Livre d`exercices EduKit PA Module de projet

Livre d‘exercices
EduKit PA
Module de projet
Automatisation des
process
Avec CD-ROM
Festo Didactic
563975 FR
Utilisation conforme
Cette installation et le livre d'exercices associé sont exclusivement destinés à la formation initiale et
continue dans le domaine de l’automatisation des process et de la technique. Il incombe à l’établissement
de formation et/ou aux formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites
dans les manuels qui l'accompagnent.
Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à
l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte
d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une
négligence grossière de Festo Didactic.
Référence :
Version :
Auteurs :
Rédaction :
Graphisme :
Mise en page :
563975
04/2009
Bernhard Schellmann, Hans Kaufmann
Jürgen Helmich, Klaus Kronberger
Doris Schwarzenberger
07/2009
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013
Internet : www.festo-didactic.com
E-mail : [email protected]
© Adiro Automatisierungstechnik GmbH, 73734 Esslingen, 2013
Internet : www.adiro.com
E-mail : [email protected]
L'acheteur obtient un droit d'utilisation simple, non exclusif, non limité dans le temps et restreint
géographiquement au site /siège de l'acheteur comme suit.
L'acheteur est autorisé à utiliser les contenus de l'ouvrage pour la formation continue du personnel du site
et à utiliser aussi des éléments du contenu pour la réalisation de son propre matériel de formation continue
du personnel de son site, à condition d'en mentionner la source, et à les dupliquer pour la formation
continue sur le site. Pour les écoles/universités et centres de formation, ce droit d'utilisation englobe
l'utilisation durant les cours par les élèves, stagiaires et étudiants du site.
En est exlcu dans tous les cas le droit de publication ainsi que de chargement et d'utilisation sur intranet ou
Internet ou sur plateformes LMS et bases de données telles que Moodle qui permettent à un grand nombre
d'utilisateurs d'y accéder en dehors du site de l'acheteur.
Tous les autres droits de transmission, de reproduction, de duplication, d'édition, de traduction, de
microfilmage ainsi que le transfert, le stockage et le traitement intégral ou partiel sur des systèmes
électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic GmbH & Co. KG.
Table des matières
Introduction ______________________________________________________________________________5
Contenus de formation _______________________________________________________________5
Objectifs pédagogiques ______________________________________________________________6
Référence au programme et au métier en Allemagne _______________________________________6
Engagement de l’exploitant _________________________________________________________ 11
Engagement des étudiants__________________________________________________________ 11
Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production ___________________________ 11
Garantie et responsabilité __________________________________________________________ 11
Utilisation conforme _______________________________________________________________ 12
Consignes de sécurité _____________________________________________________________ 12
Transport ________________________________________________________________________ 14
Déballage _______________________________________________________________________ 14
Fourniture _______________________________________________________________________ 14
Contrôle visuel ___________________________________________________________________ 14
Maintenance _____________________________________________________________________ 15
Mises à jour ______________________________________________________________________ 15
Section A – Ingénierie
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Description du process _____________________________________________________________ A-3
Planification _____________________________________________________________________ A-9
Installation _____________________________________________________________________ A-43
Mise en service __________________________________________________________________ A-47
Marketing et vente _______________________________________________________________ A-51
Contrôle des connaissances en ingénierie ____________________________________________ A-55
Section B – Situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation manuelles »
1.
2.
3.
4.
Mesure manuelle _________________________________________________________________ B-3
Commande manuelle _____________________________________________________________ B-13
Régulation manuelle______________________________________________________________ B-37
Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation manuelles » __________________________________________________________ B-47
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
3
Table des matières
Section C – Situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation automatisées »
1.
2.
3.
4.
5.
Initiation ________________________________________________________________________ C-3
Mesure automatisée ______________________________________________________________ C-13
Commande automatisée __________________________________________________________ C-25
Régulation automatisée ___________________________________________________________ C-41
Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » _____________ C-59
Section D1 – Ingénierie avec corrigés
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Description du process ____________________________________________________________ D1-3
Planification ____________________________________________________________________ D1-9
Installation ____________________________________________________________________D1-43
Mise en service _________________________________________________________________D1-47
Marketing et vente ______________________________________________________________D1-51
Contrôle des connaissances en ingénierie ___________________________________________D1-55
Section D2 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation manuelles » avec corrigés
1.
2.
3.
4.
