Symboles et glossaire

Introduction
Symboles et glossaire
Petit lexique de la technologie proportionnelle
Hystérésis
L’hystérésis provient du frottement et d’une déformation importante des composants élastiques.
Pour le fonctionnement, il en résulte des pressions de sortie différentes à une même 0
valeur de consigne (signal électrique) selon que
la valeur préalable était plus grande ou plus petite.
S Y M B O L E S
Capteur de
pression
Capteur de force
Sensibilité de fonctionnement
Le changement minimal de la consigne qui génère une modification de la pression de sortie est
appelé sensibilité de fonctionnement. Exprimée
en pourcentage de la valeur maximale du signal
électrique d’entrée, cette valeur n’est que de
0,5 % pour la vanne Sentronic d’ASCO Numatics,
permettant ainsi une mise au point idéale de la
pression de sortie.
Linéarité
Une pression de sortie établie en fonction d’une
valeur de consigne donnée devrait résulter dans
une courbe de caractéristiques presque droite
(linéaire). La (non-) linéarité exprime la déviation de la courbe de débit réelle de la ligne droite
théorique (exprimée comme un pourcentage
pour un intervalle linéaire donné de la courbe).
Capteur d'angle
Capteur de débit
Capteur de
température
Potentiomètre
Reproductibilité
Les composants de régulation sont plus précis
dans la répétition d’une valeur prédéterminée
que dans l’ajustement de valeurs absolues. La
reproductibilité, c’est mesurer la variation de la
valeur de sortie lorsque la même valeur d’entrée
est appliquée et ce, de façon répétitive et dans
les mêmes conditions. D’autre part, elle est positivement influencée par une faible hystérésis.
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Capteur de
déplacement
Vérin
Introduction
Décalage du zéro
Par le décalage du zéro, on peut soit assigner
un point de départ prédéfini à une vanne
proportionnelle, soit faire correspondre une
pression ou un débit précis à une valeur de
consigne définie ou inversement.
Potentiomètre
Interrupteur
électrique
Modification de la pente
Si la plage de pression de l’utilisateur n’est
qu’une partie de la plage totale d’ajustement
de la vanne, on peut modifier la pente en
adaptant la plage de consigne (0 - 10 V) à la
plage d’opération de l’utilisateur. On obtient
ainsi la plus grande résolution possible.
Affichage
numérique
Fonction de rampe
Affichage
analogique
Génératrice
tachymétrique
Vanne
proportionnelle
La fonction de rampe permet de contrôler le
temps de réaction de la vanne. La pente de
cette rampe, due à une variation brusque de
la consigne, peut être réglée par l’intermédiaire de l’électronique de commande. Cette
fonction peut permettre une ouverture et une
fermeture lente des vannes proportionnelles.
Fréquence d‘ondulation
Tension de modulation permettant de diminuer le frottement par adhérence
(« slip-stick ») dans une vanne.
Convertisseur de
tension/courant
Convertisseur
numériqueanalogique
Valeur instantanée
Valeur électrique effective d’une grandeur physique
(pression, force, température, débit...).
Valeur de consigne
Valeur de référence électrique de la variable contrôlée qui doit être effectivement
atteinte et maintenue dans la boucle de contrôle.
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Introduction
Systèmes de réglage
Sur beaucoup de machines et d’installations, des grandeurs physiques (température, pression, force,
déplacement, etc.) doivent atteindre une valeur déterminée (p.ex. la position du chariot d’une
machine-outil) indépendamment d’influences extérieures perturbatrices. Pour ce faire, il faut réaliser
deux opérations liées l’une à l’autre : la comparaison et l’ajustage. Le cycle d’opérations nécessaires
s’effectue dans une boucle dite “de régulation”. On peut distinguer deux types de boucles : “boucle de
régulation ouverte” et “boucle de régulation fermée”.
Régulation en boucle ouverte
Une boucle de régulation ouverte, c’est par exemple un
radiateur dans lequel l’alimentation en eau chaude et,
ainsi, la température, sont “réglées” ou plus précisément
“ajustées”. En fonction des variations de la température
ambiante, on agit manuellement (ouverture/fermeture)
sur la vanne. Il s’agit d’une régulation sans boucle de
contrôle entre l’entrée et la sortie du système, ni retour
d’informations.
