Station de surpression Surpres1

STATION DE SURPRESSION
REGULATION DE PRESSION D'EAU
COMMUNICATION A DISTANCE
Compte rendu de TP - Fiche de formalisation
Lycée Colbert - Tourcoing
BTS Electrotechnique
Fiche de formalisation – régul com station surpress 2.W
Schéma synoptique de la station de surpression :
P
Manostat
Réservo ir
su rpresse ur
Capteur de
pression
Vidange
Pompe
P1
P2
P3
Clapet
anti-re tour
Vanne
manuelle
Vanne s
utilisateur
Réservo ir
(simule la napp e ph réatiq ue)
PREPARATION
I. PROCEDES ELEMENTAIRES
Précisez les procédés élémentaires mis en œuvre dans le système « station de surpression » :
>
II. IDENTIFICATION DES STRUCTURES PRINCIPALES DE LA STATION
Compléter les noms manquants des structures repèrées par une flèche.
VANNE PERTE DE
CHARGES
INTERRUPTEUR
SECTIONNEUR
BALISE
LUMINEUSE
BLANCHE
FACADE ARMOIRE
ELECTRIQUE
KIT DEPORT ATV61
MANOMETRE
PRESSION
MAGELIS XBTR411
PRISES DE MESURES
LIAISON
PC / TSX 37
VANNES
UTILISATION
SORTIE IMPRIMANTE
ET RJ45 TSXETZ410
DEBIMETRE
MECANIQUE
PC 230V APPAREIL
DE MESURE
RESERVOIR EAU
PROPRE 200L
0L
III. IDENTIFICATION DE LA BOUCLE DE REGULATION :
Compléter le schéma ci-après, avec les noms des structures et grandeurs suivantes :
Structures :
MOTEUR + POMPE + RESEAU D'UTILISATION
CAPTEUR DE PRESSION ( 4 - 20mA )
CORRECTEUR
VARIATEUR DE VITESSE
Grandeurs :
i
Vcde
Q.perturb.


Pcons.
P
Y.num.
W.mod.
P.num.









Mesure analogique de pression
Grandeur réglante pour la commande du variateur (en Volts)
Débit de perturbation
Erreur
Consigne numérique de pression ( en bars )
Pression
Grandeur réglante générée par l'algorithme de régulation.
Energie modulée
Mesure numérique de pression
#
#
IV. PRINCIPE D’UNE REGULATION A ACTION PROPORTIONNELLE :
On rappelle que :
Bp ( ou Xp ) :

donc :
Bande proportionnelle, relative a l'action proportionnelle.
Bp s'exprime en % de l'étendue maximale de l'échelle
de consigne
coefficient de l'action
proportionnelle :
100
Kc =
Bp(%)
Bp(%) =
100
Kc
Y
(%)
100
Bp
( Xp )
Loi de commande
générée par
l'algorithme de
régulation à action
" Proport ionnelle "
0
Pcons
0
0%
étendue de l'échelle
de consigne
Les données sont les suivantes :
Etendue de l'échelle de consigne de pression :
Consigne réglée :
Bande proportionnelle réglée :
4
P (Pression)
( bars)
100%
0 à 4 bars.
Pcons. =
2 bars
Bp =
20 %
4.1) Tracer sur le document réponse R1, la loi de commande Y(%) = f( P ) générée par le régulateur,
en régime statique.
Y (%)
100
80
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
P
( Bars )
4.2) Calculer le coefficient Kc de l'action proportionnelle, correspondant au réglage ci-dessus.
>
4.3) Soit  :
erreur = consigne de pression - pression mesurée.
Quel sera le sens de variation de  (en régime statique), si on augmente le coefficient de l’action
proportionnelle ? ( préciser si  augmente, ou diminue ).
>
4.4) Que risque-t-il de se passer pour la grandeur régulée P (pression), si on augmente
indéfiniment le coefficient Kc ? (donc si Bp = 0)
>
4.5) En admettant qu'un algorithme de régulation P.I.D. peut être régi par la relation temporelle
suivante :
Kc
d ( t )
Y(t) = Kc. (t ) 
+
.

