REVISION204 - Traitement2007-0
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243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Révision de 243-204-92 Objectifs généraux Compétences particulières Les interventions que pouvait poser l’élève à la fin du cours sont : 582805699 Tracer les plans et schémas, Raccorder les signaux entre les appareils, Calculer les signaux et les limites d’utilisation des appareils, Mesurer les caractéristiques d’un procédé simple, Régler les paramètres d’un régulateur PID selon un critère de qualité donné, Justifier les compromis entre vitesse de réponse, stabilité et performances visées, Diagnostiquer un problème simple, Mesurer un niveau ou une pression, vérifier le bon fonctionnement d’une installation, Énumérer les principaux éléments terminaux et interpréter les caractéristiques du manufacturier dans le cas des vannes pneumatiques, Vérifier le bon fonctionnement d’une vanne pneumatique. Alain Blanchard Page 1 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Tracer les plans et schémas. Schéma de principe Le schéma de principe est utile afin de comprendre le fonctionnement du procédé. Pour dessiner les schémas de principes (P&ID pipe and Instrument Diagram) nous allons utiliser la symbolisation ISA. Avec la norme ISA, chaque symbole est composé : D’une étiquette alphanumérique, D’un symbole graphique, De liens avec les autres symboles. LV 111 I P LY 111 LT 111 LIC 111 Schéma P&ID de la boucle de régulation de niveau 111 HV 111 582805699 P 110 Alain Blanchard Page 2 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Élément terminal LV 111 FONCTION MATHÉMATIQUE Ligne de procédé I P LY 111 Ligne de signal LT 111 Élément primaire LIC 111 Bulle d’identification Étiquette alphanumérique Régulateur ou élément calculateur Bulle d’identification deuxième lettre et plus, fonction de l’appareil Première lettre, variable régulée/mesurée 582805699 LIC 111 Alain Blanchard No d’identification de la boucle Page 3 sur 23 243-204-92 A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z 582805699 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Définition des lettres dans la bulle Première lettre Lettres suivantes Variable mesurée ou Lettre Fonction passive Lettre modificatrice commande modificatrice Fonction active Analyse Alarme Brûleur Choix de !'utilisateur Choix de l'utilisateur Choix de l'utilisateur Commande, Régulation Choix de l'utilisateur Différentiel Tension électrique Élément primaire Débit Rapport (fraction) Choix de l'utilisateur Observation directe Commande manuelle Haut Courant électrique Indicateur Puissance, Énergie Scrutation Temps, Chronométrage Temps, taux Poste de commande Niveau Lampe témoin Bas Choix de l'utilisateur Momentané Moyen, Intermédiaire Choix de l'utilisateur Choix de l'utilisateur Choix de l'utilisateur Choix de l'utilisateur Orifice, restriction Pression Point de test Quantité Totalisation Radioactivité Enregistrement Vitesse, Fréquence sécurité Commutateur Température Transmetteur Multivariables Multifonction Multifonction Vibration Vanne, Registre, Volet Gaine, puits de protection Poids, Force Non défini axe X Non défini Non défini État, événement axe Y Calculateur, Relais Élément terminal Position, dimension axe Z Alain Blanchard Page 4 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Emplacement des appareils Appareil dans l’usine appareil dans un panneau de commande Appareil dans la salle de Commande appareil sur un panneau de commande secondaire , généralement dans l’usine Système de commande réparti. information accessible information non accessible appareillage de relève information non accessible appareillage de relève Système ordiné information accessible fonction logique ou entre barrage installation au tableau principal installation locale installation au tableau local fonction logique ou entre barrage par un système ordiné fonction de conversion ou de calcul 582805699 Alain Blanchard Page 5 