COMMANDE INDUSTRIELLE LABORATOIRE 03 Réalisation d une boucle PI en programmation par blocs pour un procédé intégrateur avec l automate CompactLogix L32E d Allen-Bradley 1. OBJECTIFS Les objectifs principaux de ce laboratoire sont de : réaliser une boucle de régulation PI pour un procédé intégrateur avec l automate CompactLogix; faire l acquisition de signaux en utilisant la spécification OPC (Object Linking and Embedding (OLE) for Process Control); valider les performances de la boucle. Pour compléter ce laboratoire, vous utiliserez les fichiers de projet réalisés dans le cadre du Laboratoire 02. 2. MONTAGE EXPÉRIMENTAL Les principaux équipements utilisés pour le présent laboratoire ont été décrits dans le cadre du Laboratoire 01. Ceux-ci sont : l automate programmable CompactLogix; le logiciel de programmation RSLogix 5000; le simulateur analogique. De plus, vous ferez l acquisition et le traitement de données à l aide d outils Matlab/Simulink. La boîte d outils OPC permettra d effectuer l acquisition des données expérimentales et vous utiliserez l outil Ident pour identifier le procédé. Le guide d utilisation d Ident est sur le site Internet du cours. 2.1 Spécification OPC La spécification OPC a été introduite en 1996 pour standardiser les communications entre les dispositifs et logiciels de contrôle des divers manufacturiers du domaine de l automation. Avant l introduction de ce standard, la plupart des produits de différents fabricants étaient incompatibles entre eux. Avec OPC, les développeurs n ont plus qu à créer leurs produits pour le standard OPC et, de cette façon, les produits développés sont compatibles avec tous les dispositifs répondants au standard. Page 1 de 7
3. EXPÉRIMENTATION Vous devez réaliser un procédé intégrateur à l aide du simulateur analogique, identifier le procédé en boucle ouverte, déterminer un réglage PI, implanter ce régulateur et valider les performances du système en boucle fermée. 3.1 Réalisation d un procédé intégrateur Faites les branchements nécessaires au niveau du simulateur analogique pour construire un système intégrateur dont la fonction de transfert est : G ( s) p K s p Ajustez le gain du simulateur analogique pour que K 0. 1. Puisque la sortie de l automate ne peut varier qu entre 4 à 20mA (0 à 5V sur le simulateur analogique), fixez le point d opération à 2.5V pour pouvoir contrôler votre procédé. Réalisez-le avec les sommateurs et potentiomètres disponibles. Votre système devrait pouvoir être décrit par la Figure 1. p Automate programmable Simulateur analogique AN_OUT_0 0-100% / 4-20 ma / + 4-20 ma 0-5 V - K p 2.5V AN_IN_0 1-5 V / 0-100% 0-5 V / 1-5 V Figure 1. Procédé intégrateur avec point d opération 3.2 Création et configuration de la boucle de régulation PI Démarrez le logiciel RSLogix 5000. Ouvrez et sauvegardez les fichiers de projet du Laboratoire 02 sous le nom de Lab_03x.ACD, où x est la lettre associée à votre équipe. Cliquez sur le menu «Edit» et sélectionnez «Controller Properties». Sous l onglet «General», changez le champ «Name» pour Lab_03x où x est la lettre associée à votre équipe. Cliquez sur «OK». Ajoutez un «Controller tag» nommé «SP» à votre feuille FBD et reliez-le à votre consigne par une référence de sortie. Page 2 de 7
3.3 Configuration du client OPC de Matlab Démarrez le logiciel Matlab et créez un nouveau modèle. Réglez les paramètres de simulation en cliquant sur «Simulation» et en choisissant «Configuration Parameters». Dans la section «Solver» du menu de gauche, choisissez le solutionneur discret à pas fixe. Ensuite, dans la section «Data Import/Export», assurez-vous que la case «Time» de la sous-section «Save to workspace» est cochée, que le format est «Array» et que la case «Limit data points to last» est décochée. Cliquez sur «OK». De retour à votre modèle, cliquez sur «View» et choisissez «Library Browser». Naviguez vers la librairie «OPC Toolbox» et ajoutez les blocs «OPC Configuration» et «OPC Read» à votre modèle. Double-cliquez sur le bloc «OPC Configuration» et cliquez sur «Configure OPC Clients». Faites «Add». Dans la fenêtre «OPC Server Properties» qui s ouvre, définissez le serveur OPC à utiliser en cliquant sur «Select» et en choisissant «RSLinx OPC Server». Appuyez sur «OK» deux fois. De retour à la fenêtre «OPC Client Manager», assurez-vous que le client OPC Matlab est connecté au serveur tel que montré à la Figure 2. Fermez cette fenêtre. De retour aux paramètres du bloc «OPC Configuration», laissez les autres paramètres tel quels et faites «OK». Figure 2. Client OPC de Matlab connecté au serveur OPC Double-cliquez maintenant sur le bloc «OPC Read» puis cliquez sur «Add Items». Entrez «[automatea-bx]an_in_0» dans le champ «Enter Item ID(s)» où x est le chiffre correspondant à votre montage puis appuyez sur la flèche. Ajoutez également «[automatea-bx]an_out_0» et «[automatea-bx]sp» à la liste des items sélectionnés puis faites «OK». Fixez la période d échantillonnage à 0.1s et faites «OK». Les propriétés du bloc OPC Read devraient être semblables à celles de la Figure 3. Page 3 de 7
Figure 3. Propriétés du bloc OPC Read Recueillez les données de sortie du bloc OPC Read avec le bloc «To Workspace» disponible dans la section «Sink» de la librairie Simulink. Double-cliquez sur ce bloc et changez le format de sauvegarde pour «Array». Faites «OK». Finalement, ajoutez un objet «Scope» pour pouvoir visualiser votre sortie. Votre modèle Simulink devrait contenir les mêmes éléments que ceux présents à la Figure 4. Page 4 de 7
Figure 4. Modèle Simulink 3.4 Identification du procédé en boucle ouverte En mode manuel, demandez une commande de 50%. Amenez ensuite le procédé à 50% et stabilisez-le manuellement en manipulant votre point d opération via le potentiomètre. Une fois le procédé stable, effectuez un échelon de commande de 50 à 60% et enregistrez la réponse du procédé en boucle ouverte à l aide de l outil OPC Matlab puis identifiez un modèle de procédé («Process model») avec Ident. Dans Ident, forcez le champ «Initial state» à «U-level est.» et laissez les autres paramètres à leur valeur de défaut. 3.5 Régulateur PI Concevez un régulateur PI pour que le système en boucle fermée ait une dynamique : H s 2T H s 1 T s 1 2 La constante de temps T H peut être sélectionnée graphiquement avec la méthode présentée à la Figure 5. Ajustez la constante de temps du filtre pour éviter les dépassements lors de changements de consigne. H Page 5 de 7
Figure 5. Sélection graphique de la dynamique cible T H pour le procédé en boucle fermée Validez les performances du système en boucle fermée en effectuant un changement de consigne. Recueillez les données de validation. Enlevez ensuite le filtre sur la consigne et faites un deuxième changement de consigne. Cette fois-ci, utilisez l outil de «trending» de RSLogix pour visualiser les signaux. Naviguez vers le dossier nommé «Trends» dans le «Controller Organizer» et cliquez-droit sur ce dernier et sélectionnez «New Trend» tel que montré à la Figure 6. Figure 6. Création de l outil de «trending» Dans la fenêtre qui s affiche, entrez «Validation» comme nom et changez la période d échantillonnage à 100ms. Cliquez sur «Next». Ensuite, dans la fenêtre «New Trend Add/Configure Tags», sélectionnez les tags «AN_IN_0», «AN_OUT_0» et «SP». Cliquez sur «Finish». Cliquez-droit sur le graphique et choisissez «Chart Properties» pour en afficher les propriétés. Dans l onglet «X-Axis», changez le «Time span» pour 2 minutes. Ensuite, dans l onglet «Y-Axis», sélectionnez «Custom» et Page 6 de 7
entrez 0 et 100 comme valeurs minimale et maximale. Appuyez sur «OK». Démarrez l outil en appuyant sur le bouton «Run» situé en haut à gauche du graphique tel que montré à la Figure 7. Figure 7. Position du bouton pour démarrer l outil de «trending» Commentez sur l effet du filtre sur la commande. 4. RAPPORT DE LABORATOIRE Dans votre rapport de laboratoire, vous devez fournir les éléments suivants : schéma de branchement du montage; schéma du régulateur (diagramme FBD); essais d identification et modèle obtenu; réglage PI et réglage du filtre; essais de validation des performances avec et sans filtre et discussion des résultats. Page 7 de 7