Projet 2. Régulation avec anticipation

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1 Projet 2 Régulation avec anticipation Semaines 3, 4 et 5 Session 6 Régulation et asservissement RA

2 Tables des matières 1 OBJECTIFS DE L ACTIVITÉ COMPÉTENCES ET ÉLÉMENTS DE CONTENU VISES PAR L ACTIVITÉ ÉNONCÉ DE LA PROBLÉMATIQUE ÉTAPES DE RÉALISATION Étape 1: Boucle de niveau Étape 2: Boucle d anticipation CONSIGNES POUR RÉALISER LE PROJET CONVENTION DES ADRESSES EN MÉMOIRE DE L AUTOMATE BRANCHEMENTS: CONFIGURATION DES ENTRÉES/SORTIES CONFIGURATION DU PI DE L AUTOMATE CONFIGURATION DU PANNEAU UTILISATEUR CONVERSION DU SP ET PV EN UNITÉS D INGÉNIERIE CONSIGNES POUR LE LADDER TRAITEMENT DU SIGNAL DE DÉBIT RÉFÉRENCES ESSENTIELLES À CONSULTER PRODUCTIONS ATTENDUES ÉVALUATIONS ANNEXE 1 : SCHÉMA DE PROCÉDÉ... 8 Page 2 sur 8

3 1 Objectifs de l activité À la fin de l activité, l étudiant sera capable de : 1. Mettre en marche une stratégie avancée de régulation avec anticipation. 2. Effectuer les branchements et les réglages de contrôleurs PID utilisés en régulation avec anticipation. 1.1 Compétences et éléments de contenu vises par l activité 0439 : Faire fonctionner des systèmes de contrôle-commande. 043A : Programmer des parties commande. Page 3 sur 8

4 2 Énoncé de la problématique Le but de ce projet est de mettre en œuvre une boucle de régulation par anticipation en support à une boucle de régulation de niveau. L ajout de la boucle d anticipation se fera en surveillant les variations du débit de sortie d une colonne d eau. Ces variations sont considérées comme des perturbations au fonctionnement de la boucle de niveau. L anticipation des effets de ces perturbations sur le niveau d eau permet une meilleure régulation. Le programme de régulation, le traitement des signaux de perturbation ainsi que les fonctions de régulation PI seront réalisés avec un automate programmable (Koyo Direct 205) plutôt que d utiliser un contrôleur PID (ou PI) standard. 2.1 Étapes de réalisation Lectures : Semaine 3 : Boucle par anticipation, p8 à 13 des notes de cours. Semaine 4 : Régulation split range et saturation de PID, page Étape 1 : Schéma de branchement et schéma bloc du programme Étape 2: Boucle de niveau 1. Faire les branchements nécessaires ainsi que la programmation pour mettre en marche la boucle de niveau (en PI) avec l automate. 2. Trouver les paramètres P et I appropriés à un bon fonctionnement avec un dépassement maximum de 10%. Le niveau en régime permanent est 30 pouces. 3. Obtenir un tracé de la réponse du système en boucle fermée pour une montée de 0 à Il faut respecter les conventions d adressage (section suivante). Vous devez également faire afficher en temps réel la variable de procédé (PV) sur le panneau utilisateur (voir les sections suivantes) Étape 3: Boucle d anticipation 1. Écrire un programme en ladder pour traiter le signal D (débit) pour calculer la compensation qui sera ajoutée à la commande (CO) du contrôleur PI (voir schéma en annexe). 2. L interrupteur X12 sera utilisé pour passer du mode classique (boucle fermée) au mode boucle fermée + anticipation feedforward. Page 4 sur 8

5 3. Il faut déterminer le paramètre Kf (gain) de la boucle d anticipation. Département d électronique industrielle 3 Consignes pour réaliser le projet 3.1 Convention des adresses en mémoire de l automate Plage d adresses V2100 V1400 V1600 V1601 V1700 V2000 V2001 V2002 V2003 V2010 à V2100 Assignation Première adresse du panneau opérateur Première adresse de la première boucle PID Entrée analogique du PV Entrée analogique du débit de sortie (D) Sortie analogique : commande de la pompe Débit passé (au temps n-1) Gain de l anticipation (Kf) Signal d anticipation (FF) Signal d anticipation (FF) + commande du PI (CO) : FF+CO Zone libre pour calcul 3.2 Branchements: Les entrées disponibles sur l automate, sont des entrées en tension. Il faut donc mettre une résistance de 250 Ω en parallèle. Pour les branchements d entrée: Pages 3-7 et suivantes Pour les branchements de sortie: Pages 8-6 et suivantes Vous devez fournir dans votre rapport les schémas et les détails des branchements entre l automate et capteurs ou actionneurs du montage. 3.3 Configuration des entrées/sorties Pour la configuration des entrées analogiques, voir les pages 3-13 et suivantes Pour la configuration des sorties analogiques, voir les pages 8-11 et suivantes 3.4 Configuration du PI de l automate Pour la configuration du PI, voir les pages 8-6 à 8-17 L entrée X10 sera utilisée pour mettre le PID en mode automatique (ON: MANUEL) L entrée X11 sera utilisée pour mettre le PID en mode manuel: (ON:AUTO) Lors de la configuration du PI, du panneau utilisateur et des entrées/sorties, soyez attentifs au format des données, savoir BCD ou BINARY. La documentation de l automate est précise à se sujet. Page 5 sur 8

