Biffi Electric Controls, Series IPOS

Positionneur électronique série “IPOS”
BIFFI
Positionneur électronique, piloté par microprocesseur,
pour actionneurs hydrauliques de régulation contrôlés
par une vanne proportionnelle ou par une servovalve
électro-hydraulique.
Caractéristiques et avantages
IPOS est un positionneur électronique, piloté par
un microprocesseur, permettant de contrôler la
position d’un actionneur hydraulique en service de
régulation à l’aide d’une vanne proportionnelle ou
d’une servovalve électro-hydraulique. Cette fonction
s’apparente à celle d’un signal de commande
électrique transmis par le contrôleur de process. Les
actionneurs peuvent être de type double effet ou à
rappel par ressort.
L’importante et longue expérience acquise par
BIFFI dans le domaine électronique du contrôle de
position d’actionneur est la base de la conception et
de la construction du positionneur IPOS.
Ce positionneur a été spécialement conçu pour une
utilisation dans des conditions de fonctionnement
ambiantes les plus sévères (plage de température
de service étendue : -40°C à +65°C, vibrations,
environnement agressif).
Pour cela, BIFFI utilise des composants
électroniques, spécialement prévus pour une
utilisation en plage de température étendue, ayant
subi des traitements de protection spéciaux afin
de les rendre aptes à un usage en environnements
agressifs (en centrales géothermiques par
exemple). Des précautions particulières ont été
prises afin d’augmenter le niveau d’immunité
contre les perturbations présentes dans les
installations industrielles. L’unité IPOS est conçue
pour permettre et faciliter les opérations d’urgence
de l’actionneur à l’aide de signaux électriques
provenant d’un système de commande à distance,
en déplaçant le tiroir de la vanne proportionnelle
à une position adaptée en cas de manœuvre
d’urgence (en position ouverte ou fermée).
De cette façon, une seule vanne possédant des
caractéristiques de régulation et de sécurité
peut être installée à la place de deux vannes
séparées (une vanne de régulation, une vanne de
sectionnement ) avec une économie significative
pour le client.
Toutes les caractéristiques du IPOS font la
différence en comparaison avec les autres
positionneurs disponibles sur le marché. Ces
derniers sont conçus et fabriqués pour un
montage à l’intérieur d’une armoire, dans un
environnement protégé (plage de températures
de service limitée et environnements nonagressifs).
L’unité électronique autorise des commandes
locales, la retransmission du signal de position,
des alarmes, des signaux par LED, une fonction
d’auto diagnostic, une interface vers un PC.
IPOS comprend des cartes électroniques
adaptées pour un montage sur rack 10” pour
un assemblage dans un tableau de commande
ou dans un boîtier étanche aux intempéries et/
ou antidéflagrant, disposé sur l’actionneur ou
déporté à proximité sur le site.
www.pentair.com/valves
IPOS a été conçu pour être interfacé avec des
vannes proportionnelles et des servovalves
provenant des principaux fabricants présents
sur ce marché.
Caractéristiques techniques
Tension d’alimentation 24 VDC, -15%, +10%.
Toutes autres alimentations électriques en
courant continu (DC) ou alternatif (AC), de
valeurs de tension et de fréquence différentes,
sont acceptées.
Température de service
-20°C à +65°C (version standard)
-40°C à +65°C (version standard avec
résistance chauffante électrique)
Température de stockage -55°C à +80°C
Cartes de construction pour rack 10”
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BIFRM-0006-FR-1308
Positionneur électronique série “IPOS”
Application générale
- positionnement d’actionneurs utilisés en
contrôle de vitesse de turbine des centrales
électriques thermoélectriques, géothermiques
ou à cycle combiné (ou mixte).
- positionnement des actionneurs utilisés
en contrôle du niveau de l’eau dans les
condensateurs de centrales électriques
géothermiques.
