Atelier B Régulation BREG01 : Présentation et mise en service du banc de régulation BREG01 Page 1
1. Présentation du banc de régulation GUNT RT 674 L'appareil d'essai constitue une introduction expérimentale étendue aux principes de base de la technique de régulation. L appareil permet une régulation combinée de débit et de niveau. Le niveau et le débit peuvent être réglés individuellement mais on peut également réaliser une régulation en cascade. Dans ce cas, le niveau est la grandeur de réglage principale. La régulation de débit sert alors à l'adaptation optimale de la grandeur réglée à la grandeur pilote (valeur de consigne). Tous les composants sont montés de manière claire sur un panneau vertical. Le grand schéma de processus facilite la compréhension. Une pompe véhicule de l'eau d'un réservoir d'alimentation dans un tronçon de tuyauterie avec rotamètre. De là, l'eau arrive dans le réservoir de niveau transparente. La mesure de niveau se fait avec un capteur de pression qui est monté dans le fond du réservoir de niveau. Comme régulateur, on utilise deux régulateurs numériques industriels. L'organe de régulation du circuit est une électrovanne proportionnelle. Des robinets à tournant sphérique dans l'évacuation du réservoir et dans le tronçon de tuyauterie permettent de générer des grandeurs perturbatrices définies. La grandeur réglée X et la grandeur réglante Y peuvent être prélevées comme signaux analogiques sur des connecteurs de laboratoire. De la sorte, on peut raccorder des enregistreurs externes tels qu'un enregistreur ou un oscilloscope. Comme accessoire, un logiciel de mesure, de commande et de régulation (RT 650.40) est disponible avec module d'interface (USB). Ceci permet de représenter les principales grandeurs de processus ainsi que d'exécuter des fonctions de régulation et de commande. 2. Description de l appareil Le banc de démonstration pour régulation de débit et de niveau est un appareil destiné aux tâches de régulation suivantes : Régulation d un niveau de remplissage Régulation d un débit Régulation en cascade niveau / débit. Le fluide utilisé est de l eau. La régulation est reprise par deux régulateurs industriels. Ceux-ci sont configurables P, PI, PID. BREG01 Page 2
2.1 Composants et fonctions de l appareil 6 7 8 1 : Réservoir d eau 2 : Pompe (circulateur) 9 3 : Débitmètre à corps flottant 4 : Vanne de réglage (électrovanne proportionnelle) 5 5 : Tableau de commande avec schéma du processus. 4 3 10 11 6 : Régulateur de débit. 7 : régulateur de niveau 8 : Robinet de réglage pour le débit 9 : Réservoir gradué. 10 : Capteur de niveau 11 : Robinet de réglage pour l évacuation hors du réservoir gradué. 2 1 12 : Sélecteur de mode de régulation. 13 : Interrupteur de la pompe. 15 16 18 17 14 : Connecteurs pour le signal de commande Y2 du régulateur de débit. 15 : Bouton de commutation pour le signal de commande externe/interne. 14 Bouton enfoncé (rouge) : signal de commande externe. Bouton ressorti (noir) : signal de commande provenant des régulateurs (interne). 16 : Connecteurs pour le signal du débit X2. 17 : Connecteurs pour le signal de commande Y1 du régulateur de niveau. 18 : Connecteurs pour le signal du niveau X1. 13 12 BREG01 Page 3
Une pompe (2) transporte de l eau d un réservoir (1) à travers un système de tuyauterie dans un réservoir gradué (9). La pompe a une vitesse de rotation fixe et peut être mise en service grâce à l interrupteur (13). L eau travers d abord un débitmètre à corps flottant (3). La position du corps est saisie de manière inductive et transmise comme signal normalisé. L eau s écoule à travers une vanne de réglage proportionnelle (4). A l aide du robinet de réglage (8), on peut manipuler le débit dans le système réglé. Il sert ainsi à introduire une grandeur perturbatrice Z1. La régulation du débit se fait grâce au régulateur