Livre d‘exercices EduKit PA Module de projet Automatisation des process Avec CD-ROM Festo Didactic 563975 FR Utilisation conforme Cette installation et le livre d'exercices associé sont exclusivement destinés à la formation initiale et continue dans le domaine de l’automatisation des process et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans les manuels qui l'accompagnent. Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une négligence grossière de Festo Didactic. Référence : Version : Auteurs : Rédaction : Graphisme : Mise en page : 563975 04/2009 Bernhard Schellmann, Hans Kaufmann Jürgen Helmich, Klaus Kronberger Doris Schwarzenberger 07/2009 © Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2013 Internet : www.festo-didactic.com E-mail : [email protected] © Adiro Automatisierungstechnik GmbH, 73734 Esslingen, 2013 Internet : www.adiro.com E-mail : [email protected] L'acheteur obtient un droit d'utilisation simple, non exclusif, non limité dans le temps et restreint géographiquement au site /siège de l'acheteur comme suit. L'acheteur est autorisé à utiliser les contenus de l'ouvrage pour la formation continue du personnel du site et à utiliser aussi des éléments du contenu pour la réalisation de son propre matériel de formation continue du personnel de son site, à condition d'en mentionner la source, et à les dupliquer pour la formation continue sur le site. Pour les écoles/universités et centres de formation, ce droit d'utilisation englobe l'utilisation durant les cours par les élèves, stagiaires et étudiants du site. En est exlcu dans tous les cas le droit de publication ainsi que de chargement et d'utilisation sur intranet ou Internet ou sur plateformes LMS et bases de données telles que Moodle qui permettent à un grand nombre d'utilisateurs d'y accéder en dehors du site de l'acheteur. Tous les autres droits de transmission, de reproduction, de duplication, d'édition, de traduction, de microfilmage ainsi que le transfert, le stockage et le traitement intégral ou partiel sur des systèmes électroniques présupposent l'accord préalable de Festo Didactic GmbH & Co. KG. Table des matières Introduction ______________________________________________________________________________5 Contenus de formation _______________________________________________________________5 Objectifs pédagogiques ______________________________________________________________6 Référence au programme et au métier en Allemagne _______________________________________6 Engagement de l’exploitant _________________________________________________________ 11 Engagement des étudiants__________________________________________________________ 11 Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production ___________________________ 11 Garantie et responsabilité __________________________________________________________ 11 Utilisation conforme _______________________________________________________________ 12 Consignes de sécurité _____________________________________________________________ 12 Transport ________________________________________________________________________ 14 Déballage _______________________________________________________________________ 14 Fourniture _______________________________________________________________________ 14 Contrôle visuel ___________________________________________________________________ 14 Maintenance _____________________________________________________________________ 15 Mises à jour ______________________________________________________________________ 15 Section A – Ingénierie 1. 2. 3. 4. 5. 6. Description du process _____________________________________________________________ A-3 Planification _____________________________________________________________________ A-9 Installation _____________________________________________________________________ A-43 Mise en service __________________________________________________________________ A-47 Marketing et vente _______________________________________________________________ A-51 Contrôle des connaissances en ingénierie ____________________________________________ A-55 Section B – Situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation manuelles » 1. 2. 3. 4. Mesure manuelle _________________________________________________________________ B-3 Commande manuelle _____________________________________________________________ B-13 Régulation manuelle______________________________________________________________ B-37 Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation manuelles » __________________________________________________________ B-47 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 3 Table des matières Section C – Situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation automatisées » 1. 2. 3. 4. 