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Schéma de branchement Le schéma de branchement est utile afin de permettre la liaison des appareils entre eux. Sur un schéma de branchement, on retrouve les appareils, leurs localisations et les liens électriques entre eux. LT111/+/TB227/311/2/5 LT111/-/TB227/311/2/6 582805699 LT111/+/TB227/311/2/5 LT111/-/TB227/311/2/6 TB227/311/2/5/LIC111/5 TB227/311/2/5/LIC111/5 TB227/311/2/6/LIC111/6 TB227/311/2/6/LIC111/6 Alain Blanchard Page 6 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Branchement des entrées Avec un appareil qui n’a pas de source, comme le LT-01 (modulation de 4-20mA) dans le schéma ci-dessous, on branche le transmetteur en série avec la source 24Vcc du régulateur et l’entrée de ce dernier. Ici, le transmetteur se comporte comme une charge. LIC 01 + LT 01 + - 250, + - + LI 01 1 à 5 Vcc E=24Vc c + - I/P + - LY 01 Si le transmetteur possède son alimentation on le branche directement sur l’entrée du régulateur. Regarder le schéma ci-dessous. On peut voir que la sortie du LT-02 est une source de courant. LIC 02 L N LT 02 + - G LI 02 250, + + - + 1 à 5 Vcc E=24Vc c + - I/P LY 02 582805699 + - Alain Blanchard Page 7 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Calcul de signaux Dans la figure suivante, le LT-01 est un transmetteur de niveau Rosemont modèle 1151 et l’impédance de l’indicateur LI-01 est de 400 . Ce circuit fonctionnera-t-il correctement? LIC 01 LT 01 + + + 250, - 1 à 5 Vcc + LI 01 + E=24Vcc + - I/P LY 01 582805699 + + Alain Blanchard Page 8 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON 582805699 Alain Blanchard Page 9 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Caractéristique d’un procédé simple Procédé Objectif de la régulation Éléments d’une boucle de régulation Élément primaire (LT-111 ) Élément terminal (LV-111 ) Régulateur ( LIC-111 ) Mesure ( niveau ) Variable régulée ( niveau ) Charge ( ce qui passe dans HV-111 ) Boucle ouverte Boucle fermée Modèle de procédé Test échelon T, td,Gp Amortissement Période des oscillations Linéarité Symétrie Régulateur Action du régulateur Directe Inverse Tout ou rien Proportionnel Kp, Bp Erreur permanente Soutien Calcul de Kp Proportionnel et intégral Calcul de Ti Pourquoi le mode intégral? L’erreur permanente Effet du mode intégral. Enlève l’erreur permanente Ralentit la régulation Augmente l’instabilité PID Calcul du Td Pourquoi le mode dérivé ? Accélère la régulation Effet du mode dérivé Accélère la régulation Stabilise la boucle Reconnaître les modes présents dans le régulateur avec la courbe du procédé en boucle fermée. 582805699 Alain Blanchard Page 10 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Test échelon 1. Faire un test échelon, autour du point d’opération, avec le régulateur en manuel. Pour trouver les caractéristiques d’un procédé simple, il faut faire un petit changement sur la sortie du régulateur en boucle ouverte autour du point d’opération. Cela nous donne un test échelon. 2. Trouver sur le graphique Gp, td et aux. TEST ÉCHELON 86 sortie du régulateur 84 Gp=mesure/sortie du régulateur 82 80 mesure Fin de td à 2% du changement total de la mesure % 78 63% du changement total de la mesure 76 74 72 tau td 70 0.0002 0.0003 0.0003 0.0004 0.0004 TEMPS sec 3. Calculer les paramètres du régulateur et le programmer. Calcul pour avoir un amortissement de 4:1 P Kp = /(td*Gp) P+I Kp = 0,9 /(td*Gp) Ti = 3,33*td P+I+D Kp = 1,2 (td*Gp) Ti = 2*td Td = 0,5*td / 4 Faire les réglages, par itération, afin d’atteindre le critère de qualité. ( 10/1) 582805699 Alain Blanchard Page 11 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Fréquence naturelle 1 Avec le régulateur en mode proportionnel seulement et en boucle fermée, faire osciller la boucle ( en augmentant le gain Kp et en faisant de petits changements sans saturer ) 2 Prendre en note le gain dans le régulateur ( Kp0 ) ainsi que la période des oscillations ( t0 ). t0*4 3 Calculer les paramètres du régulateur et le programmer. Calcul pour avoir un amortissement de 4:1( à ne jamais programmer ) P Kp = 0,5*Kp0 P+I Kp = 0,45 Kp0 Ti = t0/1,2 P+I+D Kp =0,6*Kp0 Ti = t0/2 Td = t0/8 4 Faire les réglages afin d’atteindre le critère de qualité.