Mesure manuelle ________________________________________________________________ D2-3
Commande manuelle ____________________________________________________________D2-13
Régulation manuelle_____________________________________________________________D2-37
Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation manuelles » _________________________________________________________D2-47
Section D3 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande
et régulation automatisées » avec corrigés
1.
2.
3.
4.
5.
4
Initiation _______________________________________________________________________ D3-3
Mesure automatisée _____________________________________________________________D3-13
Commande automatisée _________________________________________________________D3-25
Régulation automatisée __________________________________________________________D3-41
Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » ____________D3-59
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Le système de formation « Automatisation de process et Technique » de Festo Didactic part de différents
niveaux d’accès à la formation et objectifs professionnels. Les installations et stations du « Système
Modulaire de Production – Automatisation de Process » (MPS® PA) permettent une formation initiale et
continue axée sur les réalités de l’entreprise. Le matériel est constitué de composants industriels adaptés à
une approche didactique.
L'ensemble modulaire de projet « Automatisation des process » vous fournit un système adapté à la
dispense des qualifications clés en
 compétences sociales,
 compétences techniques et
 compétences méthodologiques.
dans une optique axée sur la pratique. Il permet en outre de développer l’aptitude au travail en équipe et à
la coopération ainsi que le sens de l’organisation.
La formation sous forme de projets permet d’aborder les phases réelles d’un projet. Citons notamment les
phases de :
 Préparation
 Montage
 Câblage
 Mise en service
 Utilisation
 Commande
 Régulation
 Maintenance
 Dépannage
Contenus de formation
Les contenus de formation susceptibles d’être abordés relèvent des domaines suivants :
 Mécanique
– Architecture mécanique d'une installation
 Technique des process
– Lecture et création de schémas et documentations
– Tuyautage de composants de process
– Analyse de systèmes
 Électricité
– Dessin de schémas électriques
– Câblage de composants électriques dans les règles de l'art
 Capteurs
– Utilisation de capteurs dans les règles de l’art
– Mesure de grandeurs non électriques de process et de régulation
 Mise en service
Mise en service d’une installation de process
Mise en service d’une boucle de régulation
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
5
Introduction













Commande
– Pilotage d'actionneurs
– Circuits à relais
Régulation
– Initiation à la régulation
– Conversion de chaînes de mesure en boucles de régulation fermées
– Analyse de boucles de régulation
– Utilisation de régulateurs
Dépannage
– Dépannage systématique d’une installation de process
– Vérification, maintenance et réparation d’installations de process
Objectifs pédagogiques
Connaître la structure et le mode de fonctionnement de l'installation de contrôle de niveau.
Savoir lire et compléter des schémas synoptiques.
Savoir lire et compléter des schémas électriques simples.
Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’un manomètre.
Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’une pompe.
Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un capteur de débit.
Savoir relever et analyser des caractéristiques.
Connaître les termes de commande et régulation.
Connaître les principes d'une régulation discontinue (tout ou rien) et d'une régulation continue.
Connaître les étapes essentielles de l'ingénierie, de la planification à l'exploitation.
Référence au programme et au métier en Allemagne
Types d'établissements
Conception, études,
montage, marketing
Mise en service d'une
UP 2
UP 2
Collège d'enseignement
secondaire, 9e année
UP 2, 4
Collège d'enseignement
UP 1
Collège d'enseignement
Commande
Régulation
UP 2, 4
UP 2, 4
UP 4
UP 1
UP 2
UP 2
installation de
production
général, collège
d'enseignement secondaire
technique, 10e année
secondaire, 10e année
UP = Unité de Programme
6
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Métiers par domaines
d'apprentissage
Conception, études,
montage, marketing
Mise en service
Commande
Régulation
Mécanicien des installations
DA 7
DA 8, 9
DA 10, 11
DA 10, 11
Mécanicien des installations
DA 5, 6
DA 7
DA 10
DA 10
DA 12
DA 12
DA 4, 5
DA 8
DA 5, 8
Électronicien
DA 6
DA 3
DA 7
Électronicien en automatisation DA 10
DA 10
DA 6, 7
DA 10
Agent technique d'alimentation DA 4, 13
en eau
DA 4
DA 4, 14
DA 4, 14
Mécanicien de précision
DA 8, 16a
DA 8, 16a
Mécanicien industriel
DA 6
DA 13
DA 4, 7
DA 7
Préparateur de l'industrie
pharmaceutique
DA 7
DA 7
Mécanicien en verrerie
DA 9
DA 13
d'une installation de
production
sanitaires, du chauffage et de la
climatisation
Laborantin en chimie
Préparateur en chimie
Mécatronicien
DA 4
DA 10
DA 9
DA = Domaine d'Apprentissage
Didacticiel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process, y compris contrôle des connaissances
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
7
Introduction
Structogramme du matériel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process
8
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Exemple d’aménagement
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
9
Introduction
Positionnement dans la gamme de produits
Remarques importantes
La condition de base à l’utilisation en toute sécurité et au parfait fonctionnement de l'ensemble
modulaire de projet EduKit PA est de bien connaître les consignes élémentaires et prescriptions de
sécurité.
