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Les P&ID (Piping and
Instrumentation Diagram)
2e cours de GPA-668 : Capteurs et
actionneurs
© Guy Gauthier ing. Ph.D.
Mai 2011
Schémas de tuyauterie et
d’instrumentation
• Parmi l’ensemble de la
documentation d’un 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 pour l’ingénieur de procédé.
Normes utilisées
• De la Société Internationale pour
l’Automatisation (ISA).
– ANSI/ISA-5.1-2009 : Identification
Symbols and Instrumentation;
Normes utilisées
– ANSI/ISA-5.2-1976 (R1992) : Binary
Logic Diagrams for Process Operations;
Normes utilisées
– ISA-5.3-1983 : Graphic Symbols for
Distributed Control/Shared Display
Instrumentation, Logic and Computer
Systems;
Normes utilisées
– ANSI/ISA-5.4-1991 : Instrument Loop
Diagrams;
Normes utilisées
– ISA-5.5-1985 : Graphic Symbols for
Process Displays;
Normes utilisées
– ISA-S20-1999 : Specification Forms for
Process Measurement and Control
Instruments, Primary Elements, and
Control Valves;
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;
Normes utilisées
– SAMA: Ancienne norme
d’instrumentation:
Composantes d’un schéma P&ID
Zone de titre [1]
Nom de la
compagnie
Nom de l’usine et
localisation
Titre du dessin
Description du
procédé
Numéro de dessin
Version
Zone du schéma P&ID [2]
Zone identifiant la tuyauterie [3]
• Matériau de la conduite
– TF = Téflon
– SS = Stainless Steel
– CS = Carbon Steel
Zone identifiant les gros
équipements [4]
• Généralement les équipements
de plus de 1 000 $.
Zone identifiant les gros
équipements [4]
• Numéro 3-14R2:
– 3 = 3e étage de l’usine
– 14 = Aire (Bay) #14
– R2 = Réacteur #2
Zone des révisions et changements
du schéma [5]
Zone des notes [6]
• On y décrit les verrouillages des
commandes (interlocks) du système.
Schémas
d’instrumentation
Éléments de base d’un schéma
d’instrumentation
Bulle
Identificatio
n
Débitmètr
e
Conduit
e
Valve
Signau
x
Identification des instruments
6-FRC-1B
Préfixe
Variable
mesurée
Fonctions
Numéro
de boucle
Suffixe
1ères lettres de l’identification
• Variable mesurée ou de commande:
– F : Flow (Débit)
– T : Temperature (Température)
– P : Pressure (Pression)
– L : Level (Niveau)
– Etc…
• Modificateur:
– F : Fraction (Rapport)
Lettres subséquentes
• Fonction passive ou indication:
– A : Alarm (Alarme);
– R : Recorder (Enregistreur);
• Fonction de sortie:
– C : Control (Régulation);
• Modification:
– H : High (Haut);
Signaux et connections (1)
Signaux et connections (2)
Les bulles
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 calculs et/ou des opérations
logiques et qui transmet un ou plusieurs
signaux de sortie
Commande logique et séquentielle
(Automate programmable)
Les bulles
Panneau principal
de commande
(accessible à
l’opérateur)
Au site du procédé
Panneau auxiliaire
de commande
(accessible à
l’opérateur)
Les bulles
Registre de tirage ou volet
Fonctions des équipements _Y
Fonctions des équipements _Y
Fonctions des équipements _Y
Fonctions des équipements _Y
Exemple
Réseau
Signal
électrique
Convertisseur
courant/Pressio
n
Signal
pneumatique
Les interverrouillages
Les interverrouillages
Non
Bascule SR
ISA 5.2
Et
Ou
ISA 5.2
Niveaux de détail
•
Diagramme simplifié:
Niveaux de détail
•
Diagramme fonctionnel:
Niveaux de détail
•
Diagramme détaillé:
Approches de contrôle
Exemple:
Traitement des huiles lourdes
Contrôle en « feedback »
(rétroaction)
de
r
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Co
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 ?