6 Vous devez faire la configuration du contrôleur PI en ladder au départ du programme. La liste des paramètres doit se retrouver dans votre rapport. 3.5 Configuration du panneau utilisateur Affichage Paramètres Affichage V2100 PV V2104 SP (pouce) V2110 CO V2101 D V2105 Kf V2111 FF V2102 D passé V2106 KP V2112 CO+FF V2103 V2107 TI (seconde) V2113 PV => niveau du procédé en pouce D => débit de sortie en «décimal» SP: 0 à 50 => point de consigne de la boucle de niveau (30 ) Kf: 0.1 à 20.0 => gain de la compensation feedforward Kp: 0.1 à 20.0 => gain P du contrôleur PI Ti : 0.1 à 20.0 => temps d intégration du contrôleur PI CO et FF => en «décimal» Conversion du SP et PV en unités d ingénierie Les valeurs de consigne (SP) et de niveau (PV) doivent être saisies et affichées en unités d ingénierie, c est-à-dire dans notre cas, en pouce d eau. Sans cette conversion, il serait impossible de vérifier la précision du système avec la colonne d eau utilisée pour l expérimentation. La conversion doit faire le lien entre le signal 12 bits (0-4095) des entrées analogiques et le signal 4 à 20 ma des transmetteurs de niveau (pression), où 0 à 5 psi = 4 à 20 ma. Souvenez-vous que 1 PSI = 27,7 Pouce d eau. Étant donné que nous utilisons des entrées en tension en parallèle avec un résistance de 250 Ω, on sait que 4 ma équivaut à environ 820 sur l échelle et que 20 ma est environ Faites les blocs de calcul nécessaires en ladder. 3.7 Consignes pour le ladder 1. Toutes les configurations doivent se faire au début du ladder sur SP0. 2. Toutes les opérations de traitement doivent se faire sur SP1. 3. X10, X11 et X12: tel que décrit précédemment. 3.8 Traitement du signal de débit Pour calculer la compensation d anticipation (FF), il faut estimer numériquement la variation instantanée du débit à la sortie de la colonne d eau. Pour ce faire, il faut calculer la dérivée en fonction du temps du signal de débit. N oubliez pas que FF peut devenir négatif. Il faut trouver une façon de gérer cette éventualité. Voilà les étapes (idée générale). Page 6 sur 8

7 1. Lire le débit et mettre la valeur en mémoire à V Attendre 250 msec 3. Calculer FF = (D(n) - D(n-1))*Kf 4. Initialiser le timer et recommencer. Il faut formater FF (V2002) pour être comprise entre 0 et 4095 (voir page 8-10) lorsque le gain Kf est maximum. N oubliez pas que CO+FF ne doit excéder Vous devez réfléchir à une méthode de formatage des ces signaux. Soyez vigilants aux formats (bin octal ou BCD). 4 Références essentielles à consulter 1. FORTIER, Jean-François, Régulation et asservissement. Cégep de Thetford, 2009, 70 p. 2. BSATA, Abdalla, Instrumentation et automation dans le contrôle de procédés 2ie éd., Québec, les éditions Le griffon d Argile, 1994, 855 p. 5 Productions attendues Un rapport de projet doit être déposé (en format pdf) au plus tard le 18 février 2011 à 18 h. Ce rapport doit contenir les éléments suivants : 1. Schéma de raccordement complet. 2. Schéma bloc du fonctionnement du programme de l automate. 3. Modèle Ziegler Nichols approprié avec courbes et calculs des paramètres du PI. 4. Ladder commenté. 6 Évaluations Description Note Échéance 1- Fonctionnement Pré-requis (-5 si non fonctionnel) 2- Rapport /10 18/02/2010 Note totale /10 Page 7 sur 8

8 7 Annexe 1 : Schéma de procédé Rym Feriel Leulmi, 26/01/11 8 de 8