5. Initiation ________________________________________________________________________ C-3 Mesure automatisée ______________________________________________________________ C-13 Commande automatisée __________________________________________________________ C-25 Régulation automatisée ___________________________________________________________ C-41 Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » _____________ C-59 Section D1 – Ingénierie avec corrigés 1. 2. 3. 4. 5. 6. Description du process ____________________________________________________________ D1-3 Planification ____________________________________________________________________ D1-9 Installation ____________________________________________________________________D1-43 Mise en service _________________________________________________________________D1-47 Marketing et vente ______________________________________________________________D1-51 Contrôle des connaissances en ingénierie ___________________________________________D1-55 Section D2 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation manuelles » avec corrigés 1. 2. 3. 4. Mesure manuelle ________________________________________________________________ D2-3 Commande manuelle ____________________________________________________________D2-13 Régulation manuelle_____________________________________________________________D2-37 Contrôle des connaissances sur la situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation manuelles » _________________________________________________________D2-47 Section D3 – Situation d'apprentissage « Mesure, commande et régulation automatisées » avec corrigés 1. 2. 3. 4. 5. 4 Initiation _______________________________________________________________________ D3-3 Mesure automatisée _____________________________________________________________D3-13 Commande automatisée _________________________________________________________D3-25 Régulation automatisée __________________________________________________________D3-41 Contrôle des connaissances « Mesure, commande et régulation automatisées » ____________D3-59 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Le système de formation « Automatisation de process et Technique » de Festo Didactic part de différents niveaux d’accès à la formation et objectifs professionnels. Les installations et stations du « Système Modulaire de Production – Automatisation de Process » (MPS® PA) permettent une formation initiale et continue axée sur les réalités de l’entreprise. Le matériel est constitué de composants industriels adaptés à une approche didactique. L'ensemble modulaire de projet « Automatisation des process » vous fournit un système adapté à la dispense des qualifications clés en compétences sociales, compétences techniques et compétences méthodologiques. dans une optique axée sur la pratique. Il permet en outre de développer l’aptitude au travail en équipe et à la coopération ainsi que le sens de l’organisation. La formation sous forme de projets permet d’aborder les phases réelles d’un projet. Citons notamment les phases de : Préparation Montage Câblage Mise en service Utilisation Commande Régulation Maintenance Dépannage Contenus de formation Les contenus de formation susceptibles d’être abordés relèvent des domaines suivants : Mécanique – Architecture mécanique d'une installation Technique des process – Lecture et création de schémas et documentations – Tuyautage de composants de process – Analyse de systèmes Électricité – Dessin de schémas électriques – Câblage de composants électriques dans les règles de l'art Capteurs – Utilisation de capteurs dans les règles de l’art – Mesure de grandeurs non électriques de process et de régulation Mise en service Mise en service d’une installation de process Mise en service d’une boucle de régulation © Festo Didactic GmbH & Co. KG 5 Introduction Commande – Pilotage d'actionneurs – Circuits à relais Régulation – Initiation à la régulation – Conversion de chaînes de mesure en boucles de régulation fermées – Analyse de boucles de régulation – Utilisation de régulateurs Dépannage – Dépannage systématique d’une installation de process – Vérification, maintenance et réparation d’installations de process Objectifs pédagogiques Connaître la structure et le mode de fonctionnement de l'installation de contrôle de niveau. Savoir lire et compléter des schémas synoptiques. Savoir lire et compléter des schémas électriques simples. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’un manomètre. