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    Technologie et rglage des rgulateurs

    1. Technologie des rgulateurs

    1.1 Dfinition

    Un rgulateur est un mcanisme automatique qui labore un signal de commande U en fonction de lcart de rglage M-C selon un algorithme donn f : U=f((M-C))

    1.2 Les diffrentes parties d'un rgulateur

    Les signaux:

    M : mesure, elle provient du transmetteur (grandeur rgler), elle est normalise (4 -20 mA, 0,2 -1 bar)

    C : Consigne externe (elle provient dun instrument extrieur) ou interne.

    U : Sortie du rgulateur, signal de commande, qui actionne lorgane de rglage (vanne) (4 - 20 mA, 0,2 -1 bar)

    Les blocs

    Chapitre 3

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    1.3 Signaux reus et transmis par un rgulateur :

    Ce sont des signaux analogiques continus dont les plus courants sont :

    - pneumatiques Pm de 200 1 000 hPa ou (mbar)ou bien Pm de 3 15 PSI

    - lectriques Im de 4 20 mAou bien Im de 10 50 mA

    etc

    1.4 Les diffrentes parties d'un rgulateur et Quelques indications sur les rgulateurs industriels

    Les rglages

    Rglage de la consigne

    Rglage des actions P, I et D

    Rglages des limites de la sortie du rgulateur pour ne pas endommager la vanne

    Rglage de la sortie en position manuelle

    Les slecteurs

    Consigne interne et externe

    Sens daction du rgulateur

    Passage du mode automatique manuel

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    Les indicateurs

    Indicateur de consigne

    Indicateur de mesure

    Indicateur de lerreur de rglage

    Indicateur de la sortie du rgulateur

    Quelques indications sur les rgulateurs industriels

    Mesure : PV (process variable) Consigne interne : L ou Local

    Sortie : OUT (output) Consigne externe D ou R (Distance ou Remote)

    Consigne : SP (set point) Consigne suiveuse PVT : Process Variable Tracking

    Direct : Direct ou Decrease I : Inverse ou Increase

    (+) : Directe (-) : Inverse

    Manuel : M, MAN ou Manual Auto : A, Aut. Auto

    Limites hautes : O.H. ou L.H. Limites basses : O.L. ou L.B

    1.5 Classification des rgulateurs

    Les rgulateurs sont classs comme suit :

    Selon la nature de lnergie quils utilisent

    Pneumatique : sortie 0.2 1 bar. Ils sont utiliss dans lindustrie chimique du gaz, ne prsentent pas de danger dexplosion, de moins au moins utiliss car lents et encombrants.

    Les rgulateurs pneumatique, toujours prsents sur le march, ont un aspect similaire et avec des possibilits identiques celles des rgulateurs lectroniques.

    Les signaux dentre et de sortie, sont des pressions dair modules, dont lchelle est gnralement 0.2 1 bar. La consigne externe est souvent en option.

    Un moteur pas pas, permet de piloter le point de consigne dans le cas dune commande par calculateur.

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    Rgulateur pneumatique quilibre de moments de forces

    Electronique : sortie 4-20 mA utilisent des signaux analogiques base damplificateurs oprationnels.

    Ces rgulateurs utilisent une lectronique analogique, base damplificateurs oprationnels, ils cdent le pas la technologie numrique, mais sont encore nombreux dans lindustrie.

    Numrique : Sortie sous forme numrique. La technologie numrique permet davoir une grande souplesse : opration arithmtique, auto ajustage des coefficients, possibilit d'mettre ou de recevoir des donnes. La diffrence fondamentale dans la prsentation de ces rgulateurs est un clavier oprateur, intgr ou indpendant (micro console), permettant dmettre ou de recevoir des donnes.

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    La technologie numrique permet avec une grande souplesse, une extension des possibilits du rgulateur :

    - Possibilit davoir plusieurs entres,- Choix du signal dentre (courant, tension, frquence, couple

    thermolectrique, sonde platine,)- Traitement du signal dentre (extraction de racine carr, filtrage,

    linarisation,)- Mise lchelle ( valeur et format ) des indicateurs.- Choix du type dalarme, soit sur la mesure, soit sur lcart,- Affichage prcis des donnes telles quactions, limites, - Equilibrages automatiques- Choix du mode de drive, soit sur la mesure soit sur lcart,- Consigne suiveuse (tracking ), en position manuelle, la consigne suit la

    mesure.La technologie numrique permet, dans certains cas, au rgulateur de calculer lui-mme, les actions afficher, on distingue :

    - Les rgulateurs auto rglant qui calculent les actions PID un point de fonctionnement donn, et ce partir dune intervention humaine.

    - Les rgulateurs auto-adaptatifs qui calculent et ajustent en permanence les paramtres de leur algorithme ( PID ou autre ) en fonction de lvolution du procd.

    Une liaison numrique est prvue, permettant de relier et de faire communiquer le rgulateur avec dautres instruments tels que : superviseur, calculateur ou autres rgulateurs.