- toutes les applications où un actionneur
hydraulique, contrôlé par une vanne
proportionnelle, est utilisé en service de
régulation (exemple : circuits d’eau, d’huile,
de gaz, de vapeur pipelines de centrales
électriques, de plates-formes, de docks,
d’usines pétrochimiques, etc.).
Principe de fonctionnement
L’unité IPOS est fournie avec un régulateur
de type P.I.D. permettant de comparer le
signal de position actuelle de l’actionneur
avec le signal de commande de position
provenant du système de commande du
process. L’unité IPOS a été conçue pour
contrôler le fonctionnement de servovalves
ou de vannes proportionnelles, avec une ou
deux bobines et transmetteur de position de
tiroir. Le positionneur inclut deux régulateurs
de position de manière à obtenir une
grande précision de contrôle de position de
l’actionneur :
- un régulateur fonctionne sur la boucle
“intérieure” et contrôle la position du tiroir
de la vanne proportionnelle.
- le second régulateur fonctionne sur la
boucle “extérieure” et contrôle la position
de l’actionneur.
Si les deux signaux sont différents, l’unité
IPOS génère un signal proportionnel à
leur différence (erreur de position). Une
des fonctions du signal précédant est
l’augmentation ou la diminution du courant
de bobine de la vanne proportionnelle,
entraînant le déplacement du tiroir afin de
contrôler le flux d’huile circulant vers le
cylindre de l’actionneur : le flux d’huile, donc
la vitesse de manœuvre de l’actionneur, est
autant élevé qu’est importante l’erreur de
position. Les paramètres de configuration sont
mémorisés dans la mémoire réinscriptible et
re-configurable du EEPROM ce qui permet de
conserver la configuration également en cas
de coupure d’alimentation électrique.
actuelle de la tiroir avec le signal de position
commandée de la bobine transmis par
le “régulateur de la boucle extérieure”.
Sur la base de “l’erreur de position” du
tiroir, le courant de bobine de la vanne
proportionnelle est contrôlé de manière à
entraîner le déplacement de son tiroir.
La vanne proportionnelle électrohydraulique contrôle le flux d’huile
provenant du circuit d’alimentation vers le
cylindre de l’actionneur ou provenant du
cylindre de l’actionneur vers le circuit de
retour d’huile.
Caractéristiques standard
Microprocesseur à technique numérique
Toutes les fonctions de l’unité IPOS sont
contrôlées par un microprocesseur 16 bit.
Contrôle de position de l’actionneur
L’unité électronique IPOS inclut deux
régulateurs :
- Le “régulateur de la boucle extérieur”
contrôle la position de l’actionneur et
calcule l’erreur de position en comparant
la position actuelle de l’actionneur avec
le signal de contrôle appelé “position
demandée”. Si les deux signaux sont
différents, l’algorithme de type P.I.D.calcule
la nouvelle position du tiroir de la vanne
proportionnelle, de manière à déplacer
l’actionneur jusqu’à atteindre la position
requise puis annuler l’erreur ; le “régulateur
de la boucle intérieure” compare la position
Signal de contrôle “Position souhaitée”
Le signal analogique de commande de
position peut être soit de type 4 à 20 mA soit
de type 1 à 5 V. L’entrée est protégée par un
séparateur galvanique.
Précision de positionnement
Elle correspond à 0.5% de la plage d’erreur
de position, en excluant la linéarité du
transmetteur de position de l’actionneur et la
dérive thermique.
Schéma du bloc
Alarme
Relais
d’alarme
“Boucle extérieure”
Unité IPOS
“Boucle intérieure”
LED et
points de
test
Automatique
/Off
Signal de
contrôle
“Position
demandée”
Actionneur
Contrôle
local
Contrôle à
distance
Régulateur
P.I.D.
Régulateur
P.I.D.