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d’une pompe. Connaître la structure et le mode de fonctionnement d'un capteur de débit. Savoir relever et analyser des caractéristiques. Connaître les termes de commande et régulation. Connaître les principes d'une régulation discontinue (tout ou rien) et d'une régulation continue. Connaître les étapes essentielles de l'ingénierie, de la planification à l'exploitation. Référence au programme et au métier en Allemagne Types d'établissements Conception, études, montage, marketing Mise en service d'une UP 2 UP 2 Collège d'enseignement secondaire, 9e année UP 2, 4 Collège d'enseignement UP 1 Collège d'enseignement Commande Régulation UP 2, 4 UP 2, 4 UP 4 UP 1 UP 2 UP 2 installation de production général, collège d'enseignement secondaire technique, 10e année secondaire, 10e année UP = Unité de Programme 6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Métiers par domaines d'apprentissage Conception, études, montage, marketing Mise en service Commande Régulation Mécanicien des installations DA 7 DA 8, 9 DA 10, 11 DA 10, 11 Mécanicien des installations DA 5, 6 DA 7 DA 10 DA 10 DA 12 DA 12 DA 4, 5 DA 8 DA 5, 8 Électronicien DA 6 DA 3 DA 7 Électronicien en automatisation DA 10 DA 10 DA 6, 7 DA 10 Agent technique d'alimentation DA 4, 13 en eau DA 4 DA 4, 14 DA 4, 14 Mécanicien de précision DA 8, 16a DA 8, 16a Mécanicien industriel DA 6 DA 13 DA 4, 7 DA 7 Préparateur de l'industrie pharmaceutique DA 7 DA 7 Mécanicien en verrerie DA 9 DA 13 d'une installation de production sanitaires, du chauffage et de la climatisation Laborantin en chimie Préparateur en chimie Mécatronicien DA 4 DA 10 DA 9 DA = Domaine d'Apprentissage Didacticiel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process, y compris contrôle des connaissances © Festo Didactic GmbH & Co. KG 7 Introduction Structogramme du matériel EduKit PA Ensemble modulaire de projet Automatisation des process 8 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Exemple d’aménagement © Festo Didactic GmbH & Co. KG 9 Introduction Positionnement dans la gamme de produits Remarques importantes La condition de base à l’utilisation en toute sécurité et au parfait fonctionnement de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA est de bien connaître les consignes élémentaires et prescriptions de sécurité. Le présent manuel contient les indications les plus importantes pour utiliser l'ensemble modulaire de projet EduKit PA en toute sécurité. Les consignes de sécurité, notamment, doivent être respectées par tous ceux qui travaillent sur l'EduKit PA. Il conviendra en outre de respecter les règles et prescriptions de prévention des accidents en vigueur sur le site considéré. 10 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Engagement de l’exploitant L’exploitant s’engage à ne laisser travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA que des personnes : au fait des prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents et ayant été initiées à la manipulation de l'EduKit PA, ayant lu et compris le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel. Dans le cas où l'EduKit PA n'est pas surveillé personnellement par l'exploitant, ce dernier désignera une personne ad hoc dont l'aptitude technique lui permette d'apprécier à la fois la fonction et les dangers émanant de la station à son égard et à celui de l'étudiant qui y travaille. Le respect de la sécurité par le personnel sera vérifié à intervalles réguliers. Engagement des étudiants Toutes les personnes chargées de travailler sur l'ensemble modulaire de projet EduKit PA s’engagent, avant de commencer, à : lire le chapitre sécurité et les avertissements du présent manuel, respecter les prescriptions fondamentales de sécurité et de prévention des accidents, se familiariser avec les dangers spécifiques à l'air comprimé, sans lequel un ensemble modulaire de projet ne pourrait fonctionner, et prendre les mesures adéquates de protection, en cas de travaux de nettoyage et travaux de révision décidés par le surveillant, isoler en toute sécurité la station du secteur. Dangers liés à l’utilisation du système modulaire de production L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est construit conformément à l’état de l’art et aux règles techniques reconnues en matière de sécurité. Son utilisation peut néanmoins mettre en danger la vie et la santé de l’utilisateur ou de tiers ainsi qu’affecter l’intégrité de la machine ou d’autres biens. L'ensemble modulaire de projet EduKit PA ne doit s’utiliser que : pour l’usage auquel il est destiné et en parfait état sur le plan de la sécurité. Les défauts susceptibles d’affecter la sécurité doivent être immédiatement éliminés ! Garantie et responsabilité Nos « Conditions générales de vente et de livraison » sont systématiquement applicables. Elles sont à la disposition de l’exploitant au plus tard à la signature du contrat. Les recours en garantie légale et responsabilité civile pour dommages corporels et matériels sont exclus si ces derniers sont dus à l’une ou plusieurs des causes suivantes : © Festo Didactic GmbH & Co. KG 11 Introduction Utilisation non conforme de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA Montage, mise en service, commande et maintenance de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA dans des conditions inappropriées Exploitation