augmentation du niveau d’eau tend à augmenter le débit de sortie. Donc, ce procédé peut être qualifié d’auto-régulateur. L’analyse du schéma de principe nous renseigne sur la variable commandée. En effet, puisque la première lettre des étiquettes est L - « level », c’est bien le niveau du liquide du bassin que l’on veut réguler. Aussi, on constate que l’on enregistre les variations de niveau grâce à un enregistreur (la bulle LR) qui reçoit la mesure de la variable commandée. Pour ce qui est du procédé de pression (Figure 2-11), il se caractérise par la manipulation du débit du fluide afin de réguler la pression. En effet, tous les éléments de la boucle de régulation possède une étiquette indiquant que la pression est la variable commandée (la première lettre est P - « pressure »). Le convertisseur courant /pression (la bulle PY - I/P-) est l’élément qui permet le transfert d’une commande électrique, qui est de 4 à 20mA, à une commande pneumatique de 3 à 15 psi. Cette conversion est essentielle car l’élément final de commande est une valve pneumatique et le signal de commande est électrique et non pneumatique. Aussi, un tel procédé réagit rapidement; c’est pourquoi le système de commande doit également réagir très promptement. Réservoir PY A.S. 100 PSI V-1 V-2 V-5 V-3 V-4 I/P 4-20 mA PT P2 PR PI FIGURE 2-11 SCHÉMA DE PRINCIPE D’UN uploads/Industriel/ mod-2-representation-symbolique-et-schemas.pdf