Amplificateur de
puissance
Transmetteur
de position de
l’actionneur
Vanne
proportionnelle
Transmetteur
de position de
l’actionneur
Actionneur
hydraulique
Boucle de contrôle de position
de la bobine de la vanne
proportionnelle
Boucle de contrôle de position de l’actionneur
Générateur de
Retranscourant 4 -20 mA
mission
de la position de l’actionneur
Vanne de régulation
Plan de l’installation
Salle de Contrôle
Interface opérateur
Terrain
Automatique/Off
Position demandée
Retransmission de position
Alimentation électrique
Circuit d’alimentation d’huile
Alimentation
Transmetteur
de la vanne
proporRecopie de position de tiroir
tionnelle
Circuit de retour d’huile
Alarme
Alimentation de la bobine
Vanne proportionnelle
Alimentation
Transmetteur
de position de
l’actionneur
Raccordements :
Hydraulique
Mécanique
Système
de contrôle
de process
Point de
réglage
Electrique
Recopie de position
de l’actionneur
Variables
contrôlées
du process
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Transmetteur
(pression/température/niveau/flux/vitesse)
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Positionneur électronique série “IPOS”
Résolution
La résolution de l’actionneur correspond à 0.30.4% de la plage d’erreur de position.
Réglage de la boucle de contrôle de
position de l’actionneur
Les paramètres de configuration suivants
sont disponibles et ajustables afin d’optimiser
les caractéristiques de positionnement du
système :
- gain proportionnel en ouverture (fonction P)
- gain proportionnel en fermeture (fonction P)
- temps intégral (fonction I)
- vitesse d’ouverture max.
- vitesse de fermeture max.
Mémoire de configuration
Tous les paramètres de configuration
ci-dessus sont mémorisés dans la mémoire du
EEPROM.
Jusqu’à 10.000 opérations de configuration
sont disponibles.
Recopie de position de l’actionneur
Le signal de sortie du transmetteur de position
de l’actionneur est utilisé pour fermer la
“boucle extérieure” : ce signal peut être de
type 4 à 20 mA ou 1 à 5 V. L’alimentation du
transmetteur de position est fournie par l’unité
IPOS.
Signal de retransmission de position de
l’actionneur
La position actuelle de l’actionneur peut
être également transmise dans une salle de
contrôle via un signal 4-20 mA, protégé par un
séparateur galvanique.
Recopie de position du tiroir de la vanne
proportionnelle
Le signal de sortie du transmetteur de position
du tiroir de la vanne proportionnelle est utilisé
pour fermer la “boucle intérieure” : ce signal
dépend du modèle de vanne proportionnelle
utilisé. L’alimentation du transmetteur de
position est fournie par l’unité IPOS.
Contrôle à distance activé
Le sélecteur possède deux positions :
“Automatique” et “off”. Sur “Automatique”
(activé), le positionnement de l’actionneur
est contrôlé par le signal de commande
de position analogique, alors que sur “off”
(inactivé), l’actionneur conserve la dernière
position avant la commutation sur “off”.
Contrôle local
Un sélecteur Local/Remote (Local/A distance)
et des boutons-poussoirs Open/Close (Ouvert/
Fermé) sont disponibles au niveau du panneau
de façade de l’unité IPOS. Lorsque le sélecteur
est sur la position Remote (A distance),
l’actionneur est contrôlé conformément au
signal de contrôle commandé de position
externe. Lorsque le sélecteur est en position
Local, le signal externe est ignoré et l’actionneur
est contrôlé en ouverture ou en fermeture via
les boutons-poussoirs Open/close: il est alors
possible de déplacer et de maintenir la vanne à la
position angulaire requise.
Signaux indiqués par diodes électroluminescentes (LED) disponibles sur la carte
Les diodes électroluminescentes (LED)
correspondant aux statuts ou défauts suivants
sont disponibles sur la carte de l’unité IPOS :
- présence de l’alimentation électrique,
opération d’ouverture
- opération de fermeture
- défaut du signal de commande de position
- défaut du signal de position de l’actionneur
- défaut de la vanne proportionnelle
- erreur de position excédant la valeur
présélectionnée durant une période plus
longue que la durée préréglée.