de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA en présence d’équipements de sécurité défectueux ou de dispositifs de sécurité et de protection mal montés ou non opérationnels Non-respect des consignes données dans le manuel en matière de transport, stockage, montage, mise en service, exploitation, maintenance et équipement de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA Mauvaise surveillance d’éléments de l’installation sujets à une usure Réparations non conformes aux règles de l’art Catastrophes dues à l’action de corps étrangers et force majeure. Festo Didactic décline par conséquent toute responsabilité quant aux dommages causés aux étudiants, à l'établissement de formation et/ou à des tiers du fait de l'utilisation de la station en dehors du contexte d'une pure formation, à moins que ces dommages ne soient imputables à une faute intentionnelle ou à une négligence grossière de Festo Didactic. Utilisation conforme Cette station est exclusivement destinée à la formation initiale et continue dans le domaine de l’automatisation et de la technique. Il incombe à l’établissement de formation et/ou aux formateurs de faire respecter par les étudiants les consignes de sécurité décrites dans les manuels qui l'accompagnent. L’utilisation conforme implique également : le respect de toutes les consignes données dans le manuel et la mise en œuvre des travaux de contrôle et de maintenance. Consignes de sécurité Généralités Les étudiants ne doivent travailler sur la station que sous la surveillance d’une formatrice ou d’un formateur. Respectez les indications données dans les fiches techniques des différents composants, en particulier toutes les consignes de sécurité ! Les enseignants et formateurs doivent pouvoir, de par leur formation et leurs connaissances (par exemple dans leur spécialité et dans les prescriptions et normes) ainsi que de par leur expérience, apprécier les dangers éventuels émanant de l'énergie électrique dans le cadre des travaux pratiques qu'ils dirigent ou font exécuter. 12 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Électricité N’établissez et ne coupez les connexions électriques qu’en l’absence de tension ! N’utilisez que des très basses tensions (TBT) de 24 V CC maximum. Dans le cas du raccordement de certains composants électriques, capteurs notamment, veillez à la bonne polarité. Une inversion de polarité ou un court-circuit peut détruire ces composants. Les composants électriques sont précâblés d'origine et montés sur un rail en vue de leur fixation directe au profilé rectangulaire. En option, ils peuvent aussi être livrés non câblés en kit. Dans les deux cas, les travaux de câblage ne doivent être exécutés que par un spécialiste. Ne versez pas d'eau sur les composants électriques. Au cas où de l'eau se déverserait par mégarde sur des composants électriques, coupez immédiatement l'alimentation en tension. L'ensemble de l'installation doit dans ce cas être contrôlée par l'enseignant ou le formateur en vue de déterminer les dommages éventuels. Évitez de surcharger les sorties numériques (TOR) par des courants d'intensité trop élevée. Avant de raccorder un actionneur, déterminez par conséquent l'intensité maximale qu'il consomme. Pneumatique Pour la commande pneumatique du robinet à boisseau sphérique à 2 voies par vérin oscillant, réglez la pression système entre 3 et 6 bar. Ne dépassez pas la pression maximale admissible de 800 kPa (8 bar). N’appliquez l’air comprimé qu’après avoir branché et protégé tous les tuyaux. Ne débranchez pas de tuyaux sous pression. Mécanique Montez tous les composants sur la plaque profilée. Veillez à ce que le tuyautage et les branchements soient soigneusement exécutés. Technique des process Remplissez toujours la cuve inférieure en l’absence de tension ! Coupez la tension d'alimentation 24 V CC et débrancher le bloc d'alimentation du secteur (230 V CA). Utilisez de l’eau du robinet ayant la qualité d’eau potable (recommandé) afin d’assurer une plus longue autonomie à l'installation entre deux maintenances. La température maximale de service de la cuve ne doit pas dépasser +65 °C . La pression maximale de service du liquide dans les tuyauteries ne doit pas dépasser 0,5 bar. La pompe ne doit pas tourner à sec. La pompe ne doit pas s’utiliser pour de l’eau de mer, des liquides chargés ni des fluides visqueux. Videz l'installation en ouvrant le robinet de purge une fois que vous avez terminé les travaux pratiques ou avant d'apporter des modifications aux tuyauteries. Vérifiez que le liquide n'est pas encrassé et, s'il l'est, changez-le au moins une fois par semaine. Nettoyez la station en fonction des besoins, mais au moins une fois par semaine. Aucun produit de nettoyage agressif ou abrasif ne doit être utilisé. Une immobilisation prolongée de la station conduit à un vieillissement du liquide. Videz systématiquement les cuves et les tuyauteries avant toute