industriel (6). Les signaux du capteur (X2) et de commande (Y2) du régulateur peuvent être saisis à l aide des connecteurs (14) et (16). Le réservoir gradué est constitué d un cylindre en plastic transparent. Le réservoir dispose d une alimentation depuis la pompe et d une évacuation vers le réservoir d eau via un robinet de réglage (11). Un trop plein débouche directement dans le réservoir d eau. Un capteur de pression (10), qui mesure la pression hydrostatique de la colonne d eau, est utilisé comme capteur de niveau de remplissage. A l aide du robinet d évacuation (11), on peut régler l évacuation d eau hors du réservoir gradué. Ce robinet peut servir à introduire une grandeur perturbatrice Z2 La régulation de niveau ce fait à l aide du régulateur (7). Une mesure du signal du capteur X1 et du signal de commande Y1 du régulateur est possible via les connecteurs (17) et (18). Le mode de fonctionnement de la régulation peut être déterminé à l aide du sélecteur (12). Le banc de régulation peut également être commandé grâce à un signal de commande externe Y, provenant par exemple du logiciel (RT 650.40), et qui doit être appliqué aux connecteurs Y2 (14). Le choix de ce mode de régulation se fait via l interrupteur (15). BREG01 Page 4
2.2 Régulateurs Les deux régulateurs universels sont de constitution identique et contiennent chacun un microprocesseur. Les signaux d entrée sont traités numériquement et retransformés en grandeurs analogiques avant la sortie. Instructions de bases : PGM : Appel des menu / confirmation d une sélection EXIT : Retour au niveau précédent dans le menu / Basculement en mode automatique/manuel en cas d actionnement plus de 4s. : Défilement des paramètres / diminution ou augmentation de valeurs. 2.3 Fonctionnement avec le logiciel d acquisition de mesure RT 650.40 Le banc de démonstration pour régulation de débit et de niveau peut être utilisé avec un programme d acquisition des données de mesure et de commande de l appareil. Le programme permet de visualiser les signaux de commandes et des capteurs (grandeur réglante et grandeur réglée). Il peut également générer un signal de commande qui agit directement sur la vanne de régulation proportionnelle. En outre, le programme offre la possibilité de collecter, d afficher et d enregistrer des données de mesure. Le bouton de commutation interne / externe (15) permet de sélectionner si le régulateur ou le programme doit reprendre la tâche de régulation. Bouton enfoncé (marque rouge) : signal de commande externe du RT 650.40 Bouton relâché (marque noir) : signal de commande interne provenant du régulateur BREG01 Page 5
3. Présentation et utilisation du logiciel 3.1 Introduction Le logiciel RT 650.40 permet de remplacer le régulateur du banc par un PC équipé du logiciel. La solution logicielle pour PC comporte un régulateur à deux positions (T.O.R.), un régulateur PID et offre la possibilité d établir manuellement des échelons de grandeur réglante. Outre la régulation, l évaluation de la réponse à un échelon d un système réglé peut être effectuée sur PC. L évaluation de la réponse à un échelon s effectue selon la méthode de la tangente au point d inflexion. L outil logiciel peut être également utilisé pour la visualisation et l enregistrement de données provenant du banc de régulation. 3.2 Raccordement Le raccordement se fait via un module d interface qui comporte : Un connecteur USB qui doit être relié au PC Quatre entrées analogiques pouvant être raccordées au banc Deux sorties analogiques qui pouvant être raccordées au banc. Le module d interface doit toujours être relié au PC. Le raccordement des entrées et sorties dépend de ce que l on désire réaliser (enregistrement des grandeurs, régulation via le logiciel). 3.3 Fenêtres du logiciel Fenêtre «schéma de système» Cette fenêtre représente le processus, indique le type de régulation effectuée et les valeurs des grandeurs réglantes et réglées. Ce schéma varie en fonction du type de régulation effectuée. Il nous donne des indications sur le raccordement du module d interface. Il faut toujours veiller à bien sélectionner le modèle «Banc de démonstration pour régulation de niveau et de débit» BREG01 Page 6
