Automatisme et régulation des équipements thermiques

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1 Aomaisme e réglaion des éqipemens hermiqes par Jean-François BOURGEOIS Ingénier-Chercher à la Direcion des Édes e Recherches d Élecricié de France (Grope Effe Jole) 1. Représenaion d n procédé e erminologie... BE Bocle overe, bocle fermée Qaliés d ne bonne réglaion Transmeers, capers e acionners Modlaion de pissance Réglaion par conacers Modlaion par hrisors Modlaion par relais saiqes Réglaers Tpes de réglaers Foncionnaliés des réglaers Réglaer PID Techniqes de réglaion Réglaion mlizone Réglaion programmée Réglaion avec srindexaion Réglaion doble Réglaion de rappor (o de proporion o de raio) Réglaion à échelle paragée (o spli range) Réglaion chad-froid Réglaion de endance Réglaion des ssèmes à reard Réglaion floe Réglaions avancées Méhodes de réglage Méhode de Broïda Méhode des oscillaions limies Méhode des oscillaions o o rien Gesion e condie hiérarchisées Por en savoir pls... Doc. BE 9 59 LL es echniqes de l aomaiqe ne son pas selemen n moen de commander des processs mais assi n moen de rédire les peres de prodcion, d agmener la qalié e la qanié des prodis, d agmener la disponibilié des niés e de diminer les coûs marginax de prodcion. Un aomaisme bien pensé, sro si son éde inervien en amon de la concepion des niés de prodcion, ara ne implicaion économiqe imporane. L aomaisme e la réglaion des éqipemens hermiqes els qe les fors, éves, enceines climaiqes, chadières... s inscri bien dans ce cadre. Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

2 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES La réglaion des procédés hermiqes regrope l ensemble des moens maériels e echniqes mis en œvre por mainenir ne grander phsiqe à régler, égale à ne valer désirée, appelée consigne. Lorsqe des perrbaions o des changemens de consigne se prodisen, la réglaion provoqe ne acion correcrice sr ne grander phsiqe d procédé, appelée grander réglane (o commande) Dans ce aricle, on s'inéressera ax moens maériels e echniqes de mise en œvre de la réglaion. Les echniqes décries son niverselles e peven s'appliqer à o procédé. Les réglaers PID (Proporionnel, Inégral, Dérivé) son rès répands e conviennen dans environ 8 % des bocles de réglaion. Por les 2 % resan, il es nécessaire d'avoir recors à des réglaions de pe avancé por lesqelles ne modélisaion d procédé es indispensable. Les réglaers PID se présenen soi sos la forme d'n boîier aonome (réglaer de ablea) qi se fixe en face avan d'ne armoire de conrôle-commande, soi programmés dans n aomae o dans n calclaer indsriel. Les réglaers de pe avancé son en général programmés sr calclaer indsriel éqipé d nombre d'enréessories nécessaire à la commande de l'insallaion. Por la plpar des applicaions avec PID où les conraines sr la grander réglée ne son pas fores (précision faible, emps de monée non criiqe, dépassemen aorisé, ec.), les réglages d réglaer son à la porée d'n ilisaer n'aan pas de connaissances pariclières en aomaiqe. Il sffi en général de sivre les recommandaions d consrcer. Por ceraines applicaions où les conraines sr la grander réglée son fores (bonne précision, par exemple ±,3 sr ne échelle de 1, emps de monée le pls cor possible e sans dépassemen, sensibilié faible ax perrbaions, par exemple la empérare d'n flide chaffé ne doi pas varier de pls de 2 % aor de la consigne en cas de variaions de débi de ± 3% aor d débi nominal), on ilise plsiers PID en cascade o en endance. Mais cee archiecre, rès soven onérese, engendre généralemen ne mise en service longe e nécessie l'assisance d'n spécialise de l'aomaiqe. Por les cas qe l'on porrai qalifier de poins (emps mor imporan, spérier à la moiié de la consane de emps principale d procédé, consanes de emps e gain saiqe variables en foncion des condiions de foncionnemen), ne modélisaion d procédé s'impose avec réglaion de pe avancé. Cee solion es longe e onérese car elle nécessie ne éde spécifiqe par n spécialise de l'aomaiqe, avec développemen sr calclaer o aomae o pls raremen sr des réglaers de ablea de rès ha de gamme. 1. Représenaion d'n procédé e erminologie Por décrire les echniqes de réglaion, nos prendrons soven l exemple d n for qi servira de fil condcer, sachan qe ces echniqes resen valables qelle qe soi l applicaion. 1.1 Bocle overe, bocle fermée Considérons n for représené schémaiqemen par les figres 1 e 2. Acionner (hrisors) Enrée o grander réglane (signal analogiqe) Résisance,, Energie élecriqe Ssème à régler (for) Figre 1 Ssème en bocle overe Charge Enceine Caper (hermocople) Sorie o grander réglée (empérare) Tempérare exériere variable (perrbaion) BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

3 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Perrbaions Perrbaions Acionner For Caper Ssème à régler Figre 2 Schéma foncionnel éqivalen de la figre 1 Un el ssème es en bocle overe. La sorie pe êre réglée en agissan sr l enrée. Cee siaion présene dex inconvéniens majers : on ne sai pas a priori à qelle valer va se sabiliser e en combien de emps ; va varier en foncion des perrbaions exérieres (par exemple variaion de la empérare exerne). Ce mode de foncionnemen es oben, sr les réglaers PID d commerce, en posiion manelle. Ce mode présene n inérê lorsqe la réglaion es déficiene o lorsqe l ilisaer ve piloer le ssème dans des cas paricliers. Nos n avons pls ces inconvéniens en referman la bocle par n réglaer, ce qi condi a schéma de la figre 3, représenan la bocle de réglaion de base. On cherche à mainenir la grander à régler à ne valer de consigne en agissan sr la commande par la loi de commande (o correcer) (figre 4). Analsons le foncionnemen de cee bocle (figre 3). Le ssème boclé a por enrée e por sorie. Le réglaer possède 2 enrées ( e ) e ne sorie. Il se compose de la loi de commande e d n comparaer qi élabore l errer de réglaion =. La loi de commande a por enrée ε e por sorie. Exemple : Le caper mesre la empérare () de l'enceine hermiqe. Cee mesre es comparée à la consigne ( ) por élaborer n signal d'écar. Sivan le signe e l'amplide de ce dernier, la loi de commande dosera l'alimenaion ( ) de la résisance afin qe la empérare dans le for rese la pls proche possible de la consigne. Dans oes les bocles de réglaion, on rerovera les élémens sivans : n caper ; ne consigne (fixe o variable dans le emps) ; n comparaer délivran n signal d écar ; ne loi de commande qi calcle le signal à envoer sr l acionner ; n acionner ; le ssème phsiqe à commander e somis à des perrbaions. Il es bon de faire la disincion enre bocle d asservissemen e bocle de réglaion. Toes les dex foncionnen sr le même principe, mais ler finalié diffère sensiblemen : l asservissemen consise à mainenir ne grander de sorie ideniqe o proporionnelle à ne grander d enrée (ex : porsie de rajecoire consigne variable) ; la réglaion impose à la grander de sorie d aeindre ne valer de consigne e d reser qelles qe soien les perrbaions évenelles (ex : réglaion de pression, de empérare consigne fixe). La disincion es imporane car les réglages opimax ne son en général pas les mêmes dans les dex cas. En asservissemen, les réglages dépenden de la dnamiqe propre d ssème (consane de emps, gain saiqe), alors q en réglaion, ils dépenden sro de la dnamiqe des perrbaions (overre de pore, variaion de la ension résea, empérare exériere variable, ec.). 1.2 Qaliés d'ne bonne réglaion Les qaliés exigées d ne réglaion indsrielle son définies par les crières sivans (figre 5) : sabilié : elle doi ojors converger vers n poin d éqilibre sable, e ne doi pas osciller aor d poin de consigne ; précision : en régime éabli, la grander réglée doi êre mainene en permanence a pls près de la consigne ; rapidié : on cherchera à aeindre le poin d éqilibre en prenan le moins de emps possible. Figre 3 Ssème en bocle fermée ε Loi de commande Réglaer Bocle fermée Ssème à régler Figre 4 Réponse d ssème en bocle overe e en bocle fermée Perrbaions Bocle overe Ssème boclé Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