immobilisation prolongée de l'installation. Aucun liquide ne doit rester trop longtemps dans l'installation, car il peut sinon y apparaître des bactéries, comme, par exemple, les « légionelles ». © Festo Didactic GmbH & Co. KG 13 Introduction Caractéristiques techniques de l'installation Pression de service maximale dans les tuyauteries 50 kPa (0,5 bar) Alimentation en tension de la station 24 V CC / 4,5 A Plaque profilée 350 x 200 mm Hauteur de la station : Avec une cuve Avec deux cuves 670 mm 1090 mm Cotes intérieures du Systainer H 490 x L 360 x P 272 mm Débit des pompes 0…6 l/min Cuve d’eau propre 3 l maximum Système de tuyauteries flexibles DN15 ( 15 mm) Transport L'ensemble modulaire de projet EduKit PA est livré en Systainer. Les dommages subis lors du transport doivent être immédiatement signalés au transporteur et à Festo Didactic. Déballage Lors du déballage de l'ensemble modulaire de projet, retirez avec précaution le matériau de calage du Systainer. Lors du déballage, veillez à ne pas endommager les superstructures. Une fois la station déballée, vérifiez qu'elle n'a pas été endommagée. Les endommagements doivent être immédiatement signalés au transporteur et à Festo Didactic. Fourniture Vérifiez la conformité de la fourniture au bon de livraison et à la commande. Les non-conformités éventuelles doivent être immédiatement signalées à Festo Didactic. Contrôle visuel Le contrôle visuel doit être effectué avant chaque mise en service ! Vérifiez avant le démarrage de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA : les raccordements électriques et le câblage, la bonne fixation, l’étanchéité et l’état des tuyauteries et raccords ainsi que des composants pneumatiques et de leurs tuyaux de raccordement, l’absence de défauts visibles sur les composants mécaniques et pneumatiques (fissures, liaisons mal serrées, etc.). Éliminez les défauts constatés avant le démarrage de la station ! Toutes les prescriptions et consignes doivent être respectées pour assurer le bon fonctionnement de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA. 14 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Introduction Maintenance L'ensemble modulaire de projet EduKit PA n'exige pratiquement aucune maintenance. Il convient toutefois, à intervalles réguliers, de : nettoyer l'ensemble à l'aide d'un chiffon doux non pelucheux et vérifier la mobilité des composants, vérifier que le liquide n'est pas encrassé ! Une immobilisation prolongée de la station peut conduire à un vieillissement du liquide. vider impérativement et complètement l'installation en cas d’inutilisation prolongée. Mises à jour La documentation technique de l'ensemble modulaire de projet EduKit PA fait l’objet d’informations d’actualité et de compléments que vous trouverez sur Internet à l’adresse : www.festodidactic.de/Service/MPS © Festo Didactic GmbH & Co. KG 15 Introduction 16 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 3. Installation 3.1 Sécurité Information Une instruction de travail règle de manière détaillée comment doivent s'effectuer certains travaux. Les instructions de travail sont liées à un process, à un produit ou à un poste de travail donné. Elles sont à la base d'un bon accomplissement des tâches par les employés concernés. Avant de mettre en circulation et en application des instructions spéciales de travail, il faut que soit assurée une première initiation ou instruction fondamentale à la sécurité au poste de travail et à la manière de la garantir. Notez les consignes de sécurité données dans l'introduction ! Instruction à la sécurité M./Mme Service Activité A fait l'objet d'une instruction à la sécurité aux termes de la réglementation en vigueur. Thème de l'instruction Date Personne instruite (signature) Supérieur hiérarchique (signature) 1. Instruction générale à l'installation de contrôle de niveau 2. Instruction à la manipulation de liquides 3. Instruction aux composants électriques 4. Les mises en service électriques sont du seul ressort de spécialistes instruits. 5. Instruction générale à utilisation de l'atelier entrées/sorties de produits travaux sur PC utilisation de l'Internet/e-mail installation téléphonique Les prescriptions applicables de prévention des accidents sont celles des caisses d'assurance-accidents du travail du secteur de la mécanique de précision et des industries électriques. © Festo Didactic GmbH & Co. KG A-43 3. Installation 3.2 Prémontage mécanique Information Les sous-ensembles seront à présent assemblés sur la base des spécifications du plan de montage. Exercices – – Procédez d'abord au prémontage mécanique des sous-ensembles de l'installation de contrôle de niveau. Complétez le plan de montage que vous avez déjà établi au chapitre « Planification » en regroupant les opérations de montage en sous-ensembles. Utilisez les dessins techniques des sous-ensembles comme modèle de montage. Vous trouverez les dessins techniques des différents sous-ensembles sur le CD-ROM. Consignez par écrit les durées de montage dans le plan de montage déjà établi et modifiez le cas échéant votre plan de montage si vous effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de meilleures solutions. 