    Selon le type daction

    Rgulateur P

    Rgulateur PI

    Rgulateur PD

    Rgulateur PID

    Tout ou rien

    Selon le sens daction : le sens daction est inversible et est choisi en fonction de celui de la vanne. Le sens de celle ci est fix en fonction des conditions de scurit. Ainsi par exemple, une vanne de rglage dun gaz combustible doit tre ferme par manque dair.

    Direct - laugmentation de la mesure provoque laugmentation de la commande.

    Inverse - laugmentation de la mesure provoque la diminution de la commande.

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    Description du rgulateur numrique Foxboro 762

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    Description du rgulateur numrique Protronic 100

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    2. Actions des Rgulateurs PID

    2.1 Action proportionnelle

    2.1.1 Rappel

    Pleine chelle : C'est l'ensemble des valeurs que peut prendre l'entre mesure du rgulateur ; X de 0 100. Elle est gnralement rgle au niveau du rgulateur par deux paramtres, X_ {min} et X_ {max}.

    2.1.2 Prsentation

    BANDE PROPORTIONNELLE : BP

    Cest la variation en % de lentre du rgulateur ncessaire pour que la sortie varie de 100%. Elle est dautant plus faible que le gain est lev donc que le rgulateur est sensible : BP%=100/K.

    BP est de l'ordre de 3 400% dans les rgulateurs lectroniques

    Rponse indicielle de P-rgulateur

    2.1.3 Reprsentation fonctionnelle d'une rgulation proportionnelleDans le cas d'une rgulation action inverse, le schma fonctionnel dun rgulateur action proportionnelle est donn par la figure suivante :

    Kp = gain de correcteur : Xp

    100Kp

    Schma fonctionnel d'une rgulation proportionnelle

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    2.2 Action intgrale

    2.2.1 Qu'est-ce qu'une action intgrale ?On veut :

    Une action qui volue dans le temps ; Une action qui tend annuler l'erreur statique.

    Cette fonction est remplie par l'oprateur mathmatique : 'intgral par rapport au temps'. Ainsi, dans un rgulateur, on dfinie l'action intgrale partir d'un des deux paramtres Ti ou Ki avec :

    t

    t0

    t

    t0X(t))dt - W(t)(

    Ti

    1X(t))dt - W(t)(KiY(t)

    Ti est le temps intgral, dfinie en unit de temps. Ki le gain intgral, dfinie en coup par unit de temps.

    2.2.2 FonctionnementPour tudier l'influence de l'action intgrale, on s'intressera la rponse du module intgral un chelon. Plus Ki est grand (Ti petit), plus la valeur de la sortie Yaugmente rapidement. Le temps Ti est le temps pour que la commande Y augmente de la valeur de l'entre E=W-X.

    Influence de Ti sur la commande

    2.2.3 Supprimer l'action intgralePour annuler l'action intgrale, il existe plusieurs solutions, fonction du rgulateur. Si, on rgle l'action intgrale l'aide du gain Ki, il suffit de mettre Ki zro. Dans le cas o le rglage du gain intgral se fait l'aide du temps Ti, il y a deux solutions :

    Mettre Ti zro, si c'est possible ; Sinon mettre Ti sa valeur maximale. Si le correcteur est coopratif, il

    indiquera supp.

    2.2.4 Rle et domaine dutilisation de laction intgrale

    Dans les rgulateurs industriels on affiche 1/Ti, alors Ti est dautant plus grand que

    laction intgrale est faible. Le rle principal de laction intgrale est dliminer

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    lerreur statique. Toutefois laction intgrale est un lment retard de phase, donc

    laugmentation de laction intgrale (c..d. diminuer Ti) produit une instabilit. La

    valeur optimale est choisie pour satisfaire un compromis stabilit- rapidit. Si le

    systme possde lui mme un intgrateur (exemple niveau), laction I est quand mme

    ncessaire pour annuler lcart de perturbation car, suite aux variations de la consigne

    l'intrt de I est moindre car lcart sannule naturellement. Dans lindustrie, on

    utilisera laction I chaque fois que nous avons besoin, pour des raisons

    technologiques, davoir une prcision parfaite - exemple : la rgulation de la pression

    ou temprature dans un racteur nuclaire. De plus, il faut souligner que laction I est

    un filtre donc il est intressant de lutiliser pour le rglage des paramtres trs

    dynamiques tels que la pression.

    2.2.5 Action conjugue PI

    Dfinition

    Fonction de transfert:

    Rponse indicielle

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    La Bande Proportionnelle BP

    BP%=100/K

    Le temps dintgration Ti [sec.] ou en nombre de rptition par minute

    Sens physique de Ti, intgrons U(t) de 0 Ti :

    U=2K(M-C)+U0 = 2 fois l'action de P

    En gnral, le rgulateur ne fonctionne pas en action intgrale pure (trop instable). Il fonctionne en correcteur Proportionnel Intgral (PI). Le couple, Bande Proportionnelle - Temps Intgral, dfinit deux types de fonctionnement qui sont reprsents dans le tableau Suivant :

    Structures d'un rgulateur PI

    Consquences : Dans un rgulateur srie, la modification de la bande proportionnelle, entrane la modification de l'influence de l'action intgrale.