4 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Reprenons l exemple pe d ne chaîne de réglaion, en le compléan (figre 6). Sabilié Transmeer Précision Insable Errer saiqe Sable Le ransmeer es ilisé lorsqe la mesre es éloignée d réglaer (par exemple disance spériere à 1 m). Son rôle es de ransformer la mesre phsiqe en n coran (ex : 4-2 ma) o ne ension (ex : -1 V) moins sensibles ax parasies. Le ransmeer pe faire parie inégrane d caper. Il pe égalemen condiionner le signal (par exemple, filrage, compensaion de sodre froide por n hermocople). Rapidié Imprécis Len Figre 5 Qaliés d ne bonne réglaion Nos verrons dans le paragraphe 3.3, commen on pe infler sr la qalié de la réglaion. Il exise dex pes d errer por les processs non inégraers : l errer saiqe : por ne enrée de pe échelon (ex : consigne fixe) ; l errer dnamiqe (o errer de raînage) : por ne enrée de pe rampe (ex : consigne variable en foncion d emps). Por éliminer ces errers, le réglaer doi comporer n o plsiers inégraers (acion inégrale). Noa : n processs es di inégraer lorsqe la sorie varie linéairemen en foncion d emps qand l'enrée o la consigne es consane, ex : vanne moorisée, vérin. 1.3 Transmeers, capers e acionners Précis Rapide Une chaîne de réglaion es formée d ne cascade d appareils qi doiven êre compaibles enre ex, an d poin de ve élecriqe qe d poin de ve précision e échelle de mesre Caper Dans les éqipemens hermiqes, le caper de empérare es le pls répand. Por les basses empérares ( 2 à 8 o C environ, valers exrêmes à modler en foncion de la ene en empérare d sppor), la sonde plaine 1 Ω à o C es la pls ilisée (ex : enceine climaiqe, éve, réchaffer). Por les cas simples, le hermosa basé sr le principe d bilame es égalemen rès répand (ex : chadière domesiqe). Dans les fors, on ilise en général soi : des lnees infraroges (mono o bichromaiqes) ilisées por les mesres sans conac ; elles resen ne solion chère e pas ojors ilisable ; ler domaine d ilisaion es généralemen spérier à 6 o C ; des hermocoples ; il en exise plsiers pes selon la gamme de empérare balaée par le for. Les pls corans son les pes : T : civre-consanan : 185 à 3 o C, J : fer-consanan : 2 à 7 o C, K : chromel-almel : à 1 1 o C, S : plaine-plaine rhodié 1 % : à 1 55 o C, R : plaine-plaine rhodié 13 % : à 1 6 o C, B : plaine rhodié 3 % - plaine rhodié 6 % : 1 à 1 6 o C, W : ngsène-ngsène rhénim 26 % : 2 à 2 3 o C. Les hermocoples nécessien ne joncion de référence o sodre froide qi perme à la f.é.m. mesrée d êre niqemen foncion de la empérare de la sodre chade d caper. De pls la mesre délivrée par le hermocople doi êre linéarisée, dans le ransmeer, o dans le réglaer. Comme ares capers, on pe cier les capers de débi, de pression, de déplacemen, de masse, d hmidié, ec. Ces capers fornissen en général n signal analogiqe, image de la grander phsiqe mesrée. Ssème à régler Consigne Réglaer Commande Acionner Procédé phsiqe Caper Mesre Transmeer Figre 6 Chaîne de réglaion pe BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

5 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Acionners Modlaers de pissance Por modler la pissance élecriqe d'n for, son généralemen ilisés : des conacers (solion bon marché) ; des modlaers à hrisors (de pls en pls ilisés) ; des ransformaers variables (solion chère) ; des selfs à saraion variable (solion chère qi n es pls préconisée). Les conacers ne donnen pas ne rès bonne qalié de réglaion : la empérare oscille, mais c es sffisan por ceraines applicaions. Les ransformaers variables permeen d ajser la ension d alimenaion des résisances en foncion de la empérare. La ension varie en amplide e rese sinsoïdale. Ces ransformaers nécessien ne moorisaion e des crsers qi demanden n enreien réglier. Por les modlaers à hrisors (o gradaers de pissance), on disinge dex modes de foncionnemen : l angle de phase ; le rain d ondes. Cerains modlaers associen les dex modes. Angle de phase Les hrisors ne son passans qe pendan ne porion de l alernance (figre 7). La commande d n réglaer appliqée a bloc à hrisors fai varier l angle α d amorçage e donc la pissance. Il fa noer qe la pissance ne varie pas linéairemen en foncion de α. Train d'ondes Les hrisors son passans pendan n emps 1, pis bloqés pendan n emps 2 (figre 8). Le rappor ccliqe - 1 perme de faire varier la pissance. 1 2 Ce rappor es proporionnel à la commande isse d réglaer. Si l emploi des gradaers semble rès araan, il fa oefois prendre garde ax inconvéniens q ils peven indire e noammen sr : le facer de pissance de l insallaion ; l énergie réacive de l insallaion ; les parasies ; les harmoniqes ; le flicker (che brale de la ension de à n for appel de coran). Qelqes ares acionners peven êre ciés : la vanne d admission de gaz o de liqide ; le variaer de viesse (ex : commande de débi d ne pompe), ec. Ces acionners son commandables en général par n signal analogiqe o logiqe (par ex : -1 V, 4-2 ma) Vannes réglanes Ce son des acionners corammen ilisés dans l indsrie por régler le débi d'n flide. Ler ilisaion en réglaion impose de connaîre, en pariclier, ceraines de lers caracérisiqes. Caracérisiqe inrinsèqe de débi C es la loi qi relie le débi Q a signal de commande de vanne, à pression différenielle consane ax bornes de la vanne. Les vannes les pls coranes son à caracérisiqe inrinsèqe linéaire e à égal porcenage (figre 9). Caracérisiqe insallée La vanne éan dans le circi hdraliqe, c es la loi de variaion d débi en foncion d signal de commande. Cee caracérisiqe es foncion de l insallaion, o encore d rappor d e de la vanne, c es-à-dire de sa caracérisiqe inrinsèqe. Le rappor d es défini a débi maximal par : p d = v p v p c avec p v pere de charge de la vanne, e p c pere de charge d circi sans la vanne. V U m Figre 8 Commande en rain d ondes Q (%) Q (%) V 1 1 U m α Angle (rad) V U m α ension ax bornes des résisances ension de crêe angle d'amorçage (%) Caracérisiqe linéaire (droie) (%) Caracérisiqe à égal porcenage (exponenielle) Figre 7 Commande en angle de phase Figre 9 Caracérisiqes inrinsèqes de débi Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