3.3 Précâblage électrique Information Les sous-ensembles seront prémontés conformément au plan de montage électrique du montage de base. Exercice – A-44 Les composants électriques seront d'abord précâblés. Procédez d'après le plan de montage que vous avez déjà établi. Inspirez-vous du schéma électrique pour le câblage. Fixez ensuite les composants électriques sur le rail. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 3. Installation – Consignez par écrit les durées de montage et modifiez le cas échéant votre plan de montage si vous effectuez d'autres opérations de montage ou si vous trouvez de meilleures solutions. Consignez par écrit les modifications dans le plan de montage. 3.4 Montage final et identification des composants Information Il s'agit maintenant, dans la dernière étape, de regrouper tous les composants mécaniques et électriques. Exercice – – Procédez maintenant au montage final en vissant tous les sous-ensembles mécaniques et électriques sur la plaque profilée et aux profilés rectangulaires et en reliant les bornes et les composants électriques. (Voir dessin sur le CD-ROM) Complétez les listes de composants par leur identification, comme indiqué dans le schéma TI et le schéma électrique. Inscrivez l'identification des composants sur des étiquettes et collez-les sur les composants de l'installation. © Festo Didactic GmbH & Co. KG A-45 3. Installation Repère Symbole graphique Signification du symbole graphique Identification Point de mesure de pression avec indication (composant : manomètre) PI103 Cuve, réservoir (2) B101, B102 Signification du symbole graphique Identification P101 1 2 FI 101 3 4 7 Liste des composants selon le schéma TI Repère Symbole graphique 10 Voyant « Start » 11 S1 S1 12 Bouton-poussoir « Start » 13 S2 S3 S3 14 Relais Liste des composants selon le schéma électrique A-46 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 1. Mesure manuelle 1.1 Projet : transvasage de bains 1.1.1 Description de l'exercice Information Des opérations typiques de transvasage se rencontrent chaque fois qu'il faut filtrer des bains de liquides. Citons comme exemples les piscines dans le domaine des loisirs ou, en technique, les bains d'acide d'une installation de galvanisation Au fur et à mesure que le filtre se colmate, la résistance à l'écoulement augmente en amont du filtre. À partir d'une certaine pression, le filtre doit être nettoyé ou remplacé. La relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et pression dans le liquide sera déterminée dans un TP. Exercice – Transformation selon schéma TI : transformez le montage de base à deux cuves de manière à pouvoir effectuer les TP de mesure manuelle avec une seule cuve. Dans le TP, le robinet V103 représentera le filtre. Son ouverture et sa fermeture simuleront la perméabilité du filtre. V103 V102 FI 101 B101 PI 103 P101 V105 M © Festo Didactic GmbH & Co. KG B-3 1. Mesure manuelle 1.1.2 Préparation, contrôle Opération réalisée Transformez le tuyautage comme indiqué sur la photo. Enlevez le tuyautage menant à la cuve supérieure et montez un bouchon d'obturation sur les raccords en T. Fermez le robinet V105. Vérifiez que tous les tuyaux sont bien branchés. Vérifiez les tuyaux menant à la pompe. Veillez à ce que le manomètre soit disposé juste en aval de la pompe ! Remplissez la cuve B101 de 3 l d’eau. Branchez l'installation au bloc d'alimentation (24 V CC ). Réalisation du TP : Robinets V103 et V102 totalement ouverts, V105 totalement fermé. Amenez l'interrupteur sur « MARCHE » ; la pompe se met à pomper de l'eau. Le robinet V103 sera fermé pas à pas au cours du TP. À l'issue du TP, débranchez le cordon d'alimentation du secteur et les câbles de sécurité de 4 mm du bloc d'alimentation. À l'issue du TP, la cuve doit être vidée par l'intermédiaire du robinet V105. B-4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 1. Mesure manuelle 1.1.3 TP : mesure mécanique de pression Remplissez la cuve et mettez ensuite la pompe en marche. Le robinet V103 est d'abord fermé et sera pas à pas ouvert. Dans le TP, le robinet V103 représente le filtre. Son ouverture et sa fermeture simulent la perméabilité du filtre. – Lisez la pression de la pompe sur le manomètre. – Observez le débit sur le regard du débitmètre. Résistance (ouverture du robinet) et pression Ouverture en % du robinet V 103 pe [bar] ouvert 0,18 80% 0,32 60% 0,3 40% 0,26 20% 0,22 fermé 0,32 © Festo Didactic GmbH & Co. KG Q [l/min] B-5 1. Mesure manuelle 1.1.4 Dépouillement et conclusions Exercice – Reportez sur le diagramme la pression mesurée dans la tuyauterie en fonction de la position du robinet : – Comment évoluent la pression et le débit dans une tuyauterie quand on augmente continuellement la résistance à l'écoulement dans la tuyauterie ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Pourquoi la pression ne continue-t-elle plus d'augmenter quand le robinet est fermé ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Expliquez le principe de fonctionnement de la pompe centrifuge. _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ B-6 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 1. Mesure manuelle – Pourquoi ne doit-il pas y avoir d'air dans la pompe ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Quels sont les types de pompes utilisés en technique des process ? Cherchez chez différents constructeurs. Récapitulez les caractéristiques et le domaine d'utilisation typiques dans un tableau. Type de pompe © Festo Didactic GmbH & Co. KG Caractéristiques, domaine d'utilisation : B-7 1. Mesure manuelle Type de pompe B-8 Caractéristiques, domaine d'utilisation : © Festo Didactic GmbH & Co. KG 1. Mesure manuelle 1.2 Projet : installation de mélange 1.2.1 Description de l'exercice Information Les opérations de mélange nécessitent généralement l'apport de composants en quantités constantes. On trouve, par exemple, de telles installations de mélange dans la fabrication du béton. Dans un malaxeur à béton, la fabrication d'un mélange de béton donné exige l'apport d'une quantité d'eau adéquate. Cette quantité est dosée en fonction du temps. La condition est que le débit soit constant, par exemple de 60 l/h. La relation entre résistance (ouverture d'un robinet), quantité d'eau pompée et temps nécessaire sera déterminée dans un TP. Réalisez le TP avec le montage expérimental existant à une cuve. © Festo Didactic GmbH & Co. KG B-9 1. Mesure manuelle 1.2.2 TP : mesure de débit Il s'agit d'étudier la relation entre résistance (ouverture d'un robinet) et débit ainsi que quantité d'eau pompée en un temps donné. Nous nous pencherons à cet égard sur la question du temps nécessaire pour obtenir, pour différentes ouvertures du robinet V103, une quantité d'eau de 2 l dans la cuve supérieure. Exercice – – – – – Lisez le débit sur le regard du débitmètre. Réglez le débit à la valeur exigée. Remplissez la cuve supérieure. Chronométrez le temps nécessaire à la montée du niveau d'eau entre les repères 0,5 l et 2,5 l. Reportez le temps mesuré dans le tableau. Q [l/min] Temps [s] 400 300 200 100 60 40 Débit par unité de temps B-10 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 1. Mesure manuelle 1.2.3 Dépouillement et conclusions Exercice – Reportez les temps mesuré et le débit réglé dans le diagramme. – Décrivez en phrases courtes ce que vous avez observé durant le TP. _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Combien de temps faut-il pour pomper 150 l si le débit est réglé à 90 l/h ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG B-11 1. Mesure manuelle – Un volume de 2 l dans la cuve s'obtient en 0,033 h. Calculez à l'aide du temps mesuré le débit pour un réglage quelconque du robinet V101. Vérifiez le débit que vous avez réglé à partir du résultat de votre calcul. _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ B-12 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 4. Régulation automatisée 4.2 Projet : régulation de niveau par régulateur continu 4.2.1 Description de l'exercice Quand un boucle de régulation ne doit pas présenter d'écart de consigne, il faut utiliser des régulateurs continus. L'une des caractéristiques d'un régulateur continu est, par exemple, d'avoir une grandeur réglante analogique quand le capteur a délivré un signal analogique. La grandeur réglante se calcule, selon la fonction de régulation, par différentes formules mathématiques. Schéma de principe d'une boucle de régulation à régulateur continu La boucle de régulation utilise, par exemple, un système de contrôle de niveau à évacuation ouverte (comportement PT1>). w (0...1) Valeur de consigne Régulateur Fonction de régulation Y = ... Process Grandeur réglante y (0...1) Amplificateur Système réglé Capteur Valeur réelle x (0...1) Les fonctions de régulation utilisées pourraient être, par exemple, les suivantes : Régulateur Régulateur P Symbole graphique Fonction y = kp • e kp = gain réglable e = signal d'erreur w - x Régulateur I y = esum • TA/Ti Constante de temps d'intégration (Ti) réglable esum = somme des signaux d'erreur e Addition du signal d'erreur e à chaque cycle. Régulateur PI Y = kp • ( e + esum • TA/Tn) kp et constante de temps d'intégration (Tn) réglables TA = période d'échantillonnage, temps de cycle du programme Régulateur PID Y = kp • (e+ esum • TA/Tn+ (e-e_alt) • Tv/TA) Constante de temps de dérivation (Tv) réglable e_alt = signal d'erreur du cycle précédent Nota La pompe doit être commandée en analogique pour la régulation continue. La tension de commande issue de l'EasyPort est de 