(
t
).
dt
Kc
.
Td
dt
Ti 
P
I
D
ou encore :
avec
Y(t) =
100
100 1
.  ( t ) 
Bp
Bp Ti
 :
Kc :
Bp :
Ti :
Td :
  (t ). dt
+
d ( t )
100
Td
dt
Bp
erreur = consigne - mesure
coefficient de l'action proportionnelle.
bande proportionnelle en %.
constante de temps de l'action intégrale.
constante de temps de l'action dérivée.
 Quelles valeurs numériques faut-il donner à ' Ti ' et ' Td ' , pour constituer un algorithme
de régulation à action proportionnelle seule ?
(élimination des effets des actions intégrale et dérivée)
>
V. PRINCIPE D’UNE REGULATION A ACTION " PROPORTIONNELLE ET INTEGRALE "
Sur la station de surpression, l'algorithme de régulation est du type P.I.
5.1) Soit l'algorithme de régulation seul :
Algorithme
 (t)
y(t)
P. I.
On admet que l'algorithme de régulation P.I. peut être régi par la relation suivante :
Y(t) =
100
100 1
.  ( t ) 
Bp
Bp Ti
P
  (t ). dt
I
5.2) Quel est l'intérêt d'avoir une action P.I. ( Proportionnelle, Intégrale ), pour une régulation ?
>
ESSAIS
I. IDENTIFICATION DE LA MESURE DE PRESSION D’EAU :
« CAPTEUR PRESSION ( 4 - 20mA ) + API »
Le capteur de pression génère un courant proportionnel à la pression d’eau mesurée :
i=k.p
avec
i  courant de sortie du capteur ( A )
k1  constante du capteur (en A / bars)
p  pression d'eau mesurée (en bars)
Ce courant ‘’ i ‘’ , est appliqué sur une entrée analogique de l’API, pour quantification ; la mesure
numérique de pression obtenue, est alors comparée à la consigne numérique de pression ( pour
régulation ).
Une sortie analogique de l’API, restitue la mesure de pression sous forme d’une tension ‘’ u ‘’, « 0 –
10V », directement accessible sur bornes de sécurité du coffret de commande, permettant ainsi de
réaliser des relevés expérimentaux ( voir schéma ci-dessous ).
On a alors :
u = k1 . p
avec
u  tension de sortie du capteur ( V )
k1  constante du capteur (en V / bars)
p  pression d'eau mesurée (en bars)
#
mesure numérique
de pression
#
i
( 4 - 20mA )
2
capteur
de
pression
p
Pression d'eau
(0 - 20mA)
#
u ( image de la pression mesurée )
u = k1 . p
bornes accessibles
sur coffret de commande
A.P.I.
Proposer une procédure d'essai afin d'identifier la constante ’’ k1 ‘’ du système de mesure de
pression ( capteur pression + API ) :
>
Mesures et résultats de l’essai :
II. REGULATION A ACTION " PROPORTIONNELLE "
2 ESSAIS AVEC :
Kc = 100
Kc = 500
Actions intégrale et dérivée rendues inopérantes :
Ti = 0 (infini normalement)
Td = 0
2.1) 1er ESSAI avec Kc = 100
- Le système est initialement à l'arrêt, prêt à être lancé en mode AUTO.
- Régler :
Pcons = 2 bar
Kc = 100
- Relever avec l'oscilloscope à mémoire la réponse indicielle u = f( t ), image de p = f( t ),
en lançant le système (en mode AUTO) :
Repérer les axes.
Relever (sur le terminal de visualisation), la pression ‘’ p ‘’ en régime statique.
Déduire l'erreur de pression en régime établi.
Mesurer le temps de réponse à 5 %.
- Analyser et interpréter les résultats obtenus compte-tenu du réglage de la régulation.
2.2) 2nd ESSAI avec Kc = 500
(même travail)
Conclure sur l'influence du réglage de la bande proportionnelle :
>
III. REGULATION A ACTION " PROPORTIONNELLE - INTEGRALE "
>>> 3 ESSAIS AVEC :
Kc = 100
Kc = 100
Kc = 500
Ti = 10s
Ti = 2s
Ti = 2s
Action dérivée rendue inopérante :
3.1) 1er ESSAI avec Kc = 100
Td = 0
Ti = 10s
- Le système est initialement à l'arrêt, prêt à être lancé en mode AUTO.
- Régler :
Pcons = 2 bar
Kc = 100
Ti = 10s
- Relever avec l'oscilloscope à mémoire la réponse indicielle u = f( t ), image de p = f( t ),
en lançant le système (en mode AUTO) :
Repérer les axes.
Relever (sur le terminal de visualisation), la pression ‘’ p ‘’ en régime statique.
Déduire l'erreur de pression en régime établi.
Mesurer le temps de réponse à 5 %.
- Analyser et interpréter les résultats obtenus compte-tenu du réglage de la régulation.
3.2) 2nd ESSAI avec Kc = 100
Ti = 2s
(même travail)
3.3) 2nd ESSAI avec Kc = 500
(même travail)
Ti = 2s
CONCLUSION
REGULATION :
Conclure sur l'influence et l'intérêt des actions P et I dans un algorithme de régulation :
>