Le présent manuel contient les indications les plus importantes pour utiliser l'ensemble modulaire de
projet EduKit PA en toute sécurité. Les consignes de sécurité, notamment, doivent être respectées par
tous ceux qui travaillent sur l'EduKit PA.
Il conviendra en outre de respecter les règles et prescriptions de prévention des accidents en vigueur sur
le site considéré.
10
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Engagement de l’exploitant
L’exploitant s’engage à ne laisser travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA que des
personnes :
 au fait des prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents et ayant été initiées
à la manipulation de l'EduKit PA,
 ayant lu et compris le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel.
 Dans le cas où l'EduKit PA n'est pas surveillé personnellement par l'exploitant, ce dernier désignera une
personne ad hoc dont l'aptitude technique lui permette d'apprécier à la fois la fonction et les dangers
émanant de la station à son égard et à celui de l'étudiant qui y travaille.
Le respect de la sécurité par le personnel sera vérifié à intervalles réguliers.
Engagement des étudiants
Toutes les personnes chargées de travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA s’engagent, avant
de commencer, à :
 lire le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel,
 respecter les prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents,
 se familiariser avec les dangers spécifiques à l'air comprimé, sans lequel un ensemble modulaire de
projet ne pourrait fonctionner, et prendre les mesures adéquates de protection,
 en cas de travaux de nettoyage et travaux de révision décidés par le surveillant, isoler en toute sécurité
la station du secteur.
Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production
L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est construit conformément à l’état de l’art et aux règles
techniques reconnues en matière de sécurité. Son utilisation peut néanmoins mettre en danger la vie et la
santé de l’utilisateur ou de tiers ainsi qu’affecter l’intégrité de la machine ou d’autres biens.
L'ensemble modulaire de projet EduKit PA ne doit s’utiliser que :
 pour l’usage auquel il est destiné et
 en parfait état sur le plan de la sécurité.
Les défauts susceptibles d’affecter la sécurité doivent être immédiatement éliminés !
Garantie et responsabilité
Nos « Conditions générales de vente et de livraison » sont systématiquement applicables. Elles sont à la
disposition de l’exploitant au plus tard à la signature du contrat. Les recours en garantie légale et
responsabilité civile pour dommages corporels et matériels sont exclus si ces derniers sont dus à l’une ou
plusieurs des causes suivantes :
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
11
Introduction







Utilisation non conforme de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA
Montage, mise en service, commande et maintenance de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA
dans des conditions inappropriées
Exploitation de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA en présence d’équipements de sécurité
défectueux ou de dispositifs de sécurité et de protection mal montés ou non opérationnels
Non-respect des consignes données dans le manuel en matière de transport, stockage, montage, mise
en service, exploitation, maintenance et équipement de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA
Mauvaise surveillance d’éléments de l’installation sujets à une usure
Réparations non conformes aux règles de l’art
Catastrophes dues à l’action de corps étrangers et force majeure.
Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à
l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte
d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une
négligence grossière de Festo Didactic.
Utilisation conforme
Cette station est exclusivement destinée à la formation initiale et continue dans le domaine de
l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux formateurs de faire
respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans les manuels qui l'accompagnent.
L’utilisation conforme implique également :
 le respect de toutes les consignes données dans le manuel et
 la mise en œuvre des travaux de contrôle et de maintenance.
Consignes de sécurité
Généralités
 Les étudiants ne doivent travailler sur la station que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un
formateur.
 Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier
toutes les consignes de sécurité !
 Les enseignants et formateurs doivent pouvoir, de par leur formation et leurs connaissances (par
exemple dans leur spécialité et dans les prescriptions et normes) ainsi que de par leur expérience,
apprécier les dangers éventuels émanant de l'énergie électrique dans le cadre des travaux pratiques
qu'ils dirigent ou font exécuter.
12
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Électricité
 N’établissez et ne coupez les connexions électriques qu’en l’absence de tension !