Contrôle en « feedforward »
(commande prédictive)
rd
u
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c
l
dé
Ca
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.
Commande en rétroaction et
prédictive
des
e
m
es
d
m
n
So ma
com
Schéma bloc la commande en
rétroaction et prédictive
Mais, assume que la pression du carburant
(PF) reste constant.
Contrôle en « cascade » (et
prédictive)
Schéma bloc du contrôle en
cascade (et prédictive)
Partie commande en
cascade
Meilleure résistance aux perturbations.
Exemples de procédés
Refroidisseur de
bière à l’ammoniac
On désire contrôler
la température de
sortie
Réaction
trop
tardive
La température
d’entrée peut
changer
Relation pression température
Les vapeurs sont à
la même
température que
le liquide. Ce sont
donc des vapeurs
saturantes.
Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html
Relation pression température
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
Relation pression température
A chaque
température
correspond une
pression, et
vice-versa.
Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html
Relation pression température
La pression
permet de
connaitre la
température.
Source: http://wg038.lerelaisinternet.com/Cours.html
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.
Contrôle de la
température de
la bière
Boucle interne (rapid
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.
Contrôle du niveau d’ammoniac
L’ammoniac liquide devient
gazeux et retire de la chaleur
de la bière, la refroidissant.
Le niveau baisse…
Alors, il faut maintenir le
niveau d’ammoniac liquide
pour que la tubulure de bière
reste immergée.
Système de
contrôle global
Consigne manuelle de
pression de vapeur
élevée.
Mode NORMAL: la bière coule
dans le système de
refroidissement et est
maintenue à la température
correcte.
Mode STANDBY: FSL-1
détecte un débit trop bas ou
aucun débit. Il faut cesser le
refroidissement, sinon la
bière risque de geler.
Mode NETTOYAGE:
L’opérateur arrête le système
pour le nettoyage des
conduites (CIP). Ne pas
refroidir.
Digesteur de
copeaux de bois
pour faire de la
pâte de papier.
Photo, source:
http://www.pulpandpaper-technology.com/contractors/steel/avesta/
Ces trois
capteurs et
enregistreurs
permettent à
l’opérateur de
vérifier
l’homogénéité
de la
température
Au démarrage
• Mécanisme permettant un
démarrage progressif…
Relief control system
Maintenir la pression à la
pression de vapeur saturée
équivalente à la mesure de
température faite par TT-4.
La sortie de TT-4 est calibrée
pour suivre la courbe de
température de la vapeur
saturée vs la pression.
Consigne de PIC-2
Vapeur saturée, table de
température
Blowback control system
Pour éviter le blocage du
filtre sur le tuyau de
dégagement (relief line), on
envoie de la vapeur sous
pression au filtre.
PDSH-2 et temporisateur KI-2
ouvre FCV-5 et ferme PCV-2
pour déboucher le filtre.
Procédé de
fabrication de sirop
de maïs
acide
chlorhydriqu
e
carbonate de
sodium
Pâte
amidon de
maïs
Un peu de chimie
• L’amidon (starch) est une chaîne de
molécules proche du sucre (ressemble à un
polymère).
– (C6H10O5)n
• En présence d’acide chlorydrique, il y a
hydrolyse:
– (C6H10O5)n + nH2O – catalyse acide 
nC6H12O6
Un peu de chimie
Contrôle de l’acidité
Pour que le mélange
eau-amidon hydrolyse. Il faut
injecter de l’acide
chlorhydrique (concentration
de 0.1N)
Contrôle de proportion avec
FT-2 et FY-1.
Contrôle en cascade du débit
de l’acide (pHC-1 et FC-1).
Contrôle du débit du mélange
eau-aminon par FC-2
Contrôle de l’acidité
En sortant de LCV-1, on a un
mélange eau, acide et
glucose.
Le refroidisseur (flash cooler)
permet le refroidissement du
mélange et retire l’eau qui se
transforme en vapeur.
Contrôle du débit de la base
avec pHC-2 pour ramener le
pH autour de 7. Le sirop est
un mélange de glucose et de
sel.
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