A B C D E F O N M L K J I H G A : Bouton de commutation du signal B : Valeur de la grandeur réglante C : Régulateur de débit D : Régulateur de niveau E : Valeur de la grandeur réglée F : Chemin du fichier de mesures G : Champ de commentaire pour le fichier de mesures H : I : Heure actuelle J : Réglage de l intervalle de mesure K : Choix du type d enregistrement des valeurs mesurées L : Numéro d ordre des valeurs mesurées M : Sélection du type de modèle d essai N : bouton d impression O : Bouton de changement de fenêtre Fenêtre évolution temporelle C est dans cette fenêtre que l on va retrouver les courbes des grandeurs réglantes et grandeurs réglées en fonction du temps. Dans le cas où le logiciel simule le régulateur, c est dans cette fenêtre que l on peut modifier les paramètres de régulation. BREG01 Page 7
A B C D E F G H I J A : Modification des propriétés des traces (via clic gauche) B : Bouton d impression de la courbe C : Bouton de suppression de la courbe K D : Réglage de la base de temps E : Affichage de la grandeur réglée (X) F : Affichage de la grandeur réglante (Y) G : Activation des curseurs J : Choix du régulateur et réglage des paramètres qui s y rapportent. Non : régulateur du modèle Manuel : on indique la grandeur réglante (Y) Régulateur à deux positions : on indique l hystérésis Régulateur continu : régulation PID où l on indique les paramètres K p, T i et T D K : Bouton pause pour l évolution des courbes L : Choix de la couleur de fond L H : Sélection des curseurs I : Commande des curseurs BREG01 Page 8
4. Exercices 4.1 Compléter le schéma suivant 1 2 10 9 8 7 3 4 6 5 1 : 6 : 2 : 7 : 3 : 8 : 4 : 9 : 5 : 10 : 4.2 Réalisation de la caractéristique du débit en fonction du signal de commande de la vanne Raccordement du modèle Pour le repérage des éléments, reportez-vous aux schémas de la page 3. Mettre le modèle sous tension A l aide du commutateur (12), choisir la fonction débit (Flow, position 2). Raccordement du boitier : AI 1 X2 AI 2 Y2 Raccorder le boitier au PC BREG01 Page 9
Utilisation du logiciel Lancer le logiciel RT 650.40 Choisir «Banc de démonstration pour régulation de débit et de niveau» Cliquer sur l icône évolution temporelle Dans «Mode opératoire», sélectionner «Régulation de débit» Choisir la base de temps : 200 s BREG01 Page 10
Réglage du régulateur Maintenir la touche «EXIT» du régulateur de débit enfoncée pendant 4 secondes pour passer en mode «manuel» (une icône en forme de main apparait en bas à droite de l écran du régulateur). Mettre le signal de commande à 0% Conduite de l essai Le but de l essai est d augmenter progressivement par paliers le signal de commande et d attendre que le process se stabilise. Pour cela : Démarrer la pompe. Augmenter le signal de commande (par saut de 5%) à intervalle régulier toutes les 10 secondes environs. Attention, il ne faut pas laisser tourner la pompe à vide. Vous devez réaliser rapidement les premières mesures. Une fois le signal de commande à 100 %, vous pouvez réaliser l essai dans l autre sens. Vous obtiendrez un graphe de ce genre : Attention, à la fin d un essai, il faut toujours commencer par arrêter la pompe puis mettre le banc hors tension à l aide de l interrupteur sectionneur principal. BREG01 Page 11
Exploitation des résultats A l aide d un tableur, réaliser le graphe du débit en fonction du signal de commande. Commenter l allure de la courbe obtenue. Est-ce que la courbe obtenue est conforme à ce que l on est en droit d attendre? BREG01 Page 12