0...10 V aux bornes du régulateur du moteur. Pour ce faire, le relais inverseur K1 doit être commuté sur A2 = 1. © Festo Didactic GmbH & Co. KG C-49 4. Régulation automatisée 4.2.2 TP : régulation de niveau par régulateur continu Dans le TP qui suit, le niveau sera régulé par un régulateur continu. Dans l'exemple du chapitre « Régulation manuelle de niveaux », le niveau était maintenu constant par variation de la tension du bloc d'alimentation. La grandeur réglante sera à présent délivrée par le logiciel. Le TP sera réalisé avec quatre régulateurs différents. Pour tester le comportement de la boucle de régulation, différents réglages doivent être opérés. Pour pouvoir tirer des conclusions, il est judicieux de ne toujours modifier qu'un seul paramètre et de faire alors le TP. Les réglages sont indiqués à titre de propositions dans le tableau suivant. – – – – Lancez le logiciel et ouvrez le menu « Régulation continue ». Vérifiez le paramétrage du logiciel : mettre le relais inverseur A2 à 1 et spécifier la valeur de consigne. Réalisez les TP avec les régulateurs P, I et PI. Reportez vos observations dans le tableau. Selon la version du logiciel, les valeurs de consigne peuvent aussi se saisir dans une sous-fenêtre. C-50 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 4. Régulation automatisée 4.2.3 TP : régulation de niveau par régulateur P Nota Avant chaque démarrage, vider la cuve B102 ! – – Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP. Documentez vos observations. Paramètres N° Gain kp Observations Valeur de Valeur de consigne w physique consigne w (normée) Grandeur 1 1l 0,3 0,5 Ouvert de 10 % 2 1l 0,3 2 Ouvert de 10 % 3 1l 0,3 10 Ouvert de 10 % 4 1l 0,3 5 Ouvert de 0 % 5 1l 0,3 5 Ouvert de 20 % 6 2l 0,2 5 Ouvert de 100 % perturbatrice : robinet manuel V103 Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur P © Festo Didactic GmbH & Co. KG C-51 4. Régulation automatisée Exercice – Quelles sont les caractéristiques que vous constatez dans la boucle de régulation (système PT1 réglé par régulateur R) ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 4.2.4 TP : régulation de niveau par régulateur I Nota Avant chaque démarrage, vider la cuve B102. Paramétrage du logiciel La grandeur réglante du régulateur I se calcule comme suit : Y = somme des signaux d'erreur (e:sum) x période d'échantillonnage (TA)/constante de temps d'intégration (Ti) Cette formule montre que Y varie rapidement quand Ti est faible, et lentement quand Ti est grande. Il faut faire en sorte que Ti ne s''annulle pas, car Y serait sinon indéfini. Commutation du logiciel sur « Régulateur I » La valeur de consigne physique dépend de la capacité de la cuve et du fait que l'on travaille en litres ou mm de niveau. C-52 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 4. Régulation automatisée – – Réglez successivement les valeurs ci-dessous et réalisez le TP. Documentez vos observations. Paramètres N° Observations Valeur de Valeur de Constante de Grandeur consigne w physique consigne w (normée) temps perturbatrice : d'intégration Ti robinet manuel V103 1 – 0,3 1 Ouvert de 10 % 2 – 0,3 0,5 Ouvert de 10 % 3 – 0,3 0,1 Ouvert de 10 % Nota Il est possible que, dans une installation réelle, il y ait non pas régulation, mais oscillation permanente (pompage). Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur I © Festo Didactic GmbH & Co. KG C-53 4. Régulation automatisée Exercice – Quel est l'effet de la constante de temps d'intégration ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ 4.2.5 TP : régulation de niveau par régulateur PI (actions P et I en parallèle) Pour mettre à profit les caractéristiques positives du régulateur P et du régulateur I, nous allons les combiner. Il y a pour ce faire deux possibilités : kp = 1 kp Dans la combinaison de gauche, les régulateurs sont montés en parallèle, dans la combinaison de droite, en série. Dans la pratique industrielle, la combinaison utilisée est celle de droite, figurant dans la norme DIN 19226. Nota Avant chaque démarrage, vider la cuve B102. – – C-54 Réglez successivement les valeurs ci-dessous pour le régulateur PI (DIN) et réalisez le TP. Documentez vos observations. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 4. Régulation automatisée Paramètres N° Valeur de Gain kp consigne w (normée) Observations Constante de Grandeur pertur- temps d'intégration Tn batrice : robinet manuel V103 1 0,5 l 00,5 1s Ouvert de 10 % 2 0,5 l 1 1s Ouvert de 10 % 3 0,5 l 3 1s Ouvert de 10 % 4 0,5 l 3 0,1 s Ouvert de 10 % Exemple de corrigé pour régulation de niveau par régulateur PI Exercice – Quelle est la conclusion que l'on peut tirer quant à la constante de temps d'intégration Tn ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ – Quelle conclusion peut-on tirer en ce qui concerne le signal d'erreur ? _________________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG C-55