 N’utilisez que des très basses tensions (TBT) de 24 V CC maximum.
 Dans le cas du raccordement de certains composants électriques, capteurs notamment, veillez à la
bonne polarité. Une inversion de polarité ou un court-circuit peut détruire ces composants.
 Les composants électriques sont précâblés d'origine et montés sur un rail en vue de leur fixation directe
au profilé rectangulaire. En option, ils peuvent aussi être livrés non câblés en kit. Dans les deux cas, les
travaux de câblage ne doivent être exécutés que par un spécialiste.
 Ne versez pas d'eau sur les composants électriques. Au cas où de l'eau se déverserait par mégarde sur
des composants électriques, coupez immédiatement l'alimentation en tension. L'ensemble de
l'installation doit dans ce cas être contrôlée par l'enseignant ou le formateur en vue de déterminer les
dommages éventuels.
 Évitez de surcharger les sorties numériques (TOR) par des courants d'intensité trop élevée. Avant de
raccorder un actionneur, déterminez par conséquent l'intensité maximale qu'il consomme.
Pneumatique
 Pour la commande pneumatique du robinet à boisseau sphérique à 2 voies par vérin oscillant, réglez la
pression système entre 3 et 6 bar. Ne dépassez pas la pression maximale admissible de 800 kPa (8 bar).
 N’appliquez l’air comprimé qu’après avoir branché et protégé tous les tuyaux.
 Ne débranchez pas de tuyaux sous pression.
Mécanique
 Montez tous les composants sur la plaque profilée.
 Veillez à ce que le tuyautage et les branchements soient soigneusement exécutés.
Technique des process
 Remplissez toujours la cuve inférieure en l’absence de tension !
 Coupez la tension d'alimentation 24 V CC et débrancher le bloc d'alimentation du secteur (230 V CA).
 Utilisez de l’eau du robinet ayant la qualité d’eau potable (recommandé) afin d’assurer une plus longue
autonomie à l'installation entre deux maintenances.
 La température maximale de service de la cuve ne doit pas dépasser +65 °C .
 La pression maximale de service du liquide dans les tuyauteries ne doit pas dépasser 0,5 bar.
 La pompe ne doit pas tourner à sec. La pompe ne doit pas s’utiliser pour de l’eau de mer, des liquides
chargés ni des fluides visqueux.
 Videz l'installation en ouvrant le robinet de purge une fois que vous avez terminé les travaux pratiques
ou avant d'apporter des modifications aux tuyauteries.
 Vérifiez que le liquide n'est pas encrassé et, s'il l'est, changez-le au moins une fois par semaine.
 Nettoyez la station en fonction des besoins, mais au moins une fois par semaine. Aucun produit de
nettoyage agressif ou abrasif ne doit être utilisé.
 Une immobilisation prolongée de la station conduit à un vieillissement du liquide. Videz
systématiquement les cuves et les tuyauteries avant toute immobilisation prolongée de l'installation.
 Aucun liquide ne doit rester trop longtemps dans l'installation, car il peut sinon y apparaître des
bactéries, comme, par exemple, les « légionelles ».
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
13
Introduction
Caractéristiques techniques de l'installation
Pression de service maximale dans les
tuyauteries
50 kPa (0,5 bar)
Alimentation en tension de la station
24 V CC / 4,5 A
Plaque profilée
350 x 200 mm
Hauteur de la station : Avec une cuve
Avec deux cuves
670 mm
1090 mm
Cotes intérieures du Systainer
H 490 x L 360 x P 272 mm
Débit des pompes
0…6 l/min
Cuve d’eau propre
3 l maximum
Système de tuyauteries flexibles
DN15 (  15 mm)
Transport
L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est livré en Systainer.
Les dommages subis lors du transport doivent être immédiatement signalés au transporteur et à Festo
Didactic.
Déballage
Lors du déballage de l'ensemble modulaire de projet, retirez avec précaution le matériau de calage du
Systainer. Lors du déballage, veillez à ne pas endommager les superstructures.
Une fois la station déballée, vérifiez qu'elle n'a pas été endommagée. Les endommagements doivent être
immédiatement signalés au transporteur et à Festo Didactic.
Fourniture
Vérifiez la conformité de la fourniture au bon de livraison et à la commande. Les non-conformités
éventuelles doivent être immédiatement signalées à Festo Didactic.
Contrôle visuel
Le contrôle visuel doit être effectué avant chaque mise en service !