6 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES 2.1 Réglaion par conacers Q (%) d =,1 d =,3 d =,6 d = (%) Q (%) d =,1 d =,3 d = (%) Réglaion o o rien (o à dex plages) Un exemple de mise en œvre es illsré par la figre 12. Réglaer o o rien Ssème ε à régler ε Vanne à caracérisiqe inrinsèqe linéaire Vanne à caracérisiqe inrinsèqe à égal porcenage Figre 1 Caracérisiqe insallée por des vannes à caracérisiqe inrinsèqe linéaire e égal porcenage Figre 12 Répariion o o rien avec hsérésis Principe : la commande es maximale lorsqe la mesre es infériere à la consigne. Elle es minimale lorsqe la mesre es spériere à la consigne. Q Q Procédé C es la solion la moins chère e la pls simple, mais qi ne va pas sans qelqes inconvéniens : n risqe de collage des conacers ; la nécessié d avoir ne hsérésis por évier n baemen rop rapide des conacers (la copre ne se fai pas à la même empérare qe le réenclenchemen) ; l oscillaion de la mesre en permanence aor de la consigne ; l amplide de cee oscillaion, dépend d réglage de l hsérésis e de l inerie hermiqe d ssème. Des varianes exisen : la réglaion avec seil (bande more) ; la réglaion avec seil e hsérésis. Figre 11 Linéarisaion de la caracérisiqe saiqe d procédé La figre 1 donne n exemple de caracérisiqe insallée en foncion de d. Ces corbes permeen de choisir la caracérisiqe inrinsèqe d ne vanne de façon à obenir ne caracérisiqe saiqe linéaire d procédé dans son ensemble, comme l illsre la figre 11. Les vannes réglanes son piloées par des signax sandards : élecriqes : 4-2 ma, -1 V ; pnemaiqes : 3-15 psi (sandard américain), 2-1 mbar. 2. Modlaion de pissance Le signal de commande calclé par le réglaer doi êre ransformé en ne pissance élecriqe (por les fors), image de cee commande. Parmi les moens, nos avons déjà évoqé ( ) le conacer, le ransformaer à ension variable qi nécessie n servomoer commandé en foncion d signal de sorie d réglaer, la self à saraion variable, le modlaer à hrisors. Dans ce paragraphe, nos édions la modlaion de cee pissance [1]. Q Réglaion à rois plages La qalié de la réglaion es améliorée (amplide des oscillaions pls peie) en combinan rois allres de chaffe : grand chaffage, pei chaffage, arrê. Por n ssème riphasé, on ilise le coplage éoile-riangle : la pissance «pei chaffage» es égale a iers de la pissance nominale o «grand chaffage». Dans d ares cas, le coplage série-parallèle es ilisé. Le «pei chaffage» ser a mainien en empérare d for où les peres son normalemen inférieres à cee pissance rédie. L inconvénien es ne agmenaion d coû d câblage Réglaion conine par conacer Dans ce cas, n réglaer PID à sorie logiqe modlée es nécessaire (o réglaer à Modlaion de Larger d Implsion (MLI)). Le signal de commande es ne sie de créneax don le rappor ccliqe es foncion de la pissance demandée. Ce procédé es de moins en moins ilisé à case de l sre des conacers q il enraîne. 2.2 Modlaion par hrisors Un hrisor joe le rôle d n inerrper à ceci près qe la fréqence des inerrpions pe êre assi grande qe l on ve (limiée par la fréqence d secer). Un rès faible coran de commande pe modler ne fore pissance. BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