On entend ainsi par régulation l’utilisation de méthodes
et d’équipements spéciaux qui influent sur des cycles
opératoires ou des processus. Un système de régulation
est en place si un processus est influencé par une relation
à un état désiré sans tenir compte de l’état des mesures.
Une caractéristique particulière de la régulation “en
boucle ouverte” est la séquence ouverte des actions.
Valeur de
consigne
Organe de
commande
Actionneur
Processus
Régulation en boucle ouverte
Régulation en boucle fermée
Dans une boucle fermée, la valeur souhaitée est
constamment comparée à la valeur effective. La norme
DIN 19226 définit les termes “réglage et régulation”
comme suit : “Le réglage / la régulation” est une opération dans laquelle une grandeur physique (p.ex.
température, pression ...) est continuellement mesurée
et comparée à une valeur déterminée, avec pour but
d’aligner ces variables. La séquence fermée des actions
qui en résulte s’effectue dans une boucle dite de régulation fermée.
En prenant pour exemple la régulation de la température d’un radiateur, la température réelle est mesurée
par un capteur de température et comparée à la
consigne. Tout écart entre la valeur désirée et la valeur
mesurée provoque un signal qui est transmis à la vanne
pour l’ouvrir (si la température est inférieure à la valeur
souhaitée) ou la fermer (si la température est supérieure à la valeur souhaitée). Ainsi, la température est
maintenue à la consigne et ce, de manière stable et indépendamment des conditions extérieures ou d’éléments
perturbateurs.
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Valeur de
consigne
Organe de
commande
Actionneur
Capteur
Régulation en boucle fermée
Processus
Lorsqu’un écart est observé dans un processus, les méthodes de régulation peuvent être distinctes selon le comportement d’un régulateur. Pour les applications en production, il est
important de connaître l’influence du temps sur la variable de régulation. Les régulateurs
peuvent avoir un comportement continu ou discontinu. On distingue ainsi deux types de régulations : à action discontinue (régulation à deux ou plusieurs niveaux) ou à action continue
(régulation proportionnelle).
Régulation à action discontinue
Régulation à action discontinue
température
est appelé amplitude de variation. Cette amplitude est la
fonction caractéristique de l’action discontinue. Les régulateurs à trois ou multiples positions disposent d’au
moins une étape intermédiaire supplémentaire par rapport aux régulateurs tout ou rien (ex. : appareil de
conditionnement d’air : chauffage - position neutre refroidissement).
température
Un processus s’effectuant pas à pas est appelé discontinu.
Un régulateur à action discontinue, ou encore appelé
régulateur à commutation, influence le processus par
une commande tout ou rien à un niveau d’énergie
constant.
Ces régulateurs assurent la fonction de commutation en
déclenchant une séquence d’impulsions à un niveau
d’énergie fixe. Ces séquences de commutation “en circuit” et “hors circuit” ont des temps d’influence variable
sur le process à réguler. Les inconvénients d’un tel système sont les à-coups déclenchés lors de la mise en
route. En outre, il n’est pas possible d’éviter les variations
de la valeur instantanée autour de la valeur de consigne.
Le niveau d’intervalles entre lesquels la grandeur à régler oscille entre l’état “en circuit” et l’état “hors circuit”
Régulation à action continue
Valeur de
consigne
temps
temps
Régulation à action continue
en permanence le processus, c.à.d. les vitesses des vérins
et des moteurs, évitant ainsi les à-coups des commutations. De plus, il est possible de prédéfinir les vitesses de
ces matériels.
vitesse
Les régulateurs à action continue assurent la fonction de
régulation en exerçant une influence permanente sur le
processus. La valeur de la variable contrôlée peut se situer à n’importe quel niveau de la plage de régulation,
ce qui peut générer des signaux entre 0 et 100 %.