Vérifiez avant le démarrage de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA :
 les raccordements électriques et le câblage,
 la bonne fixation, l’étanchéité et l’état des tuyauteries et raccords ainsi que des composants
pneumatiques et de leurs tuyaux de raccordement,
 l’absence de défauts visibles sur les composants mécaniques et pneumatiques (fissures, liaisons mal
serrées, etc.).
Éliminez les défauts constatés avant le démarrage de la station !
Toutes les prescriptions et consignes doivent être respectées pour assurer le bon fonctionnement de
l'ensemble modulaire de projet EduKit PA.
14
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Introduction
Maintenance
L'ensemble modulaire de projet EduKit PA n'exige pratiquement aucune maintenance. Il convient toutefois,
à intervalles réguliers, de :
 nettoyer l'ensemble à l'aide d'un chiffon doux non pelucheux et vérifier la mobilité des composants,
 vérifier que le liquide n'est pas encrassé ! Une immobilisation prolongée de la station peut conduire à
un vieillissement du liquide.
 vider impérativement et complètement l'installation en cas d’inutilisation prolongée.
Mises à jour
La documentation technique de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA fait l’objet d’informations
d’actualité et de compléments que vous trouverez sur Internet à l’adresse : www.festodidactic.de/Service/MPS
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
15
Introduction
16
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
3. Installation
3.1 Sécurité
Information
Une instruction de travail règle de manière détaillée comment doivent s'effectuer certains travaux. Les
instructions de travail sont liées à un process, à un produit ou à un poste de travail donné. Elles sont à la
base d'un bon accomplissement des tâches par les employés concernés. Avant de mettre en circulation et
en application des instructions spéciales de travail, il faut que soit assurée une première initiation ou
instruction fondamentale à la sécurité au poste de travail et à la manière de la garantir.
Notez les consignes de sécurité données dans l'introduction !
Instruction à la sécurité
M./Mme
Service
Activité
A fait l'objet d'une instruction à la sécurité aux termes de la réglementation en vigueur.
Thème de l'instruction
Date
Personne instruite
(signature)
Supérieur hiérarchique
(signature)
1. Instruction générale à l'installation de contrôle de
niveau
2. Instruction à la manipulation de liquides
3. Instruction aux composants électriques
4. Les mises en service électriques sont du seul ressort
de spécialistes instruits.
5. Instruction générale à
utilisation de l'atelier
entrées/sorties de produits
travaux sur PC
utilisation de l'Internet/e-mail
installation téléphonique
Les prescriptions applicables de prévention des accidents sont celles des caisses d'assurance-accidents du travail du secteur de la
mécanique de précision et des industries électriques.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
A-43
3. Installation
3.2 Prémontage mécanique
Information
Les sous-ensembles seront à présent assemblés sur la base des spécifications du plan de montage.
Exercices
–
–
Procédez d'abord au prémontage mécanique des sous-ensembles de l'installation de contrôle de
niveau. Complétez le plan de montage que vous avez déjà établi au chapitre « Planification » en
regroupant les opérations de montage en sous-ensembles.
Utilisez les dessins techniques des sous-ensembles comme modèle de montage.
Vous trouverez les dessins techniques des différents sous-ensembles sur le CD-ROM.
Consignez par écrit les durées de montage dans le plan de montage déjà établi et modifiez le cas
échéant votre plan de montage si vous effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de
meilleures solutions.
3.3 Précâblage électrique
Information
Les sous-ensembles seront prémontés conformément au plan de montage électrique du montage de base.
Exercice
–
A-44
Les composants électriques seront d'abord précâblés. Procédez d'après le plan de montage que vous
avez déjà établi. Inspirez-vous du schéma électrique pour le câblage. Fixez ensuite les composants
électriques sur le rail.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
3. Installation
–
Consignez par écrit les durées de montage et modifiez le cas échéant votre plan de montage si vous
effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de meilleures solutions. Consignez par
écrit les modifications dans le plan de montage.
3.4 Montage final et identification des composants
Information
Il s'agit maintenant, dans la dernière étape, de regrouper tous les composants mécaniques et électriques.