7 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Nos avons v ( ) dex modes de foncionnemen : l angle de phase e le rain d ondes. En général (por les ssèmes hermiqes), l angle de phase es à évier, sro a primaire d n ransformaer, à case des parasies qi perrben les éqipemens élecroniqes. Toefois, ce mode s impose en pariclier lors de la mise sos ension des résisances à rès for coefficien de empérare, els qe les élémens en bisilicire de molbdène. Cependan, passée la période de démarrage, lorsqe la empérare des résisances es proche de la empérare de régime, le modlaer pe passer en rains d ondes (mode mixe). Le foncionnemen par rains d ondes es moins perrban : le déclenchemen se fai à ension nlle. La drée oale d n rain d ondes ( 1 2 ) pe varier de,2s à 1 o 2s environ, selon la finesse de modlaion désirée. 2.3 Modlaion par relais saiqes Por les peies pissances (qelqes dizaines de kilowas maximm), des relais saiqes à riacs son soven ilisés. Ils peven êre commandés par n signal logiqe. Par exemple, sorie logiqe modlée d n PID. Cee solion es moins chère q n gradaer à commande analogiqe. La foncion principale es évidemmen la réglaion. On rove sr la plpar des réglaers d commerce, en pls de la réglaion, des foncions qi aiden l ilisaer à mere en œvre l appareil, qi facilien l exploiaion e la mainenance, qi permeen de commniqer avec n pose cenral. Les foncions les pls coranes son l aoréglage, l aoadapaif, l aocalibraion, l aoes, la programmaion de la consigne, les sécriés e alarmes e les commnicaions Aoréglage En l absence de cee foncion, l ilisaer se conene en général d n réglage expérimenal en faisan appel à son expérience e à ses connaissances de la machine. Cee façon d opérer condi rès raremen ax réglages opimax. L aoréglage aomaise cee démarche. C es le microprocesser qi condi l essai e propose à l opéraer ne valer por les acions proporionnelle, inégrale e dérivée. Ce dernier pe évenellemen les modifier. Principe : le réglaer analse l allre de la réponse à n échelon de consigne en mesran cerains paramères, els qe le reard, le dépassemen o la période d oscillaion, e en dédi les réglages P, I e D par calcl. 3. Réglaers 3.1 Tpes de réglaers Réglaers premen analogiqes Ce son les réglaers mécaniqes, pnemaiqes, élecroniqes à base d amplis opéraionnels. Ces echniqes, encore rès répandes dans l indsrie, enden à disparaîre a profi des echniqes nmériqes Réglaers nmériqes de pe analogiqe Ce son la plpar des réglaers de ablea. Ils foncionnen à fréqence d échanillonnage élevée (période de 1 à 2 ms) qel qe soi le processs. Les algorihmes son simples (esseniellemen des PID) e n ilisen pas les poenialiés des algorihmes avancés de l aomaiqe. Ler comporemen es calqé sr celi des réglaers analogiqes. Cependan, grâce ax microprocessers, des foncions addiionnelles (aoréglage, aoadapaif, aocalibraion, aoes, ec.) on p êre rajoées par rappor ax réglaers analogiqes Réglaers premen nmériqes Ces réglaers son en général mis en œvre sr calclaer indsriel, aomae o réglaer de ablea ha de gamme. La fréqence d échanillonnage es choisie en foncion de la bande passane d procédé conin. La capacié de calcl perme d implémener des algorihmes pls complexes q n PID. Le réglaer es évolif. Changer de sraégie o le raiemen des mesres, revien à modifier le programme conen en mémoire sans changer le maériel. 3.2 Foncionnaliés des réglaers [2] Aoadapaif Por n réglaer à réglages fixes, si les paramères d procédé varien a cors d emps, les performances d ssème boclé se dégraden à mesre qe l écar enre les valers réelles des paramères d procédé e celles por lesqelles le réglaer avai éé ajsé agmene. Por évier cee déérioraion, il fa réajser le réglaer en foncion des novelles valers des paramères d procédé : c es ainsi q apparaî le concep de ssème adapaif. Principe : le réglaer aoadapaif idenifie en permanence le comporemen dnamiqe d processs e calcle en conséqence les valers des paramères de réglaion de sore qe les performances de la bocle fermée demeren accepables. En général, le réglaer recalcle les réglages lorsq il mesre ne déérioraion significaive de la grander réglée, par exemple le dépassemen avec oscillaion amorie. Le réglaer mesre alors le dépassemen, la période d oscillaion e modifie par calcl, n o plsiers des paramères de réglage Aocalibraion To réglaer a besoin de mesrer la grander phsiqe à régler. Por cee opéraion, il ilise n caper, don il exise dex pes : les capers nmériqes qi, en général, délivren des implsions qe l on compe ; les capers analogiqes qi fornissen ne ension o n coran varian de façon conine avec la grander mesrée. Por obenir ne mesre précise il es nécessaire de condiionner le signal par ne amplificaion, n filrage, ne conversion analogiqe-nmériqe o n compage. Ce condiionnemen es inégré dans les cares d enrée d réglaer. La foncion d aocalibraion perme à l appareil de recaler sa mesre sr n signal généré en inerne o par ne sorce exériere remplaçan le caper. Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

8 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Aoes Afin de simplifier la mainenance de l appareil, des ess aomaiqes vérifien les principax organes d réglaer. C es ainsi qe cerains défas porron êre affichés comme par exemple : le manqe d alimenaion des capers ; la rpre d n caper ; les défas sr le converisser ; la rpre de la liaison informaiqe ; le problème d affichage, ec Programmaion de la consigne Cerains réglaers inègren la programmaion de la consigne avec : des réglages différens d réglaer ; des consignes croissanes o décroissanes ; des emps de monée variables ; des alarmes différenes, ec Sécriés-Alarmes Les alarmes srveillen les mesres e/o l écar enre consigne e mesre. Le seil de déclenchemen es programmable. Les alarmes son associées à des relais en sorie de l appareil o à des sories logiqes opo-isolées. Ces sories peven par exemple démarrer des séqences pariclières de conrôle o aciver ceraines enrées logiqes d n aomae programmable Commnicaion To réglaer possède ne commnicaion locale qi perme grâce à n clavier e n afficher, de visaliser des granders (paramères e mesres). De pls en pls, les réglaers son éqipés d ne commnicaion informaisée : par liaison pe RS 232 ; par liaison pe RS 422 o RS 485 ; ce qi perme le piloage à disance par n ordinaer cenral de condie de processs. 3.3 Réglaer PID [3] [4] C es le pls corammen ilisé des réglaers de ablea d commerce. Il pe êre de srcre parallèle, série o série parallèle. Le consrcer impose la srcre. Dans n b pédagogiqe nos allons déailler le foncionnemen d n PID série parallèle Mise en éqaion d réglaer Spposons e exprimés en valers rédies, c es-à-dire sans nié : (en nié phsiqe) = - éende d échelle de (en nié phsiqe) (en nié phsiqe) = éende d échelle (en nié phsiqe) L éqaion emporelle relian la commande à l errer de réglaion ε es la sivane : 1 dε = K ε (1) T i ε d T d - d avec K gain saiqe d réglaer (sans nié si e exprimés en valer rédie), T i (s) T d (s) consane de emps d inégraion, consane de emps de dérivée. Rappel sr la ransformée de Laplace La ransformée de Laplace défini ne correspondance enre dex foncions f() e F(p) : Fp ( ) = f() = f()e d avec p opéraer de Laplace, f() foncion emporelle, () échelon niaire (() = por <, () = 1 por ), F(p) ransformée de Laplace de f(). Qelqes ransformées son ilisées dans la sie d exe. Soi : θ d = k d ne éqaion différenielle linéaire d premier ordre à coefficiens consans. Avec l opéraer de Laplace, l éqaion devien : θ p(p) (p) = k(p) L opéraer dérivée d - d es remplacé par p ; de même l opé- raer inégrale d es remplacé par. 1 p p ( ) k Fp ( ) = - = es appelée foncion de ransfer d p ( ) 1 θp premier ordre. Rearder la foncion F(p) d emps τ, revien à écrire e τp F(p). L éqaion d PID dans le domaine opéraionnel de Laplace es : 1 = Kε 1 T i p T p d L acion dérivée es soven filrée par n filre d premier ordre, nécessaire por la réalisabilié phsiqe e por éliminer les bris préjdiciables à son efficacié. Ce filre es de la forme : 1-1 T d -p N T avec - d consane de emps de filrage. N L enier N es parfois réglable par l ilisaer. En général : 2 < N < 1. Le PID prend alors la forme : 1 T = K 1 d p - ε T i p 1 T d - p N La conribion de chaqe acion pe êre séparée : (2) (3) = p i d (4) BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