Exemple : Une charge lourde est à accélérer et décélérer
en douceur. Dans le cas d’un régulateur à action discontinue, il faut d’abord démarrer la charge à la vitesse V1
puis à la vitesse V2. Celle-ci est ensuite transportée à
une vitesse constante V3, puis décélérée aux vitesses V4
et V5 (voir illustration ci-contre). La vitesse est contrôlée
en pas à pas. Les paliers individuels des échelons de vitesse sont légèrement nivelés par le débit volumétrique
et l’inertie du vérin. Il est toutefois difficile d’en réduire
les fluctuations, c.à.d. d’obtenir des échelons plus
“lisses”. L’une des méthodes pour pallier ces inconvénients est d’utiliser une vanne proportionnelle qui régule
Régulation à action continue
Contrôle proportionnel
Régulation à action discontinue
temps
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Introduction
Méthodes de régulation
Introduction
Types de régulateurs
Un régulateur a une fonction de transfert qui compare la valeur instantanée reçue d’un capteur à la
valeur prédéterminée (c.à.d. une valeur de consigne) et qui la traite de sorte qu’un signal de
contrôle soit transmis à l’élément régulateur (vanne proportionnelle) sous une forme appropriée.
Cette opération devrait être contrôlée dans le temps par le régulateur de manière à ce que les qualités dynamiques du processus à réguler soient bien équilibrées. La valeur de consigne doit être
atteinte dans le plus bref délai tandis que la valeur instantanée doit fluctuer le moins possible par
rapport à cette valeur de consigne.
Régulateur à action continue
La sortie d’un régulateur à action continue est pourvue
d’un signal continu (tension ou courant) qui peut en
permanence prendre toutes les valeurs intermédiaires
entre une valeur initiale et une valeur finale.
Le régulateur P (Proportionnel) est un régulateur de
base. Les régulateurs I (Intégral) ou D (Dérivé) seuls,
sont moins appropriés en pratique. Des combinaisons
de régulateurs P, D et I telles que les versions PI, PD
ou PID se sont avérées les plus adaptées.
Les combinaisons sont choisies en fonction du type
d’application. L’avantage d’un régulateur PID est sa
performance dynamique, sa précision de réglage et sa
stabilité. L’ajustage individuel des paramètres de réglage permet l’adaptation optimale des vannes proportionnelles aux applications spécifiques.
Application
Régulateur D
Régulateur I
Régulateur PID
Types de régulateurs
Température
exigences
simples
non
appropriés
exigences
simples
Niveau
appropriés
non
appropriés
non
appropriés
Vitesse
appropriés
appropriés
appropriés
Pression
Débit
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Régulateur P
appropriés
appropriés
appropriés
moins
appropriés
appropriés
appropriés
Régulateurs tout ou rien
A l’opposé d’un régulateur à action continue, ce type de
régulateur ne dispose pas d’un signal de sortie continu
mais d’un signal qui peut seulement être mis “en circuit
ou hors circuit”. Il reste toutefois adaptable à la régulation.
Les différents types de modulation :
- la modulation en largeur d’impulsion
- la modulation d’impulsions en amplitude
- la modulation d’impulsions en fréquence
ASCO Numatics utilise de la modulation en largeur
d’impulsion dans ses boîtiers électroniques.
Modulation en largeur d’impulsion
Dans la modulation en largeur d’impulsion, la tension
d’alimentation de 24 V CC est transformée en impulsions
rectangulaires de différentes largeurs. Le signal de sortie n’est plus un signal constant mais une série d’impulsions répétées à intervalles ou périodes de temps
réguliers. Durant chaque période, l’impulsion est présente (24 V) pendant un laps de temps, puis elle est
absente (0 V). La durée pendant laquelle l’impulsion est
présente s’appelle la “largeur d’impulsion”.
Ce type de modulation est obtenu en changeant la largeur d’impulsion, qui peut varier entre 0 % et 100% de
la période. Cette variation de la largeur d’impulsion
provoque une variation proportionnelle du courant
moyen de la bobine.
Modulation en largeur d‘impulsion
Courant
Intensité bobine
Largeur d'impulsion
Période
Tension
moyenne
Tension
moyenne
Tension
moyenne
Tension
moyenne
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Introduction
Types de régulateurs