Exercice
–
–
Procédez maintenant au montage final en vissant tous les sous-ensembles mécaniques et électriques
sur la plaque profilée et aux profilés rectangulaires et en reliant les bornes et les composants
électriques. (Voir dessin sur le CD-ROM)
Complétez les listes de composants par leur identification, comme indiqué dans le schéma TI et le
schéma électrique. Inscrivez l'identification des composants sur des étiquettes et collez-les sur les
composants de l'installation.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
A-45
3. Installation
Repère
Symbole
graphique
Signification du symbole graphique
Identification
Point de mesure de pression avec
indication (composant : manomètre)
PI103
Cuve, réservoir (2)
B101, B102
Signification du symbole graphique
Identification
P101
1
2
FI
101
3
4
7
Liste des composants selon le schéma TI
Repère
Symbole
graphique
10
Voyant « Start »
11
S1
S1
12
Bouton-poussoir « Start »
13
S2
S3
S3
14
Relais
Liste des composants selon le schéma électrique
A-46
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Mesure manuelle
1.1 Projet : transvasage de bains
1.1.1 Description de l'exercice
Information
Des opérations typiques de transvasage se rencontrent chaque fois qu'il faut filtrer des bains de liquides.
Citons comme exemples les piscines dans le domaine des loisirs ou, en technique, les bains d'acide d'une
installation de galvanisation Au fur et à mesure que le filtre se colmate, la résistance à l'écoulement
augmente en amont du filtre. À partir d'une certaine pression, le filtre doit être nettoyé ou remplacé. La
relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et pression dans le liquide sera déterminée dans un TP.
Exercice
–
Transformation selon schéma TI : transformez le montage de base à deux cuves de manière à pouvoir
effectuer les TP de mesure manuelle avec une seule cuve. Dans le TP, le robinet V103 représentera le
filtre. Son ouverture et sa fermeture simuleront la perméabilité du filtre.
V103
V102
FI
101
B101
PI
103
P101
V105
M
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
B-3
1. Mesure manuelle
1.1.2 Préparation, contrôle
Opération
réalisée
Transformez le tuyautage comme indiqué sur la photo. Enlevez le tuyautage menant à la cuve supérieure et
montez un bouchon d'obturation sur les raccords en T.
Fermez le robinet V105.
Vérifiez que tous les tuyaux sont bien branchés.
Vérifiez les tuyaux menant à la pompe.
Veillez à ce que le manomètre soit disposé juste en aval de la pompe !
Remplissez la cuve B101 de 3 l d’eau.
Branchez l'installation au bloc d'alimentation (24 V CC ).
Réalisation du TP :
Robinets V103 et V102 totalement ouverts, V105 totalement fermé. Amenez l'interrupteur sur « MARCHE » ;
la pompe se met à pomper de l'eau. Le robinet V103 sera fermé pas à pas au cours du TP.
À l'issue du TP, débranchez le cordon d'alimentation du secteur et les câbles de sécurité de 4 mm du bloc
d'alimentation.
À l'issue du TP, la cuve doit être vidée par l'intermédiaire du robinet V105.
B-4
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Mesure manuelle
1.1.3 TP : mesure mécanique de pression
Remplissez la cuve et mettez ensuite la pompe en marche. Le robinet V103 est d'abord fermé et sera pas à
pas ouvert. Dans le TP, le robinet V103 représente le filtre. Son ouverture et sa fermeture simulent la
perméabilité du filtre.
– Lisez la pression de la pompe sur le manomètre.
– Observez le débit sur le regard du débitmètre.
Résistance (ouverture du robinet) et pression
Ouverture en % du robinet V 103 pe [bar]
ouvert
0,18
80%
0,32
60%
0,3
40%
0,26
20%
0,22
fermé
0,32
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Q [l/min]
B-5
1. Mesure manuelle
1.1.4 Dépouillement et conclusions
Exercice
–
Reportez sur le diagramme la pression mesurée dans la tuyauterie en fonction de la position du
robinet :
–
Comment évoluent la pression et le débit dans une tuyauterie quand on augmente continuellement la
résistance à l'écoulement dans la tuyauterie ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Pourquoi la pression ne continue-t-elle plus d'augmenter quand le robinet est fermé ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Expliquez le principe de fonctionnement de la pompe centrifuge.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
B-6
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Mesure manuelle
–
Pourquoi ne doit-il pas y avoir d'air dans la pompe ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Quels sont les types de pompes utilisés en technique des process ? Cherchez chez différents
constructeurs. Récapitulez les caractéristiques et le domaine d'utilisation typiques dans un tableau.