9 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES avec p conribion de l acion proporionnelle, i d conribion de l inégrale, conribion de la dérivée Acion proporionnelle 1 p = Kε = -ε (5) BP avec BP (%) bande proporionnelle (exemples de réglages sr la figre 13). 1 K = - avec BP exprimée en %. Sr la figre 13, BP es exprimée en porcenage de la consigne. Elle pe égalemen êre expri- BP mée en porcenage de la pleine échelle d réglaer o en degrés. En praiqe, la commande p es sarée à e à 1, ce qi condi ax représenaions de la figre 13. La commande rese sarée an qe la mesre rese en dehors de la bande proporionnelle. Le régime o o rien es oben por BP = (ce qi éqiva à n gain K infini) Acion inégrale (rese) L acion proporionnelle sele, laisse sbsiser ne errer saiqe (sr les ssèmes non inégraers) d aan pls grande qe le gain K es faible e qe les peres hermiqes son imporanes. L acion inégrale va permere d annler cee errer : i K = ε T i p Représenons cee commande en foncion de l évolion de l errer (figre 14). Lorsqe l errer s annle, la commande de à l acion inégrale n évole pls. L acion inégrale es d aan pls fore qe T i es pei e K es grand. Elle a n effe désabilisaer. S il en a rop, on ara dépassemen e évenellemen insabilié (figre 15). Por évier ces inconvéniens, cerains consrcers inhiben l acion inégrale jsq a momen où le ssème enre dans la BP. On évie égalemen l emballemen de la commande par l acion inégrale en limian i à 1 % de commande. (6) = 1 BP = 25 % BP = 1 % p p p ε 1 BP ε 1 BP BP = % ε p = 4ε p = ε p = o 1 Selon le signe de ε K rop grand K correc K rop pei Figre 13 Inflence de l acion proporionnelle ε a T i rop pei i Pene K T i a T i correc T i rop grand Figre 14 Acion inégrale Figre 15 Inflence de l acion inégrale d n réglaer PID sr la grander réglée Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

10 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Tablea 1 Différenes ilisaions d PID Loi θ Valer de τ ke Ðτp = 1 θ p Avanages Inconvéniens Indicaion To o rien (TOR) Proporionnelle (P) e Proporionnelle dérivée (PD) Proporionnelle inégrale (PI) Proporionnelle inégrale dérivée (PID) θ > 2 τ 2 > θ > 1 τ 1 > θ > τ 5 Simplicié Monée rapide Pls de dépassemen de la consigne Errer saiqe annlée Dépassemen de la consigne Oscillaions Écar de saisme (sr n for) Insabilié si inégrale mal réglée Lorsqe la précision n es pas imporane Ssèmes à faible inerie Ssèmes narellemen inégraers Pas d errer saiqe olérée Ssèmes sans reard pr Limiaion Réglage délica Reard pr significaif mais d dépassemen Sensible a bri 5 > θ > Opposiion de la dérivée si filrage insffisan τ 2 θ 2 ax flcaions de la mesre Acion dérivée (rae) Elle a ne foncion aniciparice qi va permere d évier les dépassemens e de sabiliser la bocle : d = KT d p ε (7) Représenons cee commande en foncion de l évolion de l errer (figre 16). Lorsqe l errer ne varie pls, la commande de à l acion dérivée s annle. L acion dérivée es d aan pls fore qe T d e K son grands. La limiaion de la commande es d aan pls élevée qe la variaion de l errer es grande, ce qi es le cas pendan la monée en empérare d n for (figre 17). Les acions inégrale e dérivée ne son jamais emploées seles mais associées à l acion proporionnelle (PI, PD). avec k gain saiqe d ssème (sans dimension si e exprimés en valer rédie), τ(s) reard pr, θ(s) consane de emps représene la foncion de ransfer d n ssème d premier ordre avec reard pr. ε b d Pene a Réponse indicielle d réglaer PID KaT d Figre 16 Acion dérivée La figre 18 donne l allre de la réponse por ne enrée ε d pe échelon. On a alors la conribion des rois acions simlanémen. La figre 18a donne la réponse héoriqe sans filrage de l acion dérivée ni saraion de la commande. La figre 18b donne la réponse réelle. T d rop pei Différenes ilisaions d PID Le ablea 1 résme les différens cas d ilisaion d réglaer PID. Dans ce ablea, l expression : T d correc T d rop grand ke Ðτp = 1 θp (8) Figre 17 Inflence de l acion dérivée d n réglaer PID sr la grander réglée BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

11 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES ε par nare, la charge présene des héérogénéiés de forme e de maière (par exemple, n for de grande dimension chargé de pièces variées). Le réglage des paramères de réglaion pe êre problémaiqe en cas d ineracion fore enre zones. ε Méhode de la zone piloe kε T i a réponse héoriqe Lorsq ne monée en empérare homogène es imposée dans o le for, la echniqe de la zone piloe es ilisée. Elle consise à choisir la zone don, a priori, la monée en empérare es la pls lene (zone la pls chargée) comme «zone piloe». Cee dernière es éqipée d ne réglaion monobocle classiqe (figre 6). Par conre por les ares zones, la grander mesrée n es pls la empérare de la zone considérée, mais la différence (o écar) enre cee empérare e la empérare de la zone piloe. Cee ilisaion pariclière des réglaers s appelle réglaion de zéro avec faible larger d échelle. Saraion 4.2 Réglaion programmée Filrage b réponse réelle Figre 18 Réponse d n réglaer PID 4. Techniqes de réglaion Dans les fors disconins, le profil de empérare es soven imposé variable dans le emps. La solion la pls corane consise à iliser n réglaer programmaer permean l affichage de plsiers penes, rampes o paliers de empérare. Cerains raiemens hermiqes nécessien ne ceraine homogénéié en empérare dans la charge. La méhode d «programme sspend» pe alors êre ilisée. Elle nécessie la mise en place de dex hermocoples dans la charge : n a poin sscepible de moner en empérare le pls rapidemen, e n a poin sscepible de moner en empérare le pls lenemen. Lorsqe l écar enre les empérares ainsi obenes es spérier à la olérance imposée, le dérolemen d programme es inerromp : la empérare d for si n palier qi dre an qe l écar ne rerove pas ne valer infériere à la olérance. Cela revien à n allongemen d programme. Remarqe : En général a cors d'n ccle de raiemen, la gamme de empérare es assez éende e les paramères de réglaion ne son pas à ler valer opimale o le long d ccle. Une réglaion aoadapaive ( 3.2.2) présene alors n inérê. Selon les cas d applicaion qi von êre raiés mainenan, le schéma de réglaion le pls adapé sera proposé [5] [6]. 4.1 Réglaion mlizone Cas d'n for conin Un for conin (alimené en conin) compore en général plsiers zones de réglaion avec n poin de consigne propre à chaqe zone. Il es possible de considérer qe chaqe zone se compore comme n for en enan compe oefois de l ineracion enre les zones, ce qi pe condire à des réglages rès différens d ne zone à l are. Dans n el for, le profil de empérare es spaial Cas d'n for disconin La division en plsiers zones d n for disconin (o for bach o for à chambre) s impose principalemen dans dex cas, lorsqe : par consrcion, le for présene ne héérogénéié en empérare (par exemple, n for isolé en fibre céramiqe avec ne sole en réfracaire lord) ; 4.3 Réglaion avec srindexaion La srindexaion consise à iliser pendan ne parie de la monée en empérare, ne consigne spériere à la consigne finale. Cee méhode nécessie n réglaer à dex index. Le passage de la première consigne à la dexième se fai soi en foncion de la empérare de la charge, soi en foncion d emps. Cee méhode ne pe êre ilisée q avec n for don l inerie hermiqe es faible devan celle de la charge. Remarqe : Cee méhode pe êre remplacée avanagesemen par ne réglaion cascade o parallèle ( 4.4). 4.4 Réglaion doble Cee réglaion es encore appelée réglaion de sbsiion o override. Dex réglaers peven êre associés por réaliser des schémas cascades o parallèles. Ces schémas roven ler ilié qand il es nécessaire par exemple de piloer dex granders phsiqes avec n sel acionner, ne des granders éan prioriaire sr l are. Dans l exemple de la figre 19, la empérare des résisances es limiée à sa valer maximale, an qe la réglaion sr la charge n inervien pas. Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

