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07/01/2010 1 Les P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) 2e cours de GPA‐668

07/01/2010 1 Les P&ID (Piping and Instrumentation Diagram) 2e cours de GPA‐668 : Capteurs et actionneurs actionneurs © Guy Gauthier ing. Ph.D. Janvier 2009 2 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 2 Schémas de tuyauterie et d’instrumentation • Parmi l’ensemble de la documentation d’un édé i d t i l d it t d procédé industriel, on devrait retrouver des indications sur l’instrumentation raccordée au procédé. – Ce qui est utile pour la maintenance; – Ce qui permet de mieux comprendre le procédé q p p p pour l’ingénieur de procédé. 3 Cours #2 ‐ GPA‐668 Normes utilisées • De la Société Internationale pour l’A t ti ti (ISA) l’Automatisation (ISA). – ANSI/ISA‐5.1‐2009 : Identification Symbols and Instrumentation; 4 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 3 Normes utilisées – ANSI/ISA‐5.2‐1976 (R1992) : Binary Logic Diagrams for Process Operations; Diagrams for Process Operations; 5 Cours #2 ‐ GPA‐668 Normes utilisées – ISA‐5.3‐1983 : Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation Logic and Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems; 6 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 4 Normes utilisées – ANSI/ISA‐5.4‐1991 : Instrument Loop Diagrams; 7 Cours #2 ‐ GPA‐668 Normes utilisées – ISA‐5.5‐1985 : Graphic Symbols for Process Displays; Displays; 8 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 5 Normes utilisées – ISA‐S20‐1999 : Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments Primary Measurement and Control Instruments, Primary Elements, and Control Valves; 9 Cours #2 ‐ GPA‐668 Normes utilisées • ISA‐S20‐1999 a été mis à jours avec: – ISA‐TR20.00.01‐2006: Specification Forms for Process Measurement and Control Instruments Part 1: General Considerations; 10 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 6 Normes utilisées – SAMA: Ancienne norme d’instrumentation: 11 Cours #2 ‐ GPA‐668 Composantes d’un schéma P&ID 12 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 7 Zone de titre [1] Nom de la compagnie Nom de l’usine et localisation Titre du dessin Description du procédé Cours #2 ‐ GPA‐668 13 Numéro de dessin Version Zone du schéma P&ID [2] Cours #2 ‐ GPA‐668 14 07/01/2010 8 Zone identifiant la tuyauterie [3] • Matériau de la conduite – TF = Téflon – SS = Stainless Steel – CS = Carbon Steel Cours #2 ‐ GPA‐668 15 Cours #2 ‐ GPA‐668 16 07/01/2010 9 Zone identifiant les gros équipements [4] • Généralement les équipements d l d 1 000 $ de plus de 1 000 $. Cours #2 ‐ GPA‐668 17 Zone identifiant les gros équipements [4] • Numéro 3‐14R2: – 3 = 3e étage de l’usine – 14 = Aire (Bay) #14 – R2 = Réacteur #2 Cours #2 ‐ GPA‐668 18 07/01/2010 10 Cours #2 ‐ GPA‐668 19 Zone des révisions et changements du schéma [5] Cours #2 ‐ GPA‐668 20 07/01/2010 11 Zone des notes [6] • On y décrit les verrouillages des commandes (i t l k ) d tè (interlocks) du système. Cours #2 ‐ GPA‐668 21 É SCHÉMAS D’INSTRUMENTATION Cours #2 ‐ GPA‐668 22 07/01/2010 12 Éléments de base d’un schéma d’instrumentation Bulle Identification Signaux Cours #2 ‐ GPA‐668 23 Conduite Débitmètre Valve Cours #2 ‐ GPA‐668 24 07/01/2010 13 Identification des instruments 6-FRC-1B Préfixe Variable mesurée Fonctions Numéro de boucle Suffixe 25 Cours #2 ‐ GPA‐668 1ères lettres de l’identification • Variable mesurée ou de commande: – F : Flow (Débit) – T : Temperature (Température) – P : Pressure (Pression) – L : Level (Niveau) – Etc… Etc… • Modificateur: – F : Fraction (Rapport) Cours #2 ‐ GPA‐668 26 07/01/2010 14 Cours #2 ‐ GPA‐668 27 Lettres subséquentes • Fonction passive ou indication: – A : Alarm (Alarme); – R : Recorder (Enregistreur); • Fonction de sortie: – C : Control (Régulation); • Modification: • Modification: – H : High (Haut); Cours #2 ‐ GPA‐668 28 07/01/2010 15 Cours #2 ‐ GPA‐668 29 Cours #2 ‐ GPA‐668 30 07/01/2010 16 Signaux et connections (1) Cours #2 ‐ GPA‐668 31 Signaux et connections (2) Cours #2 ‐ GPA‐668 32 07/01/2010 17 Les bulles Cours #2 ‐ GPA‐668 33 Les bulles Une pièce d’équipement indépendante, comme un contrôleur ou un enregistreur Instruments partagés: affichage, régulation, etc… (Instrumentation avec microcontrôleurs) Une pièce de logiciel ou d’équipement qui réalise des l l / d é l Cours #2 ‐ GPA‐668 34 calculs et/ou des opérations logiques et qui transmet un ou plusieurs signaux de sortie Commande logique et séquentielle (Automate programmable) 07/01/2010 18 Les bulles Panneau principal de commande (accessible à l’opérateur) Au site du procédé Cours #2 ‐ GPA‐668 35 Panneau auxiliaire de commande (accessible à l’opérateur) Les bulles 36 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 19 Les robinets de régulation Registre de tirage ou volet 37 Cours #2 ‐ GPA‐668 Les