Acquisition et pilotage d un réseau de régulation et de distribution d eau potable sur un système pédagogique

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Bernadette Clément
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1 Acquisition et pilotage d un réseau de régulation et de distribution d eau potable sur un système pédagogique "Les cartes NI USB-6008 étant simples d utilisation, elles permettent aux professeurs comme aux étudiants d utiliser LabVIEW facilement afin d ajouter de nouvelles fonctionnalités aux programmes fournis avec le système." - Benjamin AUCREMANNE, ERM Automatismes Industriels ( ) L'objectif : Développer un coffret de pilotage et d acquisition permettant de réaliser des activités pédagogiques pour un banc didactique de régulation et de distribution d eau potable instrumenté (mesures, régulations TOR ou PID, optimisation, économies d énergie). La solution : Utiliser deux cartes NI USB-6008 avec les logiciels LabVIEW et le Toolkit PID Control afin de commander les actionneurs du système (pompes, électrovanne) en fonction des mesures, de réaliser un enregistreur de données et de développer une interface ergonomique permettant de comprendre le fonctionnement de la machine rapidement. Auteur(s) : Benjamin AUCREMANNE - ERM Automatismes Industriels ( Avec plus de 20 ans d expérience dans le domaine, la société ERM Automatismes Industriels répond à divers besoins didactiques. Depuis 2009, nous avons développé une ligne de fabrication de soda, destinée à des BTS CIRA, permettant d étudier en profondeur l instrumentation et la régulation. Afin de pouvoir initier des élèves de BAC STI2D, ainsi que des élèves de formation post-bac à la régulation et à l instrumentation, nous avons conçu un système de régulation et de distribution d eau potable. Régulation et asservissement de niveau et pression Le système nécessite un coffret d acquisition et de pilotage afin de réguler et d asservir niveau et pression suivant différentes grandeurs physiques. Le niveau dans le château d eau et la pression/le débit d eau dans le réseau de distribution forcée (sortie du château d eau permettant d alimenter en eau des habitations en hauteur), sont régulés/asservis à l aide de deux boucles de régulations indépendantes mises en œuvre simultanément. Une supervision doit afficher, pour chacune des boucles, sur un graphique, les courbes de consigne, sortie et mesure puis les enregistrer. Ce coffret d acquisition et de pilotage doit présenter au minimum les caractéristiques suivantes : Acquérir simultanément quatre entrées analogiques (maximum sept) à une fréquence d échantillonnage de 1 khz par voie de mesure Acquérir une entrée numérique Piloter simultanément trois sorties analogiques à une fréquence de rafraîchissement minimum de 10 Hz par voies Piloter une sortie numérique S accompagner d une interface homme-machine (IHM) facilitant l utilisation du système. De plus, il doit être possible de réutiliser ce coffret pour d autres projets futurs. Son coût doit être de quelques centaines d euros et l encombrement ne doit pas dépasser 300 x 300 x 300 mm afin de pouvoir l utiliser sur une table sans monopoliser trop d espace. Une évidence pour le choix du matériel Nous nous sommes très rapidement intéressés aux cartes NI USB-6008 et NI USB-6009 pour leurs coûts réduits et la présence de sorties analogiques. Nous avons choisi d utiliser deux cartes NI USB-6008 raccordées simultanément sur la même application afin de pouvoir piloter au moins trois sorties analogiques. Ces deux cartes NI USB-6008 nous permettent d obtenir au total jusqu'à huit entrées analogiques +/-10 V avec une fréquence d échantillonnage de 2,5 khz chacune, quatre sorties analogiques 0-5 V de 150 Hz chacune, et 12 entrées/sorties numériques 0-5 V. Nous avons ensuite réalisé une carte électronique permettant de convertir nos quatre sorties analogiques 0-5 V en signaux 0-10 V afin de faciliter l utilisation du coffret sur différents systèmes. La fiabilité, le prix et la simplicité de fonctionnement de ces cartes ainsi que le contact en cas de besoin avec le support technique de National Instruments font partie des critères qui nous ont amenés à mettre en œuvre ce type de matériel. Les cartes NI USB-6008 étant simples d utilisation, elles permettent aux professeurs comme aux étudiants d utiliser LabVIEW facilement afin d ajouter de nouvelles fonctionnalités aux programmes (des VIs LabVIEW) que nous leur fournissons avec le système. Une IHM favorisant la compréhension du système À l aide du logiciel LabVIEW et du Toolkit PID Control, nous avons développé une application dans un temps relativement court, intégrant un synoptique de l installation, des onglets permettant de mettre en œuvre différentes boucles de régulation et d asservissement, tout en traçant sur des graphiques (visibles ou non pour une meilleure compréhension) les courbes de consigne, mesure et sortie régulateur pour chacune des boucles de régulation. Les élèves peuvent, dans un premier temps, étudier les avantages et les inconvénients d une régulation TOR (Tout Ou Rien) sur le niveau d eau dans la cuve en utilisant un capteur de niveau à ultrasons et une pompe centrifuge. Il leur est ensuite possible de remplacer la régulation TOR par une régulation PID, de régler les paramètres et de comparer les avantages et les inconvénients entre une régulation TOR et une régulation PID, et enfin de visualiser l incidence des différents paramètres PID sur le comportement du système. Une fois la boucle de régulation de niveau PID mise en œuvre, il est possible d ajouter une deuxième boucle de régulation, en sortie du château d eau, sur le débit d eau mesuré par un débitmètre à effet vortex ou sur la pression d eau mesurée par un transmetteur de pression piézorésistif en agissant sur deux pompes à palettes en régulation simple ou Split Range (partage d étendues). Économique et performant L objectif de conception d un coffret de pilotage et d acquisition simple, ludique et performant est atteint. Il permet de mettre en œuvre différentes boucles de régulation dans un process, et de superviser celles-ci grâce à des modules économiques offrant tout de même des performances élevées liées notamment à LabVIEW. Ce système de pilotage et d acquisition est aujourd hui une réelle satisfaction. Octobre 2013 Informations sur l'auteur : Benjamin AUCREMANNE ERM Automatismes Industriels ( 280, rue Édouard Daladier Carpentras 1/8

2 France Tél : + 33 (0) b.aucremanne@erm-automatismes.com (mailto:b.aucremanne@erm-automatismes.com) Système pédagogique de régulation et distribution d'eau potable 2/8

3 Onglet «régulation de niveau» de la face-avant Onglet «régulation complète» de la face-avant 3/8

4 Coffret d'acquisition et de pilotage Régulation TOR du niveau 4/8

5 Asservissement PID du niveau avec dépassement Asservissement PID du niveau sans dépassement 5/8

6 Fenêtre de paramétrage niveau TOR 6/8

7 Fenêtre de paramétrage niveau PID 7/8

8 Fenêtre de paramétrage niveau débit pression PID Législation Cet article a été rédigé par un utilisateur de National Instruments ("NI"). IL EST FOURNI "EN L'ÉTAT" SANS AUCUNE GARANTIE ET EST SOUMIS À CERTAINES RESTRICTIONS COMME PLUS SPÉCIFIQUEMENT DÉTERMINÉES DANS LES CONDITIONS D'UTILISATION DE NI.COM ( ( 8/8

IL EST FOURNI "EN L'ÉTAT" SANS AUCUNE GARANTIE ET EST SOUMIS À CERTAINES RESTRICTIONS COMME PLUS

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