12 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES La figre 19 illsre l inérê d n el schéma. Dans la simple réglaion, il a risqe de srchaffe des résisances car ler empérare n es pas piloée. La figre 2 présene n monage cascade don le schéma foncionnel es représené figre 21. Les dex réglaers son monés en série, la sorie d premier (maîre) enre sr l enrée consigne exerne d dexième (esclave). La sorie de l esclave commande le modlaer de pissance. La figre 22 présene n monage parallèle. Les dex réglaers commanden en parallèle le modlaer de pissance. Dans ce cas le réglaer de charge es à acion inverse e enre sr l enrée principale (la pissance es proporionnelle a signal de commande) d modlaer, le réglaer de résisance es à acion direce e enre sr l enrée limiaion (la limiaion de la pissance es proporionnelle a signal de commande) d modlaer. Noa : Un réglaer es à acion inverse lorsqe la commande agi en sens inverse de la mesre (par exemple la commande décroî qand la mesre croî). Il es à acion direce lorsqe la commande agi dans le même sens qe la mesre. Réglaer maîre Réglaer esclave harge charge PID PID For résisance résisance Figre 21 Schéma foncionnel d ne réglaion cascade charge harge PID inverse charge Secer 1 2 C Consigne 1 5 C 1 29 C Limie résisances résisance Bande proporionnelle résisance résisance PID direc résisance,, 1 2 C Consigne 1 5 C Pleine pissance harge Simple réglaion résisance harge Réglaion sr résisances Doble réglaion Figre 19 Inérê de la doble réglaion charge PID maîre charge résisance PID résisance esclave Limie résisances Bande proporionnelle Réglaion sr charge Secer Figre 22 Premier exemple de réglaion parallèle Sr la figre 23, le réglaer es doble e possède ne sele sorie qi es le minimm des commandes des dex correcers. 4.5 Réglaion de rappor (o de proporion o de raio) Traions cee echniqe par n exemple de réglaion de rappor air/gaz d n for. Cee réglaion consise à asservir le débi d air Q air a débi d gaz combsible Q gaz (encore appelé débi libre o piloe). La consigne de débi d air doi répondre à l éqaion : C = kq gaz d (9) avec C consigne de débi d air, d décalage évenel (o bias), k rappor à respecer. Q gaz pe êre piloé par le réglaer de empérare d for, k pe êre foncion d povoir calorifiqe d gaz combsible (figre 24). résisance harge charge = résisance qand charge es sarée Figre 2 Exemple de réglaion cascade,, 4.6 Réglaion à échelle paragée (o spli range) Cee echniqe consise à réaliser n acionner pariclier par n assemblage de plsiers acionners commandés par n sel signal, de manière à obenir la caracérisiqe vole. Ce monage s ilise principalemen dans dex cas : lorsqe la variaion oale de la commande ne pe êre aeine avec n sel acionner : exemple d n réglage de débi à BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

13 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Réglaer nmériqe charge résisance PID charge PID résisance charge ( c ) = min ( c, R ) résisance ( R ) C N A C A N Processs résisance harge C A N CNA CAN converisser nmériqe-analogiqe converisser analogiqe-nmériqe Figre 23 Dexième exemple de réglaion parallèle Q gaz k d C ε PI Vanne Q air PI Vanne A Figre 24 Exemple de réglaion de rappor l aide de dex vannes (figre 25) ; la vanne A es ilisée por les débis faibles e la vanne B por les débis fors ; lorsqe dex acions complémenaires o anagonises son nécessaires. La figre 26 donne l exemple d n réglage de pression à l aide d ne vanne d admission A e d ne vanne d échappemen B. Débimère Vanne B 4.7 Réglaion chad-froid Cee echniqe es sro ilisée sr des procédés qi nécessien dex acions correcrices anagonises. L exemple le pls coran es celi de la réglaion de empérare d ne enceine climaiqe où le réglaer possède dex sories disinces (figre 27). Une sorie commande ne résisance chaffane e l are acionne n circi réfrigéran. Le réglaer compore dex foncions PID indépendanes car en général les réglages por le chaffage son différens de cex por le refroidissemen. Les enrées mesre e consigne son commnes ax dex PID. Lorsqe la mesre es comprise enre H e H, les dex commandes son à zéro (bande more). Lorsqe > H, sel le refroidissemen agi e lorsqe < H, sel le chaffage agi. Corse (%) 1 Vanne A Vanne B Signal (ma) consigne de débi commande de vannes 4.8 Réglaion de endance Cee réglaion es encore appelée : réglaion prédicive ; feed forward conrol ; réglaion a priori ; réglaion mixe. Figre 25 Réglaion de débi Cee echniqe es rès ile por améliorer les performances d n ssème réglé par ne bocle fermée simple. En effe, dans ne elle bocle, le réglaer ne réagi qe lorsqe la grander de sorie varie sie à ne perrbaion o ne variaion de consigne. Si la perrbaion es mesrable, son effe sr la sorie pe êre anicipé par n correcer à acion prédicive, c es-à-dire qi agi avan la Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