Action en cas de panne
Une des actions suivantes, entreprises par
l’unité IPOS s’il n’existe pas de valeur de
consigne, peut être choisie :
- mise en attente de l’actionneur
- l’actionneur atteint la position d’ouverture
- les actionneurs atteignent la position de
fermeture
Le réglage de l’action d’ouverture/fermeture
est effectué par BIFFI et stocké dans la
mémoire de configuration.
Sortie d’alarme
1 relais de sortie, avec contact libre de
potentiel, est disponible pour la signalisation à
distance d’un défaut (c’est à dire une coupure
électrique, un défaut de positionnement, un
défaut du signal de commande de position, un
défaut de signal de position de l’actionneur,
un défaut du signal de position de la vanne
proportionnelle, etc.).
Compatibilité EMC
L’unité IPOS a été conçue pour se conformer
aux normes CENELEC EN 50081-2, EN
50082-2 relatives à la compatibilité
électromagnétique d’environnements en
industrie lourde.
Isolation des entrées/sorties analogiques
et numériques
Toutes les entrées et sorties analogiques
et numériques orientées vers la salle de
contrôle sont fournies avec des séparateurs
galvaniques (optocoupleurs, relais, etc.).
Isolation de l’alimentation électrique
L’alimentation électrique provenant du circuit
principal est protégée par un filtre en ligne
et isolée par un transformateur ou par un
convertisseur DC/DC.
Réglage in-situ
Possibilité de réglage aisé des paramètres
P, I et D relatifs au régulateur de position
de l’actionneur et au contrôle de la vanne
proportionnelle, sur site.
Port série RS232 pour connexion d’un PC
Un port série RS232 est disponible pour la
connexion d’un PC. L’utilisation d’un PC
permet, d’une part de visualiser les variables
les plus importantes, les alarmes, et d’autre
part de configurer la mémoire EEPROM d’une
manière simple et précise.
Points test
Deux points test sont présents sur le panneau
de façade de l’unité IPOS. Ils génèrent un
signal dans une plage comprise entre 1 et
5 V correspondant au signal de contrôle de
commande de position et aux signaux de
position de l’actionneur.
Panneau local
Sur demande, un panneau local, de
construction étanche aux intempéries et
antidéflagrante, complété de boutons-poussoir
et de sélecteurs est disponible
Un affichage deux digits affiche la variable
sélectionnée (c’est à dire le signal d’entrée,
la demande de position, le temps intégral, le
gain proportionnel) alors qu’un autre affichage
trois digits affiche la valeur de la variable
sélectionnée. Cela permet un réglage aisé et la
détection des défauts.
Montage en armoire
L’unité IPOS consiste en une série de cartes
électroniques montées dans un rack 10”. Le
rack est habituellement fixé à l’intérieur d’une
petite armoire qui est soit intégrée ou soit
séparée de l’actionneur. L’armoire peut être
de construction étanche aux intempéries,
fabriquée en acier au carbone, en GRP ou
en acier inoxydable et/ou de construction
antidéflagrante, fabriquée en fonte ou
en aluminium. Les fusibles, un rupteur
magnétothermique, un filtre en ligne ainsi que
les contrôles et signaux locaux sont disposés à
l’intérieur de l’armoire.
Accessoires
Une carte d’extension permet à l’unité IPOS
de fonctionner avec la carte logique sortie du
rack. Cela est très utile lors des opérations de
maintenance spéciale.
Pièces détachées recommandées
Les cartes électroniques sont fabriquées à
partir de composants semi-conducteurs et
elles ne requièrent ainsi aucune procédure de
maintenance spéciale. Les pièces détachées
suivantes sont cependant recommandées
pour la mise en service et après deux ans de
fonctionnement :
- un jeu de cartes détachées pour 5 unités
IPOS
- un jeu de fusibles pour 5 unités IPOS
Fonction d’auto-diagnostic
Cette caractéristique vérifie le fonctionnement
correct de l’unité IPOS et transmet les
signaux d’alarme lorsque des mauvais
fonctionnements (ou défauts) sont détectés.
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