actuateurs 38 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 20 Les actuateurs 39 Cours #2 ‐ GPA‐668 Fonctions des équipements _Y 40 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 21 Fonctions des équipements _Y 41 Cours #2 ‐ GPA‐668 Fonctions des équipements _Y 42 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 22 Fonctions des équipements _Y 43 Cours #2 ‐ GPA‐668 Exemple Cours #2 ‐ GPA‐668 44 07/01/2010 23 Réseau Signal électrique Convertisseur courant/Pression Signal pneumatique 45 Cours #2 ‐ GPA‐668 46 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 24 Les interverrouillages 47 Cours #2 ‐ GPA‐668 Les interverrouillages 48 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 25 Non Et Bascule SR ISA 5.2 49 Cours #2 ‐ GPA‐668 Ou ISA 5.2 50 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 26 Niveaux de détail • Diagramme simplifié: 51 Cours #2 ‐ GPA‐668 Niveaux de détail • Diagramme fonctionnel: 52 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 27 Niveaux de détail • Diagramme détaillé: 53 Cours #2 ‐ GPA‐668 Ô APPROCHES DE CONTRÔLE Cours #2 ‐ GPA‐668 54 07/01/2010 28 Cours #2 ‐ GPA‐668 55 Exemple: Traitement des huiles lourdes 56 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 29 Contrôle en « feedback » (rétroaction) TT Pétrole brut F, Ti Fo, T TT TC TCV Consigne T* 57 Cours #2 ‐ GPA‐668 Air Carburant QA, Débit d’air QF, Débit de carburant PF, Pression du carburant F, Contenu énergétique Schéma bloc du contrôle en rétroaction Mais, assume que le débit de pétrole brut (F) reste constant. Que se passe‐t‐il si ce débit (F) varie ? 58 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 30 Contrôle en « feedforward » (commande prédictive) 59 Cours #2 ‐ GPA‐668 Schéma bloc de la commande prédictive Assume que la pression du carburant (PF) et la conversion de chaleur (λF) restent constants. Assume la linéarité du système. 60 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 31 Commande en rétroaction et prédictive Pétrole brut F, Ti Fo, T TT TC TCV Consigne T* FT TY Air Carburant QA, Débit d’air QF, Débit de carburant PF, Pression du carburant F, Contenu énergétique FFC 61 Cours #2 ‐ GPA‐668 Schéma bloc la commande en rétroaction et prédictive Mais, assume que la pression du carburant (PF) reste constant. 62 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 32 Contrôle en « cascade » (et prédictive) TT Pétrole brut F, Ti Fo, T TC FCV Consigne T* FT1 TY FT2 FC SP Air Carburant QA, Débit d’air QF, Débit de carburant PF, Pression du carburant F, Contenu énergétique FFC 63 Cours #2 ‐ GPA‐668 Schéma bloc du contrôle en cascade (et prédictive) Meilleure résistance aux perturbations. Partie commande en cascade 64 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 33 É É EXEMPLES DE PROCÉDÉS Cours #2 ‐ GPA‐668 65 Refroidisseur de bière à l’ammoniac 66 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 34 67 Cours #2 ‐ GPA‐668 On désire contrôler la température de sortie 68 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 35 La température d’entrée peut changer Réaction trop tardive 69 Cours #2 ‐ GPA‐668 p g Relation pression température Les vapeurs sont à la Les vapeurs sont à la même température que le liquide. Ce sont donc des vapeurs saturantes. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html 70 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 36 Relation pression température Si on met la bouteille de Si on met la bouteille de R22 dans une ambiance où il fait 30 °C, au bout de quelques heures le liquide est également à 30 °C. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html 71 Cours #2 ‐ GPA‐668 Relation pression température A chaque température A chaque température correspond une pression, et vice‐versa. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html 72 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 37 Relation pression température La pression permet de La pression permet de connaitre la température. Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html 73 Cours #2 ‐ GPA‐668 Contrôle de la température de la bière Le contrôleur de température TIC‐1 ajuste la consigne du contrôleur de la pression de vapeur d’ammoniac PIC‐1. Le changement de température de la bière a un grand effet sur la pression de vapeur. Correction quasi‐immédiate. Contrôle de température s’occupe des changements plus lents. 74 Cours #2 ‐ GPA‐668 07/01/2010 38 Contrôle de la température de la bière Boucle interne (rapide) B l t (l t ) Boucle externe (lente) Le contrôleur de température TIC‐1 ajuste la consigne du contrôleur de la pression de vapeur d’ammoniac PIC‐1. Le changement de température de la bière a un grand effet sur la pression de vapeur. Correction quasi‐immédiate. Contrôle de température s’occupe des changements plus lents. 75 Cours #2 ‐ GPA‐668 Contrôle du niveau uploads/Industriel/ p-amp-id-pdf.pdf