14 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES PI Caper de pression H Réglaer chad/froid PID c PID f Energie élecriqe Enceine climaiqe,,,,,, Flide froid Vanne A Vanne B c f H consigne de empérare commande chaffage commande refroidissemen mesre de empérare seil réglable Figre 27 Réglaion d ne enceine climaiqe Corse (%) 1 Vanne A Vanne B bocle fermée principale. La figre 28 donne l exemple d n réchaffer d air avec débi o consigne variable. C1 e C2 son des correcers rajoés sr la bocle principale. Les paramères de C1 e C2 devron êre réglés de elle manière q ne variaion d débi d air D o de la consigne de la empérare de l air ai l inflence la pls faible possible sr. Dans le cas d réchaffer, C1 pe êre n correcer à avance de phase e C2 n simple gain Signal (ma) consigne de la pression commande de vannes Figre 26 Réglaion de pression 4.9 Réglaion des ssèmes à reard Il s agi ici des ssèmes sables à reard pr imporan. Praiqemen dès qe le reard pr τ dépasse la moiié de la valer de la consane de emps principale θ d procédé à régler, les performances d n réglaer classiqe PID son neemen limiées (la dnamiqe en bocle fermée devien pls lene qe la dnamiqe en bocle overe). Por pallier ce problème, on ilise n prédicer de Smih don le schéma foncionnel es le sivan, en considéran n modèle d procédé d premier ordre avec reard pr (modèle de Broïda, 5.1) e n correcer PI (figre 29). D C1 C2 PID Réchaffer C1 e C2 D correcers consigne de empérare d'air commande de la pissance appliqée a réchaffer débi d'air Figre 28 Réglaion d n réchaffer d air BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

15 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES ε ε ε' CTM Réglaer comple Enrée bias ε' PI avec bias K 1 1 T i p k' (1 e τ'p ) 1 θ'p CTM errer de réglaion avec reard pr errer de réglaion sans reard pr compensaer de emps mor Figre 29 Réglaion avec compensaer de emps mor Le réglaer se compose d n correcer PI avec ne enrée sr l écar (bias) e d n compensaer de emps mor (CTM). Por qe le réglaer PI «voi» le procédé comme n ssème d premier ordre sans reard, il fa choisir k = k, τ = τ, θ = θ, ce Procédé ke τp 1 θp qi nécessie ne idenificaion préalable d procédé por déerminer k, τ e θ. Por les réglages d PI, on pe prendre : Remarqe : en praiqe, le procédé es raremen idenifiable exacemen à n premier ordre, il ne fa donc pas agmener exagérémen la valer de K sos peine de renconrer des problèmes de sabilié. 4.1 Réglaion floe [7] T i = θ e K,7- θ τk Un cerain engoemen a lie por les réglaers «flos». En fai, ces appareils ne préenden pas remplacer les ares réglaers mais se présenen comme ne solion complémenaire. Qand le processs n es pas modélisable o rop coûex à modéliser, alors le réglaer flo pe êre ne alernaive inéressane. Analsons le principe à ravers n exemple simple de réglaion de la empérare d n for en agissan sr la vanne d admission d gaz combsible. Le foncionnemen es illsré par les figres 3 e 31. Degré d'apparenance de l'enrée Degré d'apparenance de la sorie Froid Chad Très chad 1,75, ε = 5 C 4 Errer de réglaion ε en C 1 2 Règles : Si for chad ALORS fermer la vanne Si for froid ALORS ovrir la vanne 1,75,25 Fermée Overe Overre de vanne en m 3 /h 3 m 3 /h Fzzificaion de l'enrée empérare Inférence Défzzificaion de la sorie overre de la vanne Figre 3 Principe d n réglaer flo desiné à piloer ne empérare en agissan sr ne vanne Consigne de empérare ε Correcer flo Commande d'overre de vanne Processs Tempérare de sorie d processs Figre 31 Schéma foncionnel de la figre 3 Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

16 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES 1 re éape : la grander à régler (empérare d for par exemple de 495 o C) es comparée à la consigne (5 o C) por donner ε = 5 o C. ε es ransformée en données floes (fzzificaion) à parir des sos-ensembles flos de l enrée (1 riangle e 2 rapèzes) : le for es chad à 75 % e froid à 25 %. 2 e éape (inférence) : des règles, dédies de l analse qaliaive d procédé, son appliqées ax valers floes de l enrée por sélecionner les zones d apparenances ax sos-ensembles flos de la sorie (2 rapèzes), e don l inersecion avec les valers,75 e,25 donne la zone hachrée. 3 e éape (défzzificaion) : elle consise à générer ne valer nmériqe ilisable par le ssème à commander, à parir de l ensemble flo sélecionné de la sorie (zone hachrée). Dans nore exemple, la valer de sorie es donnée par le barcenre de la srface hachrée, soi = 3 m 3 /h. Inérê d flo : modèle mahémaiqe non nécessaire ; ssème povan êre rès non linéaire ; emps de développemen d réglaer rédi ; connaissances en aomaiqe rédies. Inconvéniens : analse qaliaive possée d ssème nécessaire ; pas de ceride d avoir des réglages opimax. Il fa noer qe la fzzificaion (o floificaion) qi consise à passer d ne valer qaniaive à ne noion qaliaive crée ne pere d informaions qi a os les risqes d aller dans le sens d ne rédcion des performances Réglaions avancées Le recors à ces echniqes de réglaion, pls onéreses e pls difficiles à mere en œvre q n simple PID, se jsifien lorsqe les ares echniqes fon échec (manqe de précision, manqe de robsesse vis-à-vis des errers de modèle o des perrbaions) Réglaion par modèle inerne [8] Le principe de base d ne elle srcre es donné par la figre 32. Le modèle P n d procédé pe êre compliqé e non linéaire pisq il n inervien pas dans le calcl d correcer Q. Q pe êre n simple gain (inverse d gain saiqe d procédé P) si l on désire qe la dnamiqe en bocle fermée soi ideniqe à la dnamiqe en bocle overe. d' Q Procédé P Modèle inerne P n d Le signal de reor d = (P P n ) d exprime l inceride enre le procédé e le modèle e l effe des perrbaions. Si P n représene parfaiemen le procédé P, alors l errer de comporemen d = d e le réglaer annlera l effe de la perrbaion d. D ares varianes elle qe le correcer CZ proposé par CEGE- LEC YOKOGAWA o la Réglaion Qaliaive Opimale (RQO) proposée par Dindelex permeen de mere en œvre cee echniqe de façon simple Ares réglaions avancées [9] [1] Ces réglaions son encore pe ilisées à l here acelle car ler mise en œvre nécessie des moens de calcl pls imporans e donc d n coû pls élevé qe les ares réglaions, ce qi es jsifié dans des cas rès poins où ne éde spécifiqe es nécessaire. On pe cier la commande prédicive, la commande par reor d éa, la commande H 2 opimale. Elles nécessien oes ne modélisaion d ssème e le choix de la dnamiqe en bocle fermée. 5. Méhodes de réglage Voici qelqes méhodes corammen ilisées e valables por des réglaers PID d pe : 1 = K 1 ε T i p T p d 5.1 Méhode de Broïda ke Ðτ p Le ssème es modélisé par, idenifié à parir d ne 1 θp réponse indicielle en bocle overe (figre 33). La méhode de Broïda consise à observer cee réponse e à l assimiler à la réponse d n ssème d premier ordre (de consane de emps θ ), avec n reard pr τ. Les poins d ordonnées 28 % e 4 % (donnan respecivemen les emps 1 e 2 ) permeen de calcler θ e τ par les formles : τ = 2,8 1 1,8 2 θ = 5,5 ( 2 1 ) k = - C Ē Elle es adapée ax ssèmes sables avec reard pr évenel. Les réglages son donnés par les formles : BP,8 τ = - C θ Ē 1 T (1) i = 2τ T d =,4τ avec BP (%) bande proporionnelle à afficher a réglaer, variaion de la sorie correspondan à, C échelle o éende de la commande, E échelle o éende de la sorie 5.2 Méhode des oscillaions limies Figre 32 Réglaion par modèle inerne Réglaer Cee méhode, encore appelée méhode de Ziegler e Nichols, s effece en bocle fermée e s impose por n procédé insable en bocle overe. Elle n es pas adapée ax processs à reard imporan. BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