Type de pompe
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
Caractéristiques, domaine d'utilisation :
B-7
1. Mesure manuelle
Type de pompe
B-8
Caractéristiques, domaine d'utilisation :
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Mesure manuelle
1.2 Projet : installation de mélange
1.2.1 Description de l'exercice
Information
Les opérations de mélange nécessitent généralement l'apport de composants en quantités constantes. On
trouve, par exemple, de telles installations de mélange dans la fabrication du béton. Dans un malaxeur à
béton, la fabrication d'un mélange de béton donné exige l'apport d'une quantité d'eau adéquate. Cette
quantité est dosée en fonction du temps. La condition est que le débit soit constant, par exemple de 60 l/h.
La relation entre résistance (ouverture d'un robinet), quantité d'eau pompée et temps nécessaire sera
déterminée dans un TP. Réalisez le TP avec le montage expérimental existant à une cuve.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
B-9
1. Mesure manuelle
1.2.2 TP : mesure de débit
Il s'agit d'étudier la relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et débit ainsi que quantité d'eau
pompée en un temps donné. Nous nous pencherons à cet égard sur la question du temps nécessaire pour
obtenir, pour différentes ouvertures du robinet V103, une quantité d'eau de 2 l dans la cuve supérieure.
Exercice
–
–
–
–
–
Lisez le débit sur le regard du débitmètre.
Réglez le débit à la valeur exigée.
Remplissez la cuve supérieure.
Chronométrez le temps nécessaire à la montée du niveau d'eau entre les repères 0,5 l et 2,5 l.
Reportez le temps mesuré dans le tableau.
Q [l/min]
Temps [s]
400
300
200
100
60
40
Débit par unité de temps
B-10
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
1. Mesure manuelle
1.2.3 Dépouillement et conclusions
Exercice
–
Reportez les temps mesuré et le débit réglé dans le diagramme.
–
Décrivez en phrases courtes ce que vous avez observé durant le TP.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Combien de temps faut-il pour pomper 150 l si le débit est réglé à 90 l/h ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
B-11
1. Mesure manuelle
–
Un volume de 2 l dans la cuve s'obtient en 0,033 h. Calculez à l'aide du temps mesuré le débit pour un
réglage quelconque du robinet V101. Vérifiez le débit que vous avez réglé à partir du résultat de votre
calcul.
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
B-12
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Régulation automatisée
4.2 Projet : régulation de niveau par régulateur continu
4.2.1 Description de l'exercice
Quand un boucle de régulation ne doit pas présenter d'écart de consigne, il faut utiliser des régulateurs
continus. L'une des caractéristiques d'un régulateur continu est, par exemple, d'avoir une grandeur réglante
analogique quand le capteur a délivré un signal analogique. La grandeur réglante se calcule, selon la
fonction de régulation, par différentes formules mathématiques.
Schéma de principe d'une boucle de régulation à régulateur continu
La boucle de régulation utilise, par exemple, un système de contrôle de niveau à évacuation ouverte
(comportement PT1>).
w (0...1)
Valeur de
consigne
Régulateur
Fonction de
régulation
Y = ...
Process
Grandeur
réglante
y (0...1)
Amplificateur
Système réglé
Capteur
Valeur
réelle
x (0...1)
Les fonctions de régulation utilisées pourraient être, par exemple, les suivantes :
Régulateur
Régulateur P
Symbole graphique
Fonction
y = kp • e
kp = gain réglable
e = signal d'erreur w - x
Régulateur I
y = esum • TA/Ti
Constante de temps d'intégration (Ti) réglable
esum = somme des signaux d'erreur e
Addition du signal d'erreur e à chaque cycle.
Régulateur PI
Y = kp • ( e + esum • TA/Tn)
kp et constante de temps d'intégration (Tn) réglables
TA = période d'échantillonnage, temps de cycle du
programme
Régulateur PID
Y = kp • (e+ esum • TA/Tn+ (e-e_alt) • Tv/TA)
Constante de temps de dérivation (Tv) réglable
e_alt = signal d'erreur du cycle précédent
Nota
La pompe doit être commandée en analogique pour la régulation continue. La tension de commande
issue de l'EasyPort est de 0...10 V aux bornes du régulateur du moteur. Pour ce faire, le relais inverseur
K1 doit être commuté sur A2 = 1.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
C-49
4. Régulation automatisée
4.2.2 TP : régulation de niveau par régulateur continu
Dans le TP qui suit, le niveau sera régulé par un régulateur continu. Dans l'exemple du chapitre « Régulation
manuelle de niveaux », le niveau était maintenu constant par variation de la tension du bloc d'alimentation.
La grandeur réglante sera à présent délivrée par le logiciel. Le TP sera réalisé avec quatre régulateurs
différents.