(10/1) 582805699 Alain Blanchard Page 12 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Itération P en premier P*0.9 +I D P Approche pratique P 02 M FT 02 I/J FIC 02 FZ 02 PC M Si la mesure est une belle ligne droite, le contrôleur ne sert pas. PC M CO Ici on ne peut dire si la boucle est bien ‘’tuner’’. 582805699 Alain Blanchard Page 13 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Critère de performance Le seul moyen de savoir si une boucle est bien réglée est de l’essayer et de regarder le régime transitoire. Les réglages sont pour le régime transitoire. On se met en manuel, on fait un changement sur la sortie et on remet le régulateur en automatique. Commencez par de petits changements. Une boucle qui est mal ou bien réglé retourne toujours au ‘’PC’’ ( si il y a du I ). Le temps de stabilisation est de l’ordre de dix fois le temps de délai. Critère de performance de 10:1 à amortissement critique ( aucun dépassement ). L’intégral et la dérivé que nous utiliserons sont de l’ordre du temps de délai Si td = sec alors Ti = sec et Td = sec Si td = min alors Ti = min et Td = min La période des oscillations est de l’ordre de 3 à 5 fois le temps de délai. 10 td = temps de stabilisation 3 à 5 td 2 à 3,3 0,5 td = période des oscillations amorties Tosc. am = le temps d’intégration Ti = le temps de dérivé Td 2 à 4 td = période des oscillations naturelles Tosc. na. 0,05 à 0,1 td = constante de temps du filtre τf td/20 = période d'échantillonnage Téch τf Téch Td td Ti Tosc. na Tosc. am temps 582805699 Alain Blanchard Page 14 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON RÉGLAGE POUR UN RÉGULATEUR IDÉAL. PC erreur -+ Gp PRO. Kp=2 BP=50% Out=Kp*in Mesure PV Les signes de la mesure et de la consigne déterminent l'action du régulateur; puisque ici la mesure a un signe positif et la consigne un signe négatif, l'action est directe + INT. Ki=2 Ti=0,5s Out=Ki*_in + CO + MV + DÉR. Kd=1s Td=1s Out=Kd*pente_in À partir du modèle de premier ordre du procédé ( Gp, taux, td ) nous pouvons écrire les équations suivantes: MV = Erreur*Kp*(1+Ki+Kd) Calcul pour avoir un amortissement > 10:1 P Kp = /2(td*Gp) 582805699 P+I Kp = 0,9 /2(td*Gp) Ti = 3,33*td*2 P+I+D Kp = 1,2 /2(td*Gp) Ti = 2*td*2 Td = 0,5*td/2 Alain Blanchard Page 15 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON RÉGLAGES ÉQUIVALENT: IDÉAL À SÉRIE PC erreur PRO. Kp=2 BP=50% -+ ++ ++ PROCÉ. Gp CO MV Mesure PV DÉR. Kd=1s Td=1s INT. Ki=2 Ti=0,5s MV = Erreur*(Kp*(1+Ki)*(1+Kd)) Kp Kp 1 idéal Ti1Ti idéal Td 1Td idéal 1 14Td 1 Ti1) Kp SÉRIEKp1( 2 TiSÉRIE Td 0 Ti1 1 c. à d. Td 1 Ti1 4 1 Kp SÉRIE Kp1 Ti1 Td SÉRIE 582805699 avec 14 Kp1 Kp SÉRIETd 1 Alain Blanchard Page 16 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON IDÉAL À PARALLÈLE PC Gp erreur -+ Mesure PV PRO. Kp=2 BP=50% + INT. Ki=2 Ti=0,5s + CO + MV + DÉR. Kd=1s Td=1s MV = Erreur*(Kp+Ki+Kd) Kp Kp IDÉAL PARALLÈLE Ti IDÉAL Ti PARALLÈLE Kp IDÉAL Td 582805699 Kp IDÉALTd IDÉAL PARALLÈLE Alain Blanchard Page 17 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Idéal P seulement. Essais avec un régulateur Idéal PI seulement 582805699 Alain Blanchard Page 18 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Idéal PID. 582805699 Alain Blanchard Page 19 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Série P seulement. Essais avec un régulateur Série PI seulement. 582805699 Alain Blanchard Page 20 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Série PID. 582805699 Alain Blanchard Page 21 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Parallèle P seulement. Essais avec un régulateur Parallèle PI seulement. 582805699 Alain Blanchard Page 22 sur 23 243-204-92 RÉGULATION CEGEP LÉVIS-LAUZON Essais avec un régulateur Parallèle PID. 582805699 Alain Blanchard Page 23 sur 23