17 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES 2A T c,4,28 Figre 34 Méhode des oscillaions o o rien 1 2 a réponse réelle d ssème 6. Gesion e condie hiérarchisées τ b approximaion par n modèle d 1 er ordre Figre 33 Idenificaion par la méhode de Broïda θ Dans n premier emps, il fa annler les acions inégrale e dérivée, pis rechercher la limie de sabilié (naissance des oscillaions) en agissan sr l acion proporionnelle e noer la bande proporionnelle BP c e la période des oscillaions T c. Les réglages son alors : BP (%) = 1,6 BP c T i =,5 T c T d =,12 T c (11) 5.3 Méhode des oscillaions o o rien Cee méhode évie la recherche d gain criiqe précéden, mais rese moins précise e sollicie beacop l acionner. On annle oes les acions sr le PID (le gain K d réglaer es alors maximal). On a ainsi des oscillaions sables don on relève l amplide 2A e la période T c (figre 34). Les réglages son les sivans : BP (%) = 1,6 A 1 Ē T i =,5 T c T d =,1 T c (12) Remarqe : ces réglages son des ordres de grander q'il convien soven d'affiner sr le processs réel, de façon empiriqe. Depis plsiers années, l inrodcion croissane des micro-processers a permis ne décope foncionnelle d processs à aomaiser en sos-ensembles capables de commniqer enre ex. D où l émergence de novelles archiecres de commandes basées sr : des capers e des acionners inelligens ; des moens de commnicaion performans ; des aomaes e des micro-ordinaers indsriels ; des logiciels de spervision e de conrôle-commande. Ces pes d archiecre peven remplir les foncions sivanes (figre 35) : la réglaion des différenes bocles d ssème réalisée dans l nié de conrôle local ; le conrôle séqeniel de l insallaion réalisé a nivea de la spervision ; l exploiaion de données (archivage, visalisaion, jornal d événemens por la mainenance), égalemen réalisée a nivea de la spervision ; l opimisaion de la condie por la prise en compe d arif de l énergie, des impéraifs de prodcion, de la qalié. On disinge en général 4 niveax dans ne condie hiérarchisée : le nivea : bocle de réglaion de base (monovariable) ; le nivea 1 : plsiers bocles de réglaion associées (mlivariable) ; le nivea 2 : opimisaion (poins de foncionnemen foncions d impéraifs echnico-économiqes) ; le nivea 3 : opimisaion économiqe (consignes foncions de crières globax). Chaqe nivea reçoi les consignes d nivea spérier. La figre 36 donne n exemple d applicaion sr n for de raiemen d verre où sels apparaissen les niveax e 1. Procédé C es n for qi se compose de rois zones de chaffage par résisances, don la pissance es modlée par gradaers à hrisors, e d ne zone de refroidissemen par venilaion moorisée e modlée par ne vanne avec signal de recopie de sa posiion. Conrôle La réglaion es assrée par n ssème informaiqe indsriel µmac 6 de Analog Devices qi reçoi oes les informaions capers e envoie les différenes commandes. Spervision Elle se compose d n écran de visalisaion des données phsiqes en emps réel e d ne nié de disqees qi perme d archiver les données en ve d ne exploiaion fre. Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe BE

18 AUTOMATISME ET RÉGULATION DES ÉQUIPEMENTS THERMIQUES Spervision Conrôle Procédé Écran Unié cenrale Clavier Unié de conrôle locale Capers (enrées) Acionners (sories) Unié de sockage Imprimane Cenrale d'alarme Saion de commande manelle Mini console locale Unié d'exension Saion de condie cenrale Saion locale n 1 Figre 35 Exemple d archiecre Écran Spervision (nivea 2) Unié de disqees Clavier Conrôle (nivea 1) MAC 6 Voûe,,,, ~ Recopie Parois ~ Moer Sole Vanne ~ Secer Gradaer For (nivea ) Figre 36 Schéma de principe de l insallaion BE Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe

19 Aomaisme e réglaion des éqipemens hermiqes Lise de qelqes maériels de réglaion Consrcer Réglaers de ablea par Jean-François BOURGEOIS Ingénier-Chercher à la Direcion des Édes e Recherches d Élecricié de France (Grope Effe Jole) Nom commercial Lise de qelqes maériels de réglaion Consrcer Réglaers de ablea Nom commercial P O U R E N S A V O I R PID fixes analogiqes Chavin Arnox STATOP Eroherm 85 nmériqes Chavin Arnox PROREG Conrôle Baile Coréci MINICOR Eroherm 88/847 Foxboro Glon WEST 272 Schlmberger Mara MICON P1 Honewell UDC 6 Wes Wes 65 PID aoréglans Coréci MICROCOR III Schlmberger PYROMAT 3 Chavin Arnox MULTITOP PID aoréglans e aoadapaifs Baile-Sereg PYROMAT 32S Eroherm 818, 92/93/94 Foxboro EXACT Glon WEST 275 Coréci MICROCOR V Wes WEST 51 PID flos Omron E 5 A F Yokogawa UT 14/15/35 Wes WEST 42 Nmériqes ha de gamme MCC RHAPSODIE SIEMENS SIPART DR 24 LERIS INDUSTRIE LS 64 Ssèmes nmériqes Analog Devices m MAC 6 Barber Colman EDAC Conrôle Baile MICROZ Leeds & Norhrp MICROMAX Measrex TMA (Conrôle d amosphère) Omron C 2 H Siemens TELEPERM MAS 215 Adapech Keile Sacasa Srel TCS Logiciels de conrôle-spervision PIM, PCREG, EXPERT-AD, GRAP, PROGRAM CC ASYST, ASYSTANT LABTECHNOTEBOOK, LT CONTROL LABWINDOWS, LABVIEW LOOPDRAW, WIZCON P L U S Toe reprodcion sans aorisaion d Cenre français d exploiaion d droi de copie es sricemen inerdie. - Techniqes de l Ingénier, raié Génie énergéiqe Doc. BE

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