Pour tester le comportement de la boucle de régulation, différents réglages doivent être opérés. Pour
pouvoir tirer des conclusions, il est judicieux de ne toujours modifier qu'un seul paramètre et de faire alors
le TP. Les réglages sont indiqués à titre de propositions dans le tableau suivant.
–
–
–
–
Lancez le logiciel et ouvrez le menu « Régulation continue ».
Vérifiez le paramétrage du logiciel : mettre le relais inverseur A2 à 1 et spécifier la valeur de consigne.
Réalisez les TP avec les régulateurs P, I et PI.
Reportez vos observations dans le tableau.
Selon la version du logiciel, les valeurs de consigne peuvent aussi se saisir dans une sous-fenêtre.
C-50
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Régulation automatisée
4.2.3 TP : régulation de niveau par régulateur P
Nota
Avant chaque démarrage, vider la cuve B102 !
–
–
Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP.
Documentez vos observations.
Paramètres
N°
Gain kp
Observations
Valeur de
Valeur de
consigne w
physique
consigne w
(normée)
Grandeur
1
1l
0,3
0,5
Ouvert de 10 %
2
1l
0,3
2
Ouvert de 10 %
3
1l
0,3
10
Ouvert de 10 %
4
1l
0,3
5
Ouvert de 0 %
5
1l
0,3
5
Ouvert de 20 %
6
2l
0,2
5
Ouvert de 100 %
perturbatrice :
robinet manuel
V103
Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur P
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
C-51
4. Régulation automatisée
Exercice
–
Quelles sont les caractéristiques que vous constatez dans la boucle de régulation (système PT1 réglé
par régulateur R) ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
4.2.4 TP : régulation de niveau par régulateur I
Nota
Avant chaque démarrage, vider la cuve B102.
Paramétrage du logiciel
La grandeur réglante du régulateur I se calcule comme suit :
Y = somme des signaux d'erreur (e:sum) x période d'échantillonnage (TA)/constante de temps d'intégration (Ti)
Cette formule montre que Y varie rapidement quand Ti est faible, et lentement quand Ti est grande. Il faut
faire en sorte que Ti ne s''annulle pas, car Y serait sinon indéfini.
Commutation du logiciel sur « Régulateur I »
La valeur de consigne physique dépend de la capacité de la cuve et du fait que l'on travaille en litres ou mm
de niveau.
C-52
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Régulation automatisée
–
–
Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP.
Documentez vos observations.
Paramètres
N°
Observations
Valeur de
Valeur de
Constante de
Grandeur
consigne w
physique
consigne w
(normée)
temps
perturbatrice :
d'intégration
Ti
robinet manuel
V103
1
–
0,3
1
Ouvert de 10 %
2
–
0,3
0,5
Ouvert de 10 %
3
–
0,3
0,1
Ouvert de 10 %
Nota
Il est possible que, dans une installation réelle, il y ait non pas régulation, mais oscillation permanente
(pompage).
Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur I
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
C-53
4. Régulation automatisée
Exercice
–
Quel est l'effet de la constante de temps d'intégration ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
4.2.5 TP : régulation de niveau par régulateur PI (actions P et I en parallèle)
Pour mettre à profit les caractéristiques positives du régulateur P et du régulateur I, nous allons les
combiner. Il y a pour ce faire deux possibilités :
kp = 1
kp
Dans la combinaison de gauche, les régulateurs sont montés en parallèle, dans la combinaison de droite, en
série. Dans la pratique industrielle, la combinaison utilisée est celle de droite, figurant dans la norme
DIN 19226.
Nota
Avant chaque démarrage, vider la cuve B102.
–
–
C-54
Réglez successivement les valeurs ci-dessous pour le régulateur PI (DIN) et réalisez le TP.
Documentez vos observations.
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
4. Régulation automatisée
Paramètres
N°
Valeur de
Gain kp
consigne w
(normée)
Observations
Constante de
Grandeur pertur-
temps
d'intégration Tn
batrice : robinet
manuel V103
1
0,5 l
00,5
1s
Ouvert de 10 %
2
0,5 l
1
1s
Ouvert de 10 %
3
0,5 l
3
1s
Ouvert de 10 %
4
0,5 l
3
0,1 s
Ouvert de 10 %
Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur PI
Exercice
–
Quelle est la conclusion que l'on peut tirer quant à la constante de temps d'intégration Tn ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
–
Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ?
_________________________________________________________________________________________
_________________________________________________________________________________________
© Festo Didactic GmbH & Co. KG
C-55